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1、11 氨基酸代谢,11.5 氨基酸的生物合成,我们要解决的问题,N元素的来源？生物固氮（N2NH4+)C元素的来源？EMP、TCA、HMS（PPP）,氮素循环生物固氮氨的同化氨基酸的生物合成氨基酸与一碳单位,有氧,厌氧,硝酸盐的还原,氮固定（生物固氮）,硝化作用（硝化细菌）,反硝化作用,亚硝酸还原酶,硝酸还原酶,有机氮,氨的同化,一、氮素循环 p263,二、生物固氮,1、生物固氮的概念生物固氮（biological nitrogen fixation)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氮变成氨的过程。,二、生物固氮,2、固氮酶复合物,还原酶（铁蛋白）,固氮酶（钼
2、铁蛋白）,2个亚基和2个亚基组成的四聚体相对分子质量240kD 厌氧利用还原酶提供的高能电子还原N2成NH4+,FeMoco(铁钼辅基):络合和还原N2生成NH3的部位,The P-cluster(P簇):将电子传递给FeMoco,包括,Enzymes and cofactors of the nitrogenase complex固氮酶复合物的酶和辅因子,Fe4S4 簇,ATP/ADP连接位点,还原酶（铁蛋白）,固氮酶复合物铁蛋白和钼铁蛋白（22）,FeMoco（铁钼辅基）：MoFe7S9原子簇和1分子高柠檬酸,Fe8S7原子簇（P簇）,The P-cluster：两个Fe4S3簇共用了第四
3、个S，并且由来自蛋白质Cys 88 和 Cys 95的两个巯基 相连。(b)The FeMo-cofactor（铁钼辅基）：包括 1 Mo,7 Fe,和 9 S 原子；蛋白质上的 Cys 275-S 连接了1个Fe原子 和 1个His 442-N 连接钼原子。高柠檬酸提供两个氧配基给钼原子。,固氮酶（钼铁蛋白）中的两种金属簇结构,高柠檬酸,2、在固氮酶系统中N2还原过程的电子传递,铁氧(化)还(原)蛋白(ferredoxin)：一种含铁硫的低分子量非血红素蛋白质，它具有低还原电位，在光合作用及固氮作用中起早期电子接纳体使用，缩写：Fd。黄素氧(化)还(原)蛋白(flavodoxin)：黄素蛋白
4、质中的一种，在性质上与铁氧还蛋白相似，可在许多反应中取代铁氧还蛋白。黄素氧还蛋白含有FMN，不含铁,缩写：Fld。,铁氧化还原蛋白和黄素氧(化)还(原)蛋白,6个电子用于N2 NH32个电子用于2 H+H2,N2+6e-+6H+2NH3,N2+8e-+8H+NH3+H2,N2+8e-+16ATP+16H2O+8H+2NH3+H2+16ADP+16Pi,p448,生物固氮的调控,(a)ADP 抑制固氮酶系统活性(b)NH4+抑制固氮基因表达(c)在一些生物体中，固氮酶复合体受到共价调节。固氮酶还原酶的ADP-核糖基化可以使它失活。,三、氨的同化,Glu+NH4+ATP Gln+ADP+Pi+H+
5、,-酮戊二酸+Gln+NADPH+H+2 Glu+NADP+,1、氨甲酰磷酸合成酶,3、谷氨酸脱氢酶,2、谷氨酰胺合成酶+谷氨酸合酶,-酮戊二酸+NH4+NADPH+ATP Glu+NADP+ADP+Pi,NH4+HCO3-+2ATP+H2O 氨甲酰磷酸+2ADP+Pi+2H+,-酮戊二酸+NH4+NADPH Glu+NADP+H2O,1、氨甲酰磷酸合成酶,羰基磷酸,氨基甲酸,氨甲酰磷酸,CPS：NH3作为N供体(尿素合成)线粒体(肝脏)CPS：谷氨酸作为N供体(嘧啶生物合成)细胞溶胶,谷氨酰胺合成酶,2、谷氨酰胺合成酶+谷氨酸合酶,葡萄糖胺-6-磷酸,甘氨酸,丙氨酸,谷氨酰胺,谷氨酸,谷氨酰
