鳥氨酸生物合成過程及其調(diào)控方式ppt課件

1、鳥氨酸生物合成過程及其調(diào)鳥氨酸生物合成過程及其調(diào) 控方式控方式 班級：生工1202 學(xué)號：1202140214 姓名：李曉雯.什么是鳥氨酸？什么是鳥氨酸？L-鳥氨酸構(gòu)造式鳥氨酸構(gòu)造式 鳥氨酸，分子式：鳥氨酸，分子式：H2NCH2CH2CH2CH(NH2)COOHH2NCH2CH2CH2CH(NH2)COOH，是一種，是一種堿性氨基酸。堿性氨基酸。不屬于組成蛋白質(zhì)的不屬于組成蛋白質(zhì)的2020種氨基酸。種氨基酸。作為尿素循環(huán)的一部分與尿素生成相關(guān)，作為尿素循環(huán)的一部分與尿素生成相關(guān)，氨基甲酰磷酸與鳥氨酸化合生成瓜氨酸和氨基甲酰磷酸與鳥氨酸化合生成瓜氨酸和磷酸，瓜氨酸再轉(zhuǎn)化為精氨酸，精氨酸再磷酸，瓜

2、氨酸再轉(zhuǎn)化為精氨酸，精氨酸再裂解為尿素和鳥氨酸，其在代謝上具有重裂解為尿素和鳥氨酸，其在代謝上具有重要的作用。要的作用。在生物體內(nèi)與精氨酸、谷氨酸、脯氨酸能在生物體內(nèi)與精氨酸、谷氨酸、脯氨酸能相互轉(zhuǎn)變，可與相互轉(zhuǎn)變，可與- -酮酸、乙醛酸進(jìn)展氨基轉(zhuǎn)酮酸、乙醛酸進(jìn)展氨基轉(zhuǎn)移，在鳥氨酸脫羥酶作用下脫羧而生成丁移，在鳥氨酸脫羥酶作用下脫羧而生成丁二胺，丁二胺能進(jìn)一步合成至多胺。二胺，丁二胺能進(jìn)一步合成至多胺。別名：別名：L-L-鳥氨酸鳥氨酸.兩種途徑大腸桿菌及枯草桿菌的鳥氨酸生物合成途大腸桿菌及枯草桿菌的鳥氨酸生物合成途徑徑谷氨酸棒桿菌鳥氨酸生物合成途徑谷氨酸棒桿菌鳥氨酸生物合成途徑.大腸桿菌及枯草

3、桿菌的鳥氨酸生物合成途徑及調(diào)理機(jī)制 N-N-乙酰谷氨酸合成酶乙酰谷氨酸合成酶 N- N-乙酰谷氨酸激酶乙酰谷氨酸激酶 N- N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸-半半醛脫氫酶醛脫氫酶 N- N-乙酰鳥氨酸轉(zhuǎn)氨乙酰鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶酶 N- N-乙酰鳥氨酸酶乙酰鳥氨酸酶鳥氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移鳥氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶酶精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸酶精氨琥珀酸酶.谷氨酸棒桿菌鳥氨酸生物合成途徑 N-N-乙酰谷氨酸合成酶乙酰谷氨酸合成酶; ; N-N-乙酰谷氨酸激酶乙酰谷氨酸激酶; ; N-N-乙酰谷氨酸半醛脫乙酰谷氨酸半醛脫氫酶氫酶; ; N-N-乙酰鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶乙酰鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶; ; N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷

4、氨酸- -乙酰鳥乙酰鳥氨酸乙?；D(zhuǎn)移酶氨酸乙?；D(zhuǎn)移酶; ; N-N-鳥氨酸氨甲?；D(zhuǎn)鳥氨酸氨甲?；D(zhuǎn)移酶移酶; ; N-N-精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸合成酶; ; N-N-精氨琥珀酸裂解酶。精氨琥珀酸裂解酶。 .兩種途徑的區(qū)別 兩種途徑由谷氨酸合成兩種途徑由谷氨酸合成N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸, , 由由N-N-乙酰鳥氨酸生成鳥氨酸過程中：乙酰鳥氨酸生成鳥氨酸過程中：大腸桿菌合成途徑是由?；D(zhuǎn)移酶大腸桿菌合成途徑是由酰基轉(zhuǎn)移酶N-N-乙酰乙酰谷氨酸合成酶、谷氨酸合成酶、N-N-乙酰鳥氨酸酶分別催化。乙酰鳥氨酸酶分別催化。谷氨酸棒桿菌合成途徑由谷氨酸棒桿菌合成途徑由N-N-乙酰鳥氨酸生乙酰鳥

5、氨酸生成鳥氨酸卻是由成鳥氨酸卻是由N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸- -乙酰鳥氨酸乙酰鳥氨酸乙?；D(zhuǎn)移酶的共軛反響所催化。乙酰基轉(zhuǎn)移酶的共軛反響所催化。.鳥氨酸的調(diào)控鳥氨酸是精氨酸生物合成的中間體代謝產(chǎn)物鳥氨酸是精氨酸生物合成的中間體代謝產(chǎn)物用谷氨酸棒狀菌的用谷氨酸棒狀菌的L-瓜氨酸或精氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株可以消瓜氨酸或精氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株可以消費(fèi)鳥氨酸。費(fèi)鳥氨酸。限制精氨酸的供應(yīng)：關(guān)鍵酶：限制精氨酸的供應(yīng)：關(guān)鍵酶：N-乙酰谷氨酸激酶，此酶受乙酰谷氨酸激酶，此酶受L-精精氨酸的顯著抑制，因此需求仔細(xì)控制精氨酸濃度在較低程度來氨酸的顯著抑制，因此需求仔細(xì)控制精氨酸濃度在較低程度來使鳥氨酸高產(chǎn)。使鳥

6、氨酸高產(chǎn)。采用延續(xù)補(bǔ)入精氨酸的方法。采用延續(xù)補(bǔ)入精氨酸的方法。.發(fā)酵溫度：發(fā)酵溫度：25 40 25 40 ，不同微生物的最正確發(fā)酵溫，不同微生物的最正確發(fā)酵溫度不同，普通為度不同，普通為37 37 。通氣量：搖瓶實(shí)驗(yàn)可根據(jù)裝液量或封口紗布的層數(shù)來估通氣量：搖瓶實(shí)驗(yàn)可根據(jù)裝液量或封口紗布的層數(shù)來估計(jì)通氣量，不同菌種需求設(shè)計(jì)單要素實(shí)驗(yàn)確定裝液量。計(jì)通氣量，不同菌種需求設(shè)計(jì)單要素實(shí)驗(yàn)確定裝液量。 發(fā)酵發(fā)酵pHpH：發(fā)酵：發(fā)酵pH pH 既要有利于菌體的生長，還要有利于既要有利于菌體的生長，還要有利于鳥氨酸的積累。普通為鳥氨酸的積累。普通為pH6 pH9pH6 pH9。發(fā)酵過程中。發(fā)酵過程中pH p

7、H 不斷不斷降低，故需添加尿素或氨水調(diào)理發(fā)酵液的降低，故需添加尿素或氨水調(diào)理發(fā)酵液的pHpH。不同菌。不同菌種需設(shè)計(jì)單要素實(shí)驗(yàn)確定最適種需設(shè)計(jì)單要素實(shí)驗(yàn)確定最適pHpH。 接種量接種量: :普通接種量為發(fā)酵液的普通接種量為發(fā)酵液的5 %5 %。30 mL 30 mL 發(fā)酵液中可發(fā)酵液中可接斜面種子接斜面種子1 1 環(huán)。不同菌種需設(shè)計(jì)單要素實(shí)驗(yàn)確定最正環(huán)。不同菌種需設(shè)計(jì)單要素實(shí)驗(yàn)確定最正確接種量。確接種量。發(fā)酵時(shí)間發(fā)酵時(shí)間: :發(fā)酵時(shí)間普通為發(fā)酵時(shí)間普通為1 d 1 d 7 d7 d。不同菌種需設(shè)計(jì)單。不同菌種需設(shè)計(jì)單要素實(shí)驗(yàn)確定最正確發(fā)酵時(shí)間。要素實(shí)驗(yàn)確定最正確發(fā)酵時(shí)間。精氨酸的添加量：鳥氨酸

