氨基酸的生物合成
氨基酸的制作方法
氨基酸的制作方法
有多种制作氨基酸的方法，以下是其中几种常见的方法：
1. 微生物发酵法：一般采用大肠杆菌、酵母菌、屈菜花霉菌、酪酸乳杆菌等微生物，通过发酵将废弃物或廉价原料转化为氨基酸。
2. 化学合成法：该方法利用化学合成的原理，通过有机合成化学手段合成氨基酸，但是该方法制备成本高，且对环境污染严重。
3. 氨基酸水解法：氨基酸水解是指利用酸或酶水解蛋白质，使其分解成氨基酸和多肽，再进行脱离、纯化和分离。
4. 磷酸化反应法：该方法将含有羧基的物质与无水磷酸反应，生成关键的磷酸酯键，从而合成氨基酸。
总而言之，不同的制备方法适用于不同的氨基酸，其选择往往取决于经济性、产品纯度、工艺性能和环保性等因素。
氨基酸的分类和生物合成途径
氨基酸的分类和生物合成途径氨基酸是构成蛋白质的基本化学物质单位。
它们在生物体内扮演着重要的角色，不仅是蛋白质的组成部分，还参与许多生物活动。
本文将探讨氨基酸的分类和生物合成途径。
一、氨基酸的分类根据氨基酸的化学结构，可以将其分为以下几类。
1. 根据侧链的极性：氨基酸可以分为极性氨基酸和非极性氨基酸。
极性氨基酸的侧链中含有带电的氨基或羧基，使其具有极性。
非极性氨基酸则不含这些带电基团。
2. 根据侧链的酸碱特性：氨基酸可以分为酸性、碱性和中性氨基酸。
酸性氨基酸的侧链具有酸性，可以失去氢离子。
碱性氨基酸的侧链则具有碱性，可以接受额外的氢离子。
3. 根据侧链的结构：氨基酸可以分为疏水性氨基酸和亲水性氨基酸。
疏水性氨基酸的侧链主要由非极性或低极性氨基酸组成，不与水相互作用。
亲水性氨基酸则具有极性侧链，可以与水形成氢键。
二、氨基酸的生物合成途径氨基酸的生物合成途径可以分为多个步骤，下面以蛋氨酸为例进行说明。
1. 脱羧酶反应：通过脱羧酶作用，将天冬酰胺酸转化为半胱氨酸。
该反应需要维生素B6作为辅酶。
2. 羟基酸转移酶反应：通过羟基酸转移酶作用，将半胱氨酸转化为丙硫氨酸。
该反应需要维生素B6作为辅酶。
3. 磷酸化反应：通过磷酸转移酶作用，将丙硫氨酸转化为磷酸丙硫氨酸。
该反应需要ATP参与。
4. 磷酸酸化反应：通过磷酸转移酶作用，将磷酸丙硫氨酸转化为磷酸胞嘧啶酸。
该反应需要ATP参与。
5. 含硫酸转氨酶反应：通过含硫酸转氨酶作用，将磷酸胞嘧啶酸转化为蛋氨酸。
以上仅是举例说明一个氨基酸的生物合成途径，其他氨基酸的生物合成也涉及各种酶的参与和辅酶的作用。
总结：本文论述了氨基酸的分类和生物合成途径。
根据氨基酸的化学结构和侧链特性，我们可以将其分类为不同的类型。
氨基酸的生物合成途径是复杂而精细的，在生物体内通过多个步骤和多种酶的参与完成。
对于深入理解氨基酸的功能和作用，研究其分类和合成途径十分重要。
氨基酸的生物合成途径
氨基酸的生物合成途径氨基酸是构成蛋白质的基本组成单位，对于维持生命活动至关重要。
生物体通过一系列的生化反应将无机物质转化为氨基酸，进而合成蛋白质。
本文将介绍氨基酸的生物合成途径及其在生命过程中的重要性。
I. 氨基酸的总体合成途径氨基酸的合成可以归纳为两种主要途径：共轭途径和独立途径。
A. 共轭途径共轭途径是指一部分氨基酸的合成途径与其他代谢通路相互关联。
例如，苹果酸途径是氨基酸合成的一个重要共轭途径。
由于共轭途径的存在，氨基酸的生物合成与其他代谢过程形成了网络结构，相互影响。
B. 独立途径独立途径是指一部分氨基酸通过特定的酶催化作用逐步合成。
氨基酸合成的独立途径比较简单，其中一些氨基酸可以直接由无机物合成，而另一些则需要通过其他氨基酸转化而来。
II. 氨基酸的重要性氨基酸在生命活动中具有多种重要功能。
A. 构建蛋白质氨基酸是构建蛋白质的基本单位，通过氨基酸的连接，可以形成多肽链，进而折叠成具有特定功能的蛋白质。
不同的氨基酸序列和折叠方式决定了蛋白质的种类和功能。
B. 提供能量某些氨基酸在代谢过程中可以转化为葡萄糖或酮体，为生物提供能量。
当身体缺乏碳水化合物或脂肪时，氨基酸可以代替其作为能量来源。
C. 参与代谢途径氨基酸不仅可以在蛋白质合成中参与代谢途径，还可以转化为其他重要物质。
例如，一些氨基酸可以被转化为神经递质，参与神经传导；另一些氨基酸则可以转化为嘌呤和嘧啶，参与核酸的合成。
III. 氨基酸的生物合成途径不同的氨基酸具有不同的合成途径，以下将介绍几种常见氨基酸的生物合成途径。
A. 谷氨酸合成途径谷氨酸是一种非必需氨基酸，它由α-酮戊二酸合成。
α-酮戊二酸可以由糖酵解产生，也可以由其他氨基酸通过转化得到。
谷氨酸在生物体内起到调节酸碱平衡、转运氮和转移碳的重要作用。
B. 天冬氨酸合成途径天冬氨酸是一种非必需氨基酸，它可以通过α-酮戊二酸在酶的催化下合成。
天冬氨酸是蛋白质合成中的重要组成部分，同时也参与酮体的合成。
氨基酸及其重要衍生物的生物合成
31 章 完
苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸
