11氨基酸代谢-21v培训讲学.ppt

1单击此处编辑母版标题样式单击此处编辑母版副标题样式11 氨基酸代谢11.5 氨基酸的生物合成1 氮素循环2 生物固氮3 氨的同化4 氨基酸的生物合成5 氨基酸与一碳单位有氧厌氧硝酸盐的还原氮固定（生物固氮）硝化作用（硝化细菌）反硝化作用亚硝酸还原酶硝酸还原酶有机氮氨的同化一、氮素循环一、氮素循环 p263p263二、生物固氮二、生物固氮1、生物固氮的概念生物固氮（biological nitrogen fixation) 是微生物、藻类和与高等植物共生的微生物通过自身的固氮酶复合物把分子氮变成氨的过程二、生物固氮二、生物固氮2、固氮酶复合物两个相同亚基（2）组成的二聚体相对分子质量64kD一个Fe4S4簇，每次可传递一个电子2个ATP结合位点厌氧提供具有高还原势的电子还原酶（铁蛋白）固氮酶（钼铁蛋白）2个亚基和2个亚基组成的四聚体相对分子质量240kD 厌氧利用还原酶提供的高能电子还原N2成NH4+ FeMoco(铁钼辅基):络合和还原N2生成NH3的部位The P-cluster(P簇):将电子传递给FeMoco包括Enzymes and cofactors of the nitrogenase complex固氮酶复合物的酶和辅因子Fe4S4 簇ATP/ADP连接位点还原酶（铁蛋白）固氮酶复合物铁蛋白和钼铁蛋白（22）FeMoco（铁钼辅基）：MoFe7S9原子簇和1分子高柠檬酸Fe8S7原子簇（P簇）(a)The P-cluster： 两个Fe4S3簇共用了第四个S， 并且由来自蛋白质Cys 88 和 Cys 95的两个巯基 相连。

b) (b) The FeMo-cofactor（铁钼辅基）：包括 1 Mo, 7 Fe, 和 9 S 原子； 蛋白质上的 Cys 275-S 连接了1个Fe原子 和 1个His 442-N 连接钼原子高柠檬酸提供两个氧配基给钼原子 固氮酶（钼铁蛋白）中的两种金属簇结构高柠檬酸8还原酶red+16ATP8铁氧化还原蛋白或8黄素氧(化)还(原)蛋白red固氮酶red8铁氧化还原蛋白或8黄素氧(化)还(原)蛋白ox固氮酶ox8还原酶ox+16ATP8还原酶red8还原酶ox4CoA+4丙酮酸 4CO2+4乙酰CoA每转移一个电子消耗2个ATP2、在固氮酶系统中N2还原过程的电子传递 铁氧(化)还(原)蛋白(ferredoxin)：一种含铁硫的低分子量非血红素蛋白质，它具有低还原电位，在光合作用及固氮作用中起早期电子接纳体使用，缩写：Fd 黄素氧(化)还(原)蛋白(flavodoxin)：黄素蛋白质中的一种，在性质上与铁氧还蛋白相似，可在许多反应中取代铁氧还蛋白黄素氧还蛋白含有FMN，不含铁,缩写：Fld铁氧化还原蛋白和黄素氧(化)还(原)蛋白铁氧还蛋白黄素氧还蛋白还原酶固氮酶丙酮酸6个电子用于N2 NH32个电子用于2 H+ H2N2+6e-+6H+2NH3N2+8e-+8H+NH3+H2N2+8e-+16ATP+16H2O+8H+2NH3+H2+16ADP+16Pip448生物固氮的调控(a) ADP 抑制固氮酶系统活性 (b) NH4+抑制固氮基因表达 (c) 在一些生物体中，固氮酶复合体受到共价调节。

固氮酶还原酶的ADP-核糖基化可以使它失活 固氮基因表达固氮酶系统还原酶还原酶有活性无活性三、氨的同化三、氨的同化Glu + NH4+ + ATP Gln + ADP + Pi + H+-酮戊二酸 + Gln + NADPH + H+ 2 Glu + NADP+1、氨甲酰磷酸合成酶3、谷氨酸脱氢酶2、谷氨酰胺合成酶+谷氨酸合酶-酮戊二酸 + NH4+ +NADPH + ATP Glu + NADP+ +ADP+Pi NH4+ + HCO3-+2ATP+H2O 氨甲酰磷酸+ 2ADP + Pi+2H+-酮戊二酸 + NH4+NADPH Glu + NADP + H2O1、氨甲酰磷酸合成酶羰基磷酸氨基甲酸 氨甲酰磷酸CPS：NH3作为N供体(尿素合成)线粒体(肝脏)CPS：谷氨酸作为N供体(嘧啶生物合成)细胞溶胶谷氨酰胺合成酶2、谷氨酰胺合成酶+谷氨酸合酶谷氨酸合酶（酵母）(大肠杆菌)2铁氧还蛋白red(植物)2铁氧还蛋白ox葡萄糖胺-6-磷酸甘氨酸丙氨酸谷氨酰胺谷氨酸谷氨酰胺合成酶色氨酸组氨酸丝氨酸氨甲酰磷酸谷氨酰胺合成酶的反馈抑制谷氨酸合成的几种水平调节: 共价修饰UT-uridylyltransferaseAT-adenylyltransferase3、谷氨酸脱氢酶 在自然界并不普遍，植物以及细菌只有当环境中的NH4+浓度很高时才由此途径形成谷氨酸。

