第31章氨基酸及其重要衍生物的生物合成

一、概論（一）氨的來(lái)源（二）碳骨架的來(lái)源硝酸鹽同化酶結(jié)構(gòu)域的序列構(gòu)成硝酸鹽和亞硝酸鹽還原酶的輔基:(a)硝酸鹽還原酶的鉬輔因子，鉬的載體為喋啉衍生物。(b)是卟啉的衍生物，羧基可以作為氫離子的供體，將亞硝酸鹽還原為銨鹽。從固氮酶發(fā)現(xiàn)的兩種金屬串:(a)P-串,2個(gè)Fe4S3串共用第四個(gè)硫，并以二硫鍵與蛋白質(zhì)相連。(b)

FeMo輔因子，這一新的Fe-S復(fù)合物含有1個(gè)Mo，7個(gè)Fe和9個(gè)S，通過(guò)Mo和Fe與蛋白質(zhì)相連。

打破3個(gè)共價(jià)鍵需要大量的能量固氮酶催化的反應(yīng)

a.固氮酶還原酶(鐵蛋白)的帶狀圖解，左側(cè)為ATP結(jié)合部位，右側(cè)為Fe4S4結(jié)合部位。

b.固氮酶還原酶與固氮酶αβ二聚體形成的復(fù)合物，固氮酶還原酶(綠色和黃色)的Fe4S4中心靠近固氮酶αβ二聚體(紅色和藍(lán)色)，P-串和FeMo輔因子位于其中。(五)固氮的基因表達(dá)調(diào)控1.自身固氮克氏桿菌的固氮基因研究的較深入，其固氮基因群除固氮酶基因nifHDK外，nifE,nifN,nifB和nifQ與FeMoco的加工或裝配有關(guān)，nifS及nifU的產(chǎn)物參與FeMoco的加工和裝配，nifM的產(chǎn)物參與FeMoco的加工成熟，nifF和nifJ的產(chǎn)物與固氮酶系的電子傳遞有關(guān)，nifLA是調(diào)控基因。2.共生固氮根瘤菌的結(jié)瘤基因nodA,B,C是細(xì)胞分裂和宿主根毛彎曲所必需的，核苷酸序列較保守，nodEF,nodG,nodH或nodLMN參與宿主的選擇，與根毛彎曲的位置，細(xì)胞分裂的效率和持久性有關(guān)。固氮基因分為nif基因和fix基因兩群，前者與克氏桿菌的固氮基因相似，后者的功能有待進(jìn)一步研究。豆科植物的早期結(jié)瘤素基因與根瘤的早期形成有關(guān)，晚期結(jié)瘤素基因表達(dá)多種酶和一些功能不清的結(jié)瘤素。(六)生物固氮的基因工程1.使非豆科植物轉(zhuǎn)變?yōu)楣痰魑?1)將豆科植物的結(jié)瘤基因?qū)肫渌魑?，使其能夠感染固氮菌?2)改變根瘤菌的遺傳結(jié)構(gòu)，使其能夠感染其它作物。(3)將固氮基因?qū)敕嵌箍浦参?。由于固氮酶?fù)合體對(duì)氧的抑制作用十分敏感，消耗大量的ATP，這一領(lǐng)域還有不少問(wèn)題要研究解決。2.提高現(xiàn)有固氮作物的固氮能力(1)將固氮效率高的根瘤菌固氮基因族導(dǎo)入結(jié)瘤能力強(qiáng)的根瘤菌中。(2)將外源共生基因?qū)敫鼍校岣咂浣Y(jié)瘤能力或固氮能力。(3)培育抗藥的根瘤菌。二.氨基酸的生物合成L-谷氨酸的生物合成L-谷氨酰胺的生物合成(一)谷氨酸族氨基酸的生物合成：L-谷氨酸，L-谷氨酰胺，L-脯氨酸谷氨酰胺合成酶的反饋抑制別購(gòu)調(diào)控L-脯氨酸的生物合成細(xì)菌合成鳥氨酸的途徑氨甲酰磷酸合成酶，即NH3-依賴的線粒體CPS同工酶的作用機(jī)制。鳥氨酸經(jīng)過(guò)尿素循環(huán)生成瓜氨酸和精氨酸蕈類和眼蟲L-賴氨酸的生物合成途徑高檸檬酸順-高烏頭酸高異檸檬酸α-酮己二酸α-氨基己二酸6-腺苷基α-氨基己酸α-氨基己酸-δ-半醛酵母氨酸L-甲硫氨酸，L-蘇氨酸和L-賴氨酸的生物合成途徑胱硫醚琥珀酰二氨基庚二酸琥珀酰-2-氨基6酮庚二酸六氫吡啶-2，6-二羧酸二氫吡啶-二羧酸消旋二氨基庚二酸二氨基庚二酸由甲硫氨酸合成的S-腺苷甲硫氨酸(SAM)是多胺轉(zhuǎn)移反應(yīng)和多胺合成反應(yīng)的甲基供體腐胺（丁二胺）亞精胺(三)丙酮酸族的生物合成：L-丙氨酸；L-纈氨酸、L-亮氨酸；L-纈氨酸、L-異亮氨酸的生物合成L-甘氨酸的生物合成L-半胱氨酸的生物合成硫的同化和產(chǎn)硫化合物的生物合成苯丙氨酸、酪氨酸及色氨酸的生物合成預(yù)苯酸鄰氨基苯甲酸N-（5′-磷酸核糖）-氨基苯甲酸稀醇式L-(O-羧基苯氨酸）-L-脫氧核酮糖-5-磷酸吲哚-3-甘油磷酸由苯丙氨酸生成酪氨酸的途徑色氨酸合成酶是通道多酶復(fù)合體的一個(gè)典型的例子。組氨酸的生物合成5′-磷酸核糖-4-酰胺-5-氨基咪唑核苷酸N1-5′-磷酸核酮糖亞氨甲基-5-氨基咪唑羧酰核苷酸N1-5′-磷酸核酮糖亞氨甲基-5-氨基咪唑-4-羧酰核苷酸咪唑甘油磷酸咪唑丙酮磷酸組氨醇磷酸組氨醇組氨酸N1-5′-磷酸核糖-ATPN1-5′-磷酸核糖-AMP三、氨基酸生物合成的調(diào)節(jié)

(一)通過(guò)終端產(chǎn)物對(duì)氨基酸生物合成的抑制(二)通過(guò)酶生成量的改變調(diào)節(jié)氨基酸的生物合成(參閱基因表達(dá)的調(diào)控)四、氨基酸轉(zhuǎn)化為其他氨基酸及其他代謝物(一)一氧化氮的形成(二)谷胱甘肽(glutathion)的合成(三)肌酸(creatine)的生物合成胍基乙酸(四)卟啉，血紅素(Heme)的生物合成δ-氨基-γ-酮戊酸δ-aminolevulinatesynthase(maincontroltargetforhemebiosynthesis)膽色素原原卟啉α-氨基-β-酮基己二酸α-氨基-β-酮基己二酸δ-氨基-γ-酮戊酸谷氨酸半醛δ-氨基-γ-酮戊酸膽色素原前尿卟啉原尿卟啉原糞卟啉原原卟啉原原卟啉膽綠素膽紅素*膽紅素二葡糖苷酸尿膽素原糞膽色素尿膽素*重要的抗氧化劑(五)短桿菌肽S(gramicidinS)Theplantgrowthhormone,indole-3-acetate,isderivedfromTrp.肉桂酸Manyneur