磷酸戊糖途径 核糖-5-磷酸
组氨酸
无机界 固氮 作用
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
概论
生物体转化氨为有机化合物： 氨甲酰磷酸合成酶的作用 谷氨酸脱氢酶的作用 谷氨酰胺合成酶的作用
30.2 脂肪族氨基酸的生物合成
30.2.1 谷氨酸组氨基酸的生物合成：谷氨酸、谷氨酰 胺、脯氨酸（精氨酸、赖氨酸） 以a--酮戊二酸为前体
30.2.2 天冬氨酸组的生物合成：天冬氨酸、天冬酰 胺、甲硫氨酸、苏氨酸
（赖氨酸、异亮氨酸） 30.2.3 丙酮酸组的生物合成：丙氨酸、缬氨酸、亮
氨酸 30.2.4 丝氨酸组的生物合成：丝氨酸、甘氨酸、半
3） 微生物合成氨基酸的能力区别很大，E.coli 可合成
全部氨基酸 ， 乳酸菌需从外界摄取某些氨基酸。
概论
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。
酶Ⅰ 酶Ⅱ 酶 Ⅲ 酶Ⅳ 酶Ⅵ
AB
C
D
E
F
概论
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
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
生物化学笔记氨基酸的合成代谢
一、概述20种基本氨基酸的生物合成途径已基本阐明，其中人类不能合成的10种氨基酸，即苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸称为必须氨基酸。
氨基酸的合成途径主要有以下5类：1. 谷氨酸类型，由a-酮戊二酸衍生而来，有谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸，蕈类和眼虫还可合成赖氨酸。
2. 天冬氨酸类型，由草酰乙酸合成，包括天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、苏氨酸和异亮氨酸，细菌和植物还合成赖氨酸。
3. 丙酮酸衍生类型，包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸，为异亮氨酸和赖氨酸提供部分碳原子。
4. 丝氨酸类型，由3-磷酸甘油酸合成，包括丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸。
5. 其他，包括苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸。
二、脂肪族氨基酸的合成（一）谷氨酸类型1. 谷氨酸：由a-酮戊二酸与氨经谷氨酸脱氢酶催化合成，消耗NADPH，而脱氨时则生成NADH。
2. 谷氨酰胺：谷氨酰胺合成酶可催化谷氨酸与氨形成谷氨酰胺，消耗一个ATP，是氨合成含氮有机物的主要方式。
此酶受8种含氮物质反馈抑制，如丙氨酸、甘氨酸等，因为其氨基来自谷氨酰胺。
谷氨酰胺可在谷氨酸合成酶催化下与a-酮戊二酸形成2个谷氨酸，这也是合成谷氨酸的途径，比较耗费能量，但谷氨酰胺合成酶Km小，可在较低的氨浓度下反应，所以常用。
3. 脯氨酸：谷氨酸先还原成谷氨酸g-半醛，自发环化，再还原生成脯氨酸。
可看作分解的逆转，但酶不同，如生成半醛时需ATP活化。
4. 精氨酸：谷氨酸先N-乙酰化，在还原成半醛，以防止环化。
半醛转氨后将乙酰基转给另一个谷氨酸，生成鸟氨酸，然后与尿素循环相同，生成精氨酸。
5. 赖氨酸：蕈类和眼虫以a-酮戊二酸合成赖氨酸，先与乙酰辅酶A缩合成高柠檬酸，异构、脱氢、脱羧生成a-酮己二酸，转氨，末端羧基还原成半醛，经酵母氨酸转氨生成赖氨酸。
（二）天冬氨酸类型1. 天冬氨酸：由谷草转氨酶催化合成。
2. 天冬酰胺：由天冬酰胺合成酶催化，谷氨酰胺提供氨基，消耗一个ATP 的两个高能键。
氨基酸的生物合成
COOH CH2NH2
甘AA
COOH CH2 + CH2 C=O COOH
α-酮戊二酸
-
COOH 2 CH2NH2
甘AA
H2O
COOH
CHNH2
甘氨酸脱羟酶 丝氨酸羟甲基转移酶 CH2OH
丝AA
▪ （2）碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸
+NH3+CO2 +2H+ + 2e-
2、半胱氨酸的生物合成 （1）某些植物和微生物体内半胱氨酸的合成途径-SH主要 来源于硫酸，硫酸要还原为H2S；在动物体内来源于高半胱氨酸。
甲硫氨酸
（天冬氨酸族）
赖氨酸
苏氨酸
糖酵解
甘油酸-3-磷酸
丝氨酸
半胱氨酸
甘氨酸
（丝氨酸族）
丙酮酸
丙氨酸
缬氨酸
亮氨酸
（丙酮酸族）
糖酵解
磷酸烯醇式丙酮酸 赤藓糖-4-磷酸
戊糖磷酸途径
苯丙氨酸
酪氨酸
（芳香族氨基酸）
色氨酸
戊糖磷酸途径 核糖-5-磷酸 组氨酸
无机氮和有机氮的相互代谢转化