在动物细胞中，过多的NH4+也可通过这一途径形成谷氨酸，再由谷氨酰胺合成酶催化转变成谷氨酰胺四、氨基酸的生物合成四、氨基酸的生物合成1. -酮戊二酸（谷氨酸）2. 草酰乙酸（天冬氨酸）3. 3-磷酸甘油酸4. 丙酮酸5. 磷酸烯醇式丙酮酸6. 5-磷酸核糖3-磷酸甘油酸4-磷酸赤藓糖5-磷酸核糖-酮戊二酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸葡萄糖G-6-PTyrPheTrpAlaValLeuGlyCysSerHisGluGlnProArgAspAsnMetThrLysIle1、-酮戊二酸衍生型（谷氨酸型）谷氨酸-谷氨酰磷酸谷氨酸激酶-二氢吡咯-5-羧酸吡咯碄羧酸还原酶自发环化谷氨酸- -半醛谷氨酸脱氢酶脯氨酸1、-酮戊二酸衍生型（谷氨酸型）脯氨酸的合成谷氨酸N-乙酰谷氨酸谷氨酸转乙酰基酶1、-酮戊二酸衍生型（谷氨酸型）精氨酸的合成N-乙酰谷氨酸激酶N-乙酰-谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸-半醛转氨酶还原酶-N-乙酰鸟氨酸-N-乙酰鸟氨酸L-鸟氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸L-精氨酸氨甲酰磷酸脱酰基酶转氨甲酰酶合成酶裂解酶延胡索酸精氨酸的合成1、-酮戊二酸衍生型（谷氨酸型）Biosynthesis of proline and arginine from glutamatein bacteria细菌中脯氨酸和精氨酸的生物合成（谷氨酸）2、草酰乙酸衍生型（天冬氨酸型）2、草酰乙酸衍生型（天冬氨酸型）天冬氨酸的合成-酮戊二酸草酰乙酸谷氨酸天冬氨酸谷草转氨酶天冬氨酸转氨酶(AST;又叫谷草转氨酶,GOT)丙氨酸转氨酶(ALT;也叫谷丙转氨酶,GPT)天冬酰胺的合成天冬氨酸天冬酰胺天冬酰胺合成酶天冬酰胺合成酶2、草酰乙酸衍生型（天冬氨酸型）谷氨酰胺合成酶对天冬酰胺的合成具有重要意义天冬氨酰-天冬氨酸半醛C7中间物赖氨酸-天冬氨酰磷酸天冬氨酸草酰乙酸高丝氨酸高半胱氨酸苏氨酸甲硫氨酸丙酮酸2、草酰乙酸衍生型（天冬氨酸型）p460天冬氨酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸激酶-天冬氨酸半醛天冬氨酸磷酸脱氢酶-天冬氨酸半醛高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸的生成高丝氨酸磷酸高丝氨酸激酶苏氨酸的合成苏氨酸磷酸高丝氨酸苏氨酸合酶苏氨酸的合成高丝氨酸琥珀酰高丝氨酸转酰基酶甲硫氨酸的合成琥珀酰高丝氨酸半胱氨酸胱硫醚光硫醚-合酶甲硫氨酸的合成高半胱氨酸胱硫醚光硫醚分解酶甲硫氨酸的合成高半胱氨酸甲硫氨酸甲基转移酶甲硫氨酸的合成-天冬氨酸半醛丙酮酸2,3-二氢吡啶二羧酸合酶2,3-二氢吡啶二羧酸赖氨酸的合成2,3-二氢吡啶二羧酸-烯六氢吡啶-2,6-二羧酸还原赖氨酸的合成-烯六氢吡啶-2,6-二羧酸N-琥珀酰-2-氨基-6-酮-庚二酸缩合赖氨酸的合成N-琥珀酰-2-氨基-6-酮-庚二酸N-琥珀酰-L,L-2,6-二氨基庚二酸转氨基赖氨酸的合成N-琥珀酰-L,L-2,6-二氨基庚二酸L,L-,-二氨基庚二酸脱琥珀酸赖氨酸的合成L,L-,-二氨基庚二酸消旋-,-二氨基庚二酸差相异构赖氨酸的合成消旋-,-二氨基庚二酸赖氨酸脱羧基赖氨酸的合成3、丙酮酸衍生型 p459乙酰羟丁酸乙酰乳酸酮丁酸酮甲基戊酸酮异戊酸异丙基苹果酸酮异已酸丙酮酸Val、Leu、Ile的合成羟乙基-硫胺素异丙基苹果酸p462异构还原脱水转氨缩合异构脱氢脱羧转氨缩合苏氨酸-酮丁酸CH3CHOTPP丙酮酸-丁酮酸丙酮酸-乙酰-羟丁酸-乙酰乳酸, 二羟异戊酸,-二羟-甲基戊酸-乙酰-羟丁酸-乙酰乳酸-酮基异戊酸-酮-甲基戊酸, 二羟异戊酸,-二羟-甲基戊酸-酮基异戊酸-酮-甲基戊酸缬氨酸异亮氨酸-酮基异戊酸-异丙基苹果酸-异丙基苹果酸-异丙基苹果酸-酮基异己酸-异丙基苹果酸亮氨酸-酮基异己酸4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）p4574、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）Biosynthesis