Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 1

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ACID AMIN 4
1.1. Công thức cấu tạo 4
1.2. Phân loại 6
1.2.1 Dựa vào cấu tạo hóa học chia thành một số nhóm lớn sau: 6
1.2.2. Dựa vào cấu trúc, acid amin được chia ra làm 3 nhóm lớn : 7
1.3. Các con đường tổng hợp acid amin 8
1.3.1.Sinh tổng hợp acid amin bằng phản ứng amin hóa trực tiếp 8
1.3.2.Sinh tổng hợp acid amin bằng phản ứng chuyển amin 10
CHƯƠNG 2: CÁC CON ĐƯỜNG SINH TỔNG HỢP ACID AMIN Ở VI SINH
VẬT 13
2.1. Từ α – ketoacid 14
2.1.1. Từ α – ketoglutarate 14
2.1.1.1. Glutamate / Glutamine 14
2.1.1.2. Proline 17
2.1.1.3. Arginine 20
2.1.2. Từ oxaloacetate 21
2.1.2.1. Aspatate/ Asparagine 21
2.1.2.2. Methionine 24
2.1.2.3. Threonine 25
2.1.2.4. Lysine 25
2.1.3. Từ pyruvat 29
2.1.3.1. Alanine 29
2.1.3.2. Valine và Leusine 29
2.1.3.4. Isoleusine 32
2.2. Từ phosphoglycerate 33


Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 3

MỞ ĐẦU

Sự sống là một quá trình trao đổi chất liên tục. Quá trình trao đổi chất là quá trình
đổi mới thành phần cơ thể bằng cách thu nhận các chất dinh dưỡng từ thức ăn, nước
uống và cơ thể để thực hiện một quá trình sinh lý, sinh hóa phức tạp sau đó đào thải
các chất cặn bã ra ngoài. Thông qua quá trình này, cơ thể lớn lên, sinh sản để duy trì
nòi giống cuối cùng là già cỗi rồi chết đi. Đó là quá trình sinh dưỡng bình thường
của cơ thể sống, có rất nhiều các chất tham gia vào quá trình này trong đó một thành
phần không thể thiếu đó là protein. Có thể nói protein là thành phần rất quan trọng
của cơ thể, protein có mặt trong nhân, nguyên sinh chất, màng tế bào, huyết tương,
dịch gian bào.
Acid amin là cấu tử cơ bản của protein, hay nói một cách khác, acid amin là
những viên gạch để xây nên các tòa lâu đài muôn hình nghìn vẻ của phân tử protein.
Vì vậy vai trò acid amin rất quan trọng, luôn là đối tượng con người nghiên cứu để
tổng hợp mà đặc biệt là các acid amin không thay thế.
Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

amin có nhóm amin đính vào nguyên tử cacbon α đứng cạnh nhóm cacboxyl.
Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 5

Bảng 1.1: Các acid amin thiết yếu và không thiết yếu
Nonessential Essential
Alanine Arginine*
Asparagine Histidine
Aspartate Isoleucine
Cysteine Leucine
Glutamate Lysine
Glutamine Methionine*
Glycine Phenylalanine*

Proline Threonine
Serine Tyrptophane
Tyrosine Valine
Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 6

1.2. Phân loại
1.2.1 Dựa vào cấu tạo hóa học chia thành một số nhóm lớn sau:
a. Nonpolar aminoacid
* Glycine, Alanine, Valine, Leucine, Isoleucine
* Phenylalanine, Tryptophane, Methionine

hay là tổng hợp bằng phương pháp lên men.
1.3. Các con đường tổng hợp acid amin
1.3.1.Sinh tổng hợp acid amin bằng phản ứng amin hóa trực tiếp
Sự amin hóa trực tiếp các acid hữu cơ chưa no là một phản ứng ít gặp và chủ yếu
chỉ có ở thực vật và vi khuẩn. Các chất tiền thân để amin hóa như acid fumaric, acid
piruvic, acid oxaloacetic… là những sản phẩm trung gian vốn được tạo nên trong
chu trình Krebs.
Acid fumaric, dưới tác dụng của enzyme aspartat – amoniac – liza tạo nên acid
aspartic:
aspartatamoniacliase
+ NH
3 Phản ứng này là phản ứng thuận nghịch. Acid aspartic có thể tổng hợp bằng cách
chuyển hóa giữa acid oxalacetic và acid glutamic.
Sự amin hóa các cetoacid cũng là một đường hướng chủ yếu của việc tân tạo acid
amin. Phương trình phản ứng tổng quát có thể được biểu diễn như sau:
Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 9 Phản ứng ra qua hai giai đoạn: kết hợp amoniac vào cetoacid để tạo ra acid imin
và khử acid imin thành acid amin.
Chẳng hạn:


