Amino Acid Synthesis - Indiana University Bloomingtoncourses.chem.indiana.edu/c383/documents/Lecturech31.pdf · THF by DHF reductase •NADPH dependent •Chemotherapy dtarget –DHF

Amino Acid Synthesis

Stryer Short Course, Chapter 31

Nitrogen fixation

• Bacteria• Nitrogenase• Costly—16 ATP per N2 molecule

Assimilation into Amino Acids• In microorganisms/plants: assimilation of ammonia is key—synthesis 

of most amino acids– Glutamine synthetase incorporates amino group

• Glutamine serves as nitrogen donor for nucleic acids, etc.

– Glutamine dehydrogenase: reversible reaction already observed• Glutamate can serve as nitrogen source for AA in transamination

Biosynthesis

• Dietary consideration

• Ambiguous– Stage of life (Arg)– Precursor (Tyr, Cys)

• Mechanism of biosynthesis can be grouped 

Amino Acid Biosynthesis

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Non‐essential Amino Acid Biosynthesis• Transamination

– Pyruvatealanine– Oxaloacetateaspartate– ‐ketoglutarateglutamate

• Amidation– Glutamine (glutamine synthetase)– Asparagine (asparagine synthetase)

Glutamate Backbone

Tyrosine

• A “non‐essential” amino acid• Mono‐oxygenase

Serine

• 3‐phosphoglycerate Serine• Serine is the building block for two amino acids that are involved in one‐carbon transfer reactions– Glycine– cysteine

Glycine

• Serineglycine– THF as a major one‐carbon transfer vitamin

Using THF: Production of TMP

• dUTP must be converted to TMP quickly

• Methylene donated from THF by thymidylate synthase

• THF oxidized to DHF• Chemotherapy: dUMPanalog

Regenerating THF

• DHF must be reduced to THF by DHF reductase

• NADPH dependent• Chemotherapy dtarget

– DHF analogs such as methotrexate

Cysteine

• Serinecysteine by incorporating sulfur from homocysteine (Made from methionine)

S‐Adenoxylmethionine• Very active methyl carrier• Uses 3 ATP equivalents• Very reactive methyl group• Homocysteine byproduct can be used to make cysteine or regenerate methionine

Activated Methyl Cycle• After SAM is used, homocysteine is made back into methionine with methyl group from THF (utilizes B12)

• High homocysteine levels cause oxidative damage of blood vessels—corrolates to heart disease

Neurotransmitters

• Which amino acid is starting material for each of the following?

Regulation Strategies

• Committed Step• Multiple isozymes• Cumulative feedback

– Glutamine synthetasepartially inhibited by products containing nitrogen

• Feedback in branched pathways