生物化學(xué)（下）：31氨基酸的合成

1、第十二單元第十二單元 蛋白質(zhì)和氨基酸代謝蛋白質(zhì)和氨基酸代謝 第第3030章章 蛋白質(zhì)代謝和氨基酸代謝蛋白質(zhì)代謝和氨基酸代謝(P298)第第3131章章 氨基酸及其重要衍生物的生物合成氨基酸及其重要衍生物的生物合成(P340)第第32章章 生物固氮生物固氮(P377)第第31章章 氨基酸及其重要衍生物氨基酸及其重要衍生物的生物合成的生物合成一、概論一、概論二、脂肪族氨基酸的生物合成二、脂肪族氨基酸的生物合成三、芳香族氨基酸及組氨酸的生物合成三、芳香族氨基酸及組氨酸的生物合成四、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)四、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)五、氨基酸轉(zhuǎn)化為其他氨基酸及其他代謝五、氨基酸轉(zhuǎn)化為其他氨基酸及其他代謝一一

2、、概述概述 凡是機(jī)體不能合成，必需從外界獲得的氨基酸，稱凡是機(jī)體不能合成，必需從外界獲得的氨基酸，稱為為必需氨基酸（必需氨基酸（essential amino acids）。）。苯丙氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、纈氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、異亮氨酸、甲硫氨酸、纈氨酸、亮氨酸、亮氨酸、蘇氨酸、蘇氨酸、色氨酸、組氨酸、精氨酸色氨酸、組氨酸、精氨酸 凡是機(jī)體可以合成的氨基酸則稱為凡是機(jī)體可以合成的氨基酸則稱為非必需氨基酸非必需氨基酸（nonessential amino acids）。）。必需氨基酸與非必需氨基酸：必需氨基酸與非必需氨基酸：氨基酸的分族合成氨基酸的分族合成檸檬酸循環(huán)檸檬酸循環(huán)-酮戊

3、二酸酮戊二酸（天冬氨酸族）（天冬氨酸族）（谷氨酸族）（谷氨酸族）草酰乙酸草酰乙酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺脯氨酸脯氨酸精氨酸精氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺甲硫氨酸甲硫氨酸賴氨酸賴氨酸蘇氨酸蘇氨酸P341圖31-1糖酵解糖酵解丙酮酸丙酮酸甘油甘油-3-3-磷酸磷酸絲氨酸絲氨酸半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸丙氨酸丙氨酸纈氨酸纈氨酸亮氨酸亮氨酸（絲氨酸族）（絲氨酸族）（丙丙氨氨酸族酸族）P341圖31-1糖酵解糖酵解磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸赤蘚糖赤蘚糖-4-4-磷酸磷酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸色氨酸色氨酸戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑核糖核糖-5-5-磷酸磷酸組氨酸組氨酸（芳香族氨基酸

4、）（芳香族氨基酸）P341圖31-1氨氨基基酸酸生生物物合合成成簡簡圖圖氨基酸生物合成代謝簡圖20種種氨氨基基酸酸生生物物合合成成途途徑徑示示意意圖圖pTrpTyrPhe二二、脂肪族氨基酸的生物合成脂肪族氨基酸的生物合成(一一) 谷氨酸族氨基酸的生物合成：谷氨酸族氨基酸的生物合成： L谷氨酸，谷氨酸，L谷氨酰胺，谷氨酰胺，L脯氨酸脯氨酸 (二二) 天冬氨酸族的生物合成：天冬氨酸族的生物合成： L天冬氨酸，天冬氨酸，L天冬酰胺，天冬酰胺，L甲硫氨酸甲硫氨酸, L蘇氨酸蘇氨酸(三三) 丙酮酸族的生物合成：丙酮酸族的生物合成： L丙氨酸、丙氨酸、L纈氨酸、纈氨酸、L亮氨酸亮氨酸(四四) 絲氨酸族的生