无机界
某些微生物
同化作用 生物合成
N2 固氮作 用
NH3
氨基酸 核苷酸 叶绿素
反硝化作用
异化作用 分解代谢
NO3-
绝大多数植物及微 生物
生物合成 有机界
蛋白质 DNA、RNA 多糖 脂类
分解代谢
生物体利用3种反应途径把氨转化为有机化合物，这些有机物进一步合成氨基酸。
1、氨甲酰磷酸合成酶催化CO2（以HCO3-的形式）及ATP合成氨甲酰磷酸，通过尿素循环合成精氨酸。 2、谷氨酸脱氢酶催化-酮戊二酸还原、氨化，生成谷氨酸。 3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺。
氨基酸的生物合成
第九章氨基酸的生物合成第一节氮循环氮是组成生物体的重要元素。
自然界中的不同氮化物相互转化形成氮循环。
生物界的氮代谢是自然界氮循环的主要因素。
第一步：固氮作用，将氮气还原为氨。
可工业固氮和生物固氮完成，自然界中由固氮生物固氮酶完成的分子氮向氨的转化约占总固氮的三分之二，由工业合成氨或其他途径合成的氨只有三分之一。
第二步：硝化作用，将氨转化为硝酸盐。
在土壤中含量丰富的硝化细菌进行着氧化氨形成硝酸盐的过程，因此土壤中几乎所有氨都转化成了硝酸盐。
第三步：成氨作用，将硝态氮转化为氨态氮。
植物体所需要的氮除了来自生物固氮外，绝大部分还是来自土壤中的氮，它们通过根系进入植物细胞。
然而硝态氮并不能直接被植物体利用来合成各种氨基酸和其他有机氮化物，必须先转变成为氨态氮。
第四步：同化作用，氨经谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶同化为谷氨酸。
这些有机氮化合物可随食物或饲料进入动物体内，转变为动物体的含氮化合物。
第五步：分解作用，各种动植物遗体及排泄物中的有机氮经微生物分解作用，形成无机氮。
这样，在生物界，总有机氮和总无机氮形成了一个平衡。
第二节固氮作用1、大气固氮：闪电和紫外辐射固定氮约占总固氮量的15%。
2、工业固氮：氮气中的氮氮三键十分稳定，1910年提出的作用条件在工业氮肥生产中一直沿用至今。
500℃高温和30MPa条件下，用铁做催化剂使氢气还原氮气成氨。
约占总固氮量的25%。
3、生物固氮：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变成氨的过程。
自然界通过生物固氮的量可达每年100亿公斤。
1约占地球上的固氮量的60%。
固氮生物的类型有自生固氮微生物和共生固氮微生物。
前者如鱼腥藻、念球藻，利用光能还原氮气，好气性固氮菌利用化学能固氮；后者如与豆科植物共生固氮的根瘤菌，其专一性强，不同的菌株只能感染一定的植物，形成共生的根瘤。
在根瘤中植物为固氮菌提供碳源，而细菌利用植物提供的能源固氮，为植物提供氮源，形成一个很好的互利共生体系。
氨基酸的制作方法
氨基酸的制作方法引言氨基酸是构成蛋白质的基本单元之一，对生命体的生长与发育具有重要作用。
氨基酸的制作方法多种多样，下面将介绍几种常见的氨基酸制作方法。
1. 天然氨基酸的提取方法1.1 动物源氨基酸的提取从动物源中提取氨基酸的方法较为复杂，常见的提取方法有以下几种：1.非水溶性酸解法：将动物组织经过酸解提取，然后通过酸碱中和、稀释等步骤得到氨基酸溶液，最后通过蒸馏或干燥得到氨基酸。
2.酶解法：使用特定的酶将动物组织中的蛋白质酶解成氨基酸，然后通过滤液分离氨基酸溶液。
3.蒸馏法：将动物组织经过蒸馏提取，得到氨基酸的蒸馏液，通过蒸馏纯化得到氨基酸。
1.2 植物源氨基酸的提取提取植物源氨基酸的方法相对简单，常见的提取方法有以下几种：1.水浸法：将植物材料浸泡在水中，经过高温或超声波处理，使氨基酸溶解在水中，然后通过过滤得到氨基酸溶液。
2.酶解法：使用特定的酶将植物材料中的蛋白质酶解成氨基酸，然后通过滤液分离氨基酸溶液。
3.离子交换法：使用离子交换树脂吸附植物材料中的氨基酸，然后通过洗脱得到氨基酸溶液。
2. 合成氨基酸的方法除了通过提取自然来源的氨基酸外，还可以通过化学合成的方法获得氨基酸。
常见的合成方法有以下几种：1.羧酸的亲核取代反应：通过羧酸与亲核试剂反应，将羧基替换为氨基，从而得到氨基酸。
2.氨基的烷基化反应：通过氨基和烷基化试剂反应，将氨基烷基化，得到氨基酸。
3.氨基的酰化反应：通过氨基与酰化试剂反应，将氨基酰化，从而得到氨基酸。
3. 发酵法制备氨基酸发酵法是一种常见的制备氨基酸的方法，该方法利用微生物代谢产物中的氨基酸。
常见的发酵法制备氨基酸的步骤如下：1.选取合适的产生目标氨基酸的微生物菌株。
2.培养微生物菌株，提供适当的营养物质和培养条件。
通常包括碳源、氮源、矿物质等。
3.控制培养环境，如温度、酸碱度、氧气供应等。
4.在合适的时间点，收集发酵液。
5.通过纯化和结晶等方法，得到目标氨基酸。
发酵法制备氨基酸的优点是可以大规模生产，并且可以通过调整培养条件和菌株来获得多种不同的氨基酸。
