氨基酸的生物合成

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✓ 谷AA脱氢酶（细菌）
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COOH
CH2 CH2
+NH3
+NADH
C=O
COOH
COOH
CH2 CH2
+NAD+ +H2O
CHNH2
COOH
α-酮戊二酸 （TCA循环产生的）
此反应要求有较高浓度的NH3，足 以使光合磷酸化解偶联，不可能是无
机氨转为有机氮的主要途径
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✓ 谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）
▪芳香族氨基酸的关系
PEP 4-磷酸赤藓糖
莽草酸
色氨酸 分支酸
若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体 预苯酸
，因此芳香族氨基酸合成时相同的一段
过程叫莽草酸途径 酪氨酸 苯丙氨酸
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2、组氨酸的生物合成
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组氨酸碳原子和氮原子来源总结
糖来 自 核
N 来自ATP
HC CH
--
CN
H
CH2 CH-NH2 COOH
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（1）由分支酸形成苯丙氨酸和酪氨酸
酪氨酸的生物 合成除上述途 径外，还可由 苯丙氨酸羟基 化而形成。催 化此反应的酶 称为苯丙氨酸 羟化酶，又称 苯丙氨酸-4单加氧酶。
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（2）由分支酸形成色氨酸
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色氨酸碳原子和氮原子来源总结
▪PPP中的磷酸核糖、赤藓糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP)
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（2）
（存在于细菌中）
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3、细菌和植物L-赖氨酸的生物合成
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4、L-甲硫氨酸的生物合成
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5、L-苏氨酸的生物合成
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6、L-异亮氨酸的生物合成
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▪ 几种氨基酸的关系
天冬酰胺
草酰乙酸
天冬氨酸
赖氨酸
甲硫氨酸
β-天冬氨酸半醛
苏氨酸 异亮氨酸
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（三）丙酮酸族氨基酸的合成
▪ 包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)
▪ 三种氨基酸的关系
乙醛酸
甘AA
丝AA 半胱AA
3-磷酸甘油酸.
（五）组氨酸和芳香族氨基酸的生物合成 ▪ 包括：组AA(His)、色AA(Trp)、酪
AA(Tyr)、苯丙AA(Phe)
▪ 芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP)
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1、芳香族氨基酸的生物合成 ▪ 芳香族AA碳架：赤藓糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP)
站”， Glu
其它AA。
｛有C架（ α-酮酸）
❖ 氨基酸的合成
有AA提供. 氨基(最主要为谷AA)
（一） 谷氨酸族氨基酸的合成
▪ 包括：谷AA(Glu)、谷氨酰胺(Gln)、脯(Pro)、 羟脯(Hyp)、精(Arg) 赖氨酸（lys)
▪ 共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸
1、由α-酮戊二酸形成谷氨酸
酶生成量的控制主要是通过有关酶编码基因活性的改变。 当某种氨基酸的合成能够提供超过需要量的产物时，则该合成 途径的酶的绩码基因即受到抑制；而当合成产物浓度下降时， 则有关酶的编码基因即解除抑制，从而合成增加产物浓度所需 要的酶。
在氨基酸的合成途径中，有些酶能够受到细胞合成量的控制； 这种酶称为阻遏酶。例如大肠杆菌由天冬氨酸衍生的几儿种氨 基酸的合成过程中，标有A、B、C的三种酶都不属于变构酶， 这些酶属于阻遏酶，它们的调控靠细胞对其合成速度的改变。 当甲硫氨酸的量足够时。同工酶A和B都受到阻遏．同样当异 亮氨酸的合成足够则同工酶C的合成速度就受到阻遏。
+2H 谷AA合酶 2
CH2 CH2
C=O
CHNH2
COOH
COOH
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总反应: NH3 +ATP + α-酮戊二酸+2H 谷AA+ADP+H2O+Pi
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二 氨基酸的合成
❖ 主要通过转氨基作用
AA-R1
α-酮酸R2
转氨酶
α-酮酸R1
AA-R2
❖ 许多氨基酸可以作为氨基的供体，其中最 主要的是谷氨酸，其被称为氨基的“转换
第31章 氨基酸及其重要衍生物的生物合成
一、概论
对动物来说： 必需氨基酸—动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得才
能维持正常生长发育。苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、 缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、组氨酸。
非必需氨基酸——凡是动物体内能合成的氨基酸。
对植物来说： 能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根来合成氨基酸。 对微生物来说： 不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。
▪ 共同碳架：EMP中的丙酮酸 1、丙氨酸的生物合成
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2、缬氨酸和异亮氨酸的生物合成 3、亮氨酸的生物合成
