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氨基酸的生物化学特性和生物合成途径氨基酸是构成蛋白质的基本单位，对生命体起着至关重要的作用。
它不仅可以作为代谢产物参与生物化学反应，还可以作为合成其他生化物质的前体。
本文将介绍氨基酸的生物化学特性以及生物合成途径。
一、氨基酸的生物化学特性1. 化学结构：氨基酸一般由一个氨基(-NH2)、一个羧基(-COOH)和一个侧链基团组成。
侧链基团的不同决定了氨基酸的特性和功能。
2. 光学活性：除了丙氨酸外，其他氨基酸都存在手性中心，存在两种光学异构体，即L-和D-型。
在自然界中，生物体主要合成和利用L-型氨基酸。
3. 酸碱特性：由于存在氨基和羧基，氨基酸显示酸碱特性。
在中性pH条件下，氨基酸呈现出等电点（pI），即其电荷净值为0。
4. 缓冲作用：由于氨基酸具有酸碱特性，它们可以在生物体内起到缓冲作用，维持体内pH的稳定。
5. 水溶性：氨基酸具有不同的水溶性，与侧链基团的性质有关。
极性侧链的氨基酸溶解度较高，非极性氨基酸溶解度较低。
二、氨基酸的生物合成途径氨基酸的生物合成途径主要包括脱氨酶途径、反应序列途径和转氨基酸途径。
1. 脱氨酶途径：脱氨酶途径是氨基酸合成的主要途径，通过脱氨酶酶的作用，从酮酸骨架上去除氨基团，形成氨基酸。
例如，谷氨酸脱氨酶催化谷氨酸转化为α-酮戊二酸和游离氨。
2. 反应序列途径：反应序列途径是通过多个酶催化氨基酸的合成，其中每个酶只催化整个反应序列中的一步。
例如，鸟氨酸的生物合成途径就包括丝氨酸合成酶、半胱氨酸合成酶等多个酶的催化。
3. 转氨基酸途径：转氨基酸途径是通过转氨酶的作用，在不同的氨基酸之间进行转化。
例如，天冬酰-丙酰谷氨酸转氨酶催化谷氨酸和苹果酸转化为天冬氨酸和α-酮戊二酸。
除了通过合成途径合成氨基酸，细菌和植物还可以通过自养合成氨基酸，这些生物体内拥有完整的氨基酸生物合成途径。
综上所述，氨基酸具有多种生物化学特性，其生物合成途径丰富多样。
了解氨基酸的特性和合成途径，对于进一步理解蛋白质合成和生物代谢过程具有重要意义。
一、概述20种基本氨基酸的生物合成途径已基本阐明，其中人类不能合成的10种氨基酸，即苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸称为必须氨基酸。
氨基酸的合成途径主要有以下5类：1. 谷氨酸类型，由a-酮戊二酸衍生而来，有谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸，蕈类和眼虫还可合成赖氨酸。
2. 天冬氨酸类型，由草酰乙酸合成，包括天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、苏氨酸和异亮氨酸，细菌和植物还合成赖氨酸。
3. 丙酮酸衍生类型，包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸，为异亮氨酸和赖氨酸提供部分碳原子。
4. 丝氨酸类型，由3-磷酸甘油酸合成，包括丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸。
5. 其他，包括苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸。
二、脂肪族氨基酸的合成（一）谷氨酸类型1. 谷氨酸：由a-酮戊二酸与氨经谷氨酸脱氢酶催化合成，消耗NADPH，而脱氨时则生成NADH。
2. 谷氨酰胺：谷氨酰胺合成酶可催化谷氨酸与氨形成谷氨酰胺，消耗一个ATP，是氨合成含氮有机物的主要方式。
此酶受8种含氮物质反馈抑制，如丙氨酸、甘氨酸等，因为其氨基来自谷氨酰胺。
谷氨酰胺可在谷氨酸合成酶催化下与a-酮戊二酸形成2个谷氨酸，这也是合成谷氨酸的途径，比较耗费能量，但谷氨酰胺合成酶Km小，可在较低的氨浓度下反应，所以常用。