of serine from 3-phosphoglycerate andof glycine from serine in all Organisms所有生物体丝氨酸的生物合成3-磷酸羟基丙酮酸3-磷酸丝氨酸磷酸甘油脱氢酶磷酸丝氨酸氨基转移酶磷酸丝氨酸磷酸酯酶磷酸丝氨酸羟甲基转移酶丝氨酸甘氨酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸脱氢酶3-磷酸羟基丙酮酸4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）3-磷酸羟基丙酮酸3-磷酸丝氨酸磷酸丝氨酸转氨酶4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）磷酸丝氨酸磷酸酶3-磷酸丝氨酸丝氨酸4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）丝氨酸羟甲基转移酶丝氨酸甘氨酸亚甲基四氢叶酸四氢叶酸亚甲基-THF为嘌呤的合成和胸腺嘧啶的C5甲基提供一碳基团甘氨酸可用于嘌呤和血红素的合成亚甲基甘氨酸氧化酶甘氨酸甘氨酸的另一种合成途径4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）植物和细菌体内由丝氨酸合成半胱氨酸O-乙酰丝氨酸半胱氨酸丝氨酸丝氨酸半胱氨酸在大多数微生物和绿色植物中在一些细菌中丝氨酸转乙酰基酶PLP依赖酶硫氢解酶乙酸 大多数植物和微生物：硫酸 动物：高半胱氨酸S2-哺乳动物体内由高半胱氨酸和丝氨酸合成半胱氨酸 p457高半胱氨酸丝氨酸胱硫醚半胱氨酸-酮丁酸胱硫醚-合酶胱硫醚-水解酶甲硫氨酸分解的中间产物ATP硫酸化酶激酶5-腺苷酰硫酸(APS)3-磷酸腺苷-5-磷酰硫酸（PAPS）PAPS还原酶亚硫酸盐亚硫酸盐还原酶二价硫Mg2Mg23-磷酸腺苷-5-磷酸（PAP）5、磷酸烯醇式丙酮酸衍生型（芳香族氨基酸）p4607-磷酸阿拉伯糖莽草酸4-磷酸赤藓糖分支酸莽草酸-5-磷酸5-脱氢奎尼酸5-脱氢莽草酸5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸莽草酸途径 p463细菌和植物分支酸的生物合成Biosynthesis of chorismate, an intermediate inthe synthesis of aromatic amino acids in bacteria and plants磷酸烯醇式丙酮酸4-磷酸赤藓糖3-脱氧-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸细菌和植物分支酸的生物合成3-脱氧-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸3-脱氢奎尼酸细菌和植物分支酸的生物合成3-脱氢奎尼酸3-脱氢莽草酸细菌和植物分支酸的生物合成3-脱氢莽草酸莽草酸细菌和植物分支酸的生物合成莽草酸莽草酸-3-磷酸细菌和植物分支酸的生物合成莽草酸-3-磷酸5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸细菌和植物分支酸的生物合成5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸分支酸分支酸吲哚-3-磷酸甘油预苯酚苯丙酮酸对羟基苯丙酮酸苯丙氨酸酪氨酸邻氨基苯甲酸色氨酸吲哚色氨酸的侧链部分来源于丝氨酸（5-磷酸核糖）-氨基苯甲酸分支酸预苯酚苯丙酮酸对羟苯丙酮酸苯丙氨酸酪氨酸细菌和植物Phe和Tyr的生物合成细菌和植物色氨酸的生物合成Biosynthesis of tryptophan from chorismate in bacteriaand plants分支酸邻氨基苯甲酸细菌和植物色氨酸的生物合成邻氨基苯甲酸N-(5-磷酸核糖)氨基苯甲酸细菌和植物色氨酸的生物合成N-(5-磷酸核糖)氨基苯甲酸烯醇式1-(O-羧基苯氨基)-1-脱氧核酮糖-5-磷酸细菌和植物色氨酸的生物合成烯醇式1-(O-羧基苯氨基)-1-脱氧核酮糖-5-磷酸吲哚-3-甘油磷酸细菌和植物色氨酸的生物合成吲哚-3-甘油磷酸色氨酸3-磷酸甘油醛6、5-磷酸核糖衍生型（组氨酸）p464来源于PPP转化成PRPP参与合成咪唑丙酮醇磷酸组氨酸L-组氨醇L-。