氨基酸的生物合成整理版
氨基酸的生物合成[整理版]第九章氨基酸的生物合成第一节氮循环氮是组成生物体的重要元素。
自然界中的不同氮化物相互转化形成氮循环。
生物界的氮代谢是自然界氮循环的主要因素。
第一步:固氮作用，将氮气还原为氨。
可工业固氮和生物固氮完成，自然界中由固氮生物固氮酶完成的分子氮向氨的转化约占总固氮的三分之二，由工业合成氨或其他途径合成的氨只有三分之一。
第二步:硝化作用，将氨转化为硝酸盐。
在土壤中含量丰富的硝化细菌进行着氧化氨形成硝酸盐的过程，因此土壤中几乎所有氨都转化成了硝酸盐。
第三步:成氨作用，将硝态氮转化为氨态氮。
植物体所需要的氮除了来自生物固氮外，绝大部分还是来自土壤中的氮，它们通过根系进入植物细胞。
然而硝态氮并不能直接被植物体利用来合成各种氨基酸和其他有机氮化物，必须先转变成为氨态氮。
第四步:同化作用，氨经谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶同化为谷氨酸。
这些有机氮化合物可随食物或饲料进入动物体内，转变为动物体的含氮化合物。
第五步:分解作用，各种动植物遗体及排泄物中的有机氮经微生物分解作用，形成无机氮。
这样，在生物界，总有机氮和总无机氮形成了一个平衡。
第二节固氮作用1、大气固氮:闪电和紫外辐射固定氮约占总固氮量的15%。
2、工业固氮:氮气中的氮氮三键十分稳定，1910年提出的作用条件在工业氮肥生产中一直沿用至今。
500?高温和30MPa条件下，用铁做催化剂使氢气还原氮气成氨。
约占总固氮量的25%。
3、生物固氮: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变成氨的过程。
自然界通过生物固氮的量可达每年100亿公斤。
约占地球上的固氮量的60%。
固氮生物的类型有自生固氮微生物和共生固氮微生物。
前者如鱼腥藻、念球藻，利用光能还原氮气，好气性固氮菌利用化学能固氮;后者如与豆科植物共生固氮的根瘤菌，其专一性强，不同的菌株只能感染一定的植物，形成共生的根瘤。
在根瘤中植物为固氮菌提供碳源，而细菌利用植物提供的能源固氮，为植物提供氮源，形成一个很好的互利共生体系。
第27章--氨基酸及其重要衍生物的生物合成
COOH
CONH2
----
----
CH2
谷氨酰胺合成酶
CH2 +NH3 +ATP
CHNH2
COOH
CONH2 COOH
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
COOH
----
----
CH2 CH2 + CHNH2 COOH
CH2 CH2
苏氨酸 异亮氨酸
（三）丙酮酸族氨基酸的合成
包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)
共同碳架：EMP中的丙酮酸 1、丙氨酸的生物合成
2、缬氨酸和异亮氨酸的生物合成 3、亮氨酸的生物合成
（四）丝氨酸族氨基酸的合成
包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)
1、丝氨酸和甘氨酸的生物合成途径（有两条途径） （1）甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸（植物）
共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸
1、由α-酮戊二酸形成谷氨酸
（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
（普遍）
由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的关系图
3、由谷AA
精AA
4、由谷AA 脯AA
5、L-赖氨酸的生物合成
+
2e-
丝AA
（2）碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸
2、半胱氨酸的生物合成
（1）某些植物和微生物体内半胱氨酸的合成途径 -SH主要来源于硫酸，硫酸要还原为H2S。
氨基酸的生物合成与降解
氨基酸的生物合成与降解氨基酸是构成蛋白质的基本单位，它们在生物体内广泛存在，并参与多种生物过程。
氨基酸的生物合成与降解是维持生物体正常功能的重要过程。
本文将对氨基酸的生物合成和降解进行详细探讨。
一、氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成是指生物体内从简单物质合成氨基酸的过程。
生物体一般通过两种主要途径合成氨基酸：酶促途径和非酶促途径。
酶促途径是指通过特定的酶催化反应合成氨基酸。
这种途径通常发生在细胞质中，其中氨基酸的核心骨架是由甘氨酸、丙氨酸和谷氨酸等中间产物构建起来的。
