氨基酸的生物合成

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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,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,N,2,NH,3,NO,3,-,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,CO,2,（,以,HCO,3,-,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）,CH,2,-,COOH,CH,2,-,C=O,COOH,-,-,CH,2,-,COOH,CH,2,-,CHNH,2,COOH,-,-,+,NH,3,+NADH,+,NAD,+,+H,2,O,-,酮戊二酸,（,TCA,循环产生的）,此反应要求有较高浓度的,NH,3，,足以使光合磷酸化解偶联，不可能是无机氨转为有机氮的主要途径,谷氨酰胺合成酶,（高等植物的主要途径）,CH,2,-,COOH,CH,2,-,CHNH,2,COOH,-,-,CH,2,-,CONH,2,CH,2,-,CHNH,2,COOH,-,-,+,NH,3,+ATP,+,ADP+Pi+H,2,O,谷氨酰胺(贮存了氨）,可做为,NH,3,的供体将,其,转移,CH,2,-,CONH,2,CH,2,-,CHNH,2,COOH,-,-,CH,2,-,COOH,CH,2,-,C=O,COOH,-,-,+,+2,H,CH,2,-,COOH,CH,2,-,CHNH,2,COOH,-,-,2,总反应,:,NH,3,+ATP+-,酮戊二酸+2,H,谷,AA+ADP+H,2,O+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-R,1,-,酮酸,R,1,转氨酶,AA-R,2,-,酮酸,R,2,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,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,草酰乙酸,赖氨酸,苏氨酸,甲硫氨酸,异亮氨酸,天冬酰胺,天冬氨酸,-,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,CH,2,-,COOH,CH,2,-,CHNH,2,COOH,-,-,COOH,CHO,-,+,COOH,CH,2,NH,2,-,CH,2,-,COOH,CH,2,-,C=O,COOH,-,-,+,-,酮戊二酸,甘,AA,谷,AA,乙醛酸,1、丝氨酸和甘氨酸的生物合成途径（有两条途径）,COOH,CH,2,NH,2,-,COOH,CH,2,OH,CHNH,2,-,+,NH,3,+CO,2,+2H,+,+,2e,-,2,H,2,O,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,H,2,S,；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,H,2,S，,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）,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,PEP,4-,磷酸赤藓糖,莽草酸,分支酸,预苯酸,酪氨酸,苯丙氨酸,若将,莽草酸,看作,芳香族氨基酸合成的前体,，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,CH,2,HC,C,CH-NH,2,COOH,-,-,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，有些酶能够受到细胞合成量的控制；这种酶称为阻遏酶。例如大肠杆菌由天冬氨酸衍生的几儿种氨基酸的合成过程中，标有,A、B、C,的三种酶都不属于变构酶，这些酶属于阻遏酶，它们的调控靠细胞对其合成速度的改变。当甲硫氨酸的量足够时。同工酶,A,和,B,都受到阻遏同样当异亮氨酸的合成足够则同工酶,C,的合成速度就受到阻遏。,