生物化學與分子生物學/一碳單位代謝

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生物化學與分子生物學

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某些胺基酸代謝過程中能生成含一個碳原子的基團,經過轉移參與生物合成過程。這些含一個碳原子的基團稱為一碳單位(C1unit或one carbon unit)。有關一碳單位生成和轉移的代謝稱為一碳單位代謝。

體內的一碳單位有:甲基(-CH3,methyl)、甲烯基(-CH2,methylene),甲炔基(-CH=,methenyl)、甲醯基(-CHO,formyl)及亞氨甲基(-CH=NH,formimino)等。它們可分別來自甘氨酸組氨酸絲氨酸色氨酸蛋氨酸等(圖7-12)。

一碳單位的來源


圖7-12 一碳單位的來源

(一)一碳單位代酸的輔酶

一碳單位不能游離存在,通常與四氫葉酸(Tetrahydrofolic acid,FH4)結合而轉運或參加生物代謝,FH4是一碳單位代謝的輔酶。

四氫葉酸由葉酸(folicacid)衍生而來。葉酸需經二次還原方可轉變為活性輔酶形式-FH4(圖7-13)。兩次還原均由二氫葉酸還原酶(dihyclrofolatereductase)所催化

四氫葉酸的生成


圖7-13 四氫葉酸的生成

一碳單位共價連接於FH4分子的N5、N10位或N5和N10位上。

(二)一碳單位的來源及轉換

一碳單位主要來源於絲氨酸,在絲氨酸羥甲基轉移酶催化為甘氨酸過程中產生的N5,N10甲烯FH4;甘氨酸在甘氨酸合成酶(glycine synthase)催化下可分解為CO2,NH+4和N5,N10桟H2桭H4。此外,蘇氨酸和絲氨酸都可經相應酶催化轉變為絲氨酸。因此亦可產生N5、N10桟H2桭H4。

在組氨酸轉變為谷氨酸過程中由亞胺甲基谷氨酸提供了N5桟H=NHFH4。

色氨酸分解代謝能產生甲酸,甲酸可與FH4結合產生N10桟HO桭H4。

體內一碳單位分別處於甲酸、甲醛不同的氧化水平,在相應的酶促氧化還原反應下可相互轉換(圖7-14)。這些反應中,N5-CH3-FH4的生成基本是不可逆的。N5-CH3桭H4可將甲基轉移給同型半胱氨酸生成蛋氨酸和FH4。催化此反應的酶是N5-CH3FH4同型半胱氨酸甲基轉移酶,輔酶為甲基B12。此反應不可逆,故N5-CH3FH4不能自蛋氨酸生成。

一碳單位的相互轉化


圖7-14 一碳單位的相互轉化

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蛋氨酸分子中的甲基也是一碳單位。在ATP的參與下蛋氨酸轉變生成S-腺苷蛋氨酸(Sadenosylmethionine,又稱活性蛋氨酸)。S腺苷蛋氨酸是活潑的甲基供體。因此四氫葉酸並不是一碳單位的唯一載體。

Gra6ytgg.jpg


(三)一碳單位的功能

1.一碳單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直接提供甲基用子脫氧核苷酸dUMP向dTMP的轉化。N10-CHO-FH4和N5N10-CH=FH4分別參與嘌呤鹼中C2,C3原子的生成。

2.SAM提供甲基可參與體內多種物質合成。例如腎上腺素膽鹼膽酸等。

一碳單位代謝將胺基酸代謝與核苷酸及一些重要物質的生物合成聯繫起來。一碳單位代謝的障礙可造成某些病理情況,如巨幼紅細胞貧血等。磺胺藥及某抗癌藥(氨甲喋呤等)正是分別通過干擾細菌及瘤細胞的葉酸、四氫葉酸合成,進而影響核酸合成而發揮藥理作用的。

32 個別胺基酸代謝 | 含硫胺基酸的代謝 32

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