中山大学生化资料 生化通便之氨基酸合成9-303.doc
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氨基酸，核苷酸及相关分子的生物合成
PART 1. 氨基酸及相关生物分子的合成
? 氨代谢概述
? 氮气通过固氮作用变成氨
? 20种氨基酸的生物合成
? 其他由氨基酸衍生的生物分子的合成
氮循环
? 氮可通过固氮酶复合物来固定
? 固氮作用：在固氮生物中将氮气转化为氨
? Cyanobacteria (蓝绿藻, photosynthetic)
? rhizobia (根瘤菌, symbiont 共生生物 )
? 硝化作用：进入土壤的氨被氧化成为硝酸盐而获得能量的过程。
? 反硝化作用：细菌通过在厌氧条件下将硝酸盐转化为氮气来实现固定的氮和大气中的氮的平衡的过程。
? 固氮复合酶的关键成分是二固氮酶还原酶和二固氮酶。固氮是通过一个具有高度还原状态的二固氮酶催化及摄取8个电子而实现的，其中6个电子用于还原氮气，2个电子用于产生1分子的氢气。且要求还原酶水解ATP用于还原二固氮酶。固氮过程中ATP起着催化作用而不是发挥热动力学效应。
? 氨通过谷氨酸和谷氨酰胺渗入到生物分子中
谷氨酸通过转氨作用为其他大多数氨基酸提供氨基，谷氨酰胺中的酰胺氮也是大多数生物合成中氨基的来源。
? 将氨根离子吸收进谷氨酸的最重要的两个途径：
? 首先是谷氨酸和氨离子在谷氨酰胺合成酶（glutamine synthetase）催化下合成谷氨酰胺的反应。
? 在细菌和植物中，由谷氨酰胺经谷氨酸合酶（glutamate synthase）催化反应得到。
? 谷氨酰胺合成酶是氨代谢中一个主要的调控点
? 这种酶含有12个相同亚基，并且可以通过别构作用（allosterically）和共价修饰（covalent）进行修饰。
? 谷氨酰胺合成酶的别构调节
? 这酶受至少八种别构因子的累积性抑制，多数是谷氨酰胺代谢反应的产物。
? 谷氨酰胺合成酶的共价修饰
? 细菌中谷氨酰胺合成酶的Tyr残基能可逆的被腺苷酰化，这种共价修饰提高了别构抑制剂的敏感度。
? 腺苷酰化酶对变构抑制剂更敏感。
? 谷氨酰胺合成酶的AMP基团的添加和去除是被腺苷酰基转移酶（adenylyltransferase，AT）催化的。
? 腺苷酰转移酶的活性可通过结合到一种称为PII 的调节蛋白质上而进行调节。
? 共价修饰的机制：
? PII 是一种调节蛋白，它的活性是被PII 的一个Tyr残基的尿苷酰化共价修饰所调节的。腺苷酰转移酶复合物（AT）与尿苷酰化的PII 结合可引起谷氨酰胺合成酶去腺苷化，激活谷氨酰胺合成酶活性，而AT与脱尿苷酰化的PII结合则可以引起谷氨酰胺合成酶的腺苷酰化，抑制谷氨酰胺合成酶活性。
? PII 的尿苷酰化和脱尿苷酰化都是由尿苷酰转移酶(uridylyltransferase)催化的 。
? 氨基酸的合成
? 几种反应在氨基酸和核苷酸的生物合成中担当重要角色，值得注意：
? 含有辅因子吡哆醛磷酸的酶催化的转氨反应和重排反应
? 利用四氢叶酸或S－腺苷甲硫氨酸为辅因子的一碳单位转移反应
? 谷氨酰胺中的酰胺氮的转氨基作用：
转移谷氨酰胺的氨基的反应是由谷氨酰胺转酰胺酶催化的。
这种酶有两个结构域，其中一个结合谷氨酰胺，另一个结合作为氨基受体的第二个底物。
谷氨酰胺结合结构域中一个保守的半胱氨酸是公认的亲核基团，能够裂解谷氨酰胺的酰 胺键并形成一个共价的谷氨酰－酶中间体。
在该反应中产生的氨停留在活性中心中，并与第二个底物反应产生氨基化产物。
? 所有的氨基酸都来源于糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸途径的中间物。
? 氨是通过戊糖和谷氨酰氨进入这些途径
? 将这些生物合成途径根据代谢前体分为六类，有：－酮戊二酸，3－磷酸甘油酸，草酰乙酸，丙酮酸，磷酸烯醇丙酮酸和4－磷酸赤藓糖，5－磷酸核糖
? 10种非必需氨基酸有：丙，，半胱，甘，脯，丝，络，天冬氨酸，天冬酰胺，谷氨酸，谷氨酰胺
? 10种必需氨基酸：精，组，异亮，亮，甲硫，赖，缬，苯丙，色，苏
? 氨基酸生物合成受别构调节
? 协同抑制：一种酶受到两种或以上调节物的抑制，这些调节物的总体效应不是简单加和。
? 连锁调节：酶的多样性避免由于了一种终产物关闭代谢途径的关键步骤而导致同一途径中某个必需的中间产物不能合成。
? 由氨基酸衍生的生物分子
? 氨基酸是很多特殊的生物分子的前体。
? 甘氨酸是卟啉的前体
? 哺乳动物中的血红素中的卟啉环由8个甘氨酸和8个琥珀酰辅酶A合成。
? 卟啉生物合成的遗传缺陷导致卟啉中间物积累而引起的多种疾病统称为卟啉症。
? 血红素降解生成胆色素
? 从死亡的脾脏红细胞中释放出来的血红蛋白的铁卟啉降解可得到铁离子和一种开环的四吡咯衍生物胆红素。
? 肝功能损伤或胆汁分泌受阻会引起胆红素渗进血液中导致皮肤和眼球发黄，这种病症称为黄疸。
? 肌酸和
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