氨基酸及其重要衍生物的生物合成
生物化学-生化知识点_第四章 氨基酸及其重要衍生物的生物合成.
一一一氨基酸及其重要衍生物的生物合成下册P340 31章§4.1 概论不同生物合成氨基酸的能力不同，合成氨基酸的种类也有很大差异。
必需氨基酸：肌体维持正常生长所必需而又不能自己合成，需从外界获取的氨基酸。
人和大白鼠需以下十种氨基酸（由大白鼠喂饲试验得来）：Phe、Lys、Ile、Leu 、Met、Thr、Trp、Val、（His、Arg）。
对于成人为前八种，对幼小动物为十种。
非必需氨基酸：肌体可以通过其他原料自己合成的氨基酸。
高等植物可以合成自己所需全部氨基酸。
微生物合成氨基酸能力有很大差距。
E.coli可合成全部所需氨基酸，乳酸菌则不能合成全部。
§4.2 氨基酸生物合成途径：可用为生物遗传突变株研究。
使突变株在氨基酸的某个合成环节上产生缺失，造成某种中间物积累，从而判明各个中间代谢环节，由此已阐明20种氨基酸的生物合成途径。
在生物合成中，氨基酸的氨基多来自Glu的转氨基反应，而各种碳骨架起源于TCA、糖酵解等代谢途径，由此划分为若干类型。
根据生物合成起始物的不同，可将氨基酸生物合成途径归纳为六族。
P341 图31-1为氨基酸生物合成的分族情况：①谷氨酸族②天冬氨酸族③丝氨酸族④丙氨酸族⑤芳香氨基酸族⑥组氨酸。
P341图31-2为20种氨基酸生物合成概貌。
一一一谷氨酸族氨基酸的生物合成：均以α-酮戊二酸为前提。
α-酮戊二酸形成Glu后可生成Gln、Pro和Arg（P344，P345 图31-6，P346 图31-7）；在真菌中还可生成Lys（P347图31-8）。
一一一天冬氨酸族氨基酸的生物合成：草酰乙酸生成Asp后可生成Asn，经天冬氨酸β-半醛可生成Lys（P349图31-9），再经高丝氨酸可生成Thr，进一步生成Ile，还可生成Met（P350图31-10，P351 图31-11，图31-12）。
一一一丙氨酸族氨基酸的生物合成：丙酮酸可直接生成Ala，经α-酮异戊酸可生成Val和Leu（P352 图31-13，P353 图31-15）。
氨基酸酯及其衍生物的合成
氨基酸酯及其衍生物的合成一、本文概述氨基酸酯及其衍生物是一类重要的有机化合物，在生物化学、医药、农业、食品等领域具有广泛的应用。
本文将对氨基酸酯及其衍生物的合成方法进行系统的介绍和分析，旨在为读者提供全面的合成策略和应用前景。
文章首先将对氨基酸酯及其衍生物的基本概念、结构和性质进行概述，为后续的合成研究提供理论基础。
接着，将重点介绍几种常见的氨基酸酯及其衍生物的合成方法，包括经典的酯化反应、酶催化合成、微波辅助合成等，并对各种方法的优缺点进行详细比较和讨论。
文章还将关注氨基酸酯及其衍生物在各个领域的应用，如药物合成、农药创制、食品添加剂等，以展示其在实际应用中的重要性和潜力。
也将探讨氨基酸酯及其衍生物在合成生物学、绿色化学等新兴领域的应用前景。
本文旨在全面介绍氨基酸酯及其衍生物的合成方法、性质和应用，为相关领域的研究人员提供有价值的参考信息，并推动该领域的研究和发展。
二、氨基酸酯的合成氨基酸酯是一类重要的有机化合物，其合成方法多种多样。
在本节中，我们将重点讨论几种常见的氨基酸酯的合成方法。
氨基酸与醇的直接酯化：这是最直接且常用的合成氨基酸酯的方法。
通过将氨基酸与相应的醇在适当的条件下（如酸性或碱性环境，适当的温度）进行酯化反应，可以生成相应的氨基酸酯。
此方法的优点是操作简单，原料易得。
然而，需要注意的是，某些氨基酸可能由于侧链基团的影响，反应活性较低，需要采用特殊的方法进行活化。
氨基酸的酰氯酯化：先将氨基酸转化为酰氯，然后再与醇进行酯化反应。
这种方法的优点是反应速度快，产率较高。
但是，酰氯的制备和使用需要严格的条件，因为酰氯是有毒且易挥发的化合物。
氨基酸的活性酯法：氨基酸与某些试剂（如N-羟基琥珀酰亚胺、二甲氨基吡啶等）反应生成活性较高的中间体，然后再与醇进行酯化反应。
