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    氨基酸的生物合成.ppt

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    氨基酸的生物合成.ppt

    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。,,,,柠檬酸循环糖酵解戊糖磷酸途径氨基酸分解途径,氨基酸合成的碳架来源,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。,氨基酸合成总图,氨基酸的分族,柠檬酸循环,-酮戊二酸,草酰乙酸,谷氨酸,天冬氨酸,脯氨酸,精氨酸,谷氨酰胺,天冬酰胺,甲硫氨酸,苏氨酸,赖氨酸,(天冬氨酸族),(谷氨酸族),,,,,,,,,,,,糖酵解,丙酮酸,丝氨酸,半胱氨酸,甘氨酸,丙氨酸,缬氨酸,亮氨酸,甘油酸-3-磷酸,,,,,,,,,(丝氨酸族),(丙酮酸族),糖酵解,苯丙氨酸,色氨酸,酪氨酸,组氨酸,磷酸烯醇式丙酮酸,赤藓糖-4-磷酸,戊糖磷酸途径,,,,,,戊糖磷酸途径,核糖-5-磷酸,,,(芳香族氨基酸),无机界,有机界,N2,NH3,NO3-,氨基酸核苷酸叶绿素,蛋白质DNA、RNA多糖脂类,,无机氮和有机氮的相互代谢转化,,固氮作用,反硝化作用,绝大多数植物及微生物,某些微生物,同化作用生物合成,异化作用分解代谢,生物合成,分解代谢,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。,谷AA脱氢酶(细菌),NH3NADH,,,NADH2O,,-酮戊二酸(TCA循环产生的),谷氨酰胺合成酶(高等植物的主要途径),NH3ATP,,,ADPPiH2O,谷氨酰胺贮存了氨),可做为NH3的供体将其转移,,,,2H,2,总反应NH3ATP-酮戊二酸2H谷AAADPH2OPi,,谷AA合酶,谷氨酰胺合成酶,二氨基酸的合成,主要通过转氨基作用,AA-R1,-酮酸R1,转氨酶,AA-R2,-酮酸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“转换站”,Glu其它AA。,,氨基酸的合成,,有C架(-酮酸),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AAGlu、谷氨酰胺Gln、脯Pro、羟脯Hyp、精Arg赖氨酸(lys,共同碳架TCA中的-酮戊二酸,1、由-酮戊二酸形成谷氨酸,(动物和真菌,不普遍),2、由-酮戊二酸形成谷氨酰胺,谷氨酰胺合成酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶,-酮戊二酸,,转氨酶,氨基酸,-酮酸,(普遍),由-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的关系图,3、由谷AA精AA,,,,,,4、由谷AA脯AA,,,,,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--半醛的缩合途径。,,,,,,,,,几种氨基酸的关系,-酮戊二酸,,谷AA,,谷氨酰胺,,,,,脯AA,,羟脯AA,,,,鸟AA,,瓜AA,,,精AA,(二)天冬氨酸族氨基酸的合成,包括天冬AAAsp、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,2、L-天冬酰胺的生物合成,(1),(2),(存在于细菌中),,,3、细菌和植物L-赖氨酸的生物合成,,,,,4、L-甲硫氨酸的生物合成,,,5、L-苏氨酸的生物合成,6、L-异亮氨酸的生物合成,,几种氨基酸的关系,,,-天冬氨酸半醛,包括丙Ala、缬Val、亮Leu,(三)丙酮酸族氨基酸的合成,共同碳架EMP中的丙酮酸,,1、丙氨酸的生物合成,2、缬氨酸和异亮氨酸的生物合成,,3、亮氨酸的生物合成,(四)丝氨酸族氨基酸的合成,包括丝Ser、甘Gly、半胱Cys,(1)甘AA碳架光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸,,,,,-酮戊二酸,甘AA,谷AA,乙醛酸,1、丝氨酸和甘氨酸的生物合成途径(有两条途径),NH3CO22H2e-,2,,,H2O,,,丝AA,甘AA,(2)碳架EMP中的3-磷酸甘油酸,甘氨酸脱羟酶丝氨酸羟甲基转移酶,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。,植物和微生物体内的合成,,,硫酸还原为H2S,首先要转变为活化形式,在动物休内半胱氨酸的直接前体为丝氨酸和高半胱氨酸,后者也是甲硫氨酸生物合成中的一个中间产物,也可称为前体。,(2)动物体内半胱氨酸的合成途径,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AAHis、色AATrp、酪AATyr、苯丙AAPhe,,芳香族AA碳架4-磷酸-赤藓糖PPP和PEPEMP,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PEPEMP,(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。,(2)由分支酸形成色氨酸,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PEPEMP,芳香族氨基酸的关系,色氨酸,,若将莽草酸看作芳香族氨基酸合成的前体,因此芳香族氨基酸合成时相同的一段过程叫莽草酸途径,2、组氨酸的生物合成,,,,,NH,CH,N,,,来自核糖,,,,来自谷氨酰胺的酰胺基,从谷氨酸经转氨作用而来,来自ATP,组氨酸碳原子和氮原子来源总结,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,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,(二)通过酶生成量的改变调节氨基酸生物合成,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。,

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