复旦大学生物化学代谢部分课件-蛋白质降解与氨基酸代谢2.ppt

氨基酸的生物合成 Biosynthesis of Amino Acids氨基酸的合成氨基酸的合成1.1.概述概述-NH2酮酸（碳架）氨基化2. 氨基化（1）还原氨基化（2）转氨基（3）联合氨基化氨基酸和核苷酸生物合成中几种氨基酸和核苷酸生物合成中几种类型的反应起着特别作用类型的反应起着特别作用（1）转氨基反应和含磷酸吡哆醛酶催化的重排；（2）以四氢叶酸或S-腺苷甲硫氨酸作为辅助因子的一碳单位转移；（3）谷氨酰胺酰胺氮的氨基基团转移 除四氢叶酸、磷酸吡哆醛和SAM已有讨论外，有十几种生物合成反应所使用的主要生理氨基的来源是谷氨酰胺，催化酰胺氨基转移的酶是Gln酰胺基转移酶，都含有两个结构功能域：一个结合Gln，另一个结合另一个底物氨基受体Gln酰胺基转移酶作用的机制 酶有两个结合功能域，Gln结合域含有一定的结构元素，包括一个活性必须的Cys；氨基受体（第二个底物）结构域有差异Gln的-氨基氮以氨的形式释放有两类氨基受体，X代表一个激活基团，通常是由ATP过来的磷酸基团，促进氨基替代R-OH的羟基基团氨基酸合成的碳架氨基酸合成的碳架 所有氨基酸的碳架都来自于糖酵解、三羧酸循环或磷酸戊糖途径的中间产物。

氮通过Glu或Gln进入合成途径合成途径有的简单，有的复杂，其中的十个氨基酸只需要一步或几步反应，而其他的则很烦杂，如芳香族氨基酸 不同生物合成20种氨基酸的能力差异极大，大多数细菌和植物可以合成20种氨基酸，哺乳动物只能以简单的方式合成其中大约一半的氨基酸非必需氨基酸，其他则为必需氨基酸，必须由食物中摄取除注明外一般均指细菌必需氨基酸: 指体内需要而又不能自身合成，必须由食物供给的氨基酸包括赖、色、苯丙、蛋、苏、亮、异亮及缬氨酸假 设 来 写 一 两 本 书Met Trp Lys Val Ile Leu Phe Thr其余12种氨基酸体内可以合成，称非必需氨基酸 氨基酸合成家族氨基酸合成家族：合成前体分类合成前体分类氨基酸生物合成的分族情况氨基酸生物合成的分族情况（1 1）丙氨酸族丙氨酸族 丙酮酸丙酮酸 AlaAla、ValVal、LeuLeu（2 2）丝氨酸族丝氨酸族 甘油酸甘油酸-3-3-磷酸磷酸 SerSer、GlyGly、CysCys（3 3）谷氨酸族谷氨酸族 - -酮戊二酸酮戊二酸 GluGlu、GlnGln、ProPro、ArgArg（4 4）天冬氨酸族天冬氨酸族 草酰乙酸草酰乙酸 AspAsp、AsnAsn、LysLys、ThrThr、IleIle、MetMet（5 5）组氨酸和芳香氨基酸族组氨酸和芳香氨基酸族 磷酸核糖磷酸核糖 HisHis 磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖+PEP+PEP Phe Phe、TyrTyr、TrpTrp二十种氨基酸生物合成的概况二十种氨基酸生物合成的概况氨基酸生物合成总图氨基酸生物合成总图由由草酰乙酸草酰乙酸和和丙酮酸丙酮酸合成合成三种非必三种非必需氨基酸需氨基酸和和六种必需氨基酸六种必需氨基酸 Ala和Asp由丙酮酸和草酰乙酸通过Glu转氨合成。

