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1、第二节第二节 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、概一、概论论 1. 氨基酸合成的种属差异：氨基酸合成的种属差异： 不同生物合成氨基酸的能力不同不同生物合成氨基酸的能力不同 不同生物能够合成氨基酸的种类也不不同生物能够合成氨基酸的种类也不 完全相同完全相同 2. 氨基酸生物合成的研究的材料：氨基酸生物合成的研究的材料： 大多数以微生物的遗传突变株作为大多数以微生物的遗传突变株作为 材料材料 3. 氨基酸碳骨架的形成：氨基酸碳骨架的形成： 起源于起源于柠檬酸循环柠檬酸循环、糖酵解糖酵解以及以及 戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径。 根据起始物不同将根据起始物不同将AAAA生
2、物合成途生物合成途 径归纳为六族径归纳为六族 4. 4. 氮的进入途径：氮的进入途径： 起始于无机氮，例如起始于无机氮，例如 N2、NH3 生物体利用生物体利用3 3种途径把氨转化为种途径把氨转化为 有机化合物有机化合物 氨甲酰磷酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶 NH4 +HCO3 -+2ATP 氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 + 2ADP + Pi + 2H+ 2ADP + Pi + 2H + 尿素循环精氨酸合成：尿素循环精氨酸合成：线粒体线粒体，氨甲酰磷酸合成酶，氨甲酰磷酸合成酶I I， 氮源氮源-氨氨 嘧啶生物合成嘧啶生物合成 ：细胞溶胶细胞溶胶，氨甲酰磷酸合成酶，氨甲酰磷酸合成酶， 氮源氮源-谷氨酰胺谷
3、氨酰胺 真 核 细 胞 真 核 细 胞 原核细胞原核细胞 ：仅有一种氨甲酰磷酸合成酶全都是利用谷氨：仅有一种氨甲酰磷酸合成酶全都是利用谷氨 酸作为氮源酸作为氮源 第第1种途径种途径 氨甲酰磷酸合成酶：氨甲酰磷酸合成酶： 第第2种途径种途径 NH4 + a-酮戊二酸酮戊二酸 + NAD(P)H + H+ 谷氨酸谷氨酸 + NAD(P)+ + H2O 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 第第3种途径种途径 NH4 + +谷氨酸谷氨酸+ATP 谷氨酰胺谷氨酰胺+ADP+Pi+ H+ 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶 二、脂肪族氨基酸的生物合成二、脂肪族氨基酸的生物合成 （一）（一）谷氨酸族谷氨酸族氨基酸的生物合成
4、氨基酸的生物合成 1. 由由-酮戊二酸形成酮戊二酸形成谷氨酸谷氨酸 1 1）-酮戊二酸酮戊二酸+氨基酸氨基酸谷氨酸谷氨酸+-酮酸酮酸 转氨酶转氨酶 2） a-酮戊二酸酮戊二酸 + NH4 + NAD(P)H + H+ 谷氨酸谷氨酸 + NAD(P)+ + H2O 谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶 3） a-酮戊二酸酮戊二酸 + L-谷氨酰胺谷氨酰胺+ NAD(P)H + H+ 2 谷氨酸谷氨酸 + NAD(P)+ 谷氨酸合酶谷氨酸合酶 不普遍不普遍 普遍普遍 2由由谷氨酸谷氨酸形成形成谷氨酰胺谷氨酰胺 -酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺 转氨酶转氨酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶 AA -酮
5、酸酮酸ATP+NH3ADP+Pi 3.3. 由由谷氨酸谷氨酸形成形成脯氨酸脯氨酸 4. 由谷氨酸形成由谷氨酸形成精氨酸精氨酸 5. 由由a-酮戊二酸形成酮戊二酸形成L-赖氨酸赖氨酸 蕈类（和眼虫）蕈类（和眼虫）L-赖氨酸的合成以赖氨酸的合成以 a-酮戊二酸为起始物。酮戊二酸为起始物。 细菌和绿色植物则是通过丙酮酸和细菌和绿色植物则是通过丙酮酸和 天冬氨酸途径天冬氨酸途径 （二）（二）天冬氨酸族天冬氨酸族的生物合成的生物合成 1.1. 天冬氨酸天冬氨酸的生物合成的生物合成 2天冬酰胺天冬酰胺的生物合成的生物合成 哺乳动物：转移一个谷氨酰胺的哺乳动物：转移一个谷氨酰胺的 酰胺基酰胺基 细菌：由细菌