3. 脯氨酸：谷氨酸先还原成谷氨酸g-半醛，自发环化，再还原生成脯氨酸。
可看作分解的逆转，但酶不同，如生成半醛时需ATP活化。
4. 精氨酸：谷氨酸先N-乙酰化，在还原成半醛，以防止环化。
半醛转氨后将乙酰基转给另一个谷氨酸，生成鸟氨酸，然后与尿素循环相同，生成精氨酸。
5. 赖氨酸：蕈类和眼虫以a-酮戊二酸合成赖氨酸，先与乙酰辅酶A缩合成高柠檬酸，异构、脱氢、脱羧生成a-酮己二酸，转氨，末端羧基还原成半醛，经酵母氨酸转氨生成赖氨酸。
（二）天冬氨酸类型1. 天冬氨酸：由谷草转氨酶催化合成。
2. 天冬酰胺：由天冬酰胺合成酶催化，谷氨酰胺提供氨基，消耗一个ATP 的两个高能键。
氨基酸代谢一、教学大纲基本要求蛋白质的消化、吸收，氨基酸代谢库，必需氨基酸，氮平衡，氨基酸代谢概论，氨基酸的脱氨基、转氨基、联合脱氨基作用；蛋白质降解，尿素循环，氨基酸合成代谢；氨基酸的脱羧基作用，氨基酸的碳链代谢，氨的排出、转运。
二、本章知识要点（一）氨基酸代谢概述蛋白质作为动物体的主要组成成分，总是在不断地进行着新陈代谢。
而蛋白质的基本组成单位是氨基酸，所以氨基酸代谢是蛋白质代谢的重要内容。
1．蛋白质的消化、吸收（1）蛋白质的消化动物的唾液中虽有少量唾液蛋白质酶能分解蛋白质，但在整个消化过程中，其作用不大。
蛋白质食物主要是在胃和小肠中进行消化的。
胃粘膜主细胞可分泌胃蛋白酶原，胰液能提供胰蛋白酶原、糜蛋白酶原、弹性蛋白酶原和羧基肽酶原，这些酶原激活后可转变成有活性的酶，在这些酶以及动物体所含的氨肽酶、羧肽酶和二肽酶等共同作用下，来完成日粮中蛋白质的消化过程。
（2）蛋白质的吸收在正常情况下，只有氨基酸及少量二肽、三肽能被动物体吸收进入血液。
这种吸收主要在小肠粘膜细胞上进行，肾小管细胞和肌肉细胞也能吸收，这是一个耗能、需氧的主动运输过程。
关于氨基酸吸收的机理，目前仍未完全解决。
A.Meister在1968-1969年，从肾脏研究中，提出关于氨基酸吸收的“γ-谷氨酰基循环”假说，具有一定理论意义。
他认为氨基酸吸收或向各组织、细胞内转移是通过谷胱甘肽起作用，这个过程由六步连续的酶促反应完成。
2．氨基酸的代谢库动物体吸收进入血液的氨基酸与体内游离的氨基酸构成了氨基酸代谢库。
在正常情况下，氨基酸代谢库中的氨基酸维持在一个动态平衡中。
一方面，氨基酸被消耗，或用来合成蛋白质，或合成其它含氮物质，或氧化分解提供能量；另一方面，可由体外吸收、体内合成或体内蛋白质分解所产生的氨基酸补充。
3．必需氨基酸必需AA是指机动物体内不能合成或合成量不足，必须由日粮提供的一类氨基酸，构成天然蛋白质的20种氨基酸中有10种氨基酸是多数动物的必需氨基酸：3种碱性AA（赖AA、精AA、组AA），3种支链AA（亮AA、异亮AA、缬AA），2种芳香AA（苯丙AA、色AA），1种含硫AA（甲硫AA），1种羟基AA（苏AA）。
生物化学氨基酸的分类
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，它们由一种中心碳原子（α-碳）连接着一个氨基基团、一个羧酸基团和一个氢原子，此外，它们还有一个侧链（R基团），这个侧链决定了不同氨基酸之间的差异性。
按侧链的不同，氨基酸可以分为以下几类：
1. 极性氨基酸：侧链中含有极性或带电的官能团，如羟基、胺基、羧酸基、酰胺基、硫酸基等等。
例如，谷氨酸、天冬酰胺酸、精氨酸、赖氨酸等。
这些氨基酸在水中容易溶解，可以和其他极性物质相互作用，如水分子、离子等等。
2. 非极性氨基酸：侧链中没有极性官能团，如甲基、乙基、异丙基、苯基等等。
例如，丙氨酸、丙酮酸、苯丙氨酸、脯氨酸等。
这些氨基酸在水中不容易溶解，可以和其他非极性物质相互作用，如脂肪酸、胆固醇等等。
3. 酸性氨基酸：侧链中含有带电的羧酸基团（-COOH），如谷氨酸、天冬氨酸等。