Asn由Asp酰胺化合成，Gln提供氨基 Met, Thr, Lys, Ile, Val, Leu为必需氨基酸（另两个为Phe和Trp），生物合成复杂并相互连接，细菌、真菌和植物中差异明显 Asp为前体合成Met、Thr和Lys，分支点在天冬氨酸-半醛（三个途径的中间产物）和同型Ser (Thr和Met的前体）Thr又称为Ile的前体Val和Ile享有相同的4步酶反应以丙酮酸为前体合成的以丙酮酸为前体合成的丙酮酸家族氨基酸丙酮酸家族氨基酸转氨以草酰乙酸为前体以草酰乙酸为前体合成的氨基酸合成的氨基酸转氨酰胺化GlnGlu三种非必需氨基酸和六种三种非必需氨基酸和六种必需氨基酸由草酰乙酸和必需氨基酸由草酰乙酸和丙酮酸合成丙酮酸合成*大肠杆菌中六种人体必需氨基酸大肠杆菌中六种人体必需氨基酸由草酰乙酸和丙酮酸合成由草酰乙酸和丙酮酸合成Met、Thr、Lys、Ile、Val and Leu细菌中六种人体必需氨基酸的合成AspPyLysMetThrIleValLeu草酰乙酸以以 - -酮戊二酸为前体酮戊二酸为前体合成合成GluGlu家族氨基酸家族氨基酸L-Glu dHE环化Gln合成酶合成鸟氨酸由由GluGlu合成合成ProPro和和ArgArgGlu kinaseGlu dHE乙酰谷氨酸合成酶以以TCATCA中间产物中间产物为为前体合成氨基酸前体合成氨基酸以以PEPPEP及赤酮糖为前体及赤酮糖为前体合成的氨基酸合成的氨基酸分支酸分支酸(Chorismate)(Chorismate)是是TrpTrp、PhePhe及及TyrTyr合成的合成的关键中间物关键中间物虽然苯环非常稳定，但环境中并没有现成的芳香环。

细菌和植物中Trp、Phe及Tyr合成的分支在芳香环的形成一条重要的生物学途径涉及脂肪族前体的环化及双键添加，前4步由4-P-赤藓糖和PEP形成莽草酸(shikimate)，后者经3步反应转变为分支酸分支酸的合成：细菌和植物中芳香族氨基酸合成的中间物2-Keto-3-deoxy-D-arabinoheptulosonate 7-phosphate:2-酮-3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸 3-Dehydroquinate:3-脱氢奎尼酸Shikimate: 莽草酸5-Enolpyruvylshikimate:5-烯醇式丙酮基莽草酸预苯酸氨茴酸以以3-p-3-p-甘油酸为前体甘油酸为前体合成的氨基酸合成的氨基酸GlyGly、SerSer及及CysCys由由3-3-磷酸甘油酸合成磷酸甘油酸合成 Ser在所有生物中合成的主要途径是相同的，第一步是3-P-甘油酸被脱氢酶氧化为3-P-羟基丙酮酸，再由Glu转氨生成3-P-Ser，磷酸酯酶水解生成Ser Ser是Gly的前体，通过Ser羟甲基转移酶去除一个碳原子，FH4接受Ser的-C 脊椎动物的肝脏可以通过Gly合成酶催化合成Gly: CO2+NH4+NADH+H+亚甲基FH4 Gly+NAD+FH4 植物和细菌利用硫酸合成含硫的Cys。

Ser, GlySer, Gly的生物合成的生物合成GlyGly的生物合成的生物合成植物和细菌利用植物和细菌利用SerSer合成合成CysCysCys Cys 的合成的合成SS来自于来自于MetMet生成的SAM或AdoMet既为Cys的合成提供S，又为许多生物合成提供甲基SAM或AdoMet哺乳动物由同型哺乳动物由同型CysCys和和SerSer合成合成CysCys胱硫醚以以5-p-5-p-核糖为前体合成核糖为前体合成HisHisHisHis的生物合成使用嘌呤生物合成前体的生物合成使用嘌呤生物合成前体 His来自三个前体：PRPP提供5个碳、ATP的嘌呤环提供一个氮和一个碳、Gln提供另一个环上的氮 关键步骤是ATP与PRPP的缩合反应，嘌呤环上的N-1与PRPP核糖环上活化的C-1相连；嘌呤环打开，留下N-1和C-2；形成咪唑环，Gln提供一个氮细菌和植物中细菌和植物中HisHis的生物合成的生物合成个别氨基酸代谢个别氨基酸代谢Metabolism of Some Metabolism of Some Individual Amino AcidsIndividual Amino AcidsGlyGly及及SerSer的代谢的代谢蛋白质甘氨酸合成肌酸和磷酸肌酸甘氨酸合成肌酸和磷酸肌酸甘氨酸的两个代谢命运甘氨酸的两个代谢命运丝氨酸与甘氨酸丝氨酸与甘氨酸分枝氨基酸代谢分枝氨基酸代谢分枝氨基酸代谢分枝氨基酸代谢1 1分枝氨基酸代谢分枝氨基酸代谢2 2槭糖尿病槭糖尿病Maple Sugar(Syrup) Urine Disease, MSUDMaple Sugar(Syrup) Urine Disease, MSUD遗传性疾病，三个分枝氨基酸分解代谢障碍所致，患者智力发育不全、尿中出现三个分枝氨基酸及其相应的酮酸。

