Biosynthesis of amino acids and related moleculous
1.The nitrogen cycle：Nitrification硝化作用
2. Nitrogen is fixed by enzymes of the nitrogenase (固氮酶) complex
• Cyanobacteria (蓝绿藻, photosynthetic) • rhizobia (根瘤菌, symbiont 共生生物 )
型采
3.Ammonia is incorporated into biomolecules through glutamate and glutamine（谷氨酰胺）
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
增高瘦身鞋① 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。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。
②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 。
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3. Biosythesis of amino acids
①几种反应在氨基酸和核苷酸的生物合成中担当重要角，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。
②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，，苏血压袖带
③ Amino acid biosynthesis is under allosteric regulation
• 负反馈调节：Ile synthesis
• 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。
• Sequential feedback inhibition
4. Molecules derived from amino acids
①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。
②肌酸(creatine) ：肌酸和磷酸肌酸是能量储存、利用的重要化合物，“能量缓冲器”。肌酸以甘氨酸为骨架，由精氨酸提供脒基，S-腺苷甲硫氨酸供甲基而合成。肝是合成肌酸的主
要器官。在肌酸激酶（CPK）催化下，肌酸转变成磷酸肌酸。肌酸和磷酸肌酸代谢终产物是肌酸酐。
③谷胱甘肽（GSH）：通常以高浓度存在于植物，动物和一些细菌中，可被认为是一种氧化还原缓冲剂。这个三肽是在特殊的酶（不是核糖体）的催化下合成的。
谷胱甘肽可能有助于维持蛋白质的巯基处于还原态和血红素处于亚铁状态。反应由谷胱甘肽过氧化物酶（glutathione peroxidase）催化，该酶含有一个酶活性必需的与硒原子共价连接的硒代半胱氨酸（selenocysteine）
④D型氨基酸：主要存在于细菌中，在细菌细胞壁和肽类抗生素结构中具有特殊功能。是在以吡哆醛磷酸为辅酶的氨基酸消旋酶（racemases）作用下由L型氨基酸异构化生成的。测斜管
※氨基酸的消旋作用（racemization）对细菌代谢尤为重要，因此象丙氨酸消旋酶之类的酶分子是药物分子的重要靶点。
⑤Amino acids are converted to biological amines（生物胺）by decarboxylation（脱羧）
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• 一些重要的神经递质，如5－羟胺，γ –（GABA），去甲肾上腺素，肾上腺素等，都是由氨基酸的脱羧反应得到的。
※脱羧反应：
• 在氨基酸脱羧酶的催化，体内部分氨基酸可进行脱羧基作用生成相应的胺。
• 催化酶：氨基酶脱羧酶（辅酶为磷酸吡哆醛，PLP）
• 意义：生成的胺类物质常具有重要的生理功用或药理作用
*胺氧化酶能将胺类物质氧化成醛类或酸类物质，从而避免胺类在体内蓄积。
※重要的神经递质
• γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)：抑制性神经递质，临床上可用Vit B6妊娠呕吐和小儿抽搐
• 组胺（Histamine）：是一种很有效的血管舒张剂，也可刺激胃酸分泌。
• 5-羟胺（5-hydroxytryptamine, 5-HT) ：脑内抑制性神经递质，外周组织收缩血管
• 牛磺酸 (taurine)：胆汁酸的组成成分。
• 用于DNA组装的多胺来自甲硫氨酸和鸟氨酸。通过抑制鸟氨酸脱羧酶可抑制非洲睡眠症。
⑥精氨酸是CO的前体。
Ø 小结
1． 大气中的氮气在某些特定组织中被还原成氨。
2． 氨通过谷氨酸和谷氨酰胺渗入到生物分子中
3． 谷氨酰胺转酰胺酶催化转移酰胺基到许多受体分子中。
4． 氨基酸大部分来源于糖酵解、三羧酸循环和戊糖磷酸途径的中间物。
5． 很多其他的生物分子（包括血红素，肌酸，谷胱苷肽，植物生长激素，神经传递素，
多胺和一氧化氮等）都来自于氨基酸。
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