6、：由NH4+提供酰胺基氮源提供酰胺基氮源 3. 细菌和植物细菌和植物L-赖氨酸赖氨酸的生物合成的生物合成 4. 甲硫氨酸甲硫氨酸的生物合成的生物合成 5. 苏氨酸苏氨酸的生物合成的生物合成 6. 异亮氨酸异亮氨酸的生物合成的生物合成 （三）（三）丙酮酸族丙酮酸族的生物合成的生物合成 1.1. 丙氨酸丙氨酸的生物合成的生物合成 2缬氨酸缬氨酸和和异亮氨酸异亮氨酸的生物合成的生物合成 3. 亮氨酸亮氨酸的生物合成的生物合成 （四）（四）丝氨酸族丝氨酸族的生物合成的生物合成 1.1.丝氨酸丝氨酸和和甘氨酸甘氨酸的生物合成的生物合成 2. 半胱氨酸半胱氨酸的生物合成的生物合成 三、芳香族氨基酸及组氨酸
7、的生物合成三、芳香族氨基酸及组氨酸的生物合成 （）（）苯丙氨酸苯丙氨酸、酪氨酸酪氨酸及及色氨酸色氨酸的的 生物合成生物合成 （二）（二）组氨酸组氨酸的生物合成的生物合成 四、氨基酸生物合成的调节四、氨基酸生物合成的调节 调节酶活性调节酶活性 调节酶的生成量调节酶的生成量 （一）调节（一）调节酶活性酶活性： 通过终端产物抑制酶活性通过终端产物抑制酶活性- 别构效应别构效应 1.1.简单的终端产物抑制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不同终端产物对共经合成途径的协 同抑制同抑制 3. 不同分支产物对多个同工酶的特殊不同分支产物对多个同工酶的特殊 抑制抑制 4. 连续产物抑制又
8、称连续反馈控制或连续产物抑制又称连续反馈控制或 逐步反馈抑制逐步反馈抑制 （二）调节（二）调节酶的生成量酶的生成量： 通过酶编码基因活性的改变通过酶编码基因活性的改变控制控制 酶生成量酶生成量-阻遏效应阻遏效应 阻遏比阻遏比别构缓慢别构缓慢 五、氨基酸转化为其他氨基五、氨基酸转化为其他氨基 酸及其他代谢物酸及其他代谢物 （一）（一）氧化氮氧化氮的形成的形成 概述概述 存在方式：阳离子形式（存在方式：阳离子形式（NO+）、自由）、自由 基形式（基形式（NO.）和阴离子形式（）和阴离子形式（NO-） 生成方式：是由精氨酸在生成方式：是由精氨酸在氧化氮合酶氧化氮合酶 （NOS）催化下形成的，产物是氧
9、化氮和）催化下形成的，产物是氧化氮和 瓜氨酸，需要瓜氨酸，需要NADPH和和O2。 + NO+ O2 COOH CHNH2 (CH2)3 NH CNH NH2 NADPH+H+ NADP+ COOH CHNH2 (CH2)3 NH CO NH2 一氧化氮合酶一氧化氮合酶 （NOS） 精氨酸精氨酸瓜氨酸瓜氨酸一氧化氮一氧化氮 （二）（二）谷胱甘肽谷胱甘肽 1. 谷胱甘肽组成谷胱甘肽组成 谷胱甘肽是由谷胱甘肽是由谷氨酸谷氨酸、半胱氨酸半胱氨酸和和 甘氨酸甘氨酸结合而成的三肽，半胱氨酸结合而成的三肽，半胱氨酸 上的巯基为其活性基团上的巯基为其活性基团 谷胱甘肽有还原型（谷胱甘肽有还原型（GSH）和氧
10、化）和氧化 型（型（GSSG）两种形式）两种形式 2. 2. 谷胱甘肽作用谷胱甘肽作用 1）抗氧化剂抗氧化剂 ：由于还原型谷胱甘肽本身易由于还原型谷胱甘肽本身易 受某些物质氧化，所以它在体内能够保护许受某些物质氧化，所以它在体内能够保护许 多蛋白质和酶等分子中的巯基不被氧化多蛋白质和酶等分子中的巯基不被氧化 2）整合解毒作用整合解毒作用：易于碘乙酸、芥子气：易于碘乙酸、芥子气 （一种毒气）、铅、汞、砷等重金属盐络合，（一种毒气）、铅、汞、砷等重金属盐络合， 而具有了整合解毒作用而具有了整合解毒作用 3）参与氨基酸的转运参与氨基酸的转运 ：胱甘肽分子上的胱甘肽分子上的- 谷氨酰基转移到任何一个氨