8、的消費(fèi)菌普通為精氨酸缺陷型，精氨酸的添加量：鳥氨酸的消費(fèi)菌普通為精氨酸缺陷型，不能合成精氨酸，只需參與適量精氨酸才干使菌體生長、不能合成精氨酸，只需參與適量精氨酸才干使菌體生長、使鳥氨酸的合成延續(xù)進(jìn)展。不同菌種需設(shè)計(jì)單要素實(shí)驗(yàn)使鳥氨酸的合成延續(xù)進(jìn)展。不同菌種需設(shè)計(jì)單要素實(shí)驗(yàn)確定精氨酸的最正確添加量。確定精氨酸的最正確添加量。.瓜氨酸、精氨酸、鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸鳥氨酸鳥氨酸.鳥氨酸循環(huán) 又叫尿素循環(huán)或又叫尿素循環(huán)或Krebs-Henseleit循環(huán)循環(huán) 部位：肝細(xì)胞的線粒體和胞液部位：肝細(xì)胞的線粒體和胞液.尿素合成的鳥氨酸循環(huán)學(xué)說實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)步驟：將大鼠的肝切片置于有氧條件下與銨鹽

9、混合，保溫?cái)?shù)小時(shí)后，銨鹽將大鼠的肝切片置于有氧條件下與銨鹽混合，保溫?cái)?shù)小時(shí)后，銨鹽含量減少，同時(shí)出現(xiàn)尿素。含量減少，同時(shí)出現(xiàn)尿素。假設(shè)參與少量精氨酸、鳥氨酸或瓜氨酸，那么尿素生成和產(chǎn)量都有假設(shè)參與少量精氨酸、鳥氨酸或瓜氨酸，那么尿素生成和產(chǎn)量都有所添加。所添加。實(shí)驗(yàn)推論：實(shí)驗(yàn)推論：從三種氨基酸的構(gòu)造分析，鳥氨酸能夠是瓜氨酸的前體，而瓜氨酸從三種氨基酸的構(gòu)造分析，鳥氨酸能夠是瓜氨酸的前體，而瓜氨酸又是精氨酸的前體。又是精氨酸的前體。早有實(shí)驗(yàn)證明，肝臟中含有精氨酸酶，能催化精氨酸水解成鳥氨酸早有實(shí)驗(yàn)證明，肝臟中含有精氨酸酶，能催化精氨酸水解成鳥氨酸和尿素。和尿素。尿素生成量與銨鹽減少量相當(dāng)，三種氨

10、基酸無量的明顯變化，只是尿素生成量與銨鹽減少量相當(dāng)，三種氨基酸無量的明顯變化，只是起催化作用。起催化作用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：提出鳥氨酸循環(huán)合成尿素的學(xué)說，即尿素循環(huán)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：提出鳥氨酸循環(huán)合成尿素的學(xué)說，即尿素循環(huán)。.鳥氨酸循環(huán)的詳細(xì)步驟氨基甲酰磷酸的合成氨基甲酰磷酸的合成瓜氨酸的合成瓜氨酸的合成精氨酸代琥珀酸的生成精氨酸代琥珀酸的生成精氨酸的生成精氨酸的生成尿素的生成尿素的生成.氨基甲酰磷酸的合成在鎂離子，在鎂離子，ATP及及N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸AGA存在下，存在下，氨與氨與CO2可在氨基甲酰磷酸合成酶可在氨基甲酰磷酸合成酶ICPS-I的催的催化下，合成氨基甲酰磷酸?；?，合成氨基甲酰磷酸。此

