第31章 氨基酸极其重要衍生物的生物合成

31氨基酸及其重要衍生物的生物合成AminoAcidsandtheirDerivativesBiosynthesisAminoAcidsandtheirDerivativesBiosynthesis31.1概论31.2脂肪族氨基酸的生物合成31.3芳香族氨基酸及组氨酸的生物合成31.4氨基酸生物合成的调节Plantsandmicroorganismscanmakeall20aminoacidsandallotherneededNmetabolites.Mammalscanmakeonly10ofthe20aminoacids.Theothersareclassedasessentialaminoacidsandmustbeobtainedinthediet31.1OutlineOutline人体能合成部分氨基酸。机体不能自己合成必须从外界摄取的氨基酸称为必需氨基酸(essentialaminoacids)：Phe、Lys、Ile、Leu、Met、Thr、Trp、Val、His、Arg研究氨基酸生酸生物合成过程多以微生物为材料，利用遗传突变技术。EⅠEⅡEⅢEⅣEⅥABCDEFOutline氨基酸生物合成中的主要问题：碳骨架的来源，氮的进入碳骨架：代谢的主要干线-----柠檬酸循环、糖酵解、磷酸戊糖途径氮：主要来自于谷氨酸的转氨基作用。Outline柠檬酸循环α-酮戊二酸草酰乙酸谷氨酸天冬氨酸谷氨酰胺脯氨酸精氨酸天冬氨酸甲硫氨酸苏氨酸赖氨酸谷氨酰胺族天冬酰胺族Outline糖酵解甘油酸-3-磷酸丙酮酸丝氨酸半胱氨酸胱氨酸丙氨酸缬氨酸亮氨酸丝氨酸族丙氨酸族Outline糖酵解磷酸烯醇式丙酮酸赤藓糖-4-磷酸苯丙氨酸酪氨酸色氨酸磷酸戊糖途径核糖-5-磷酸组氨酸OutlineN2NH3氨基酸核苷酸叶绿素蛋白质DNARNA多糖磷脂质NO3固氮作用反硝化作用硝酸基还原分解代谢同化作用生物合成分解代谢生物合成有机界无机界某些微生物绝大多数植物及微生物无机氮和有机氮的相互转化氮的循环生物体转化氨为有机化合物：Threemajorreactionsinallcells:Carbamoyl-phosphatesynthetaseGlutamatedehydrogenaseGlutaminesynthetaseOutlineAminoacidsynthesis31.2脂肪族氨基酸的生物合成30.2.1BiosynthesisofGlufamily：Glu、Gln、Pro（Arg、Lys）a-ketoglutarateasprecursor30.2.2BiosynthesisofAspfamily：Asp,Asn,Met,Thr（Lys,Leu）30.2.3BiosynthesisofPyruvatefamily:：Ala,Val,Leu30.2.4BiosynthesisofSerfamily:Ser,Gly,CysGlu,Gln,Pro,Arg,andsometimesLysThe-KetoglutarateFamilyTheAspartateFamilyAsp,Asn,Lys,Met,Thr,IleThePyruvateFamilyAla,ValandLeu3-PhosphoglycerateFamilySer,Gly,Cys31.3芳香族氨基酸及组氨酸的生物合成31.3.1BiosynthesisofPhe,ThyandTrp31.4RegulationofAminoAcidBiosynthesis氨基酸的生物合成是受到严格调控的.机制有多种：1）调节酶活性2）通过中间代谢物的调节3）通过调节酶的生成量实现调节最有效的是终端产物抑制31.4.1Inhibitionofaminoacidsynthesisbytheendproduct简单的终端产物抑制不同终端产物对共经合成途径的协同抑制不同分支产物对多个同工酶的特殊抑制----酶的多重性抑制连续产物抑制，及连续反馈抑制、逐步反馈抑制RegulationofAminoAcidBiosynthesisSeveralfeedbackinhibitionmechanismsarefoundtoworkinregulatingaminoacidbiosynthesis.ThefirstcaseofallostericfeedbackinhibitionwasdiscoveredinstudyingIlebiosynthesisinE.coliTheenzymecatalyzingthefirstreaction(threoninedehydratase)isinhibitedbytheendproduct(Ile)inasyntheticpathway.ABCDP反馈抑制（feedbackinhibition）×ABCDEABCDEFGHInhibitionofaminoacidsynthesisbytheendproductABCDEFGHABCDEFGHInhibitionofaminoacidsynthesisbytheendproductProductsInhibitioninAromaticaminoacidsynthesisFeedbackInhibitioninGlnSynthesis天冬氨酸天冬酰胺磷酸天冬氨酸半醛高丝氨酸赖氨酸甲硫氨酸苏氨酸α-酮丁酸异亮氨酸ABC赖氨酸、甲硫氨酸、异亮氨酸合成的连续产物抑制Inhibitionofaminoacidsynthesisbytheendproduct31.4.2通过酶生成量的改变调节氨基酸的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。氨基酸的合成中，有些酶能受到细胞合成量的控制，这种酶称为阻遏酶如图，赖氨酸等合成的连续产物抑制31.5SynthesisofotherbiomoleculesfromaminoacidsHemeCreatineIndole-3-acetate(inplant)-aminobutyrate(GABA)(neurotransmitters)Nitricoxide(NO)Glutathione31.5.1NitricoxideProductionNONitricoxide(NO)ismadefromArgandO2inareactioncatalyzedbynitricoxidesynthase(NOS)Guanylatecyclase31.5.2GlutathioneProductionGlutathione,the“redoxbuffer”,isderivedfromGlu,Cys,andGly.H2NCHCCH2OHOSHH2NCHCCH2OHOCH2COHOH2NCHCCH2OHOCH2COHNCHCCH2OHOSH+ATPADP+Piγ-谷氨酰半胱氨酸合成酶GlutathioneProductionH2NCHCCH2OHOCH2COHNCHCCH2OHOSHH2NCHCHOHOHNCHCHOHOH2NCHCCH2OHOCH2COHNCHCCH2OSHATPADP+Pi谷胱甘肽合成酶+GlutathioneProduction31.6D-AminoAcidProduction微生物细胞壁以及许多肽类的抗生素多含有D-氨基酸D-氨基酸的来源大多是由-L—氨基酸通过消旋酶的作用形成消旋酶L-丙氨酸D-丙氨酸THEEND