氨基酸的生物合成

1、第十四章第十四章 氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成第14章 氨基酸的生物合成氨基酸生物合成概述氨基酸生物合成概述個別氨基酸的生物合成個別氨基酸的生物合成氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)必需氨基酸非必需氨基酸人類必需氨基酸：苯丙氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、賴氨酸、蘇氨酸、色氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸色氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸（組氨酸、精氨酸組氨酸、精氨酸幼體必需）；）；高等植物有能力合成自身所需的全部氨基酸。一、氨基酸生物合成概述 Review(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(jīng)怎樣的途徑流入氨基酸分子氮經(jīng)怎

2、樣的途徑流入氨基酸分子? ?有關(guān)氨基酸合成的兩個問題有關(guān)氨基酸合成的兩個問題(1) 氨基酸碳骨架的形成氨基酸碳骨架的形成源于糖代謝的三條源于糖代謝的三條“主要干線主要干線”的代謝中間產(chǎn)物的代謝中間產(chǎn)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 糖代謝主要途徑中與氨基酸合成密切相關(guān)糖代謝主要途徑中與氨基酸合成密切相關(guān)的化合物是氨基酸合成的起始物。的化合物是氨基酸合成的起始物。形成氨甲酰磷酸形成氨甲酰磷酸( (耗耗2ATP)2ATP)形成谷氨酸形成谷氨酸( (耗耗NADPH or NADH)NADPH or NADH)形成谷氨酰胺形成谷氨酰胺( (耗耗1ATP)1ATP)（2）氮經(jīng)三

3、條途徑流入氨基酸分子）氮經(jīng)三條途徑流入氨基酸分子N的來源：的來源：N2，NH3生物體利用生物體利用3種反應(yīng)把氨轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，有利于種反應(yīng)把氨轉(zhuǎn)化為有機(jī)物，有利于氨基酸的生物合成。氨基酸的生物合成。形成氨甲酰磷酸機(jī)制催化酶：氨甲酰磷酸合成酶催化酶：氨甲酰磷酸合成酶調(diào)節(jié)物：調(diào)節(jié)物：N-N-乙酰谷氨酸（由谷乙酰谷氨酸（由谷氨酸在氨酸在N-N-乙酰谷氨酸合成酶的乙酰谷氨酸合成酶的催化下與乙酰催化下與乙酰-CoA-CoA合成。）合成。）氨甲酰磷酸參與尿素循環(huán)的精氨甲酰磷酸參與尿素循環(huán)的精氨酸合成及嘧啶生物合成。氨酸合成及嘧啶生物合成。形成谷氨酸谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶既可利用既可利用NADH作為其輔酶，

4、也可利作為其輔酶，也可利用用NADPH作為其輔酶。作為其輔酶。形成谷氨酰胺 各種氨基酸的生物合成途徑各異，但其碳骨架的各種氨基酸的生物合成途徑各異，但其碳骨架的形成卻具有共性，主要來源于幾條代謝途徑的中間產(chǎn)形成卻具有共性，主要來源于幾條代謝途徑的中間產(chǎn)物，如檸檬酸循環(huán)、糖酵解、戌糖磷酸途徑等。根據(jù)物，如檸檬酸循環(huán)、糖酵解、戌糖磷酸途徑等。根據(jù)氨基酸合成途徑的相似性把它們歸為六大族：氨基酸合成途徑的相似性把它們歸為六大族： 谷氨酸族：谷氨酸族：包括包括Glu、Gln、Pro、Arg 、Lys ； 天冬氨酸族：天冬氨酸族：包括包括Asp、Asn、Met、Thr； 絲氨酸族：絲氨酸族：包括包括Ser

5、、Cys、Cys-Cys； 丙酮酸族：丙酮酸族：包括包括Ala、Val、Leu； 芳香族：芳香族：包括包括Phe、Tyr、Trp； 組氨酸族：組氨酸族：包括包括His;6 6條氨基酸生物合成途徑條氨基酸生物合成途徑丙氨酸族丙氨酸族絲氨酸族絲氨酸族谷氨酸族谷氨酸族天冬氨酸族天冬氨酸族組氨酸組氨酸芳香氨基酸族芳香氨基酸族二、谷氨酸族氨基酸生物合成這一族氨基酸有這一族氨基酸有Glu、Gln、Pro、Arg、Lys。1、由、由 -酮戊二酸合成谷氨酸酮戊二酸合成谷氨酸游離氨二、谷氨酸族氨基酸生物合成2、由、由 -酮戊二酸合成谷氨酰胺酮戊二酸合成谷氨酰胺二、谷氨酸族氨基酸生物合成 -酮戊二酸也可在酮戊二酸

