1、第31章 氨基酸及其重要衍生物的生物合成,一、概論,對動物來說： 必需氨基酸動物體內不能合成的氨基酸，必須從外界獲得才能維持正常生長發(fā)育。苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、組氨酸。 非必需氨基酸凡是動物體內能合成的氨基酸。 對植物來說： 能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根來合成氨基酸。 對微生物來說： 不同微生物合成氨基酸的能力差異很大。,1,檸檬酸循環(huán) 糖酵解 戊糖磷酸途徑 氨基酸分解途徑,氨基酸合成的碳架來源：,氨基酸合成的氨基來源：,起始于無機氮，即無機氮先轉變?yōu)?氨氣，再轉變?yōu)楹袡C化合物。,2,氨基酸合成總圖,3,氨基酸的分族,檸檬酸循環(huán),

2、-酮戊二酸,草酰乙酸,谷氨酸,天冬氨酸,脯氨酸,精氨酸,谷氨酰胺,天冬酰胺,甲硫氨酸,蘇氨酸,賴氨酸,（天冬氨酸族）,（谷氨酸族）,4,糖酵解,丙酮酸,絲氨酸,半胱氨酸,甘氨酸,丙氨酸,纈氨酸,亮氨酸,甘油酸-3-磷酸,（絲氨酸族）,（丙酮酸族）,5,糖酵解,苯丙氨酸,色氨酸,酪氨酸,組氨酸,磷酸烯醇式丙酮酸,赤蘚糖-4-磷酸,戊糖磷酸途徑,戊糖磷酸途徑,核糖-5-磷酸,（芳香族氨基酸）,6,無機界,有機界,N2,NH3,NO3-,氨基酸 核苷酸 葉綠素,蛋白質 DNA、RNA 多糖 脂類,無機氮和有機氮的相互代謝轉化,固氮作用,反硝化作用,絕大多數(shù)植物及微生物,某些微生物,同化作用 生物合成

3、,異化作用 分解代謝,生物合成,分解代謝,7,生物體利用3種反應途徑把氨轉化為有機化合物，這些有機物進一步合成氨基酸。,1、氨甲酰磷酸合成酶催化CO2（以HCO3-的形式）及ATP合成氨甲酰磷酸，通過尿素循環(huán)合成精氨酸。 2、谷氨酸脫氫酶催化-酮戊二酸還原、氨化，生成谷氨酸。 3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，轉化為谷氨酰胺。,8,谷AA脫氫酶（細菌）,+NH3 +NADH,+NAD+ +H2O,-酮戊二酸 （TCA循環(huán)產生的）,9,谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途徑）,+NH3 +ATP,+ADP +Pi+H2O,谷氨酰胺(貯存了氨）,可做為NH3的供體將其轉移,+,+2H,2,總反應: NH3

4、 +ATP + -酮戊二酸+2H 谷AA+ADP+H2O+Pi,谷AA合酶,谷氨酰胺合成酶,10,二 氨 基 酸 的 合 成,主要通過轉氨基作用,AA-R1,-酮酸R1,轉氨酶,AA-R2,-酮酸R2,許多氨基酸可以作為氨基的供體，其中最主要的是谷氨酸，其被稱為氨基的“轉換站”， Glu 其它AA。,氨基酸的合成,有C架（ -酮酸）,有AA提供氨基(最主要為谷AA),11,（一） 谷氨酸族氨基酸的合成,包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、 羥脯(Hyp)、精(Arg) 賴氨酸（lys),共同碳架：TCA中的-酮戊二酸,1、由-酮戊二酸形成谷氨酸,（動物和真菌，不普遍）,1

5、2,2、由-酮戊二酸形成谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶是催化氨轉變?yōu)橛袡C含氮物的主要酶,-酮戊二酸,轉氨酶,氨基酸,-酮酸,13,（普遍）,由-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的關系圖,14,3、由谷AA 精AA,15,4、由谷AA 脯AA,16,5、L-賴氨酸的生物合成,L賴氨酸的生物合成在不同生物有完全不同的兩條途徑。覃類（和眼蟲）L賴氨酸的合成以-酮戊二酸為起始物。細菌和綠色植物則是通過丙酮酸和天冬氨酸-半醛的縮合途徑。,17,18,幾種氨基酸的關系,-酮戊二酸,谷AA,谷氨酰胺,脯AA,羥脯AA,鳥AA,瓜AA,精AA,19,（二）天冬氨酸族氨基酸的合成,包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(As

