第26章 氨基酸及其重要衍生物的生物合成(3课时)

半胱氨酸
2、半胱氨酸生物合成-2 （动物）
胱硫醚 -β -合酶
高半胱氨酸
甲硫氨酸合成 中间产物
胱硫醚
胱硫醚 -γ 水解酶
半胱氨酸
α -酮丁酸
ATP硫酸化酶
硫
的
同
APS-3’磷酸激酶
化
（植物、微生物）
PAPS还原酶
硫 的 同 化
亚硫酸还原酶
三、芳香族氨基酸及组氨酸 的生物合成
（一）芳香族氨基酸的生物合成 Phe、Tyr、Trp
（2）由分支酸形成色氨酸
芳香族氨基酸的关系
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
谷氨酸合酶
（动物和真菌，不普遍）
2、由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺
转氨酶 α-酮戊二酸
氨基酸 α-酮酸
谷氨酰胺合成酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶， 是生物体内氨同化最重要的途径
谷氨酸和谷氨酰胺合成示意图
3、由α－酮戊二酸合成脯氨酸
4、L-精氨酸的生物合成（谷氨酸到精氨酸）
5、L-赖氨酸的生物合成
氮素化肥
第二节 氨的同化
①动物、植物、微生物普遍存在，但不重要
谷氨酸脱氢酶
②微生物和动物
氨甲酰磷酸 合成酶
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。类 似于动物嘧啶合成。
③生物体内中最要的氨同化途径
谷氨酰胺合成酶
④微生物和动物
谷氨酸合酶
在原核生物中，当环境中的氨浓度较低的时候，③和④联合使用， 利用谷氨酰胺合成酶对氨的高亲和力，充分摄取氨。
第26章 氨基酸及其重要衍生 物的生物合成
(Biosynthesis of amino acids and its important derivates)
南华大学 生物化学与分子生物学教研室
张敏
第一节 生物固氮
• 生物固氮：固氮微生物将大气中的氮还原成氨
的过程
豆科植物 共生固氮微生物
非豆科植物
厌氧的巴氏梭菌，需氧固氮杆菌，光合 自生固氮微生物 细菌，兼性厌氧的克氏杆菌
1、丙氨酸生物合成
谷丙转氨酶
2 、
L-
异
亮
氨
酸
和
缬
氨
酸
的
生
物
合
成
异亮氨酸由苏氨酸提供4个碳，丙酮酸提供2个碳
3、亮氨酸的生物合成
（四）丝氨酸族氨基酸的生物合成 Ser、Gly、Cys
1、丝氨酸和甘氨酸生物合成
2、半胱氨酸生物合成—1 （植物或微生物）
转乙酰基酶
O – 乙酰丝氨酸
丝氨酸
硫氢解酶
同化作用 生物合成
生物合成
有机界
氮的循环
N2 NH3
反硝化作用
硝酸基 还原
NO3
某些微生物
绝大多数植物 及微生物
氨基酸 核苷酸 叶绿素
蛋白质 DNA RNA 多糖 磷脂质
分解代谢 分解代谢
无机氮和有机氮的相互转化
固氮的途径
大气中的N2
生物固氮
高能固氮
工业固氮
尿素及动
NO3-
NO3-
植物遗体
土壤中的微生物 NH3
第三节 氨基酸的生物合成
必需氨基酸和非必需氨基酸
有些生物能够合成全部20种常见蛋白质氨基酸，而 有些生物只能合成其中一部分种类的氨基酸，其余种类 的氨基酸要靠从外界摄取。对于必须从外界摄取某些氨 基酸才能正常生长发育的生物来说，这些氨基酸为其必 需氨基酸（essential amino acids），而自身能合成的氨 基酸称为非必需氨基酸（nonessential amino acids ）。
• 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。
EⅠ
EⅡ
EⅢ
EⅣ
EⅥ
AB
C
D
E
F
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。
氨基酸生物合成的分族Ⅰ
蕈类
细菌
眼虫
绿色植物
厌氧的和光合自养的蓝藻，需氧和光合 自养的细菌
生物固氮过程
• 固氮微生物的固氮过程，是在细胞内固氮酶的催 化作用下进行的
• N2+e +H + +ATP 固氮酶 NH3+ADP+Pi • 固氮酶：由固氮基因编码控制
生物固氮的总量占地球上固氮总量的90%，因 而在自然界的氮循环中有重要作用
无机界 固氮 作用
①
异亮氨酸 ②
百度文库
氨基酸生物合成的分族Ⅱ
④ ③
氨基酸生物合成的分族Ⅲ
⑥ ⑤
20种氨基酸生物合成概貌Ⅰ
葡萄糖-6-磷酸
20种氨基酸生物合成概貌Ⅱ
（一）谷氨酸族氨基酸的生物合成 Glu、Gln、Pro、Arg、Lys
蕈类 眼虫
1、由α-酮戊二酸形成谷氨酸
①通过α －酮戊二酸和其他氨基酸的转氨反应合成谷氨酸。 ②氨的同化中已介绍的通过谷氨酸脱氢酶合成谷氨酸。 ③α －酮戊二酸和谷氨酰胺反应生成两分子谷氨酸。
只能由植物和微生物合成，必需氨基酸
见P336图26-20、P337图26-21、 P338图26-22
1、芳香族氨基酸的生物合成
芳香族AA碳架：赤藓糖-4-磷酸(HMS)和PEP(EMP)
（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。
L赖氨酸的生物合成在不同生物有完全不同的两条途径。蕈类（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-β-半醛的缩合途径。
几种谷氨酸族氨基酸的关系
赖氨酸
（二）天冬氨酸族氨基酸的生物合成 Asp、Asn、Met、Thr
1、天冬氨酸生物合成
谷草转氨酶 (AST/GOT)
GOT（谷草转氨酶） AST（天冬氨酸氨基转移酶）
2、天冬酰胺生物合成
天冬酰胺合成酶 ① 哺乳动物中
天冬酰胺合成酶 ② 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
几种天冬氨酸族氨基酸的关系
（三）丙酮酸族氨基酸的生物合成 Ala、Val、Leu、Ile
人的必需氨基酸
对于人体的需要来说，20种氨基酸可以分为三类： Lys、Thr、Leu、Ile、Val、Met、Trp、Phe这8种氨基 酸，人体不能自己合成，必须通过食物来摄取，这些氨基酸 称为必需氨基酸。 青少年以前人体合成Arg、His的能力不能满足自身的需 要，需要从食物中摄取一部分，称为半必需氨基酸。对于成 年人来说，Arg和His是非必需氨基酸。 另外的十种氨基酸，人体可以自身合成，不必靠食物补 充，称为非必需氨基酸。