11、基酸上，形成谷氨酰基转移到任何一个氨基酸上，形成- 谷氨酰氨基酸，可以从一个细胞转移到另一谷氨酰氨基酸，可以从一个细胞转移到另一 个细胞个细胞 半胱氨酰甘氨酸半胱氨酰甘氨酸 (Cys-Gly) 半胱氨酸半胱氨酸甘氨酸甘氨酸 肽酶肽酶 -谷氨谷氨 酸环化酸环化 转移酶转移酶 氨基酸氨基酸 H2NCH COOH R 5-氧脯氨酸氧脯氨酸 谷氨酸谷氨酸 5-氧脯氧脯 氨酸酶氨酸酶 ATP ADP+Pi -谷氨酰半胱氨酸谷氨酰半胱氨酸 -谷氨酰谷氨酰 半胱氨酸半胱氨酸 合成酶合成酶 ADP+Pi ATP 谷胱甘肽谷胱甘肽 合成酶合成酶 ATP ADP+Pi 细胞外细胞外 - -谷谷 氨酰氨酰 基转基转
12、 移酶移酶 细胞膜细胞膜 谷胱甘肽谷胱甘肽 GSH 细胞内细胞内 -谷氨酰基循环过程谷氨酰基循环过程 -谷氨酰谷氨酰 氨基酸氨基酸 COOH CHNH2 CH2 CH2 C O NHCH COOH R CHH2N COOH R 氨基酸氨基酸 3. 谷胱甘肽生物合成谷胱甘肽生物合成 第第1步是步是谷氨酸谷氨酸的的 -羧基和羧基和半胱氨半胱氨 酸酸的氨基之间形成肽键的氨基之间形成肽键 第第2 2步是步是 -谷氨酰半胱氨酸分子中谷氨酰半胱氨酸分子中 半胱氨酸部分的羧基与半胱氨酸部分的羧基与甘氨酸甘氨酸的氨基之间的氨基之间 形成肽键。形成肽键。 （三）肌酸的生物合成（三）肌酸的生物合成 NH2 CNH
13、 N CH2 CH3 COOH A r g （ 脒脒 基基 ） S A M （ 甲甲 基基 ） G l y （ 骨骨 架架 ） 肌肌酸酸 + （四）卟啉、血红素的生物合成（四）卟啉、血红素的生物合成 甘氨酸甘氨酸与与琥珀酰辅酶琥珀酰辅酶A缩合形成缩合形成-氨基乙酰丙酸氨基乙酰丙酸 + HSCoA+ CO2 ALA合酶合酶 （磷酸吡哆醛）（磷酸吡哆醛） 反应部位：线粒体反应部位：线粒体 COOH H2C CH2 CSCoA O CH2NH2 COOH COOH H2C CH2 C CH2NH2 O ALA 胆色素原的生成胆色素原的生成（PBG） ALA生成后从线粒体进入胞液生成后从线粒体进入胞液
14、 ALA脱水酶脱水酶 2H2O 反应部位：胞液反应部位：胞液 N H OH O OH O NH2 COOH CH2 CH2 C C N O HH HH 4分子胆色素原缩合形成一分子胆色素原缩合形成一线型四吡咯线型四吡咯；线型四吡；线型四吡 咯的环化（尿卟啉原咯的环化（尿卟啉原I、尿卟啉原尿卟啉原 ） 尿卟啉原尿卟啉原形成血红素的前体形成血红素的前体粪卟啉原粪卟啉原 4x 胆色素原胆色素原线状四吡咯线状四吡咯 尿卟啉原尿卟啉原 粪卟啉原粪卟啉原 尿卟啉原尿卟啉原 同合酶同合酶 尿卟啉原尿卟啉原 同合酶同合酶 尿卟啉原尿卟啉原 脱羧酶脱羧酶 反应部位：胞液反应部位：胞液 吡咯环取代基的氧化作用产生
15、吡咯环取代基的氧化作用产生原卟啉原原卟啉原 在原卟啉在原卟啉氧化酶作用下转变为氧化酶作用下转变为原卟啉原卟啉 在亚铁螯合酶催化下，亚铁原子参入原卟啉在亚铁螯合酶催化下，亚铁原子参入原卟啉形形 成成血红素血红素 胞液中的粪卟啉原胞液中的粪卟啉原再进入线粒体再进入线粒体 反应部位：线粒体反应部位：线粒体 粪卟啉原粪卟啉原 原卟啉原原卟啉原 原卟啉原卟啉血红素血红素 粪卟啉原粪卟啉原 氧化脱羧酶氧化脱羧酶 亚铁螯合酶亚铁螯合酶 原卟啉原原卟啉原 氧化酶氧化酶 A：乙酸基 P：丙酸基 M：甲基 V：乙烯基 血红素降解的第血红素降解的第1步是形成胆绿素，再进一步是形成胆绿素，再进一 步形成胆红素。步形成
16、胆红素。胆红素胆红素对机体是非常有效的对机体是非常有效的 抗氧化剂。抗氧化剂。 （五）短杆菌肽（五）短杆菌肽S 结构：结构：是一个环状是一个环状10肽，是由两条五肽链肽，是由两条五肽链 头尾相接构成头尾相接构成 组成：组成：D-苯丙氨酸苯丙氨酸、L-脯氨酸脯氨酸、L-缬氨缬氨 酸酸、L-鸟氨酸鸟氨酸、L-亮氨酸亮氨酸 合成：合成：E 只与 只与D -Phe结合，结合，另另4个氨基酸个氨基酸 按一定顺序同时结合到按一定顺序同时结合到E 上， 上，E E 辅基是 辅基是 4 4- - 磷酸泛酰巯基乙胺磷酸泛酰巯基乙胺 （六）（六）D-氨基酸的形成氨基酸的形成 D D- -氨基酸的来源大多是由氨基酸的来源大多是由L L- -氨基酸通过氨基酸通过 消旋酶消旋酶的作用形成。的作用形成。D D-
