生物化學(xué)與分子生物學(xué)/一碳單位代謝
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某些氨基酸在代謝過(guò)程中能生成含一個(gè)碳原子的基團(tuán)，經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)移參與生物合成過(guò)程。這些含一個(gè)碳原子的基團(tuán)稱為一碳單位(C1unit或one carbon unit)。有關(guān)一碳單位生成和轉(zhuǎn)移的代謝稱為一碳單位代謝。
體內(nèi)的一碳單位有：甲基(－CH3，methyl)、甲烯基(－CH2,methylene)，甲炔基(－CH＝,methenyl)、甲酰基(-CHO,formyl)及亞氨甲基(-CH＝NH,formimino)等。它們可分別來(lái)自甘氨酸、組氨酸、絲氨酸、色氨酸、蛋氨酸等(圖7-12)。
圖7-12 一碳單位的來(lái)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(jié)合而轉(zhuǎn)運(yùn)或參加生物代謝，F(xiàn)H4是一碳單位代謝的輔酶。
四氫葉酸由葉酸(folicacid)衍生而來(lái)。葉酸需經(jīng)二次還原方可轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚暂o酶形式－FH4(圖7-13)。兩次還原均由二氫葉酸還原酶(dihyclrofolatereductase)所催化。
圖7-13 四氫葉酸的生成
一碳單位共價(jià)連接于FH4分子的N5、N10位或N5和N10位上。
(二)一碳單位的來(lái)源及轉(zhuǎn)換
一碳單位主要來(lái)源于絲氨酸，在絲氨酸羥甲基轉(zhuǎn)移酶催化為甘氨酸過(guò)程中產(chǎn)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(jīng)相應(yīng)酶催化轉(zhuǎn)變?yōu)榻z氨酸。因此亦可產(chǎn)生N5、N10桟H2桭H4。
在組氨酸轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/w/%E8%B0%B7%E6%B0%A8%E9%85%B8" title="谷氨酸">谷氨酸過(guò)程中由亞胺甲基谷氨酸提供了N5桟H＝NHFH4。
色氨酸分解代謝能產(chǎn)生甲酸，甲酸可與FH4結(jié)合產(chǎn)生N10桟HO桭H4。
體內(nèi)一碳單位分別處于甲酸、甲醛不同的氧化水平，在相應(yīng)的酶促氧化還原反應(yīng)下可相互轉(zhuǎn)換(圖7-14)。這些反應(yīng)中，N5-CH3-FH4的生成基本是不可逆的。N5-CH3桭H4可將甲基轉(zhuǎn)移給同型半胱氨酸生成蛋氨酸和FH4。催化此反應(yīng)的酶是N5-CH3FH4同型半胱氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶，輔酶為甲基B12。此反應(yīng)不可逆，故N5-CH3FH4不能自蛋氨酸生成。
圖7-14 一碳單位的相互轉(zhuǎn)化
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(zhuǎn)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。因此四氫葉酸并不是一碳單位的唯一載體。
(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(zhuǎn)化。N10-CHO-FH4和N5N10-CH=FH4分別參與嘌呤堿中C2，C3原子的生成。
2.SAM提供甲基可參與體內(nèi)多種物質(zhì)合成。例如腎上腺素、膽堿、膽酸等。
一碳單位代謝將氨基酸代謝與核苷酸及一些重要物質(zhì)的生物合成聯(lián)系起來(lái)。一碳單位代謝的障礙可造成某些病理情況，如巨幼紅細(xì)胞貧血等。磺胺藥及某抗癌藥(氨甲喋呤等)正是分別通過(guò)干擾細(xì)菌及瘤細(xì)胞的葉酸、四氫葉酸合成，進(jìn)而影響核酸合成而發(fā)揮藥理作用的。
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