6、n)、賴(Lys)、蘇(Thr)、甲硫(Met)、異亮(Ile),共同碳架：TCA中的草酰乙酸,1、L-天冬氨酸的生物合成,20,2、L-天冬酰胺的生物合成,（1）,（2）,（存在于細菌中）,21,3、細菌和植物L-賴氨酸的生物合成,22,4、L-甲硫氨酸的生物合成,23,5、L-蘇氨酸的生物合成,24,6、L-異亮氨酸的生物合成,25,幾種氨基酸的關系,-天冬氨酸半醛,26,包括：丙(Ala)、纈(Val)、亮(Leu),（三）丙酮酸族氨基酸的合成,共同碳架：EMP中的丙酮酸,1、丙氨酸的生物合成,27,2、纈氨酸和異亮氨酸的生物合成,3、亮氨酸的生物合成,28,（四）絲氨酸族氨基酸的合成,

7、包括：絲(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys),（1）甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途徑中的乙醛酸,+,+,-酮戊二酸,甘AA,谷AA,乙醛酸,1、絲氨酸和甘氨酸的生物合成途徑（有兩條途徑）,29,+NH3+CO2 +2H+ + 2e-,2,H2O,絲AA,甘AA,（2）碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸,甘氨酸脫羥酶 絲氨酸羥甲基轉移酶,30,2、半胱氨酸的生物合成,（1）某些植物和微生物體內半胱氨酸的合成途徑-SH主要 來源于硫酸，硫酸要還原為H2S；在動物體內來源于高半胱氨酸。,植物和微生物體內的合成,31,硫酸還原為H2S，首先要轉變?yōu)榛罨问?32,在動物休內半胱氨酸的直接前體為絲氨酸和高半

8、胱氨酸，后者也是甲硫氨酸生物合成中的一個中間產物，也可稱為前體。,（2）動物體內半胱氨酸的合成途徑,三種氨基酸的關系,乙醛酸,甘AA,絲AA,半胱AA,3-磷酸甘油酸,33,（五）組氨酸和芳香族氨基酸的生物合成,包括：組AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、苯丙AA(Phe),芳香族AA碳架：4-磷酸-赤蘚糖(PPP)和PEP(EMP),34,1、芳香族氨基酸的生物合成,芳香族AA碳架：赤蘚糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP),35,（1）由分支酸形成苯丙氨酸和酪氨酸,酪氨酸的生物合成除上述途徑外，還可由苯丙氨酸羥基化而形成。催化此反應的酶稱為苯丙氨酸羥化酶，又稱苯丙氨酸-4

9、-單加氧酶。,36,（2）由分支酸形成色氨酸,37,色氨酸碳原子和氮原子來源總結,PPP中的磷酸核糖、赤蘚糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP),38,芳香族氨基酸的關系,色氨酸,若將莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前體 ，因此芳香族氨基酸合成時相同的一段 過程叫莽草酸途徑,39,2、組氨酸的生物合成,40,NH,CH,N,來自核糖,來自谷氨酰胺的酰胺基,從谷氨酸經轉氨作用而來,來自ATP,組氨酸碳原子和氮原子來源總結,41,三、氨基酸生物合成的調節(jié),（一）通過終端產物對氨基酸生物合成的抑制,1、簡單的終端產物抑制,2、不同終端產物對共經合成途徑的協(xié)同抑制,42,3、不同分支產物對多個同工酶的特殊抑制酶的多重性抑制,4、連續(xù)產物抑制，又稱連續(xù)反饋控制或逐步反饋抑制,43,44,（二）通過酶生成量的改變調節(jié)氨基酸生物合成,酶生成量的控制主要是通過有關酶編碼基因活性的改變。 當某種氨基酸的合成能夠提供超過需要量的產物時，則該合成途徑的酶的績碼基因即受到抑制；而當合成產物濃度下降時，則有關酶的編碼基因即解除抑制，從而合成增加產物濃度所需要的酶。 在氨基酸的合成途徑中，有