5、物合成：絲氨酸族的生物合成： L絲氨酸、絲氨酸、 L甘氨酸、甘氨酸、 L半胱氨酸的生物合成及固硫作用半胱氨酸的生物合成及固硫作用 (一一) 谷氨酸族氨基酸的生物合成谷氨酸族氨基酸的生物合成l1、由、由-酮戊二酸形成谷氨酸酮戊二酸形成谷氨酸l2、由、由-酮戊二酸形成谷氨酰胺酮戊二酸形成谷氨酰胺l3、由、由-酮戊二酸形成脯氨酸酮戊二酸形成脯氨酸l4、L-精氨酸的生物合成精氨酸的生物合成l5、由、由-酮戊二酸形成酮戊二酸形成L-賴氨酸賴氨酸1、由由-酮戊二酸形成谷氨酸酮戊二酸形成谷氨酸l-酮戊二酸和氨基酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨酶的作用即形成谷氨酮戊二酸和氨基酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨酶的作用即形成谷氨酸。酸。 -酮戊二酸酮戊二酸+N

6、H+NH4 4+ +NADH+H+NADH+H+ +谷氨酸谷氨酸+NAD+NAD+ +H+H2 2O O谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶2、由由-酮戊二酸形成谷氨酰胺酮戊二酸形成谷氨酰胺l如前所示如前所示-酮戊二酸先經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用形成酮戊二酸先經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用形成L-谷氨酸，再經(jīng)谷氨酸，再經(jīng)谷氨酰胺合成酶催化形成谷氨酰胺合成酶催化形成L-谷氨酰胺，這一過程需谷氨酰胺，這一過程需ATP。CH2CNH2CH2HCNH3COO-+CH2CH2HCNH3COO-+COOPO32-CH2COO-CH2HCNH3COO-+谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPATPADPADP谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶NHNH3 3PiPi

7、L-L-谷氨酸谷氨酸-谷氨酰磷酸中間體谷氨酰磷酸中間體谷氨酰胺谷氨酰胺3、由由-酮戊二酸形成脯氨酸酮戊二酸形成脯氨酸l 由由-酮戊二酸先生成谷氨酸，后者在谷氨酸酮戊二酸先生成谷氨酸，后者在谷氨酸激酶催化下由激酶催化下由ATP提供磷酸基團(tuán)形成谷氨酰磷酸，提供磷酸基團(tuán)形成谷氨酰磷酸，又在谷氨酸脫氫酶作用下將谷氨酸的又在谷氨酸脫氫酶作用下將谷氨酸的-羧基還原羧基還原形成谷氨酸形成谷氨酸- -半醛，然后自發(fā)環(huán)化形成五元環(huán)化半醛，然后自發(fā)環(huán)化形成五元環(huán)化合物合物二氫吡咯還原酶催化還原形成脯氨酸。二氫吡咯還原酶催化還原形成脯氨酸。( (二二) ) 天冬氨酸族的生物合成天冬氨酸族的生物合成l1、天冬氨酸的生

8、物合成、天冬氨酸的生物合成l2、天冬酰胺的生物合成、天冬酰胺的生物合成l3、細(xì)菌和植物、細(xì)菌和植物L(fēng)-賴氨酸的生物合成賴氨酸的生物合成l4、甲硫氨酸的生物合成、甲硫氨酸的生物合成l5、蘇氨酸的生物合成、蘇氨酸的生物合成l6、異亮氨酸的生物合成、異亮氨酸的生物合成1、天冬氨酸的生物合成天冬氨酸的生物合成lL-天冬氨酸是由草酰乙酸接受由谷氨酸轉(zhuǎn)來的氨天冬氨酸是由草酰乙酸接受由谷氨酸轉(zhuǎn)來的氨基形式。催化這一反應(yīng)的酶稱為谷基形式。催化這一反應(yīng)的酶稱為谷-草轉(zhuǎn)氨酶或稱草轉(zhuǎn)氨酶或稱天冬氨酸天冬氨酸-谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶。谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶。COO-CH2COO-CO+谷谷- -草轉(zhuǎn)氨酶草轉(zhuǎn)氨酶COO-CH2COO-CN