6、也可在谷氨酸合酶谷氨酸合酶作用下接受谷氨酰胺作用下接受谷氨酰胺的酰氨基形成谷氨酸。的酰氨基形成谷氨酸。二、谷氨酸族氨基酸生物合成3、由、由 -酮酮戊戊二酸合成脯氨酸二酸合成脯氨酸谷氨酸激酶谷氨酸脫氫酶谷氨酰-半醛自動環(huán)化二氫吡咯-5-羧酸還原酶二、谷氨酸族氨基酸生物合成4、由、由 -酮酮戊戊二酸合成精氨酸二酸合成精氨酸Cit+氨甲酰磷酸二、谷氨酸族氨基酸生物合成5、由、由 -酮戊二酸合成賴氨酸酮戊二酸合成賴氨酸賴氨酸在不同物種中的合成途徑差別較大。賴氨酸在不同物種中的合成途徑差別較大。蕈類和眼蟲中賴氨酸的合成以蕈類和眼蟲中賴氨酸的合成以 - -酮戊二酸為起始物。酮戊二酸為起始物。合成過程參見合

7、成過程參見P P347347三、天冬氨酸族氨基酸生物合成這類主要有這類主要有Asp、Asn、Met、Thr、Lys、Ile。1、天冬氨酸生物合成、天冬氨酸生物合成谷氨酸谷氨酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸谷草轉(zhuǎn)氨酶谷草轉(zhuǎn)氨酶三、天冬氨酸族氨基酸生物合成2、天冬酰胺生物合成、天冬酰胺生物合成天冬酰胺合成酶三、天冬氨酸族氨基酸生物合成3、細(xì)菌和植物中賴氨酸的生物合成、細(xì)菌和植物中賴氨酸的生物合成見見P3494、甲硫氨酸生物合成、甲硫氨酸生物合成見見P3516、異亮氨酸生物合成、異亮氨酸生物合成5、蘇氨酸生物合成、蘇氨酸生物合成見見P351見見P352四、丙酮酸族氨基酸生物合成這類主要有丙氨酸、纈

8、氨酸、亮氨酸。這類主要有丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸。1、丙氨酸生物合成：由丙酮酸和谷氨酸在谷丙轉(zhuǎn)氨、丙氨酸生物合成：由丙酮酸和谷氨酸在谷丙轉(zhuǎn)氨酶的作用下形成。酶的作用下形成。2 2、纈氨酸和異亮氨酸的生物合成。、纈氨酸和異亮氨酸的生物合成。3 3、亮氨酸的生物合成。、亮氨酸的生物合成。五、絲氨酸族氨基酸生物合成這類主要有絲氨酸、甘氨酸、半胱氨酸。這類主要有絲氨酸、甘氨酸、半胱氨酸。1、絲氨酸的生物合成、絲氨酸的生物合成磷酸甘油脫氫酶磷酸甘油脫氫酶磷酸絲氨酸轉(zhuǎn)氨酶磷酸絲氨酸轉(zhuǎn)氨酶磷酸絲氨酸磷酸酶磷酸絲氨酸磷酸酶五、絲氨酸族氨基酸生物合成2、甘氨酸的生物合成、甘氨酸的生物合成絲氨酸絲氨酸甘氨酸甘氨酸絲

9、氨酸轉(zhuǎn)羥甲基酶絲氨酸轉(zhuǎn)羥甲基酶五、絲氨酸族氨基酸生物合成3、半胱氨酸的生物合成、半胱氨酸的生物合成絲氨酸絲氨酸半胱氨酸半胱氨酸絲氨酸絲氨酸O-乙酰絲氨酸乙酰絲氨酸半胱氨酸半胱氨酸-丙氨酸丙氨酸六、芳香族氨基酸生物合成1、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成PheTyrTrp只能由植物和微生物合成，這只能由植物和微生物合成，這3種氨基酸的種氨基酸的合成途徑有合成途徑有7步是共有的，合成的起始物是赤蘚糖步是共有的，合成的起始物是赤蘚糖-4-磷酸磷酸和磷酸烯醇式丙酮酸。最后形成分支酸，再由分支酸形和磷酸烯醇式丙酮酸。最后形成分支酸，再由分支酸形成二條途徑，一條形成苯

10、丙氨酸和酪氨酸，另一條形成成二條途徑，一條形成苯丙氨酸和酪氨酸，另一條形成組氨酸。組氨酸。六、芳香族氨基酸生物合成1、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成赤蘚糖-4-磷酸PEP3-脫氧-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸3-脫氫奎尼酸3-脫氫莽草酸莽草酸莽草酸-3-磷酸5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸分支酸六、芳香族氨基酸生物合成1、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成HOHHO-C-COO-CH2|COO-HO-OOCO-C-COO-CH2|CH2COCOO-CH2NH3+COO-CHOHCH2COCOO-NH3+COO-CHOHCH2分

