氨基酸的生物合成

1、第31章 氨基酸及其重要衍生物的生物合成,一、概论,对动物来说： 必需氨基酸动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得才能维持正常生长发育。苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、组氨酸。 非必需氨基酸凡是动物体内能合成的氨基酸。 对植物来说： 能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根来合成氨基酸。 对微生物来说： 不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。,柠檬酸循环 糖酵解 戊糖磷酸途径 氨基酸分解途径,氨基酸合成的碳架来源：,氨基酸合成的氨基来源：,起始于无机氮，即无机氮先转变为 氨气，再转变为含氮有机化合物。,氨基酸合成总图,氨基酸的分族,柠檬酸循环,-酮戊二酸,

2、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,苏氨酸,赖氨酸,（天冬氨酸族）,（谷氨酸族）,糖酵解,丙酮酸,丝氨酸,半胱氨酸,甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,甘油酸-3-磷酸,（丝氨酸族）,（丙酮酸族）,糖酵解,苯丙氨酸,色氨酸,酪氨酸,组氨酸,磷酸烯醇式丙酮酸,赤藓糖-4-磷酸,戊糖磷酸途径,戊糖磷酸途径,核糖-5-磷酸,（芳香族氨基酸）,无机界,有机界,n2,nh3,no3-,氨基酸 核苷酸 叶绿素,蛋白质 dna、rna 多糖 脂类,无机氮和有机氮的相互代谢转化,固氮作用,反硝化作用,绝大多数植物及微生物,某些微生物,同化作用 生物合成,异化作用 分解代谢,生

3、物合成,分解代谢,生物体利用3种反应途径把氨转化为有机化合物，这些有机物进一步合成氨基酸。,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，通过尿素循环合成精氨酸。 2、谷氨酸脱氢酶催化-酮戊二酸还原、氨化，生成谷氨酸。 3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺。,谷aa脱氢酶（细菌）,+nh3 +nadh,+nad+ +h2o,-酮戊二酸 （tca循环产生的）,谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）,+nh3 +atp,+adp +pi+h2o,谷氨酰胺(贮存了氨）,可做为nh3的供体将其转移,+,+2h,2,总反应: nh3 +atp + -酮戊二酸+2h 谷

4、aa+adp+h2o+pi,谷aa合酶,谷氨酰胺合成酶,二 氨 基 酸 的 合 成,主要通过转氨基作用,aa-r1,-酮酸r1,转氨酶,aa-r2,-酮酸r2,许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最主要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换站”， glu 其它aa。,氨基酸的合成,有c架（ -酮酸）,有aa提供氨基(最主要为谷aa),（一） 谷氨酸族氨基酸的合成,包括：谷aa(glu)、谷氨酰胺(gln)、脯(pro)、 羟脯(hyp)、精(arg) 赖氨酸（lys),共同碳架：tca中的-酮戊二酸,1、由-酮戊二酸形成谷氨酸,（动物和真菌，不普遍）,2、由-酮戊二酸形成谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶是催化

5、氨转变为有机含氮物的主要酶,-酮戊二酸,转氨酶,氨基酸,-酮酸,（普遍）,由-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的关系图,3、由谷aa 精aa,4、由谷aa 脯aa,5、l-赖氨酸的生物合成,l赖氨酸的生物合成在不同生物有完全不同的两条途径。覃类（和眼虫）l赖氨酸的合成以-酮戊二酸为起始物。细菌和绿色植物则是通过丙酮酸和天冬氨酸-半醛的缩合途径。,几种氨基酸的关系,-酮戊二酸,谷aa,谷氨酰胺,脯aa,羟脯aa,鸟aa,瓜aa,精aa,（二）天冬氨酸族氨基酸的合成,包括：天冬aa(asp)、天冬酰胺(asn)、赖(lys)、苏(thr)、甲硫(met)、异亮(ile),共同碳架：tca中的草酰乙酸,

6、1、l-天冬氨酸的生物合成,2、l-天冬酰胺的生物合成,（1）,（2）,（存在于细菌中）,3、细菌和植物l-赖氨酸的生物合成,4、l-甲硫氨酸的生物合成,5、l-苏氨酸的生物合成,6、l-异亮氨酸的生物合成,几种氨基酸的关系,-天冬氨酸半醛,包括：丙(ala)、缬(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,2、缬氨酸和异亮氨酸的生物合成,3、亮氨酸的生物合成,（四）丝氨酸族氨基酸的合成,包括：丝(ser)、甘(gly)、半胱(cys),（1）甘aa碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸,+,+,-酮戊二酸,甘aa,谷aa,乙醛酸,1、丝氨酸

7、和甘氨酸的生物合成途径（有两条途径）,+nh3+co2 +2h+ + 2e-,2,h2o,丝aa,甘aa,（2）碳架:emp中的3-磷酸甘油酸,甘氨酸脱羟酶 丝氨酸羟甲基转移酶,2、半胱氨酸的生物合成,（1）某些植物和微生物体内半胱氨酸的合成途径-sh主要 来源于硫酸，硫酸要还原为h2s；在动物体内来源于高半胱氨酸。,植物和微生物体内的合成,硫酸还原为h2s，首先要转变为活化形式,在动物休内半胱氨酸的直接前体为丝氨酸和高半胱氨酸，后者也是甲硫氨酸生物合成中的一个中间产物，也可称为前体。,（2）动物体内半胱氨酸的合成途径,三种氨基酸的关系,乙醛酸,甘aa,丝aa,半胱aa,3-磷酸甘油酸,（五）

8、组氨酸和芳香族氨基酸的生物合成,包括：组aa(his)、色aa(trp)、酪aa(tyr)、苯丙aa(phe),芳香族aa碳架：4-磷酸-赤藓糖(ppp)和pep(emp),1、芳香族氨基酸的生物合成,芳香族aa碳架：赤藓糖-4-磷酸(ppp)和pep(emp),（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径外，还可由苯丙氨酸羟基化而形成。催化此反应的酶称为苯丙氨酸羟化酶，又称苯丙氨酸-4-单加氧酶。,（2）由分支酸形成色氨酸,色氨酸碳原子和氮原子来源总结,ppp中的磷酸核糖、赤藓糖-4-磷酸(ppp)和pep(emp),芳香族氨基酸的关系,色氨酸,若将莽草酸看作芳香族氨基酸合

9、成的前体 ，因此芳香族氨基酸合成时相同的一段 过程叫莽草酸途径,2、组氨酸的生物合成,nh,ch,n,来自核糖,来自谷氨酰胺的酰胺基,从谷氨酸经转氨作用而来,来自atp,组氨酸碳原子和氮原子来源总结,三、氨基酸生物合成的调节,（一）通过终端产物对氨基酸生物合成的抑制,1、简单的终端产物抑制,2、不同终端产物对共经合成途径的协同抑制,3、不同分支产物对多个同工酶的特殊抑制酶的多重性抑制,4、连续产物抑制，又称连续反馈控制或逐步反馈抑制,（二）通过酶生成量的改变调节氨基酸生物合成,酶生成量的控制主要是通过有关酶编码基因活性的改变。 当某种氨基酸的合成能够提供超过需要量的产物时，则该合成途径的酶的绩码基因即受到抑制；而当合成产物浓度下降时，则有关酶的编码基因即解除抑制，从而合成增加产物浓度所需要的酶。 在氨基酸的合成途径中，有些酶能