9、H3H+-酮戊二酸天冬氨酸天冬氨酸草酰乙酸草酰乙酸2、天冬酰胺的生物合成天冬酰胺的生物合成l哺乳動(dòng)物天冬酰胺的合成可能都是在天冬氨哺乳動(dòng)物天冬酰胺的合成可能都是在天冬氨酸的酸的-羧基上轉(zhuǎn)移一個(gè)谷氨酰胺的酰胺基而羧基上轉(zhuǎn)移一個(gè)谷氨酰胺的酰胺基而成。催化該反應(yīng)的酶稱為天冬酰胺合成酶，成。催化該反應(yīng)的酶稱為天冬酰胺合成酶，需需ATP參與作用。參與作用。COOCOO- -CHCH2 2COOCOO- -C CNHNH3 3H H+ + +谷氨酰胺谷氨酰胺+ATP+ATPCONHCONH2 2CHCH2 2COOCOO- -C CNHNH3 3H H+ + +谷氨酸谷氨酸+AMP+PPi+H+AMP+P

10、Pi+H+ +天冬酰氨合成酶天冬酰氨合成酶(三三) 丙酮酸族的生物合成丙酮酸族的生物合成l1、丙氨酸的生物合成、丙氨酸的生物合成l2、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l3、亮氨酸的生物合成、亮氨酸的生物合成(四四)絲氨酸族的生物合成絲氨酸族的生物合成l1、絲氨酸和甘氨酸的生物合成、絲氨酸和甘氨酸的生物合成l2、半胱氨酸的生物合成、半胱氨酸的生物合成1、絲氨酸和甘氨酸的生物合成絲氨酸和甘氨酸的生物合成l從甘油酸從甘油酸-3-磷酸經(jīng)三步簡單反應(yīng)可以生成絲氨酸磷酸經(jīng)三步簡單反應(yīng)可以生成絲氨酸 n絲氨酸脫去羥絲氨酸脫去羥甲基可以轉(zhuǎn)化為甲基可以轉(zhuǎn)化為甘氨酸，這是氨甘氨酸，這是氨基酸

11、分解代謝中基酸分解代謝中甘氨酸轉(zhuǎn)化為絲甘氨酸轉(zhuǎn)化為絲氨酸反應(yīng)的逆反氨酸反應(yīng)的逆反應(yīng)。應(yīng)。 2、半胱氨酸的生物合成半胱氨酸的生物合成l甲硫氨酸降解時(shí)轉(zhuǎn)甲基可以生成同型高半胱氨酸，甲硫氨酸降解時(shí)轉(zhuǎn)甲基可以生成同型高半胱氨酸，后者與絲氨酸縮合后再水解可以生成半胱氨酸后者與絲氨酸縮合后再水解可以生成半胱氨酸 ，（見圖見圖），甲硫氨酸是一種必需氨基酸，因此半，甲硫氨酸是一種必需氨基酸，因此半胱氨酸應(yīng)該視作必需氨基酸。胱氨酸應(yīng)該視作必需氨基酸。三三、芳香族氨基酸及組氨酸的芳香族氨基酸及組氨酸的生物合成生物合成(一一)苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的生物合成苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的生物合成 (二二)組氨酸的生物

