氨的同化和氨基酸的生物合成

包括：组AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、苯丙 AA(Phe)
组AA族碳架：PPP中的磷酸核糖 芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP)

N
来自ATP
CH N H 来自谷氨酰胺的酰胺基 从谷氨酸经转氨作用而来
HC
来 自 核 糖
C - -
CH2 CH-NH2 COOH
总反应: NH3 +ATP + α-酮戊二酸+2H
谷AA+ADP+H2O+Pi
㈡ 氨甲酰磷酸合成途径（微生物和动物）

原料：NH3 CO2 ATP
氨甲酰激酶
利用体内代谢的氨

氨甲酰磷酸
NH3 + CO2 + ATP
氨甲酰磷酸合成酶
Mg2+
H2N-C-OPO3H2 + ADP = O
NH3 + CO2 + 2ATP
COOCOOCH2 CH2 + CH2 C=O CH+NH3 COOCOO- - - COO-
CH2 + CH+NH3 COO-
天冬酰胺 合酶
｛
天冬AA （植，细菌） 2+ Mg 天冬AA+NH3 + ATP 天冬酰胺+H2O + AMP+PPi
（动）
COOCH2 CH2 C=O COO-
- - - -
- - -Baidu Nhomakorabea-
丙酮酸
谷丙转氨酶：GPT
- -
- -
谷AA
丙AA
α-酮戊二酸
丙氨酸族其它氨基酸的合成
CO2
缩合
缬氨酸
2丙酮酸
α-酮异戊酸 α-酮异己酸 CH3 CH3-CH CH2 C=O COOH 亮氨酸
- - - -
CH3
CH3-CH
C=O COOα-酮异戊酸
- - -
㈡ 丝氨酸族氨基酸的合成
3 磷 酸 丝 氨 酸
-
-
-
HO-CH CH2OH
甘油酸
-
COOH -
COOH
C=O CH2OH
3-羟基丙酮酸
COOH CHNH2 CH2OH
-
丝氨酸
-

半胱氨酸的合成途径（植物或微生物中）
转乙酰基酶
丝AA+乙酰-COA O-乙酰丝AA+硫化物 三种氨基酸的关系 甘AA
O-乙酰丝AA+COA 半胱氨酸+乙酸

共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸

α-酮戊二酸
Glu 为还原同化作用
脱H酶
α-酮戊二酸 +NH3 +NADH
谷AA +NAD+ +H2O
（动物和真菌，不普遍）
谷AA +NH3 +ATP
合酶
谷氨酰胺+ADP+Pi+H2O
Glu合酶 2谷AA（普遍） 谷氨酰胺+ α-酮戊二酸 NADPH+H+ NADP+

硝酸还原生成（植物体中的N源）
NO3-
硝酸还原酶
NO2-
亚硝酸还原酶 NH 3 AA

氨同化的途径 谷AA的形成途径 氨甲酰磷酸形成途径
Pro 其它含N化合物
㈠

谷AA合成途径
NH3 谷AA 其它AA
谷AA脱氢酶（细菌）
COOH CH2 CH2 +NH3 +NADH C=O COOH COOH CH2 +NAD+ +H2O CH2 CHNH2 COOH
第三节
氨的同化及氨基酸的生物合成

氨同化 氨基酸的合成

一
氨的同化
定义：生物体将无机态的氨转化为含氮有机化合物的过程 （N素亦称生命元素）

生物体N的来源
食物来源的N（食物中的蛋白质和氨基酸）：人和动 物的N源 生物固N（某些微生物和藻类通过体内固氮酶系的作 用将分子氮转变成氨的过程，1862年发现） 生物固N机制的研究历史： 1862-1962：完整的细胞水平（分离固氮微生物） 1960-1966：无细胞水平（发现固N需要铁氧还蛋白等 作电子传递体，需要ATP等） 1966-目前：分子水平（固N 酶纯化，组分I为钼铁蛋 白；组分II为铁蛋白，1992年测定其空间结构）

由谷AA
COOH CH2 CH2 Mg2+ CHNH2 COOH (谷AA)
H
脯AA
COOH H2C CH2 CH2 CH2 HC CHCOOH CHNH2 CHO (谷氨酰半醛) N
(△’-二氢吡咯-5-羧酸)
HO
- - - -
- - - -
C
H2C
CH2
CHCOOH
1/2O2
H2C
H2C (脯AA) NH
辅因子 Mg2+
H2N-C-OPO3H2 + 2ADP+Pi
O 在植物体中，氨甲酰磷酸中的氮来自谷氨酰胺的 酰胺基，不是由氨来的。
二