例如，谷氨酸是合成多种氨基酸的重要中间产物，它可以通过转氨酶的作用转化为丙氨酸和甘氨酸。
非酶促途径是指在特定环境条件下，生物体通过非酶催化反应合成氨基酸。
非酶促途径的代表性例子是固氮作用，其中一些细菌和植物通过共生关系中的铁蛋白酶催化反应将氮气转化为氨基酸。
二、氨基酸的降解氨基酸的降解是指生物体内从氨基酸分解出简单物质的过程。
氨基酸的降解主要通过两种途径实现：非氧化途径和氧化途径。
非氧化途径是指在缺氧条件下，氨基酸通过一系列酶催化反应降解为酮酸或酰辅酶A。
这种途径通常在细胞质中进行，其中氨基酸先被转化为氨基酰末端活性化物，然后通过脱胺等反应最终生成酮酸或酰辅酶A。
氧化途径是指在氧气存在下，氨基酸通过氧化酶等酶类催化反应降解为酮酸。
这种途径通常发生在线粒体中，其中氨基酸首先被氧化酶催化生成对应的酰基辅酶A，然后通过一系列酶催化反应产生酮酸。
细胞内的氨基酸降解还与身体的能量代谢密切相关。
当身体缺乏能量时，氨基酸可通过降解产生能量，以满足身体的生理需要。
三、氨基酸的生物合成与降解调控氨基酸的生物合成和降解过程受到多种调控机制的控制，以保持氨基酸代谢的平衡。
这些调控机制主要包括转录调控、翻译调控和代谢调控。
转录调控是指在基因转录水平上调控氨基酸合成和降解相关基因的表达。
通过调控相关的转录因子与基因启动子结合或调控染色质休息-活性转变来实现。
例如，谷氨酸酶合成基因的表达受到谷氨酸浓度的调控，当谷氨酸浓度增加时，谷氨酸酶合成基因的转录水平下降。
生物化学王镜岩第三版第31章 氨基酸的生物合成
氨基酸代谢概况
特殊途径
（次生物质代谢）
NH4+ NH3
-酮酸
CO2
胺
激素 卟啉 嘧啶 嘌呤
糖及其代谢 鸟氨酸 中间产物 循环
脂肪及其代 谢中间产物 尼克酰氨 衍生物
TCA NH4+ 尿素 CO2
H2O
尿酸
肌酸胺
第31章
氨基酸及其重要衍生物的生物合成
一、概论
（一）不同生物合成氨基酸的能力不同，合成氨基 酸的种类不同，利用的原料也不同。 从合成的种类： 有的能合成构成蛋白质的全部氨基酸，有的能 合成部分氨基酸。如高等植物能合成构成蛋白质的 全部氨基酸，不同微生物合成氨基酸的能力有很大 的差别，人与动物则必需氨基酸不能合成。
四、氨基酸转化为其它氨基酸及其它代 谢物
1.氧化氮的形成
脊椎动物体内的一种重要的信息分子，在 信号传导过程中起重要作用。它是由精氨酸在 氧化氮合酶（NOS）的催化下形成的，产物为 氧化氮和瓜氨酸。
E2
O C OH HN O 5-氧代脯氨酸
2.谷胱甘肽
O H2N CH C OH CH 2 R
+
CH NH 3
CH
COO-
O H2N CH C OH CH 2 CH 2 C O OH
O H2N CH C OH CH 2 SH O
外
内
E5
ATP
H2N CH C OH O H2N CH C OH H CH 2 CH 2 C O O HN CH C OH CH 2 SH γ -谷氨酰半胱氨酸
3.肌酸的生物合成
O H2N CH C OH OH O C NH H2 H2 H2 H CH C C C N C NH 2 NH 2 CH 2 OH O C H2 H2 CH C C C NH 2 H2 NH 2 H3C CH 2 S + CH 2 O H H O H2N CH C OH H H2N C NH 胍基乙酸 O H N CH 2 C OH O H2N CH C OH CH 2 CH 2 CH 3 H2N C NH S O O H H OH H H OH CH 2 N N N NH 2 N OH H H OH N N N NH 2 N
氨基酸及其重要衍生物的生物合成
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16
4、顺序反馈抑制
终端产物E和H，只分别抑制分道后自己的分 支途径中第一个酶的活性。
e -E
A aB
C
Df -F
G
H
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17
二、 通过酶量调节
阻遏酶 同工酶
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18
第三节 几种重要的 氨基酸衍生物的生物合成
（1） 氧化氮: 由Arg在NOS催化下合成 （2） 谷光甘肽：Glu+Cys→gGlu-Cys
微生物有差异
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2
二、 氮源 1、生物固氮（微生物）
a.与豆科植物共生的根瘤菌 b.自养固氮菌、 蓝藻 在固氮酶系作用下，将空气中的N2固定，产生NH3 2、硝酸盐和亚硝酸盐 (植物、微生物) 3、各种脱氨基作用产生的NH3（所有生物）
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3
❖ 氨的固定方式：
