第31章氨基酸及其重要衍生物的生物合成mly

1、第第31章章 氨基酸及其重要衍生氨基酸及其重要衍生物的生物合成物的生物合成 (Biosynthesis of amino acids and several important derivatives)一、概一、概 論論1、必需氨基酸和非必需氨基酸、必需氨基酸和非必需氨基酸動物動物必需氨基酸指動物體內不能合成的氨基酸，必須從外界獲得才必需氨基酸指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。能維持正常生長發(fā)育。非必需氨基酸非必需氨基酸凡是動物體內能合成的氨基酸。凡是動物體內能合成的氨基酸。植物植物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。能合成全部所需的氨基酸，可利

2、用氨和硝酸根來合成氨基酸。微生物微生物不同微生物合成氨基酸的能力差異很大。不同微生物合成氨基酸的能力差異很大。人的必需氨基酸人的必需氨基酸對于人體的需要來說，對于人體的需要來說，20種氨基酸可以分為三類：種氨基酸可以分為三類：Lys、Thr、Leu、Ile、Val、Met、Trp、Phe這這8種氨基酸，種氨基酸，人體不能自己合成，必須通過食物來攝取，這些氨基酸稱為人體不能自己合成，必須通過食物來攝取，這些氨基酸稱為必需氨基酸必需氨基酸。青少年以前人體合成青少年以前人體合成Arg、His的能力不能滿足自身的需要，的能力不能滿足自身的需要，需要從食物中攝取一部分，稱為需要從食物中攝取一部分，稱為半

3、必需氨基酸半必需氨基酸。對于成年人。對于成年人來說，來說，Arg和和His是非必需氨基酸。是非必需氨基酸。另外的十種氨基酸另外的十種氨基酸，人體可以自身合成，稱為，人體可以自身合成，稱為非必需氨基酸非必需氨基酸。假假 設設 來來 寫寫 一一 兩兩 本本 書書Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr蛋白質的營養(yǎng)價值蛋白質的營養(yǎng)價值1. 必需氨基酸的種類和數(shù)量必需氨基酸的種類和數(shù)量2. 必需氨基酸的比例必需氨基酸的比例(1)(1)氨基酸碳骨架是怎樣形成的氨基酸碳骨架是怎樣形成的? ?(2)(2)氮經怎樣的途徑流入氨基酸分子氮經怎樣的途徑流入氨基酸分子? ?2、有關合成的兩個問

4、題、有關合成的兩個問題2.1 氨基酸碳骨架的形成氨基酸碳骨架的形成源于代謝的三條源于代謝的三條“主要干線主要干線”的代謝中間產物的代謝中間產物檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)糖酵解糖酵解磷酸戊糖途徑磷酸戊糖途徑異亮氨酸異亮氨酸無機氮（無機氮（N2、NH3）通過）通過“生物固氮生物固氮”成為復雜的有機氮。成為復雜的有機氮。生物體可以通過三條途徑將氨轉化為有機化合物：生物體可以通過三條途徑將氨轉化為有機化合物：形成氨甲酰磷酸形成氨甲酰磷酸(耗耗2ATP)形成谷氨酸形成谷氨酸(耗耗NADPH or NADH)形成谷氨酰胺形成谷氨酰胺(耗耗1ATP)2.2 氮經三條途徑流入氨基酸分子氮經三條途徑流入氨基酸分子形成

5、氨甲酰磷酸機制形成氨甲酰磷酸機制催化酶：氨甲酰磷酸合成酶催化酶：氨甲酰磷酸合成酶調節(jié)物：調節(jié)物：N-乙酰谷氨酸（細菌中由谷乙酰谷氨酸（細菌中由谷氨酸在氨酸在N-乙酰谷氨酸合成酶的催化下乙酰谷氨酸合成酶的催化下與乙酰與乙酰-CoA合成。）合成。）形成谷氨酸形成谷氨酸形成谷氨酰胺形成谷氨酰胺二十種氨基酸生物合成的概況二十種氨基酸生物合成的概況二、氨基酸的生物合成二、氨基酸的生物合成（一）谷氨酸族氨基酸的生物合成（一）谷氨酸族氨基酸的生物合成Glu、Gln、Pro、Arg、Lys 不同生物合成不同生物合成20種氨基酸的能力差異極大，大多數(shù)細種氨基酸的能力差異極大，大多數(shù)細菌和植物可以合成菌和植物可以

6、合成20種氨基酸，哺乳動物只能以簡單的方種氨基酸，哺乳動物只能以簡單的方式合成其中大約一半的氨基酸式合成其中大約一半的氨基酸非必需氨基酸，其他則為非必需氨基酸，其他則為必需氨基酸，必須由食物中攝取。除注明外一般均指細菌。必需氨基酸，必須由食物中攝取。除注明外一般均指細菌。谷氨酸生物合成谷氨酸生物合成谷氨酸合酶谷氨酸合酶 通過谷氨酸脫氫酶合成谷氨酸（氧化脫氨的逆反應，在自然通過谷氨酸脫氫酶合成谷氨酸（氧化脫氨的逆反應，在自然界不普遍，要求底物界不普遍，要求底物NH4+高）。高）。 通過通過酮戊二酸和其他氨基酸的轉氨反應合成谷氨酸。酮戊二酸和其他氨基酸的轉氨反應合成谷氨酸。 酮戊二酸和谷氨酰胺反應