12、合成組氨酸的生物合成(一一)苯丙氨酸苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸酪氨酸和色氨酸l芳香族氨基酸的合成前體是糖酵解的中間產(chǎn)物磷芳香族氨基酸的合成前體是糖酵解的中間產(chǎn)物磷酸烯醇式丙酮酸（酸烯醇式丙酮酸（PEP）和戊糖磷酸途徑的中間）和戊糖磷酸途徑的中間產(chǎn)物赤蘚糖產(chǎn)物赤蘚糖4磷酸，當(dāng)兩者縮合轉(zhuǎn)化為分支磷酸，當(dāng)兩者縮合轉(zhuǎn)化為分支酸后，可以沿不同分支合成酪氨酸、苯丙氨酸或酸后，可以沿不同分支合成酪氨酸、苯丙氨酸或色氨酸。色氨酸。如圖如圖（二）（二）組氨酸的生物合成組氨酸的生物合成l組氨酸可從磷酸核糖焦磷酸（組氨酸可從磷酸核糖焦磷酸（PRPP）合）合成，反應(yīng)途徑較為復(fù)雜成，反應(yīng)途徑較為復(fù)雜如圖所示如圖所示四四、

13、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)l (一一) 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 l（二）通過酶生成量的改變調(diào)節(jié)氨基酸的生物（二）通過酶生成量的改變調(diào)節(jié)氨基酸的生物合成合成 (一一) 通過終端產(chǎn)物通過終端產(chǎn)物 對氨基酸生物合成的抑制對氨基酸生物合成的抑制 1、簡單的終端產(chǎn)物抑制、簡單的終端產(chǎn)物抑制2、不同終端產(chǎn)物對共經(jīng)合成途徑的協(xié)同抑制、不同終端產(chǎn)物對共經(jīng)合成途徑的協(xié)同抑制 (一一) 通過終端產(chǎn)物通過終端產(chǎn)物 對氨基酸生物合成的抑對氨基酸生物合成的抑制制 3、不同分支產(chǎn)物對多個(gè)同工酶的特殊抑制、不同分支產(chǎn)物對多個(gè)同工酶的特殊抑制酶的多重酶的多重 性抑制

14、性抑制4、連續(xù)產(chǎn)物抑制，又稱連續(xù)反饋抑制或逐步反饋抑制、連續(xù)產(chǎn)物抑制，又稱連續(xù)反饋抑制或逐步反饋抑制 A A生成生成B B有兩個(gè)酶催有兩個(gè)酶催化，兩個(gè)分支產(chǎn)物分化，兩個(gè)分支產(chǎn)物分別對兩個(gè)不同酶加以別對兩個(gè)不同酶加以抑制。抑制。五五、氨基酸轉(zhuǎn)化為其他氨基酸及氨基酸轉(zhuǎn)化為其他氨基酸及其他代謝物其他代謝物(一一) 氧化氮的形成氧化氮的形成 (二二) 谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathion)(三三) 肌酸肌酸(creatine)的生物合成的生物合成 (四四) 卟啉卟啉(porphyrin)，血紅素，血紅素(Heme)的生物合成的生物合成(五五) 短桿菌肽短桿菌肽5(gramicidin S)(六六)

15、D-氨基酸的形成氨基酸的形成(一一)氧化氮的形成氧化氮的形成 氧化氮（氧化氮（ NO ）是脊椎動(dòng)物體內(nèi)一種重要的信息分子。）是脊椎動(dòng)物體內(nèi)一種重要的信息分子。 NO可自由跨膜擴(kuò)散，存在的時(shí)間很短，短至幾秒鐘?？勺杂煽缒U(kuò)散，存在的時(shí)間很短，短至幾秒鐘。 一氧化氮起著信使分子的作用。當(dāng)內(nèi)皮要向肌肉發(fā)出一氧化氮起著信使分子的作用。當(dāng)內(nèi)皮要向肌肉發(fā)出放松指令以促進(jìn)血液流通時(shí)，它就會產(chǎn)生一些一氧化氮分放松指令以促進(jìn)血液流通時(shí)，它就會產(chǎn)生一些一氧化氮分子，這些分子很小，能很容易地穿過細(xì)胞膜。血管周圍的子，這些分子很小，能很容易地穿過細(xì)胞膜。血管周圍的平滑肌細(xì)胞接收信號后舒張，使血管擴(kuò)張。平滑肌細(xì)胞接收信

