生物化学与分子生物学/一碳单位代谢

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生物化学与分子生物学

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某些氨基酸代谢过程中能生成含一个碳原子的基团,经过转移参与生物合成过程。这些含一个碳原子的基团称为一碳单位(C1unit或one carbon unit)。有关一碳单位生成和转移的代谢称为一碳单位代谢。

体内的一碳单位有:甲基(-CH3,methyl)、甲烯基(-CH2,methylene),甲炔基(-CH=,methenyl)、甲酰基(-CHO,formyl)及亚氨甲基(-CH=NH,formimino)等。它们可分别来自甘氨酸组氨酸丝氨酸色氨酸蛋氨酸等(图7-12)。

一碳单位的来源


图7-12 一碳单位的来源

(一)一碳单位代酸的辅酶

一碳单位不能游离存在,通常与四氢叶酸(Tetrahydrofolic acid,FH4)结合而转运或参加生物代谢,FH4是一碳单位代谢的辅酶。

四氢叶酸由叶酸(folicacid)衍生而来。叶酸需经二次还原方可转变为活性辅酶形式-FH4(图7-13)。两次还原均由二氢叶酸还原酶(dihyclrofolatereductase)所催化

四氢叶酸的生成


图7-13 四氢叶酸的生成

一碳单位共价连接于FH4分子的N5、N10位或N5和N10位上。

(二)一碳单位的来源及转换

一碳单位主要来源于丝氨酸,在丝氨酸羟甲基转移酶催化为甘氨酸过程中产生的N5,N10甲烯FH4;甘氨酸在甘氨酸合成酶(glycine synthase)催化下可分解为CO2,NH+4和N5,N10桟H2桭H4。此外,苏氨酸和丝氨酸都可经相应酶催化转变为丝氨酸。因此亦可产生N5、N10桟H2桭H4。

在组氨酸转变为谷氨酸过程中由亚胺甲基谷氨酸提供了N5桟H=NHFH4。

色氨酸分解代谢能产生甲酸,甲酸可与FH4结合产生N10桟HO桭H4。

体内一碳单位分别处于甲酸、甲醛不同的氧化水平,在相应的酶促氧化还原反应下可相互转换(图7-14)。这些反应中,N5-CH3-FH4的生成基本是不可逆的。N5-CH3桭H4可将甲基转移给同型半胱氨酸生成蛋氨酸和FH4。催化此反应的酶是N5-CH3FH4同型半胱氨酸甲基转移酶,辅酶为甲基B12。此反应不可逆,故N5-CH3FH4不能自蛋氨酸生成。

一碳单位的相互转化


图7-14 一碳单位的相互转化

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蛋氨酸分子中的甲基也是一碳单位。在ATP的参与下蛋氨酸转变生成S-腺苷蛋氨酸(Sadenosylmethionine,又称活性蛋氨酸)。S腺苷蛋氨酸是活泼的甲基供体。因此四氢叶酸并不是一碳单位的唯一载体。

Gra6ytgg.jpg


(三)一碳单位的功能

1.一碳单位是合成嘌呤和嘧啶的原料,在核酸生物合成中有重要作用。如N5-N10-CH=FH4直接提供甲基用子脱氧核苷酸dUMP向dTMP的转化。N10-CHO-FH4和N5N10-CH=FH4分别参与嘌呤碱中C2,C3原子的生成。

2.SAM提供甲基可参与体内多种物质合成。例如肾上腺素胆碱胆酸等。

一碳单位代谢将氨基酸代谢与核苷酸及一些重要物质的生物合成联系起来。一碳单位代谢的障碍可造成某些病理情况,如巨幼红细胞贫血等。磺胺药及某抗癌药(氨甲喋呤等)正是分别通过干扰细菌及瘤细胞的叶酸、四氢叶酸合成,进而影响核酸合成而发挥药理作用的。

32 个别氨基酸代谢 | 含硫氨基酸的代谢 32
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