尿液呈焦糖味，每22.5万人中会有一例发生先天缺乏-keto acid decarboxylase(也叫dHE)（催化-keto acid的氧化脱羧），分枝氨基酸生成酮酸后只有氧化脱羧途径可走 TrpTrp作为前体作为前体5-羟色胺、血清素、血管收缩素TrpTrp合成吲哚乙酸和合成吲哚乙酸和5 5- -羟色胺羟色胺PhePhe羟化为羟化为TyrTyrPhePhe分解为乙酰乙酸分解为乙酰乙酸黑尿酸马来酰乙酰乙酸PhePhe、TyrTyr代谢代谢苯丙酮尿症苯丙酮尿症（Phenylketonuria,PKU）患者血及尿中Phe及苯丙酮酸浓度高，患者智力低下，多停留在儿童阶段，肤发颜色较浅，血中Adrenalin也低先天缺乏Phe hydroxylase 苯丙酮症的苯丙酮症的苯丙氨酸代谢苯丙氨酸代谢白化病白化病（Albinism）缺乏Tyrosinase(Tyr 3-单氧酶)，Tyr不能生成黑色素 黑尿症黑尿症（Alkaptonuria）1902年英国医生加罗德发现黑尿症（苯丙酮尿症）缺乏黑尿酸氧化酶Phe,TyrPhe,Tyr代谢缺陷代谢缺陷TyrTyr合成黑色素、多巴合成黑色素、多巴酪氨酸酶家族酪氨酸酶家族-tyrosinase-tyrosinase酪氨酸酶家族:一系列酪氨酸酶基因家族,还包括酪氨酸酶相关蛋白TRP-1，TRP-2和Pmel 17；酪氨酸酶:黑色素细胞的标记，基因位点11q14-21；催化黑色素生成的限速反应；67kDa的糖蛋白，糖基化方式不同有4个同工酶：同工酶T1和T2是可溶的；T3有90%的酪氨酸酶活性，不溶，与内质网和高尔基膜相结合；T4与黑色素体结合。

催化至少3步反应：甲苯酚酶或单酚酶活性羟化酪氨酸形成多巴（二羟苯丙氨酸）；儿茶酚酶或二酚酶活性氧化多巴形成多巴醌；5，6-二羟吲哚生成吲哚-5，6-醌；使用的辅助因子：Cu2+，每个分子2个原子；底物之一-多巴Tyrosinase Related ProteinsTyrosinase Related Proteins TRP-1 aka DHICA氧化酶；有一个跨膜结构域；仅参与真黑色素生成，不参与pheomelanin的形成 TRP-2 多巴色素 tautomerase；有一个跨膜结构域；仅参与真黑色素生成，不参与pheomelanin的形成 Pamel 17/gp100 TRP 家族一员；有一个跨膜结构；催化DHICA转变为黑色素其他参与黑色素形成的酶其他参与黑色素形成的酶 Lamp基因家族溶酶体相关的膜蛋白时其他自由基的产生Lamp-1， Lamp-2，Lamp-3; 过氧化物酶; 过氧化氢酶; 谷胱甘肽代谢酶氨基酸来源的生物活性物质氨基酸来源的生物活性物质TyrTyr合成肾上腺素等合成肾上腺素等HisHis合成组胺合成组胺组胺是一种强烈的血管舒张剂，能增加毛细血管的通透性，可引起血压下降和局部水肿，组胺的释放与过敏反应密切症状相关。

可刺激胃蛋白酶和胃酸分泌，常被用于胃分泌功能研究鸟氨酸合成多胺鸟氨酸合成多胺 腐胺、腐胺、亚精胺、精胺亚精胺、精胺 GluGlu合成合成GABAGABAGABA是一种使大脑细胞之间的信息传递达到最优化所必需的传导物质，具有抑制有害的大脑信号的作用老年人患上语言能力、视力及身体灵活性下降等老年疾病的原因，有可能在于其大脑无法得到足够量的化学物伽马氨基丁酸（） CysCys合成牛磺酸合成牛磺酸牛磺酸的生理功能牛磺酸的生理功能 氨基乙磺酸牛胆碱或牛胆素，一种P-氨基酸，为非蛋白质氨基酸，以游离形式存在或和胆汁酸形成复合物，大量摄取牛磺酸未见有任何副作用主要分布在兴奋性较高的组织如神经系统、肌肉组织、视网膜及淋巴细胞和血小板中牛磺酸主要由食物供给，也可在体内合成人体内若缺乏牛磺酸，各器官系统都会受到影响特别是婴幼儿，会出现生长及发育迟缓、视网膜功能紊乱等，成年人或老年人缺乏则与心血管系统如高血压、糖尿病等密切相关 婴幼儿生长发育所必需/对心血管系统有较强的保护作用/可促进脂肪乳。