11、支酸預(yù)苯酸變位酶脫水酶H2O+CO2苯丙酮酸氨基轉(zhuǎn)移酶谷氨酸-酮戌二酸苯丙氨酸脫氫酶NAD+NADH+CO24-羥基苯丙酮酸谷氨酸-酮戌二酸氨基轉(zhuǎn)移酶酪氨酸六、芳香族氨基酸生物合成1、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成HOHHO-C-COO-CH2|COO-分支酸NH2COOOHOCH2ONHCOOHOO3P-2NHCOOHOOHOHCH2-OPO32-CHCCHCHOHOHCH2-OPO32-CHCCHCHNHNHCH2NHNH3+COO-CH氨基苯甲酸合酶GlnGlu氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）異構(gòu)酶N-（5-磷酸核糖）-

12、氨基苯甲酸吲哚-3-甘油磷酸合酶吲哚-3-甘油磷酸色氨酸合酶吲哚色氨酸合酶色氨酸鄰氨基苯甲酸烯醇式L-（O-羧基苯氨基）-L-脫氧核酮糖-5-磷酸甘油醛-3-磷酸絲氨酸H2O六、芳香族氨基酸生物合成1、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成、苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸的生物合成CH2NHNH3+COO-CHSerPRPP(5-磷酸核糖-1-焦磷酸)PEP赤蘚糖-4-磷酸六、芳香族氨基酸生物合成2、組氨酸的生物合成、組氨酸的生物合成N1-（5-磷酸核糖）-ATPN1-（5-磷酸核糖）-AMPN1-5-磷酸核酮糖亞氨甲基-5-氨基咪唑基-4-羧酰核苷酸N1-5-磷酸核酮糖亞氨甲基-5-氨基咪唑基羧酰核苷

13、酸5-磷酸核糖-4-羧酰胺-5-氨基咪唑核苷酸嘌呤類合成5-磷酸核糖-1-焦磷酸六、芳香族氨基酸生物合成2、組氨酸的生物合成、組氨酸的生物合成咪唑甘油磷酸咪唑丙酮醇磷酸L-組氨醇磷酸L-組氨醇L-組氨酸L-組氨醛9 9種酶參與催化，經(jīng)歷種酶參與催化，經(jīng)歷1010步反應(yīng)步反應(yīng)七、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié) 氨基酸生物合成過程根據(jù)機(jī)體的需要情況有嚴(yán)氨基酸生物合成過程根據(jù)機(jī)體的需要情況有嚴(yán)格的調(diào)節(jié)機(jī)制。格的調(diào)節(jié)機(jī)制。 既可通過調(diào)節(jié)酶活性或代謝過程中的代謝物，既可通過調(diào)節(jié)酶活性或代謝過程中的代謝物，又可通過調(diào)節(jié)酶的生成量實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。又可通過調(diào)節(jié)酶的生成量實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。 最有效的調(diào)節(jié)方式是通過合成過程的終端產(chǎn)物最有

14、效的調(diào)節(jié)方式是通過合成過程的終端產(chǎn)物抑制其反應(yīng)過程中的第一個酶的活性，即別構(gòu)效應(yīng)。抑制其反應(yīng)過程中的第一個酶的活性，即別構(gòu)效應(yīng)。 七、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)1、通過終端產(chǎn)物對氨基酸生物合成的抑制、通過終端產(chǎn)物對氨基酸生物合成的抑制ABCDE反饋抑制協(xié)同抑制ABCDEFGH()()()()終端產(chǎn)物E和H既抑制在合成過程中共經(jīng)途徑的第一個酶，也抑制在分道后第一個產(chǎn)物的合成酶。如在蘇氨酸合成異亮氨酸中，后者是蘇氨酸脫氨酶的反饋抑制物。如在谷氨酸形成谷氨酰胺中，谷氨酰胺合酶受8種產(chǎn)物的反饋抑制。七、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)1、通過終端產(chǎn)物對氨基酸生物合成的抑制、通過終端產(chǎn)物對氨基酸生物合成的抑制酶的多重性抑