Đầu tiên nhóm ngoại của enzyme sẽ kết hợp với nhóm amin của acid amin 1 ở
nhóm aldehid của phosphopiridoxal.
2.
+

+

R
1
– CH – COOH
NH
2
R
2
– CH – COOH
NH
2
R
1
– C – COOH
O

R
2

–


R
1

COOH
- H
2
O
H
3
C
HO
N
P

CH
2
O
Protein
CH = N – CH
COOH

R
1

enzyme
cơ chất
phức enzyme – cơ chất
Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 11

2
O
Protein
CH = N – CH
COOH

R
1

CH
2
– N = C
COOH

R
1

P

N
CH
2
O
H
3
C
HO
Protein
CH
2

O
H
3
C
HO
Protein
R
1
– C = O
COOH

+
CH
2
– NH
2

P

N
CH
2
O
H
3
C
HO
Protein
+
COOH

Protein
P

N
CH
2
O
H
3
C
HO
CH
2
– N = C – COOH
R
2

hỗ biến
P

Protein
N
CH
2
O
H
3
C
HO
R


CH
2
O
N
HO
H
3
C
Protein
CH = O
P

COOH
C – NH
2

R
2
Protein
N
CH
2
O
H
3
C
HO
R
2

H
2
C
H
2
C C COO
-
H
NH
3
+
-
O
O

Glutamate được tạo ra do quá trình chuyển amin, quá trình mà nhóm –NH
2
của
một acid amin được chuyển tới  - ketoacid với sự xúc tác của transaminase. Một
loại  - ketoacid khá phổ biến trong tế bào vi sinh vật là  - ketoglutarate, hợp chất
trung gian trong việc cung cấp năng lượng hoặc chất nền của các quá trình chuyển
hoá khác nhau. Glutamate được tổng hợp khá dễ dàng qua phản ứng thay thế gốc
phosphate bởi nhóm amin vào tiền chất  - ketoglutarate với sự tham gia xúc tác
của glutarate dehydrogenase. Ngoài ra glutamate còn là tiền chất để tổng hợp một
số acid amin khác nhau như glutamine, proline và arginine. Glutamic acid là dạng
proton của glutamate.
Enzyme glutamatdehydrogenase xúc tác cho sự tân tạo ra acid glutamic từ  -
ketoglutarate và ammoniac khi có sự tham gia của coenzyme NAD.H
2
hoặc

C
CH
2
CH
2
COO
-
COO
-
+
H
3
N H
+
NH
4
+
alpha-ketoglutarate
glutamate

Thực chất đây là quá trình xảy ra 2 giai đoạn: lúc đầu amoni kết hợp với  -
ketoglutarate, sau đó là việc chuyển hydro từ NADH hay NADPH đến Glutamate.
H
2
C
-
OOC C
H
2
C

C
COO
-
N
H H
N
A
P
H
+
H
+
N
A
D
P
+
H
2
C
-
OOC C
H
2
C
COO
-
NH
3
+

HP
OH
OH
OH
2
-
ATP
ADP
glutamate
acyl-phosphate intermediate
-
OOC
NH
3
+
H
O
NH
2
glutamine
Pi
NH
3

Qúa trình sinh tổng hợp glutamine đóng vai trò rat quan trọng trong việc điều
khiển các quá trình trao đổi chất. Các enzyme glutamate dehydrogenase và
glutamine synthetase đều được tìm thấy trong các sinh vật sống.
Glutamate cũng có thể được tạo thành từ glutamine
C
CH