16、號后舒張，使血管擴(kuò)張。 氧化氮合酶（氧化氮合酶（NOSNOS）可以將精氨酸轉(zhuǎn)化為）可以將精氨酸轉(zhuǎn)化為NONO和瓜氨酸。和瓜氨酸。瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸NOSNOSNOSNOS(一一)氧化氮的形成氧化氮的形成 l已知已知NOS有三種類型：內(nèi)皮細(xì)胞型有三種類型：內(nèi)皮細(xì)胞型NOS，神經(jīng)細(xì)胞型，神經(jīng)細(xì)胞型NOS和白細(xì)胞型和白細(xì)胞型NOS。l內(nèi)皮細(xì)胞中產(chǎn)生的內(nèi)皮細(xì)胞中產(chǎn)生的NO是血管舒張的信號分子是血管舒張的信號分子，可使，可使血管周血管周圍圍的平滑肌舒張，的平滑肌舒張，促進(jìn)血液流通促進(jìn)血液流通。l神經(jīng)細(xì)胞中產(chǎn)生的神經(jīng)細(xì)胞中產(chǎn)生的NO可使大腦和其它動(dòng)脈擴(kuò)張，腦組織中可使大腦和其它動(dòng)脈擴(kuò)張，腦組織中NO

17、S含量最高，說明含量最高，說明NO是中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能所必需的是中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能所必需的。l白細(xì)胞中產(chǎn)生的白細(xì)胞中產(chǎn)生的NO是其細(xì)胞毒儲備庫中的一部分，是其細(xì)胞毒儲備庫中的一部分，NO與與超氧化物產(chǎn)生的高反應(yīng)性羥基自由基，可殺死入侵的細(xì)菌超氧化物產(chǎn)生的高反應(yīng)性羥基自由基，可殺死入侵的細(xì)菌。(二二)谷胱甘肽谷胱甘肽(glutathion)還原型谷光甘肽還原型谷光甘肽 谷光甘肽有巰基，能保護(hù)血液中紅細(xì)胞不受氧化損傷。谷光甘肽有巰基，能保護(hù)血液中紅細(xì)胞不受氧化損傷。正常情況下，還原型谷光甘肽與氧化型谷光甘肽的比例是正常情況下，還原型谷光甘肽與氧化型谷光甘肽的比例是500500：1 1。在機(jī)體中發(fā)揮抗氧

18、化及解毒等重要作用。在機(jī)體中發(fā)揮抗氧化及解毒等重要作用。谷胱甘肽還原型還原型氧化型氧化型2GSH2GSSGOxidation-2H+ -2e-+2H +2e-Reduction(三三)肌酸肌酸(creatine)的生物合成的生物合成 轉(zhuǎn)脒基酶轉(zhuǎn)脒基酶S-S-腺苷高半胱氨酸腺苷高半胱氨酸S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶甲基轉(zhuǎn)移酶甘氨酸甘氨酸精氨酸精氨酸鳥氨酸鳥氨酸胍基乙酸胍基乙酸肌酸肌酸 磷酸肌酸磷酸肌酸在肌肉和神經(jīng)在肌肉和神經(jīng)組織中發(fā)揮重組織中發(fā)揮重要的作用要的作用。 在肌肉或其他興奮性組織（如腦和神經(jīng)）中在肌肉或其他興奮性組織（如腦和神經(jīng)）中由肌酸與磷酸組成的一種高能磷酸化合物。是高由肌酸與磷酸組成的一種高能磷酸化合物。是高能磷酸基的暫時(shí)貯存形式。由肌酸磷酸激酶調(diào)節(jié)能磷酸基的暫時(shí)貯存形式。由肌酸磷酸激酶調(diào)節(jié)其合成和降解，以緩沖其合成和降解，以緩沖ATPATP的濃度。的濃度。 磷酸肌酸磷酸肌酸(四四)卟啉卟啉(porphyrin)，血紅素血紅素(Heme)的生物合成