氨 基 酸 的 合 成
主要通过转氨基作用
AA-R1
α-酮酸R1
α-酮酸R2
转氨酶
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 站”，先 Glu 其它AA。
O=
O=
CHNH2 COOH
-
CH2 CH2 延胡索酸 CHNH2 COOH -
- - -
氨甲酰磷酸 转甲酰酶 磷酸
裂解酶
CH2 CH2 CHNH2 COOH
天冬氨酸 精氨酰琥珀酸
瓜氨酸

几种氨基酸的关系
谷氨酰胺 α-酮戊二酸 谷AA 脯AA 羟脯AA
鸟AA
瓜AA
精AA
㈤ 组氨酸族和芳香族氨基酸的合成
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
- - - -
谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）
COOH CH2 CH2 +NH3 +ATP CHNH2 COOH - - - - - - - - - - - - -

包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)

甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸
COOH + CH2 CH2 CHNH2 COOH
COOH CHO
乙醛酸
COOH CH2 COOH + CH CH2NH2 2 C=O 甘AA COOH - - - α-酮戊二酸
- - - -
-
-
谷AA
COOH 2 CH2NH2 甘AA
提供硫氢基团
乙醛酸
丝AA
半胱AA
3-磷酸甘油酸
半胱氨酸的合成途径（动物中）
H2O

L-高半胱氨酸+丝氨酸
L，L胱硫醚
L-半胱氨酸
水解
㈢ 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
CONH2 CH2 CH2 +ADP +Pi+H2O CHNH2 谷氨酰胺(贮存了氨） COOH 可做为NH3的
供体将其转移
CONH2 CH2 CH2 + CHNH2 COOH
COOH COOH CH2 +2H CH2 CH2 谷AA合酶 2 CH2 C=O CHNH2 COOH COOH - - - -
芳香族氨基酸的关系
PEP 4-磷酸赤藓糖
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
色氨酸
莽草酸
分支酸 预苯酸 苯丙氨酸
酪氨酸
CHO CH2 β-天冬氨酸半醛 CHNH2 COOH - - -
α,ε-二氨基庚二酸
CO2
异亮氨酸（4个C来自Asp,2个C来自丙酮酸）
赖氨酸

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
㈣ 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)

氨基酸的合成
｛
有C架（ α-酮酸）
有AA提供氨基(最主要为谷AA，领头AA)
㈠ 丙氨酸族氨基酸的合成

包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)

共同碳架：EMP中的丙酮酸 COOH COOH COOH CH 谷丙转氨酶 COOH CH2 2 CHNH2 + CH2 C=O + CH 2 CH3 CH3 C=O CHNH2 COOH COOH - - - -
- - -
- - -
天冬AA+谷氨酰胺+ATP
Mg2+
天冬酰胺+谷AA+AMP+PPi
天冬氨酸族其它氨基酸的合成 OH COOHATP ADP C-O-P=O CH2 OH CH2 CHNH2 天冬氨酸激酶 CHNH2 COOH COOH 天冬氨酰磷酸 天冬氨酸 O= - - - - L-高丝氨酸 甲硫氨酸 苏氨酸
CH2
CHCOOH
NH (羟脯AA)

由谷AA
-
其它AA
-
N-乙酰谷氨酰半醛
鸟氨酸
COOH COOH CH2 转乙酰酶 CH2 CH2 乙酰COA COA CH2 CHNH2 COOH NH C-NH2 NH CH2 精氨酸
CHO CH2 CH2 -
CH2NH2 CH2 CH2
-
HC-NH-C-CH3 HC-NH-C-CH3 COOH COOH NH2 COOH NH2 - C=N-CH NH CH2 CH2 COOH - - C=O NH CH2 CH2 CH2 CHNH2 COOH - - -

H2O
COOH CHNH2 +NH3+CO2 +2H+ + 2eCH2OH
丝AA
丝AA还有其它合成途径
碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸
-

COOH COOH 3 磷 酸 甘 油 酸
COOH CHNH2 CH2O-P
H2O Pi
C=O CH2O-P
3-磷酸羟基丙酮酸
HO-CH CH2O-P
H2O Pi