生物化學(xué)與分子生物學(xué):第三節(jié)　氨基酸的生物合成

組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸中，有些氨基酸只能在植物及微生物體內(nèi)合成，人體必須從食物中攝取，這些氨基酸即必需氨基酸(escential amino acids)，其余的氨基酸可利用代謝中間產(chǎn)物合成，稱為非必需氨基酸(nonescential amino acids)。(表7-2)除酪氨酸外，體內(nèi)非必需氨基酸由四種共同代謝中間產(chǎn)物(丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸及3-磷酸甘油)之一作其前體簡單合成。如前所述，酪氨酸由苯丙氨酸必需氨基酸羥化生成，嚴(yán)格講酪氨酸不是非必需氨基酸，對每日膳食中苯丙氨酸的需要量同時亦反映了對酪氨酸的需要量。

表7-2人體中必需和非必需氨基酸

*Althoughmammals synthesize arginine,they cleave most of it to form urea(Sections 24-2Dand E).

1.丙氨酸，天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸及谷氨酰胺由丙酮酸、草酰乙酸和α－酮戊二酸合，三種α-酮酸：丙酮酸、草酰乙酸和α-酮戊二酸分別為丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸的前體，經(jīng)一步轉(zhuǎn)氨反應(yīng)可生成相應(yīng)氨基酸(圖7－22、反應(yīng)1-3)。天冬酰胺和谷氨酰胺分別由天冬氨酸和谷胺酸加氨反應(yīng)生成(圖7-22反應(yīng)4，5)。谷氨酰胺合成酶(glutamine cynthetase)催化谷氨酰胺合成，NH3為氨基供體、反應(yīng)中消耗ATP生成ADP和Pi。而天冬酰胺由天冬m.gydjdsj.org.cn/rencai/酰胺合成酶(asparagine synthetase)催化合成，利用谷氨酰胺提供氨基、消耗ATP生成AMP+PPi。

圖7-22　氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺的合成

谷氨酰胺是許多生物合成反應(yīng)的氨基供體，同時也是體內(nèi)NH2的貯存形式。谷氨酰胺合成酶位于體內(nèi)氨代謝的中樞位置。實(shí)事上，此酶由α－酮戊二酸激活，此種調(diào)控作用有利于防止谷氨酸氧化脫氨造成體內(nèi)氨的堆積。

2.谷氨酸是脯氨酸，鳥氨酸和精氨酸的前體。谷氨酸γ�掺然�還原生成醛，繼而形成中間Schiff堿，進(jìn)一步還原可生成脯氨酸(圖7?3)。此過程中的中間產(chǎn)物5－谷氨酸半醛(glutamate－5－semialdehyde)在鳥氨酸－δ－氨基轉(zhuǎn)移酶(ornithine－δ－amino－transferase)催化下直接轉(zhuǎn)氨生成鳥氨酸。

圖7-23　由谷氨酸生成脯氨酸、鳥氨酸和精氨酸

3.絲氨酸、半胱氨酸和甘氨酸由三磷酸甘油生成。絲氨酸由糖代謝中間產(chǎn)物3－磷酸甘油經(jīng)三步反應(yīng)生成。(1)3－磷酸甘油酸在3－磷酸甘油酸脫氫酶催化下生成了一磷酸羥基丙酮酸(3－phosm.gydjdsj.org.cn/jianyan/phohydroxypyruvate)。(2)由谷氨酸提供氨基經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用生成3-磷酸絲氨酸(3－phosphoserine)。(3)3�擦姿峤z氨酸水解生成絲氨酸。

絲氨酸以兩種途徑參與甘氨酸的合成：(1)由絲氨酸羥甲酰轉(zhuǎn)移酶(serine hydroxymethyltransforese)催化直接生成甘氨酸，同時生成N5，N10－甲酰FH4。(2)由N5，N10－CHO-FH4，CO2和NH+4在甘氨酸合成酶(glycineaynthase)催化下縮合生成。

在蛋氨酸代謝中已討論過，人體中半胱氨酸可由蛋氨酸分解代謝中間產(chǎn)物同型半胱氨酸和絲氨酸合成，半胱氨酸的巰基來源于必需氨基酸-蛋氨酸，故有人將其稱為半必需氨基酸（semiessential amino acid)。而在植物及微生物中，半胱氨酸在絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶催化下被乙�；�取代生成O-乙酰絲氨酸(O-acetyl serine)。(2)乙�；�被巰基取代生成半胱氨酸。反應(yīng)中的羥基由PAPS經(jīng)PAPS還原酶及亞硫酸還原酶(sulfite reductase)催化生成。