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（四）丝氨酸族氨基酸的合成
▪ 包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)
1、丝氨酸和甘氨酸的生物合成途径（有两条途径） ▪ （1）甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸
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COOH
CONH2
ห้องสมุดไป่ตู้
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CH2
谷氨酰胺合成酶 CH2
CH2 +NH3 +ATP
CH2 +ADP +Pi+H2O
CHNH2
CHNH2 谷氨酰胺(贮存了氨）
COOH
COOH 可做为NH3的
供体将其转移
CONH2 COOH
COOH
----
----
CH2 CH2 + CHNH2 COOH
CH2 CH2
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氨基酸合成的碳架来源：
柠檬酸循环 糖酵解 戊糖磷酸途径 氨基酸分解途径
氨基酸合成的氨基来源：
起始于无机氮，即无机氮先转变为 氨气，再转变为含氮有机化合物。
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氨 基 酸 合 成 总 图
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氨基酸的分族
柠檬酸循环
α-酮戊二酸 谷氨酸
草酰乙酸 天冬氨酸
谷氨酰胺 脯氨酸 精氨酸
天冬酰胺 甲硫氨酸 赖氨酸 苏氨酸
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▪ 几种氨基酸的关系
α-酮戊二酸
谷氨酰胺
谷AA
脯AA 羟脯AA
鸟AA 瓜AA 精AA
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（二）天冬氨酸族氨基酸的合成
▪ 包括：天冬AA(Asp)、天冬酰胺(Asn)、赖(Lys)、苏 (Thr)、甲硫(Met)、异亮(Ile)
▪ 共同碳架：TCA中的草酰乙酸
1、L-天冬氨酸的生物合成
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2、L-天冬酰胺的生物合成 （1）
（动物和真菌，不普遍）
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2、由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺
转氨酶 α-酮戊二酸
氨基酸 α-酮酸
谷氨酰胺合成酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶
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（普遍）
由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的关系图
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3、由谷AA 精AA
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4、由谷AA 脯AA
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5、L-赖氨酸的生物合成
L赖氨酸的生物合成在不同生物有完全不同的两条途径。 覃类（和眼虫）L－赖氨酸的合成以-酮戊二酸为起始 物。细菌和绿色植物则是通过丙酮酸和天冬氨酸-β-半 醛的缩合途径。
来自谷氨酰胺的酰胺基
从谷氨酸经转氨作用而来
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三、氨基酸生物合成的调节
（一）通过终端产物对氨基酸生物合成的抑制
1、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同抑制
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3、不同分支产物对多个同工酶的特殊抑制——酶的多重性抑制 4、连续产物抑制，又称连续反馈控制或逐步反馈抑制
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（二）通过酶生成量的改变调节氨基酸生物合成
（谷氨酸族）
（天冬氨酸族）
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糖酵解
甘油酸-3-磷酸
丝氨酸
半胱氨酸
甘氨酸
（丝氨酸族）
丙酮酸
丙氨酸 缬氨酸 亮氨酸
（丙酮酸族）
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糖酵解
戊糖磷酸途径
磷酸烯醇式丙酮酸 赤藓糖-4-磷酸
苯丙氨酸 酪氨酸
色氨酸
（芳香族氨基酸）
戊糖磷酸途径 核糖-5-磷酸
组氨酸
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无机氮和有机氮的相互代谢转化
无机界
固氮 N2
某些微生物 作用
NH3
同化作用 生物合成
氨基酸
核苷酸
叶绿素
反硝化作用
异化作用 分解代谢
NO3-
绝大多数植 物及微生物
生物合成
有机界
蛋白质 DNA、RNA 多糖 脂类
分解代谢
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生物体利用3种反应途径把氨转化为有机 化合物，这些有机物进一步合成氨基酸。
1、氨甲酰磷酸合成酶催化CO2（以HCO3-的形式） 及ATP合成氨甲酰磷酸，通过尿素循环合成精氨酸。 2、谷氨酸脱氢酶催化-酮戊二酸还原、氨化，生 成谷氨酸。 3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺。
-
COOH CHO
乙醛酸
COOH
+ CH2
CH2 CHNH2 COOH
谷AA
COOH
COOH CH2NH2
+
CH2 CH2
甘AA
C=O
COOH
α-酮戊二酸
.
2
-
-
COOH H2O
CH NH 甘氨酸脱羟酶
2
2 丝氨酸羟甲基转移酶
甘AA
COOH CHNH2 CH2OH
+NH3+CO2
+2H+
+
2e-
丝AA
▪ （2）碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸
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2、半胱氨酸的生物合成
（1）某些植物和微生物体内半胱氨酸的合成途径-SH主要 来源于硫酸，硫酸要还原为H2S；在动物体内来源于高半胱氨酸。