这种方法可以避免直接使用酰氯，从而减少了操作的复杂性和危险性。
酶催化酯化：在酶的催化下，氨基酸和醇可以在较温和的条件下进行酯化反应。
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
氨基酸衍生物的合成及应用研究
氨基酸衍生物的合成及应用研究在有机化学领域中，氨基酸衍生物的合成及应用一直是一项备受关注的研究课题。
氨基酸作为生命体内的基本组成部分之一，具有丰富的生物活性和结构多样性。
因此，合成新颖的氨基酸衍生物并研究其应用潜力，对于药物研发、材料科学等领域具有重要意义。
一、氨基酸衍生物的合成方法目前，氨基酸衍生物的合成方法主要包括传统的化学合成法和生物合成法两大类。
1. 传统的化学合成法传统的化学合成法主要利用有机合成化学的原理和方法，通过对氨基酸进行化学修饰、取代或反应，合成出具有特定结构和功能的氨基酸衍生物。
例如，可以通过酰胺合成、酰亚胺加成反应、亲核取代等方法，引入不同的基团或化学键，从而赋予氨基酸衍生物独特的性质。
合成得到的氨基酸衍生物可用于药物合成、有机催化、液晶材料等多个领域。
2. 生物合成法生物合成法是利用生物转化作用将底物转化为目标产物。
在氨基酸衍生物的合成过程中，可以利用微生物、酵母、真菌等生物体来进行催化反应，通过代谢途径合成所需产物。
生物合成法具有高选择性、温和条件和环境友好等优点，逐渐成为氨基酸衍生物合成的新方向。
例如，利用工程菌株表达特定的酶类，可以合成一些特殊结构的氨基酸衍生物，如D-氨基酸和非天然氨基酸。
二、氨基酸衍生物的应用研究氨基酸衍生物通过其特殊的结构和功能，具有广泛的应用潜力。
以下是几个常见的应用领域。
1. 药物研发氨基酸作为药物研发的重要组成部分，其衍生物在抗病毒、抗肿瘤、抗炎等方面有着广泛的应用。
例如，合成具有抗肿瘤活性的氨基酸衍生物，可以作为新型抗癌药物的药物原料；合成具有抑菌作用的氨基酸衍生物，可以用于研发新型抗菌药物。
2. 配位化学由于氨基酸衍生物本身具有一定的性质和结构特点，因此可以用作金属离子和氨基酸衍生物之间的配体。
通过合成特定配体，可以制备出具有特殊功能的配位化合物，如催化剂、荧光探针等。
3. 材料科学氨基酸衍生物具有自组装和生物相容性等特性，可用于构建功能性材料。
氨基酸酯类衍生物的合成及活性研究3篇
氨基酸酯类衍生物的合成及活性研究第一篇：氨基酸酯类衍生物的合成氨基酸酯类衍生物是一类重要的生物活性分子，具有广泛的应用前景。
本文将介绍氨基酸酯类化合物的合成方法，并探讨其合成机理及反应特点。
一、氨基酸酯的合成方法氨基酸酯的合成方法多种多样，以下将介绍其中较常用的几种方法。
1、碳酸酐法碳酸酐法是合成氨基酸酯的常用方法之一。
该方法的基本反应为氨基酸和碳酸酐在碱性溶液中反应生成对应的氨基酸酯。
碱性条件下碳酸酐发生酯化反应，生成中间体酯酸盐，再通过水解生成氨基酸酯。
2、酸催化法酸催化法适用于一些较难水解的氨基酸酯。
该方法利用强酸的催化作用，将醇和氨基酸酸在酸性条件下直接反应生成氨基酸酯。
优点是反应条件温和，废弃物易处理。
3、酰氯法酰氯法是化学合成中常用的方法之一。
该方法通过氨基酸与酰氯先反应生成中间体酰胺，再用酸或碱催化酰胺的加成反应生成氨基酸酯。
该法反应效率高，产率也比较高，但是需要用到高毒性的有机物酰氯。
二、氨基酸酯化合物的反应机制氨基酸酯类衍生物在合成过程中，通过化学键的形成将氨基酸与醇基或酰氧基结合，形成氨基酸酯。
氨基酸酯化反应一般遵循酯化反应的机理，其具体反应步骤如下：1、氨基酸与醇基或酰氧基反应，生成一个中间体，即酯酸盐。
其中，负离子是醇或酰氧基。
2、中间体进一步水解，生成氨基酸酯和酸或碱。
也有一些特殊的反应机制，比如季铵盐法和加成-消除反应法等。
这些反应机制，可以根据具体反应条件选择相应的反应方式。
三、氨基酸酯化合物的应用氨基酸酯化合物具有较强的生物活性，其中一些化合物已被广泛应用于医药、农药、食品和化妆品等领域。