这些氨基酸可以释放质子，形成负电荷的离子。
4. 碱性氨基酸：侧链中含有带电的胺基基团（-NH2），如赖氨酸、精
氨酸等。
这些氨基酸可以接受质子，形成正电荷的离子。
5. 硫氨基酸：侧链中含有硫原子的氨基酸，如半胱氨酸、甲硫氨酸等。
这些氨基酸可以形成二硫键，对于蛋白质的空间结构和功能有重要作用。
生物化学中的氨基酸结构
氨基酸是构成蛋白质的基本单元，它们的结构至关重要。
关于
氨基酸结构，我们可以从分子式、分子结构和组成骨架三个方面
进行探讨。
首先，氨基酸的分子式是通用的。
它们都由一个氨基基团NH2、一个羧基基团COOH和一个依氨基酸而异的基团组成。
这个基团
称为变异基团，它的种类有20种，每种氨基酸都有不同的变异基团。
例如，天门冬氨酸具有一个醋酸基团，赖氨酸则具有一个异
戊二酸基团。
其次，氨基酸的分子结构也是各自不同的。
它们的分子结构与
变异基团有直接关系。
例如，在苯丙氨酸中，变异基团是苯环，
而在甘氨酸中，变异基团只有一个氢原子。
同样，在赖氨酸中，
它有一个二元胺基和一个三元羧基，而且二元胺基和羧基是通过
一个碳原子相连的。
最后，氨基酸的组成骨架也有着独特的结构。
氨基酸通过脱水
缩合反应连接在一起形成蛋白质。
在这个过程中，氨基基团和羧
基基团分别分离出一个水分子，使它们能够连接在一起。
这些氨
基酸在连接时，氨基基团始终连接到α-C（α碳）上，而羧基基团
始终连接到α-C的后一位的氮原子上。
由于氨基酸中碳原子α-C 上的氢原子相对位置不同，因此它们的结构也不同。
而在蛋白质中，氨基酸的连接也构成了连续的多肽链。
总结来说，氨基酸的结构与生物化学的很多领域都有关系，例如蛋白质结构和功能、酶催化机制、基因信息的转录和翻译等。
因此，对于学习生物化学的人来说，理解氨基酸的结构与有机化学原理密切相关。
生物化学中的特殊氨基酸生物化学是一门研究生命体物质化学结构、功能及其代谢过程的学科。
其中，特殊氨基酸是生物体中不可或缺的分子，对于维持生命活动具有极其重要的作用。
一、天然α-氨基酸外的特殊氨基酸除了天然存在于蛋白质中的α-氨基酸外，一些特殊的氨基酸在生物体中也能被发现。
例如在氧化应激、DNA损伤修复以及神经媒质的合成中，半胱氨酸（Cys）和同种硒代氨基酸（Sec）是不可或缺的。
Cys的硫氢（SH）官能团使得其能参与许多重要的生物化学反应，如蛋白质的折叠, 分子间的交流, 氲基的传递等。
同时, Cys还能合成含有S元素的辅酶A, 辅酶M以及铁硫簇等。
另外, 在一些细菌中，Cys还能被用作酶活性中心。
Sec为富含硒的氨基酸，它在形态学和化学性质上与Cys近似。
然而，由于它富含硒，他们的功能是不一致的。
Sec可以通过硒酸酯酰化翻译中的特殊tRNA分子而编码到蛋白质中。
在生物体内，Sec常常用于保护由于氧化反应而受损的蛋白质结构，并能够促进一些蛋白质的酶活性。
同时，Sec还在一些生物体中参与了形成酮氨基酸的过程。
二、非天然氨基酸在生物化学领域研究中，人们为了探究生物体活动的多样性和复杂性，提出了类似于创造力的思想，技术地生成了一些结构与天然氨基酸类似的非天然氨基酸。
这些氨基酸一般用于蛋白质工程及其它生命科学领域。
1. 含偶氮苯基的非天然氨基酸这类氨基酸被广泛应用于药物设计中。
其中，对映态氨基酸对药效影响非常显著。
含偶氮苯基的Boc-L-Dap-OH是一种常见的有应用价值的非天然氨基酸。
它可以用于设计并制备支链寡肽，从而提高肽的生物活性。
2. 含有疏水性侧链的氨基酸含有疏水性侧链的氨基酸一般用于制备高度定制化的蛋白质。
例如，p-氨基苯甲酸在分子中往往具有顺时针和逆时针的旋转构型，用于制备Gly-Ala二肽和五肽，p-氨基苯甲酸则能在这两个氨基酸之间构建连接。
3. 其他非天然氨基酸此类非天然氨基酸也相当常见，包括含有cyclohexylalanine以及含有密特尔酰胺结构的氨基酸。