7、生成兩分子谷氨酸。酮戊二酸和谷氨酰胺反應生成兩分子谷氨酸。-酮戊二酸形成谷氨酰胺酮戊二酸形成谷氨酰胺見氨的轉運見氨的轉運谷氨酰胺合成酶是催化氨轉變?yōu)橛袡C含氮物的主要酶谷氨酰胺合成酶是催化氨轉變?yōu)橛袡C含氮物的主要酶谷氨酸和谷氨酰胺合成示意圖谷氨酸和谷氨酰胺合成示意圖NH4+極低時就可以進行極低時就可以進行由由酮戊二酸合成脯氨酸酮戊二酸合成脯氨酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 -谷氨酰磷酸谷氨酰磷酸谷氨酸谷氨酸-半醛半醛 - -二氫吡咯二氫吡咯- - 5 - -羧酸羧酸 脯氨酸脯氨酸 激酶激酶 還原酶還原酶自發(fā)環(huán)化自發(fā)環(huán)化 還原酶還原酶由由酮戊二酸合成精氨酸酮戊二酸合成精氨酸見尿素循環(huán)見尿素循環(huán)

8、幾種氨基酸的關系幾種氨基酸的關系-酮戊二酸酮戊二酸谷AA谷氨酰胺谷氨酰胺脯AA 羥脯羥脯AA鳥AA瓜AA精精AA（二）天冬氨酸族氨基酸的生物合成（二）天冬氨酸族氨基酸的生物合成Asp、Asn、Met、Thr 、 Ile共同碳架：共同碳架：TCA中的中的草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸生物合成天冬氨酸生物合成 谷草轉氨酶谷草轉氨酶天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺生物合成天冬酰胺生物合成天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶 哺乳動物中哺乳動物中 細菌中細菌中天冬氨酸天冬氨酸幾種氨基酸的關系幾種氨基酸的關系草酰乙酸草酰乙酸賴氨酸賴氨酸蘇氨酸蘇氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸異亮氨酸異亮氨酸天冬酰胺天冬酰胺天

9、冬氨酸天冬氨酸-天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛（三）丙酮酸族氨基酸的生物合成（三）丙酮酸族氨基酸的生物合成Ala、Val、Leu共同碳架：共同碳架：EMPEMP中的中的丙酮酸丙酮酸丙氨酸生物合成丙氨酸生物合成谷丙轉氨酶谷丙轉氨酶（四）絲氨酸族氨基酸的生物合成（四）絲氨酸族氨基酸的生物合成Ser、Gly、Cys絲氨酸和甘氨酸生物合成絲氨酸和甘氨酸生物合成磷酸甘油酸脫氫酶磷酸甘油酸脫氫酶 磷酸絲氨酸轉氨酶磷酸絲氨酸轉氨酶絲氨酸絲氨酸轉羥甲基酶轉羥甲基酶磷酸絲氨酸磷酸絲氨酸磷酸酶磷酸酶甘油酸甘油酸- -3- -磷酸磷酸 3- -磷酸羥基丙酮酸磷酸羥基丙酮酸3- -磷酸絲氨酸磷酸絲氨酸 絲氨酸絲氨酸 甘氨酸

10、甘氨酸半胱氨酸生物合成半胱氨酸生物合成硫氫解酶硫氫解酶轉乙?；皋D乙?；附z氨酸絲氨酸O 乙酰絲氨酸乙酰絲氨酸半胱氨酸半胱氨酸植物和微生物體內半胱氨酸的合成途徑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，主要來源于硫酸，硫酸要還原為硫酸要還原為H2S半胱氨酸生物合成半胱氨酸生物合成胱硫醚胱硫醚 -水解酶水解酶胱硫醚胱硫醚 -合酶合酶高半胱氨酸高半胱氨酸 胱硫醚胱硫醚-酮丁酸酮丁酸半胱氨酸半胱氨酸動物體內半胱氨酸合成的直接前體是絲氨酸和高半胱氨酸，后動物體內半胱氨酸合成的直接前體是絲氨酸和高半胱氨酸，后者也是甲硫氨酸生物合成中的一個中間產物者也是甲硫氨酸生物合成中的一個中間產物三種氨

11、基酸的關系三種氨基酸的關系甘甘AA絲絲AA半胱半胱AA3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸SAM（五）芳香族氨基酸的生物合成（五）芳香族氨基酸的生物合成Phe、Tyr、Trp見見P356圖圖31-20、P357圖圖31-21、P358圖圖31-22芳香族芳香族AA碳架：碳架：4-磷酸磷酸-赤蘚糖赤蘚糖(PPP)和和PEP(EMP)芳香族氨基酸的關系芳香族氨基酸的關系色氨酸色氨酸 PEP4-磷酸赤蘚糖磷酸赤蘚糖莽草酸莽草酸分支酸分支酸預苯酸預苯酸酪氨酸酪氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸 雖然苯環(huán)非常穩(wěn)定，但環(huán)境雖然苯環(huán)非常穩(wěn)定，但環(huán)境中并沒有現(xiàn)成的芳香環(huán)。細菌和中并沒有現(xiàn)成的芳香環(huán)。細菌和植物中植物中Trp、Phe及及Tyr合成的分合成的分支在芳香環(huán)的形成支在芳香環(huán)的形成一條重要的一條重要的生物學途徑。涉及脂肪族前體的生物學途徑。涉及脂肪族前體的環(huán)化及雙鍵添加，前環(huán)化及雙鍵添加，前4步由步由4-P-赤赤蘚