重要的应用包括：1、作为药物前体氨基酸酯化合物可以作为药物的前体，通过代谢生成活性化合物而发挥治疗作用。
此外，在进行药物的结构修饰和优化时，常使用氨基酸酯类衍生物作为中间体。
2、作为农药氨基酸酯类化合物的高生物活性和低毒性使其成为农药的重要代表。
常见的氨基酸酯类农药包括丁酸吗啉和异丙酰乙己氧苯丙氨酸等。
氨基酸的生物合成
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
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。
氨基酸代谢通路与代谢物的生物合成途径研究
氨基酸代谢通路与代谢物的生物合成途径研究作为构成生命体的基本物质，氨基酸在生物体内发挥着重要的作用。
氨基酸代谢通路及其代谢产物的生物合成途径是维持生命活动和调节代谢的重要机制之一。
近年来，氨基酸代谢通路和代谢产物的合成途径的研究得到了越来越广泛的关注，对于理解生命活动和疾病发生机理具有重要的意义。
一、氨基酸代谢通路氨基酸是构成蛋白质的基本单元，同时在生理过程中也起到了很重要的作用。
氨基酸代谢通路是指氨基酸从食物中或其他途径进入生物体的过程，并在生物体中发生一系列的化学反应转化为其他物质的代谢过程。
氨基酸代谢通路包括入路、脱羧过程、氨基转移过程、硫代谢过程和芳香族氨基酸代谢五个主要环节。
在入路中，氨基酸进入生物体，经过多种催化反应产生多个代谢产物，包括α-酮酸和酸类、氨基酸和氨、以及部分中枢神经系统的助剂等。
在脱羧过程中，氨基酸被氧化分解并去除羧基，形成氨和二氧化碳，同时还会产生一些缺失的底物或能量。
在氨基转移过程中，氨原子和脱氢氧化体系被转移，经过一系列的反应形成新的代谢产物，如裂胆氨基酸和谷氨酰胺。
在硫代谢过程中，含硫氨基酸和嘌呤核苷酸被分解成以硫为中心的中间产物。
在芳香族氨基酸代谢过程中，苯丙氨酸以及酪氨酸被分解后，对于身体产生的副反应管控起着关键作用。
二、氨基酸代谢物的生物合成途径氨基酸代谢物的生物合成途径具体包括：1. 腺嘌呤核苷酸生物合成途径腺嘌呤核苷酸合成途径涉及二种分别是ADP酸化和尿酸代谢。
ADP酸化要求一些激酶协同作用，使腺苷酸在复杂的酶促化学过程中得以转化成ADP酸化。
在尿酸代谢中，腺苷酸被氧化酶氧化成紫嫩色的尿酸，这种氧化酶是合成起源于PGAM单元基的PGAM。
2. 糖基化合物和蛋白质的合成途径糖基化合物和蛋白质的合成途径包括靶向糖和氧基糖的共同作用，靶向糖与蛋白质多肽结构发生共价结合的化学反应，是糖基化的重要环节。
3.木质素合成途径木质素是由芳香族氨基酸形成的，关键酶包括线粒体铁硫蛋白和一个合成酶。
氨基酸生物合成汇总
★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-
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
二、脂肪族氨基酸的生物合成
◇ （一）谷氨酸族氨基酸的生物合成
◇ （二）天冬氨酸族的生物合成
◇ （三）丙酮酸族的生物合成
氨基酸及其重要衍生物 的生物合成
◇ 一、概论 ◇ 二、脂肪族氨基酸的生物合成
◇ 三、芳香族氨基酸的生物合成
◇ 四、氨基酸生物合成的调节 ◇ 五、氨基酸转化为其他氨基酸及其代谢物
一、氨的同化作用 通过生物固氮把N2转变为氨，氨是合成氨基酸所需氨基的 主要来源，氨也可用于合成其他含氮的生物分子.生物体 把氨转变为有机含氮化合物有3条途径.分别是: ★在氨甲酰磷酸合成酶催化下,利用氨和CO2合成氨甲酰磷 酸. ★在谷氨酸脱氢酶催化下,α-酮戊二酸还原氨基化为谷氨酸.
（二）按碳骨架的来源氨基酸的合成可分为：
1、α-酮戊二酸衍生物型（谷氨酸型）
氨基酸及其重要衍生物
N-乙酰谷氨酸
N-乙酰-γ谷氨酰磷酸 N-乙酰谷氨酸-γ-半醛
乙酰鸟氨酸脱乙酰基酶
N-乙酰谷氨酸-γ-半醛 N-乙酰鸟氨酸 L-鸟氨酸 瓜氨酸