（1）通过氨甲酰磷酸合成酶
氨甲酰磷酸合成酶
（2）通过谷氨酸脱氢酶
-------
COO HC=O
COO
谷氨酸 脱氢酶
HCHNH2
CH2 +NAD(P)H+NH3 CH2
CH2 +NAD(P)++H2 CH2 O
COO
COO 完整版课件ppt
4
H
H
（3）通过谷氨酰胺合成酶
-------
COOH
CHNH2 CH2
+
+NH4 + ATP
6
五、氨基酸分族的生物合成情况
1. 谷氨酸族 -酮戊二酸
Glu、Gln、Pro、Arg
➢ Glu的合成
由α-酮戊二酸与游离氨，经L-Glu脱氢酸催化。 对于植物和微生物，氨的来源是Gln的酰胺基。
生物环境中氨基酸的生物合成和合成途径
生物环境中氨基酸的生物合成和合成途径生物界中，氨基酸是一种重要的营养物质，是构成蛋白质的基本单位。
氨基酸的生物合成过程，既涉及到物质的转化也涉及到能量的转移，是非常复杂的生物化学反应过程。
本文将简要介绍氨基酸的生物合成和合成途径。
1. 氨基酸的生物合成氨基酸是人体必需的营养物质，除了必需氨基酸外，其他氨基酸可以通过转化合成生成。
氨基酸的合成通常是在蛋白质降解和代谢途径中完成，而氨基酸的合成通常是由其他代谢物质经过途径杂合生成。
在真核生物体内，氨基酸代谢是一个复杂的途径网络，包含氨基酸的合成、降解、转化和转运等过程。
氨基酸合成主要有两种途径，即格林-紫杉醇途径和逆转录糖途径。
2. 格林-紫杉醇途径格林-紫杉醇途径是通向氨基酸生物合成的主途径之一，也是氨基酸生物合成的主要途径之一。
该途径产生的氨基酸是非必需氨基酸，包括丝氨酸、蘖氨酸、甘氨酸、谷氨酸和组氨酸等。
该途径的过程包括多种酶催化反应，其中主要的反应包括：（1）磷酸巴塞吡啶转移酶催化磷酸核糖清除酶和5-磷酸核糖转移酶转化成5-磷酸巴塞吡啶核苷酸。
（2）5-磷酸巴塞吡啶转换成L-核糖-5-磷酸巴塞吡啶。
该步骤由多种酶催化，包括PrtM催化将ATP转换成AMP和PPi，以及GlnBMT催化ATP和L-谷氨酰胺形成L-谷氨酰胺羧甲基酯。
（3）L-核糖-5-磷酸巴塞吡啶将L-组氨酸分别转化成L-组氨酸和L-蘖氨酸，通过分别形成2-氨基-3-酮丙酸和3-氨基-2-羟丁酸。
3. 逆转录糖途径逆转录糖途径是另一种通向氨基酸生物合成的途径，也是氨基酸合成的主要途径之一。
逆转录糖途径产生的氨基酸是非必需氨基酸，包括丙氨酸、酪氨酸和色氨酸等。
该途径的过程包括多种酶催化反应，其中主要的反应包括：（1）第一步是L-糖基酮酸转换成L-谷氨酰胺。
该步骤由多种酶催化，包括Dao和PhnY等催化酶。
（2）第二步是L-谷氨酰胺分别将赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸等转化成对应的氨基酸。
4. 结论氨基酸生物合成是一项复杂的生物化学反应过程，在生物体内通过多种途径和酶催化完成。
最新氨基酸的生物合成知识讲解
站”， Glu
其它AA。
｛ ❖ 氨基酸的合成 有C架（ α-酮酸） 有AA提供氨基(最主要为谷AA)
（一） 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) 赖氨酸（lys)
▪ 共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸
1、由α-酮戊二酸形成谷氨酸
COOH CHO
乙醛酸
COOH
+ CH2
CH2 CHNNH2
+
CH2 CH2
甘AA
C=O
COOH
α-酮戊二酸
2
-
-
COOH H2O
CH NH 甘氨酸脱羟酶
2
2 丝氨酸羟甲基转移酶
甘AA
COOH CHNH2 CH2OH
+NH3+CO2
+2H+
+
2e-
丝AA
NH3
同化作用 生物合成
氨基酸
核苷酸
叶绿素
反硝化作用
异化作用 分解代谢
NO3-
绝大多数植 物及微生物
生物合成
有机界
蛋白质 DNA、RNA 多糖 脂类
分解代谢
生物体利用3种反应途径把氨转化为有机 化合物，这些有机物进一步合成氨基酸。
1、氨甲酰磷酸合成酶催化CO2（以HCO3-的形式） 及ATP合成氨甲酰磷酸，通过尿素循环合成精氨酸。 2、谷氨酸脱氢酶催化-酮戊二酸还原、氨化，生 成谷氨酸。 3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺。
（谷氨酸族）
（天冬氨酸族）
糖酵解
甘油酸-3-磷酸
丙酮酸
丝氨酸
半胱氨酸
甘氨酸
氨基酸生物合成
3、谷氨酸酰胺化为谷氨酰胺
由谷氨酸与氨再生成谷氨酰胺，合成谷氨酰胺要消耗ATP.也能把 氨转变为有机物。
COO│ H3N— C—H + NH4+ │ CH2 │ CH2 │ COO-
ATP
ADP+Pi
谷氨酰胺合成酶
COO│ H3N— C—H │ + H+ CH2 │ CH2 │ C=O │ NH2
★在谷氨酰胺合成酶催化下,谷氨酸合成谷氨酰胺.