6、胺合成酶,色氨酸,组氨酸,丝氨酸,氨甲酰磷酸,谷氨酰胺合成酶的反馈抑制,谷氨酸合成的几种水平调节:共价修饰,UT-uridylyltransferase,AT-adenylyltransferase,3、谷氨酸脱氢酶,在自然界并不普遍，植物以及细菌只有当环境中的NH4+浓度很高时才由此途径形成谷氨酸。在动物细胞中，过多的NH4+也可通过这一途径形成谷氨酸，再由谷氨酰胺合成酶催化转变成谷氨酰胺。,四、氨基酸的生物合成,-酮戊二酸（谷氨酸）草酰乙酸（天冬氨酸）3-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸5-磷酸核糖,3-磷酸甘油酸,4-磷酸赤藓糖,5-磷酸核糖,-酮戊二酸,草酰乙酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮
7、酸,葡萄糖,G-6-P,TyrPheTrp,AlaValLeu,GlyCys,Ser,His,Glu,GlnProArg,Asp,AsnMetThrLysIle,1、-酮戊二酸衍生型（谷氨酸型）,谷氨酸,-谷氨酰磷酸,谷氨酸激酶,-二氢吡咯-5-羧酸,吡咯碄羧酸还原酶,自发环化,谷氨酸-半醛,谷氨酸脱氢酶,脯氨酸,1、-酮戊二酸衍生型（谷氨酸型）,脯氨酸的合成,谷氨酸,N-乙酰谷氨酸,谷氨酸转乙酰基酶,1、-酮戊二酸衍生型（谷氨酸型）,精氨酸的合成,N-乙酰谷氨酸,激酶,N-乙酰-谷氨酰磷酸,N-乙酰谷氨酸-半醛,转氨酶,还原酶,-N-乙酰鸟氨酸,-N-乙酰鸟氨酸,L-鸟氨酸,瓜氨酸,精氨琥珀
8、酸,L-精氨酸,氨甲酰磷酸,脱酰基酶,转氨甲酰酶,合成酶,裂解酶,延胡索酸,精氨酸的合成,1、-酮戊二酸衍生型（谷氨酸型）,Biosynthesis of proline and arginine from glutamatein bacteria细菌中脯氨酸和精氨酸的生物合成（谷氨酸）,2、草酰乙酸衍生型（天冬氨酸型）,2、草酰乙酸衍生型（天冬氨酸型）,天冬氨酸的合成,-酮戊二酸,草酰乙酸,谷氨酸,天冬氨酸,谷草转氨酶,天冬氨酸转氨酶(AST;又叫谷草转氨酶,GOT)丙氨酸转氨酶(ALT;也叫谷丙转氨酶,GPT),天冬酰胺的合成,天冬氨酸,天冬酰胺,天冬酰胺合成酶,天冬酰胺合成酶,2、草酰乙
9、酸衍生型（天冬氨酸型）,谷氨酰胺合成酶对天冬酰胺的合成具有重要意义,天冬氨酰,-天冬氨酸半醛,C7中间物,赖氨酸,-天冬氨酰磷酸,天冬氨酸,草酰乙酸,高丝氨酸,高半胱氨酸,苏氨酸,甲硫氨酸,丙酮酸,2、草酰乙酸衍生型（天冬氨酸型）p460,天冬氨酸磷酸,天冬氨酸,天冬氨酸激酶,-天冬氨酸半醛,天冬氨酸磷酸,脱氢酶,-天冬氨酸半醛,高丝氨酸,脱氢酶,高丝氨酸的生成,高丝氨酸,磷酸高丝氨酸,激酶,苏氨酸的合成,苏氨酸,磷酸高丝氨酸,苏氨酸合酶,苏氨酸的合成,高丝氨酸,琥珀酰高丝氨酸,转酰基酶,甲硫氨酸的合成,琥珀酰高丝氨酸,半胱氨酸,胱硫醚,光硫醚-合酶,甲硫氨酸的合成,高半胱氨酸,胱硫醚,光硫醚
10、分解酶,甲硫氨酸的合成,高半胱氨酸,甲硫氨酸,甲基转移酶,甲硫氨酸的合成,-天冬氨酸半醛,丙酮酸,2,3-二氢吡啶二羧酸合酶,2,3-二氢吡啶二羧酸,赖氨酸的合成,2,3-二氢吡啶二羧酸,-烯六氢吡啶-2,6-二羧酸,还原,赖氨酸的合成,-烯六氢吡啶-2,6-二羧酸,N-琥珀酰-2-氨基-6-酮-庚二酸,缩合,赖氨酸的合成,N-琥珀酰-2-氨基-6-酮-庚二酸,N-琥珀酰-L,L-2,6-二氨基庚二酸,转氨基,赖氨酸的合成,N-琥珀酰-L,L-2,6-二氨基庚二酸,L,L-,-二氨基庚二酸,脱琥珀酸,赖氨酸的合成,L,L-,-二氨基庚二酸,消旋-,-二氨基庚二酸,差相异构,赖氨酸的合成,消旋-