瓜氨酸 精氨酰琥珀酸 精氨酸
L-谷氨酸γ半醛
Δ1 -二氢吡咯-5-羧酸
哺乳动物大部分组织中存在此转氨酶 当蛋白生物合成中Arg不足时逆反应生成鸟氨酸 ——Pro合成中的支路
天冬氨酸- β-半醛
脱氢酶
天冬氨酸- β-半醛
L-高丝氨酸
高丝氨酸激酶
O-磷酰高丝氨酸
L-高丝氨酸
苏氨酸合酶
苏氨酸 O-磷酰高丝氨酸
（二）
6、异亮氨酸的生物合成
苏氨酸脱氨酶
α-酮-丁酸
丙酮酸 α –酮-丁酸
乙酰乳酸合酶
α-乙酰-α-羟丁酸
α-乙酰-乳酸
α-乙酰-α-羟丁酸
α-乙酰-乳酸Байду номын сангаас
吲哚-3-甘油磷酸 吲哚
吲哚-3-甘油磷酸
吲哚
3-磷酸-甘油
（六） 组氨酸的合成
N1-（5`-磷酸核糖）-ATP
N1-5`-磷酸核糖-ATP
N1-5`-磷酸核糖-AMP
N1-5`-磷酸核糖-AMP N1-5`-磷酸核糖亚氨甲基-5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸
N1-5`-磷酸核酮糖 亚氨甲基-5-氨基咪 唑-4-羧酰胺核苷酸
组氨酸和精氨酸
植物和部分微生物可以 葡萄糖 合成所有类型氨基酸
色氨酸
苯丙氨酸 酪氨酸
葡糖-6-磷酸
CO2+H2 O
戊糖磷 酸途径 核糖-5-磷酸
丝氨酸
半胱氨酸 甘氨酸
3磷酸-甘油酸
酵解
丙酮酸
亮氨酸
第28章 氨基酸及其重要衍生物合成 扬州大学《生物化学》课件
α-酮- 异戊酸
α-异丙基苹果酸
异构酶
α-异丙基苹果酸 β -异丙基苹果酸
脱氢酶
β -异丙基苹果酸
α-酮-异己酸
α-酮-异己酸 亮氨酸
（四）丝氨酸族氨基酸的合成
磷酸甘油酸脱氢酶
3-磷酸-甘油酸 3-磷酸-羟基-丙酮酸
磷酸丝氨酸转氨酶
3-磷酸-羟基-丙酮酸
3-磷酸-丝氨酸
3-磷酸-丝氨酸 丝氨酸
N1-5`-磷酸核糖亚氨 甲基-5-氨基咪唑-4羧酰胺核苷酸
嘌呤核苷酸的合成 咪唑甘油磷酸
咪唑甘油磷酸 咪唑丙酮酸磷酸
咪唑丙酮酸磷酸
L-组氨醇磷酸
L-组氨醇磷酸
L-组氨醇
L-组氨醇
L-组氨酸
氨基酸及其代谢衍生物
1、氧化氮（NO）的形成
——脊椎动物体内重要的信息分子
氧化氮合酶
氧化氮合酶
2、谷胱甘肽
α-乙酰-α-羟丁酸
α-乙酰-乳酸
乙酰乳酸变位酶
还原
α，β –二羟- β –甲基-戊酸
α，β –二羟-异戊酸
α，β –二羟- β –甲基-丁酸
α，β –二羟-异戊酸
二羟酸脱水酶
α-酮- β -甲基-戊酸
α-酮- 异戊酸
α-酮- β -甲基-戊酸
α-酮- 异戊酸
异亮氨酸
缬氨酸
（三）丙酮酸族氨基酸的生物合成
原卟啉
原卟啉原
血红素降解——胆红素
吲哚-3-甘油磷酸
吲哚-3-甘油磷酸 色氨酸
（六） 组氨酸的合成
N1-（5`-磷酸核糖）-ATP
N1-5`-磷酸核糖-ATP
N1-5`-磷酸核糖-AMP
N1-5`-磷酸核糖-AMP N1-5`-磷酸核糖亚氨甲基-5-氨基咪唑-4-羧酰胺核苷酸
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。
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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。
CONH2 CH2 CH2 + CHNH2 COOH
总反应: NH3 +ATP + α-酮戊二酸+2H
- - - -
- - - -
谷AA+ADP+H2O+Pi
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
Mg2+
利用体内代谢的氨
氨甲酰磷酸
NH3 + CO2 + ATP
从谷氨酸经转氨作用而来
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
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)
氨甲酰磷酸合成酶
H2N-C-OPO3H2 + ADP = O
NH3 + CO2 + 2ATP
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
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。
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。
三种氨基酸的关系
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）
- - - -
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
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
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。
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)
（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)
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、精氨酸、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。
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 途径的酶的绩码基因即受到抑制；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儿 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。
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） - - - - - - -
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
甘油-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
N2 NH3
反硝化作用
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
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
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)
（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
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
乙醛酸
COOH CH2 COOH + CH CH2NH2 2 C=O 甘AA COOH - - - α-酮戊二酸
-
-
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
H2O
（2）碳架:EMP中的3-磷酸甘油酸
-
丝AA
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
（谷氨酸族）
（天冬氨酸族）
糖酵解 丙酮酸
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 COOH CHO COOH + CH2 CH2 CHNH2 COOH - - - 谷AA