15、制連續(xù)產(chǎn)物抑制或稱逐步反饋抑制A BCDEFGH()()()()ABCDEFGH()()()如由赤蘚糖-4-磷酸和PEP形成3種芳香氨基酸的途徑。如由赤蘚糖-4-磷酸和PEP形成3種芳香氨基酸的途徑。七、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)2、通過酶生成量的改變調(diào)節(jié)氨基酸的生物合成、通過酶生成量的改變調(diào)節(jié)氨基酸的生物合成 酶生成量的控制主要是通過有關(guān)酶編碼基因活性的酶生成量的控制主要是通過有關(guān)酶編碼基因活性的改變。當(dāng)某種氨基酸的合成能夠提供足夠量的產(chǎn)物時，改變。當(dāng)某種氨基酸的合成能夠提供足夠量的產(chǎn)物時，則該合成途徑酶的編碼基因即受到抑制；而當(dāng)合成產(chǎn)物則該合成途徑酶的編碼基因即受到抑制；而當(dāng)合成產(chǎn)物濃度下降時，

16、有關(guān)的編碼基因則解除抑制，從而合成增濃度下降時，有關(guān)的編碼基因則解除抑制，從而合成增加產(chǎn)物濃度所需要的酶。加產(chǎn)物濃度所需要的酶。一氧化氮（NO）1998年Nobel prize谷胱甘肽肌酸血紅素八、由氨基酸合成的物質(zhì)由氨基酸合成的物質(zhì)Viagra（萬艾可（萬艾可, 偉哥）偉哥）NO, 細(xì)胞內(nèi)部及細(xì)胞之間的信號分子，血管細(xì)胞內(nèi)部及細(xì)胞之間的信號分子，血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的血管舒張因子內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的血管舒張因子for their discoveries concerning nitric oxide as a signalling molecule in the cardiovascular syst

17、em谷胱甘肽的生物合成反應(yīng)過程：反應(yīng)過程：1.1.首先由谷胱甘肽對首先由谷胱甘肽對AAAA轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)運(yùn)( (不轉(zhuǎn)運(yùn)不轉(zhuǎn)運(yùn)ProPro) ) 2. 2.其次是谷胱甘肽的再合成，由此構(gòu)成一個循環(huán)其次是谷胱甘肽的再合成，由此構(gòu)成一個循環(huán) 本章小結(jié)本章小結(jié)氨基酸合成碳骨架的來源氨基酸合成碳骨架的來源?三個代謝途徑三個代謝途徑20種氨基酸依據(jù)碳骨架來源分為哪六族種氨基酸依據(jù)碳骨架來源分為哪六族?氮進(jìn)入氨基酸分子的三條途徑氮進(jìn)入氨基酸分子的三條途徑?氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)方式氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)方式?還沒有結(jié)束！還沒有結(jié)束！氮素循環(huán)氮素循環(huán)硝酸鹽硝酸鹽亞硝酸亞硝酸氮氮生物固氮生物固氮工業(yè)固氮工業(yè)固氮固氮生物固氮

18、生物動植物動植物硝酸鹽還原硝酸鹽還原大氣固氮大氣固氮大氣氮素大氣氮素巖漿源的巖漿源的固定氮固定氮火成巖火成巖反硝化作用反硝化作用氧化亞氮氧化亞氮蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)入地下水入地下水動植物廢物動植物廢物死的有機(jī)體死的有機(jī)體1 1、概念：指某些微生物或藻類通過其體內(nèi)的固氮酶、概念：指某些微生物或藻類通過其體內(nèi)的固氮酶復(fù)合體的作用把分子氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡群衔锏倪^程。復(fù)合體的作用把分子氮轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡群衔锏倪^程。（大氣中的氮?dú)膺€原成氨）（大氣中的氮?dú)膺€原成氨）2 2、意義、意義 可增加農(nóng)作物的氮肥來源，而且可節(jié)約大量能源可增加農(nóng)作物的氮肥來源，而且可節(jié)約大量能源（少施化肥），減少環(huán)境污染（工業(yè)污染）。（少施化肥），減少環(huán)境污染（工業(yè)污染）。 生物固氮生物固氮 通過基因工程技術(shù)，使不能固氮的禾本科植物也能象通過基因工程技術(shù)，使不能固氮的禾本科植物也能象豆科作物那樣固氮，可望提高產(chǎn)量。豆科作物那樣固氮，可望提高產(chǎn)量。 A：把豆科植物的結(jié)瘤基因?qū)肫渌魑?，使之對固氮菌：把豆科植物的結(jié)瘤基因?qū)肫渌魑铮怪畬痰母腥咀鞒銮‘?dāng)反應(yīng)；的感染作出恰當(dāng)反應(yīng)； B：改變根瘤菌的遺傳結(jié)構(gòu)，使之能與非豆科植物的根結(jié)：改變根瘤菌的遺傳結(jié)構(gòu)，使之能與非豆科植物的根結(jié)合形