11、,-二氨基庚二酸,赖氨酸,脱羧基,赖氨酸的合成,3、丙酮酸衍生型 p459,乙酰羟丁酸,乙酰乳酸,酮丁酸,酮甲基戊酸,酮异戊酸,异丙基苹果酸,酮异已酸,丙酮酸,Val、Leu、Ile的合成,羟乙基-硫胺素,异丙基苹果酸,p462,异构,还原,脱水,转氨,缩合,异构,脱氢脱羧,转氨,缩合,苏氨酸,-酮丁酸,CH3CHOTPP,丙酮酸,-丁酮酸,丙酮酸,-乙酰-羟丁酸,-乙酰乳酸,二羟异戊酸,-二羟-甲基戊酸,-乙酰-羟丁酸,-乙酰乳酸,-酮基异戊酸,-酮-甲基戊酸,二羟异戊酸,-二羟-甲基戊酸,-酮基异戊酸,-酮-甲基戊酸,缬氨酸,异亮氨酸,-酮基异戊酸,-异丙基苹果酸,-异丙基苹果酸,-异丙基
12、苹果酸,-酮基异己酸,-异丙基苹果酸,亮氨酸,-酮基异己酸,4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）p457,4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）,Biosynthesis of serine from 3-phosphoglycerate andof glycine from serine in all Organisms所有生物体丝氨酸的生物合成,3-磷酸羟基丙酮酸,3-磷酸丝氨酸,磷酸甘油脱氢酶,磷酸丝氨酸氨基转移酶,磷酸丝氨酸磷酸酯酶,磷酸丝氨酸羟甲基转移酶,丝氨酸,甘氨酸,4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）,4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）,4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）,4
13、、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）,丝氨酸羟甲基转移酶,丝氨酸,甘氨酸,亚甲基四氢叶酸,四氢叶酸,亚甲基-THF为嘌呤的合成和胸腺嘧啶的C5甲基提供一碳基团甘氨酸可用于嘌呤和血红素的合成,亚甲基,甘氨酸氧化酶,甘氨酸,甘氨酸的另一种合成途径,4、3-磷酸甘油酸衍生型（丝氨酸型）,植物和细菌体内由丝氨酸合成半胱氨酸,O-乙酰丝氨酸,半胱氨酸,丝氨酸,丝氨酸,半胱氨酸,在大多数微生物和绿色植物中,在一些细菌中,丝氨酸转乙酰基酶,PLP依赖酶,硫氢解酶,乙酸,哺乳动物体内由高半胱氨酸和丝氨酸合成半胱氨酸 p457,高半胱氨酸,丝氨酸,胱硫醚,半胱氨酸,-酮丁酸,胱硫醚-合酶,胱硫醚-水解酶,甲硫氨酸
14、分解的中间产物,5、磷酸烯醇式丙酮酸衍生型（芳香族氨基酸）,p460,7-磷酸阿拉伯糖,莽草酸,4-磷酸赤藓糖,分支酸,莽草酸-5-磷酸,5-脱氢奎尼酸,5-脱氢莽草酸,5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸,莽草酸途径 p463,细菌和植物分支酸的生物合成Biosynthesis of chorismate,an intermediate inthe synthesis of aromatic amino acids in bacteria and plants,磷酸烯醇式丙酮酸,4-磷酸赤藓糖,3-脱氧-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸,细菌和植物分支酸的生物合成,3-脱氧-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸,3-