2
COO
-
COO
-
+
H
3
N H
alpha-ketoglutarate
glutamate
glutamine
2

Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 17

2.1.1.2. Proline

Hình 2.1 : Cấu trúc của Proline
Hình2.3. Mối quan hệ giữa vi khuẩn và động vật có vú trong việc sinh tổng hợp
Proline
Hầu hết trong các loài vi khuẩn (như là Escherichia coli, Pseudomonas
aeruginosa and Salmonella typhimurium) proline được tổng hợp từ 1 tiền chất
amino acid L – glutamate, quá trình tổng hợp này gồm 4 bước. Đầu tiên dưới tác
dụng của enzym glutamate kinase, lấy 1 nhóm phosphoryl từ ATP tạo ra
glutamate 5-phosphate. Từ đây thực hiện phản ứng khử với sự có mặt của
enzym glutamate dehydrogenase, sử dụng 1 NAD(P)H+H
+
, nhóm
pirophosphate được giải phóng, glutamate semialdehyde hình thành, ngay lập
Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 20

tức chất này được chuyển thành tiền chất 1-Pyrroline-5-carboxylase (P5C) mà
không cần 1 enzym nào . Bước cuối cùng P5C với xúc tác của enzym Pyrroline-
5-carboxylate reductase (đòi hỏi 1 NAD(P)H+H
+
) proline được tạo thành.
2.1.1.3. Arginine
Arginine được tạo thành từ glutamate. Phản ứng diễn ra như sau:
C
CH
2
CH
2
COOH

OC
COOH
HHN
C
CH
3
O
P
N-acetyl-gama-glutamine
phosphate

reductase
NADPH
NADP
+
C
CH
2
CH
2
CHO
COOH
HHN
C
CH
3
O
N-acetyl-glutamic-gama-
semialdehyde
transaminenase


Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 21

Orthinine tiếp tục tham gia chu trình Ure tạo thành Arginine
C
(CH
2
)
3
C
O
O
H
HH
2
N
NH
2
orthinine
carbamylphosphate
transcarbamylase
C
(CH
2
)
3
COOH
HH

argininosuccinate
synthetase
argininosuccinase
fumarate
C
(CH
2
)
3
COOH
HH
2
N
HN C
NH
NH
2
L-arginine

2.1.2. Từ oxaloacetate
2.1.2.1. Aspatate/ Asparagine
a. Aspatate
Aspartate được sinh ra bởi sự chuyển amin
Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 22

C
CH
2

N H
+
C
CH
2
CH
2
COO
-
COO
-
O
glutamate oxaloactate
aspartate
alpha-
ketoglutarate

b. Asparagine
Asparagine được tạo thành từ aspatate dưới tác dụng của enzyme Asparagine
synthetase.
Gồm 2 giai đoạn
 Giai đoạn 1: Hoạt hóa nhóm carboxylate của aspatate bằng ATP tạo nên
aspartyl adenylate intermediate
 Giai đoạn 2: Cặp nucleophile của ammoniac sẽ tấn công vào nhóm carbonyl
đã được hoạt hóa của aspartyl-adenylate
Các con đường sinh tổng hợp acid amin ở vi sinh vật Nhóm 1

Trang 23

C

PO O
O
PO
O
O
OP
O
O
OP
O
O
O
H
N
H H
O
H
OPO
O
O
N
N
N
NH
2
C
O
H
2
C

Trang 24

Trong một quá trình khác, asparagine có thể được tạo ra bởi sự chuyển một
nhóm amin từ glutamine đến aspartate.
C
CH
2
CH
2
COO
-
COO
-
+
H
3
N H
+
C
CH
2
CH
2
COO
-
C
+
H
3
N H

N H
aspartate glutamine
asparagine
glutamate

2.1.2.2. Methionine
CH
2
HC
CH
2
OH
COOH
NH
2
homoserine
CH
2
CH
2
C
COOH
+
O
SCoA
transaminase
CH
2
HC
H

2
cystationine
CH
2
HC
CH
2
COOH
NH
2
SH
cystationase
homocystein
+ CH
2
-THF
CH
2
HC
CH
2
COOH
NH
2
S CH
3
methionine
CH
2
-THF: N

beta-aspartylphosphate
NADPH + H
+
NADP
+
CH
2
HC
CHO
COOH
NH
2
aspartate-beta-
semialdehyde
NADPH + H
+
NADP
+
CH
2
CH
CH
2
OH
COOH
H
2
N
homoserine
ATP ADP