Ở vi khuẩn và lục lạp của thực vật con đường quan trọng nhất để tổng hợp glutamate là từ 2-oxoglutarate và glutamine. Phản ứng này được xúc tác bởi enzym glutamat-synthase.
Ở động vật glutamate xuất hiện chủ yếu bằng phản ứng chuyển amine giữa 2-oxoglutarate và aminoacid. Phản ứng này xảy ra chủ yếu ở gan, là cơ quan trung tâm của sự biến đổi aminoacid.
Ở sự chuyển amine hoá glutamate và aspartate là những chất cho nhóm NH2. Một sự vận chuyển amine từ glutamate đến pyruvate được chỉ ra như sau:
Enzyme xúc tác là glutamat-pyruvat-aminotransferase. α- cetoglutaric acid được tạo nên lại trở thành chất nhận NH3. Nhờ sự chuyển amine mà nhiều aminoacid được tạo thành. Những ví dụ quan trọng nhất là:
α-cetoglutaric acid → glutamic acid
oxaloacetic acid → aspartic acid glyoxylic acid → glycine pyruvic acid → alanine hydroxy pyruvic acid → serine α-ceto hydroxybutyric acid → threonine Glutaminsemialdehyde → ornithin
Tuy nhiên không phải tất cả các aminoacid có trong tự nhiên được tổng hợp bằng con đường chuyển amine hoá. Còn có những con đường phản ứng quan trọng khác để tổng hợp nên các aminoacid. Người ta biết các con đường phản ứng tương ứng cho 5 họ aminoacid khác nhau (bảng7.5). Ví dụ ở hình 7.12 chỉ ra con đường tổng hợp của họ glutamic acid.
1. Glutamic acid được phosphoryl hoá nhờ ATP ở nhóm δ-carboxyl để tạo thành glutamylphosphate
2. Chất này được khử nhờ NADPH để tạo thành aldehydglutamic acid đồng thời tách ra phosphate.
3. Chất này được amine hoá nhờ enzyme transaminase ở vị trí δ- carbon, tạo nên ornithine.
4. Chất này được khử amine hoá nhờ 1 enzyme transaminase ở vị trí α-carbon làm xuất hiện α-ceto-δ-amino-valeric acid.
5. Qua sự ngưng tụ một vòng 5 cạnh được tạo nên (pyrrolidincarbonic acid)
6. Chất này được khử thành proline nhờ NADPH.
Hình 7.12 Các con đường phản ứng của họ glutamic
Bảng 7.5 Những aminoacid quan trọng nhất của các họ aminoacid Họ glutamic Họ aspartate Họ
pyruvate
Họ serine Họ aminoacid thơm
Glutamate Aspartate Alanine Serine Phenylalanine
Ornithine Lysine Valine Glycine Tyrosine
Arginine Methionine Leucine Cysteine Tryptophan
Proline Threonine
Hydroxyproline Isoleucine
Arginine cũng thuộc vào họ glutamic acid có thể được tổng hợp nên từ ornithine. Hydroxyproline được tổng hợp từ proline nhờ 1 “oxidase có chức năng hỗn hợp”. Chất cho H là ascorbic acid (vitamin C). Như sơ đồ dưới đây nhóm OH định vị ở C3 của ascorbic acid có khả năng phân ly 1 H+. Phân tử này có đặc tính acid. Giá trị pK của nó là 4,2. Ascorbic acid tham gia vào phản ứng với proline khi tách ra phân tử O2, trong đó nó cung cấp nguyên tử H cần thiết cho sự tạo H2O tương ứng.
Sự hydroxyl hoá proline xảy ra không phải ở những phân tử proline riêng biệt, mà xảy ra sau khi phân tử proline đã tham gia cấu tạo protein.
Ở dạng này hydroxylproline là thành phần quan trọng trong collagen và elastin. Nếu thiếu aminoacid này sẽ dẫn đến sự rối loạn trong các mô liên kết, mô chống đỡ (xương, răng) và gân. Khi thiếu vitamin C thì việc xây dựng các mô này bị tổn thương (bệnh hoại huyết). Sự rối loạn này được giải thích là thiếu chất cho H, ascorbic acid, để tổng hợp hydroxylproline từ proline.
Proline và hydroxylproline là những aminoacid dị vòng. Ở đây nguyên tử N ở dạng NH. Mặc dù vậy người ta không gọi nó là iminoacid, vì nó thể hiện như aminoacid. Thực tế nguyên tử H bị thiếu được thay thế bởi 1 chất khác. Ở iminoacid có nhóm imine, ở đây nguyên tử N kết hợp với C bằng 1 liên kết đôi (HN=C).
Sự tổng hợp các aminoacid thơm đi từ phosphoenolpyruvate và erythrosophosphate. Con đường tổng hợp phức tạp này không nêu lên ở đây. Một sản phẩm trung gian quan trọng của quá trình này là shikimic acid.
Để tổng hợp cysteine, một aminoacid chứa S, cần khử sulfate. Quá trình này chỉ xảy ra ở thực vật và các vi sinh vật khác nhau, tương tự quá trình khử nitrate, không xảy ra ở động vật.
Sản phẩm đầu tiên của sự khử sulfate là aminoacid chứa S, cysteine.
Nó cung cấp S cho tổng hợp những aminoacid quan trọng chứa S khác:
methionine. Quá trình phản ứng chỉ ra ở hình 7.13.
1. Phosphohomoserine, một hợp chất tương tự như serine, phản ứng với cysteine để tạo thành cystathionine và tách ra phosphate vô cơ 2. Cystathionine được tách ra thành serine và homocysteine bằng
phản ứng thuỷ phân
3. Nhờ có chất cho nhóm CH3 nguyên tử H của nhóm SH của homocysteine (chất này giống cysteine) được thay thế bằng 1 nhóm methyl. Methionine được tạo thành.