第31章氨基酸及其重要衍生物的生物合成(Biosynthesisofaminoacidsandseveralimportantderivatives)第一頁，共三十六頁。一、概論1、必需氨基酸和非必需氨基酸動物必需氨基酸指動物體內(nèi)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。非必需氨基酸——凡是動物體內(nèi)能合成的氨基酸。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。微生物不同微生物合成氨基酸的能力差異很大。第二頁，共三十六頁。人的必需氨基酸對于人體的需要來說，20種氨基酸可以分為三類：Lys、Thr、Leu、Ile、Val、Met、Trp、Phe這8種氨基酸，人體不能自己合成，必須通過食物來攝取，這些氨基酸稱為必需氨基酸。青少年以前人體合成Arg、His的能力不能滿足自身的需要，需要從食物中攝取一部分，稱為半必需氨基酸。對于成年人來說，Arg和His是非必需氨基酸。另外的十種氨基酸，人體可以自身合成，稱為非必需氨基酸。假設(shè)來寫一兩本書MetTrpLysValIleLeuPheThr第三頁，共三十六頁。蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值

1.必需氨基酸的種類和數(shù)量

2.必需氨基酸的比例第四頁，共三十六頁。(1)氨基酸碳骨架是怎樣形成的?(2)氮經(jīng)怎樣的途徑流入氨基酸分子?2、有關(guān)合成的兩個問題第五頁，共三十六頁。2.1氨基酸碳骨架的形成源于代謝的三條“主要干線”的代謝中間產(chǎn)物①檸檬酸循環(huán)②糖酵解③磷酸戊糖途徑第六頁，共三十六頁。異亮氨酸第七頁，共三十六頁。第八頁，共三十六頁。第九頁，共三十六頁。無機氮（N2、NH3）通過“生物固氮”成為復(fù)雜的有機氮。生物體可以通過三條途徑將氨轉(zhuǎn)化為有機化合物：①形成氨甲酰磷酸(耗2ATP)②形成谷氨酸(耗NADPHorNADH)③形成谷氨酰胺(耗1ATP)2.2氮經(jīng)三條途徑流入氨基酸分子第十頁，共三十六頁。①形成氨甲酰磷酸機制催化酶：氨甲酰磷酸合成酶Ⅰ調(diào)節(jié)物：N-乙酰谷氨酸（細菌中由谷氨酸在N-乙酰谷氨酸合成酶的催化下與乙酰-CoA合成。）第十一頁，共三十六頁。②形成谷氨酸第十二頁，共三十六頁。③形成谷氨酰胺第十三頁，共三十六頁。二十種氨基酸生物合成的概況第十四頁，共三十六頁。二、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20種氨基酸的能力差異極大，大多數(shù)細菌和植物可以合成20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—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。第十五頁，共三十六頁。谷氨酸生物合成谷氨酸合酶①通過谷氨酸脫氫酶合成谷氨酸（氧化脫氨的逆反應(yīng)，在自然界不普遍，要求底物[NH4+]高）。②通過α－酮戊二酸和其他氨基酸的轉(zhuǎn)氨反應(yīng)合成谷氨酸。③α－酮戊二酸和谷氨酰胺反應(yīng)生成兩分子谷氨酸。第十六頁，共三十六頁。α-酮戊二酸形成谷氨酰胺見氨的轉(zhuǎn)運谷氨酰胺合成酶是催化氨轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C含氮物的主要酶第十七頁，共三十六頁。谷氨酸和谷氨酰胺合成示意圖[NH4+]極低時就可以進行第十八頁，共三十六頁。由α－酮戊二酸合成脯氨酸α-酮戊二酸谷氨酸γ-谷氨酰磷酸谷氨酸-γ-半醛Δ’

-二氫吡咯-

5

-羧酸脯氨酸

激酶還原酶自發(fā)環(huán)化還原酶第十九頁，共三十六頁。由α－酮戊二酸合成精氨酸見尿素循環(huán)第二十頁，共三十六頁。幾種氨基酸的關(guān)系α-酮戊二酸谷AA谷氨酰胺脯AA羥脯AA鳥AA瓜AA精AA第二十一頁，共三十六頁。（二）天冬氨酸族氨基酸的生物合成Asp、Asn、Met、Thr、

Ile共同碳架：TCA中的草酰乙酸第二十二頁，共三十六頁。天冬氨酸生物合成谷草轉(zhuǎn)氨酶天冬氨酸第二十三頁，共三十六頁。天冬酰胺生物合成天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶①哺乳動物中②細菌中天冬氨酸第二十四頁，共三十六頁。幾種氨基酸的關(guān)系草酰乙酸賴氨酸蘇氨酸甲硫氨酸異亮氨酸天冬酰胺天冬氨酸β-天冬氨酸半醛第二十五頁，共三十六頁。（三）丙酮酸族氨基酸的生物合成Ala、Val、Leu共同碳架：EMP中的丙酮酸第二十六頁，共三十六頁。丙氨酸生物合成谷丙轉(zhuǎn)氨酶第二十七頁，共三十六頁。（四）絲氨酸族氨基酸的生物合成Ser、Gly、Cys第二十八頁，共三十六頁。絲氨酸和甘氨酸生物合成磷酸甘油酸脫氫酶磷酸絲氨酸轉(zhuǎn)氨酶絲氨酸轉(zhuǎn)羥甲基酶磷酸絲氨酸磷酸酶甘油酸-3-磷酸3-磷酸羥基丙酮酸3-磷酸絲氨酸絲氨酸甘氨酸第二十九頁，共三十六頁。半胱氨酸生物合成硫氫解酶轉(zhuǎn)乙酰基酶絲氨酸O

–

乙酰絲氨酸半胱氨酸植物和微生物體內(nèi)半胱氨酸的合成途徑-SH主要來源于硫酸，硫酸要還原為H2S第三十頁，共三十六頁。半胱氨酸生物合成胱硫醚

-γ-水解酶胱硫醚

-β-合酶高半胱氨酸胱硫醚α-酮丁酸半胱氨酸動物體內(nèi)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(chǎn)物第三十一頁，共三十六頁。三種氨基酸的關(guān)系甘AA絲AA半胱AA3-磷酸甘油酸SAM第三十二頁，共三十六頁。（五）芳香族氨基酸的生物合成Phe、Tyr、Trp見P356圖31-20、P357圖31-21、P358圖31-22芳香族AA碳架：4-磷酸-赤蘚糖(PPP)和PEP(EMP)第三十三頁，共三十六頁。芳香族氨基酸的關(guān)系色氨酸PEP4-磷酸赤蘚糖莽草酸分支酸預(yù)苯酸酪氨酸苯丙氨酸雖然苯環(huán)非常穩(wěn)定，但環(huán)境中并沒有現(xiàn)成的芳香環(huán)。細菌和植物中Trp、Phe及Tyr合成的分支在芳香環(huán)的形成—一條重要的生物學(xué)途徑。涉及脂肪族前體的環(huán)化及雙鍵添加，前4步由4-P-赤蘚糖和PEP形成莽草酸(shikimate)，后