1、氨甲酰磷酸的合成
= NH3+CO2+2ATP+H2O - =
氨甲酰磷酸合成酶I Mg2+
O O N2H-C-O-P-O- +2ADP+Pi O
2、α-酮戊二酸还原、氨基化为谷氨酸
在谷氨酸脱氢酶催化下，将α-酮戊二酸还原、氨化为谷氨酸 COO氨 │ NAD(P)H+H+ NAD(P)+ C=O │ CH2 │ 谷氨酸脱氢酶 CH2 │ COOCOO│ H3N— C—H │ CH2 │ CH2 │ COO-
4. Arg的生物合成
5.由α- 酮戊二酸形成Lys
（二）天冬氨酸族的生物合成
◇ 1.Asp的合成
◇ 2.Asn的合成 ◇ 3.细菌和植物Lys的生物合成 ◇ 4.甲硫氨酸的生物合成 ◇ 5.苏氨酸的生物合成 ◇ 6.异亮氨酸的生物合成
1.Asp的合成
2.Asn的合成
3.细菌和植物Lys的生物合成
2、脂肪酸家族氨基酸的合成途径：
3、芳香族氨基酸合成途径
1）赤藓糖-4-磷酸和烯醇式丙酮酸磷酸衍生类型 2）组氨酸生物合成
1.氨基酸生物合成的分族情况
2.二十种氨基酸的生物合成概况
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N2 NH3
反硝化作用
异化作用 分解代谢
NO3-
绝大多数植 物及微生物
氨基酸 核苷酸 叶绿素
生物合成
分解代谢
有机界
蛋白质 DNA、RNA 多糖 脂类
生物体利用3种反应途径把氨转化为有机 化合物，这些有机物进一步合成氨基酸。
1、氨甲酰磷酸合成酶催化CO2（以HCO3-的形式） 及ATP合成氨甲酰磷酸，通过尿素循环合成精氨酸。 2、谷氨酸脱氢酶催化-酮戊二酸还原、氨化，生 成谷氨酸。
从谷氨酸经转氨作用而来
氨基酸的生物合成的碳架来源
（1）非必需氨基酸的生物合成
a、由α-酮酸氨基化生成 b、由某些非必需氨基酸转化而来 c、由某些必需氨基酸转变而来
（2）各族氨基酸的前体及相互关系
非 必 需 氨 基 酸 的 生 物 合 成
种 氨 基 酸 的 前 体 及 相 互 关 系
丝氨 酸族
His 和 芳香族
α-酮戊二酸
转氨酶
α-酮酸
氨基酸
谷氨酰胺合成酶是催化氨转变为有机含氮物的主要酶
（普遍） 由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺和谷氨酸的关系图
3、由谷AA
精AA
4、由谷AA
脯AA
5、L-赖氨酸的生物合成
L赖氨酸的生物合成在不同生物有完全不同的
两条途径。覃类（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
丙氨 酸族
天冬氨 酸族 谷氨酸族
三、氨基酸生物合成的调节
（一）通过终端产物对氨基酸生物合成的抑制
1、简单的终端产物抑制
2、不同终端产物对共经合成途径的协同抑制
3、不同分支产物对多个同工酶的特殊抑制——酶的多重性抑制
4、连续产物抑制，又称连续反馈控制或逐步反馈抑制
（二）通过酶生成量的改变调节氨基酸生物合成 酶生成量的控制主要是通过有关酶编码基因活 性的改变。 当某种氨基酸的合成能够提供超过需要量的产 物时，则该合成途径的酶的编码基因即受到抑 制；而当合成产物浓度下降时，则有关酶的编
通过丙酮酸和天冬氨酸-β-半醛的缩合途径。
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
（二）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
1、L-天冬氨酸的生物合成
2、L-天冬酰胺的生物合成 （1）
（2）
（存在于细菌中）
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
6、L-异亮氨酸的生物合成
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
（三）丙酮酸族氨基酸的合成
包括：丙(Ala)、缬(Val)、亮(Leu)
CONH2 CH2 CH2 + CHNH2 COOH
总反应: NH3 +ATP + α-酮戊二酸+2H
- - - -
谷AA+ADP+H2O+Pi
二
氨 基 酸 的 合 成
主要通过转氨基作用 AA-R1 α-酮酸R2
转氨酶
α-酮酸R1
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”， Glu 其它AA。
3、谷氨酰胺合成酶催化谷氨酸，转化为谷氨酰胺。
谷AA脱氢酶（细菌）
COOH CH2 CH2 +NH3 +NADH C=O COOH COOH CH2 +NAD+ +H2O CH2 CHNH2 COOH - - - -
- - - -
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
氨基酸的合成
｛
有C架（ α-酮酸）
有AA提供氨基(最主要为谷AA)