15、脱氢奎尼酸,细菌和植物分支酸的生物合成,3-脱氢奎尼酸,3-脱氢莽草酸,细菌和植物分支酸的生物合成,3-脱氢莽草酸,莽草酸,细菌和植物分支酸的生物合成,莽草酸,莽草酸-3-磷酸,细菌和植物分支酸的生物合成,莽草酸-3-磷酸,5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸,细菌和植物分支酸的生物合成,5-烯醇丙酮酰莽草酸-3-磷酸,分支酸,分支酸,吲哚-3-磷酸甘油,预苯酚,苯丙酮酸,对羟基苯丙酮酸,苯丙氨酸,酪氨酸,邻氨基苯甲酸,色氨酸,吲哚,色氨酸的侧链部分来源于丝氨酸,（5-磷酸核糖）-氨基苯甲酸,分支酸,预苯酚,苯丙酮酸,对羟苯丙酮酸,苯丙氨酸,酪氨酸,细菌和植物Phe和Tyr的生物合成,细菌和植物色氨
16、酸的生物合成Biosynthesis of tryptophan from chorismate in bacteriaand plants,分支酸,邻氨基苯甲酸,细菌和植物色氨酸的生物合成,邻氨基苯甲酸,N-(5-磷酸核糖)氨基苯甲酸,细菌和植物色氨酸的生物合成,N-(5-磷酸核糖)氨基苯甲酸,烯醇式1-(O-羧基苯氨基)-1-脱氧核酮糖-5-磷酸,细菌和植物色氨酸的生物合成,烯醇式1-(O-羧基苯氨基)-1-脱氧核酮糖-5-磷酸,吲哚-3-甘油磷酸,细菌和植物色氨酸的生物合成,吲哚-3-甘油磷酸,色氨酸,3-磷酸甘油醛,6、5-磷酸核糖衍生型（组氨酸）p464,来源于PPP,转化成PRPP
17、参与合成,咪唑丙酮醇磷酸,组氨酸,L-组氨醇,L-组氨醇磷酸,5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）,ATP,N1-5-磷酸核糖-ATP,N1-5-磷酸核糖-AMP,5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）,ATP,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-酰胺-1-核苷酸,N1-(5-磷酸核糖亚氨甲基)-5-氨基咪唑-4-酰胺-1-核苷酸,N1-(5-磷酸核酮糖亚氨甲基)-5-氨基咪唑-4-酰胺核苷酸,N1-(5-磷酸核酮糖亚氨甲基)-5-氨基咪唑-4-酰胺核苷酸,5-磷酸核糖-
18、4-酰胺-5-氨基咪唑核苷酸,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,五、氨基酸与一碳单位 p486,概念,某些氨基酸代谢过程中产生的只含有一个碳原子的基团，称为一碳单位(one carbon unit)。,种类,6-喋呤啶,谷氨酸,对氨基苯甲酸,四氢叶酸（FH4）,1、四氢叶酸是一碳单位的载体,五、氨基酸与一碳单位,F,FH2,FH4,FH2还原酶,FH2还原酶,NADPH+H+,NADP+,NADPH+H+,NADP+,2、氨基酸与一碳单位,五、氨基酸与一碳单位,一碳单位主要来源于氨基酸代谢,N10CH
19、OFH4,N5,N10=CHFH4,N5,N10CH2FH4,N5CH3FH4,N5CH=NHFH4,H+,H2O,NADPH+H+,NADP+,NADH+H+,NAD+,NH3,一碳单位的相互转变,色氨酸甘氨酸,丝氨酸甘氨酸,组氨酸甘氨酸,嘌呤C2,嘌呤C8,甲硫氨酸,dTMP,甲硫氨酸循环（methionine cycle）,甲硫氨酸,S-腺苷同型 半胱氨酸,S-腺苷甲硫氨酸,同型半胱氨酸,FH4,N5CH3FH4,N5CH3FH4 转甲基酶,(VitB12),H2O,腺苷,RH,ATP,PPi+Pi,甲酸,甲醛,甲基,甲醇,亚甲基,亚氨甲基,甲酰基,次甲基,甲酰基,甲酸,甘氨酸,丝氨酸,组氨酸,亚氨甲基谷氨酸,高丝氨酸,甲硫氨酸,一碳基团来源:丝氨酸甘氨酸组氨酸色氨酸,甲酰谷氨酸,3、一碳单位的生理作用,五、氨基酸与一碳单位,作为合成嘌呤和嘧啶的原料把氨基酸代谢和核酸代谢联系起来,磺胺药和某些抗肿瘤药物通过干扰细菌和恶性肿瘤细胞的F和FH4的合成，进而影响一碳单位代谢及核酸合成而发挥药理作用。,