（一） 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) 赖氨酸（lys)
共同碳架：TCA中的α-酮戊二酸
1、由α-酮戊二酸形成谷氨酸
（动物和真菌，不普遍）
2、由α-酮戊二酸形成谷氨酰胺
乙醛酸
COOH CH2 COOH + CH CH2NH2 2 C=O 甘AA COOH - - - α-酮戊二酸
- - - -
-
-
谷AA
COOH 2 CH2NH2 甘氨酸脱羟酶
甘AA
COOH CHNH2 +NH3+CO2 +2H+ + 2e丝氨酸羟甲基转移酶 CH2OH 丝AA
H2O
（2）碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸
码基因即解除抑制，从而合成增加产物浓度所
需要的酶。
在氨基酸的合成途径中，有些酶能够受到细胞 合成量的控制；这种酶称为阻遏酶。例如大肠 杆菌由天冬氨酸衍生的几种氨基酸的合成过程 中，标有A、B、C的三种酶都不属于变构酶， 这些酶属于阻遏酶，它们的调控靠细胞对其合 成速度的改变。当甲硫氨酸的量足够时。同工 酶A和B都受到阻遏．同样当异亮氨酸的合成 足够则同工酶C的合成速度就受到阻遏。
（谷氨酸族）
（天冬氨酸族）
糖酵解 丙酮酸
甘油酸-3-磷酸
丝氨酸
丙氨酸 甘氨酸
缬氨酸
亮氨酸
半胱氨酸
（丙酮酸族）
（丝氨酸族）
糖酵解
戊糖磷酸途径
戊糖磷酸途径
磷酸烯醇式丙酮酸 赤藓糖-4-磷酸
核糖-5-磷酸
苯丙氨酸
酪氨酸
色氨酸
组氨酸
（芳香族氨基酸）
无机氮和有机氮的相互代谢转化
无机界
固氮 某些微生物 作用 同化作用 生物合成
（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。
（2）由分支酸形成色氨酸
色氨酸碳原子和氮原子来源总结
PPP中的磷酸核糖、赤藓糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP)
芳香族氨基酸的关系
谷氨酰胺合成酶（高等植物的主要途径）
- - - - - - - - - -
CONH2 COOH CH2 谷氨酰胺合成酶 CH2 CH2 +ADP +Pi+H2O CH2 +NH3 +ATP CHNH2 谷氨酰胺(贮存了氨） CHNH2 COOH 可做为NH3的 COOH COOH COOH CH2 +2H CH2 CH2 谷AA合酶 2 CH2 C=O CHNH2 COOH COOH - - - 供体将其转移
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
酪氨酸
苯丙氨酸
2、组氨酸的生物合成
组氨酸碳原子和氮原子来源总结
N 来自ATP
HC
来 自 核 糖
CH
C
- -
CH2 CH-NH2 COOH
N H
来自谷氨酰胺的酰胺基
2、半胱氨酸的生物合成
（1）某些植物和微生物体内半胱氨酸的合成途径-SH主要 来源于硫酸，硫酸要还原为H2S；在动物体内来源于高半胱氨酸。
植物和微生物体内的合成
硫酸还原为H2S，首先要转变为活化形式
（2）动物体内半胱氨酸的合成途径 在动物休内半胱氨酸的直接前体为丝氨酸和高半胱氨酸，后 者也是甲硫氨酸生物合成中的一个中间产物，也可称为前体。
氨基酸合成的碳架来源：
柠檬酸循环 糖酵解 戊糖磷酸途径 氨基酸分解途径
氨基酸合成的氨基来源：
起始于无机氮，即无机氮先转变为 氨气，再转变为含氮有机化合物。
氨 基 酸 合 成 总 图
氨基酸的分族
柠檬酸循环
α-酮戊二酸
谷氨酸
谷氨酰胺 脯氨酸 精氨酸
草酰乙酸
天冬氨酸
天冬酰胺 甲硫氨酸 赖氨酸 苏氨酸
共同碳架：EMP中的丙酮酸
1、丙氨酸的生物合成
2、缬氨酸和异亮氨酸的生物合成
3、亮氨酸的生物合成
（四）丝氨酸族氨基酸的合成
包括：丝(Ser)、甘(Gly)、半胱(Cys)
1、丝氨酸和甘氨酸的生物合成途径（有两条途径） （1）甘AA碳架：光呼吸乙醇酸途径中的乙醛酸 COOH CHO COOH + CH2 CH2 CHNH2 COOH
三种氨基酸的关系
甘AA 丝AA 半胱AA
乙醛酸
3-磷酸甘油酸
（五）组氨酸和芳香族氨基酸的生物合成
包括：组AA(His)、色AA(Trp)、酪AA(Tyr)、 苯丙AA(Phe)
芳香族AA碳架：4-磷酸-赤藓糖(PPP)和PEP(EMP)
1、芳香族氨基酸的生物合成 芳香族AA碳架：赤藓糖-4-磷酸(PPP)和PEP(EMP)
第31章
氨基酸及其重要衍生物的生物合成
一、概论
对动物来说：
必需氨基酸—动物体内不能合成的氨基酸，必须从外界获得
才能维持正常生长发育。苯丙氨酸、色氨酸、亮氨酸、异亮氨 酸、缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、赖氨酸、组氨酸。
非必需氨基酸——凡是动物体内能合成的氨基酸。
对植物来说： 能合成全部所需的氨基酸，可利用氨和硝酸根来合成氨基酸。 对微生物来说： 不同微生物合成氨基酸的能力差异很大。