11、反響不可逆，耗費(fèi)此反響不可逆，耗費(fèi)2分子分子ATP，并需，并需AGA作作為為CPS-I的變構(gòu)激活劑。的變構(gòu)激活劑。這步反響在肝線粒體這步反響在肝線粒體內(nèi)進(jìn)展。內(nèi)進(jìn)展。.瓜氨酸的合成在肝線粒體中還存在鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶在肝線粒體中還存在鳥氨酸氨基甲酰轉(zhuǎn)移酶OCT能催化氨基甲酰磷酸與鳥氨酸縮合成瓜能催化氨基甲酰磷酸與鳥氨酸縮合成瓜氨酸，此反響也不可逆。氨酸，此反響也不可逆。.精氨酸代琥珀酸的生成瓜氨酸在線粒體合成以后，即被轉(zhuǎn)移到胞液，在瓜氨酸在線粒體合成以后，即被轉(zhuǎn)移到胞液，在胞液中的精氨酸代琥珀酸合成酶的催化下，與天胞液中的精氨酸代琥珀酸合成酶的催化下，與天冬氨酸反響生成精氨酸代琥珀酸，此反響

12、也需求冬氨酸反響生成精氨酸代琥珀酸，此反響也需求ATP供能。供能。.精氨酸的生成在精氨酸代琥珀酸裂解酶的催化下，精氨酸代琥在精氨酸代琥珀酸裂解酶的催化下，精氨酸代琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸。珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸。.尿素的生成精氨酸在精氨酸酶的催化下水解成尿素及鳥氨酸，精氨酸在精氨酸酶的催化下水解成尿素及鳥氨酸，鳥氨酸可經(jīng)過線粒體內(nèi)膜上載體的轉(zhuǎn)運(yùn)在進(jìn)入線鳥氨酸可經(jīng)過線粒體內(nèi)膜上載體的轉(zhuǎn)運(yùn)在進(jìn)入線粒體，參與新一輪循環(huán)。粒體，參與新一輪循環(huán)。.總反響式.尿素生物合成過程線粒體線粒體胞液胞液.尿素合成的調(diào)理CPS-I的調(diào)理：的調(diào)理：AGA是是CPS-I的變構(gòu)激活劑，它是谷氨酸和的變構(gòu)激活劑，它

13、是谷氨酸和乙酰輔酶乙酰輔酶A經(jīng)經(jīng)AGA合成酶催化而生成。精氨酸是合成酶催化而生成。精氨酸是AGA合成合成酶的激活劑。因此，臨床上用精氨酸治療高血氨癥病人，酶的激活劑。因此，臨床上用精氨酸治療高血氨癥病人，以促進(jìn)尿素的合成。以促進(jìn)尿素的合成。精氨酸代琥珀酸合成酶的調(diào)理：尿素合成酶系中共有精氨酸代琥珀酸合成酶的調(diào)理：尿素合成酶系中共有5種種酶，各種酶的活性相差很大，其中精氨酸代琥珀酸合成酶酶，各種酶的活性相差很大，其中精氨酸代琥珀酸合成酶的活性最低，是尿素合成的限速酶，可調(diào)理尿素合成速度。的活性最低，是尿素合成的限速酶，可調(diào)理尿素合成速度。谷氨酸促進(jìn)尿素合成：在線粒體中谷氨酸的氧化脫氨，為谷氨酸促進(jìn)尿素合成：在線粒體中谷氨酸的氧化脫氨，為氨基甲酰磷酸的合成提供氨，生成的氨基甲酰磷酸的合成提供氨，生成的-酮戊二酸既可進(jìn)入酮戊二酸既可進(jìn)入三羧酸循環(huán)氧化，為尿素合成提供三羧酸循環(huán)氧化，為尿素合成提供ATP，又可接受其他氨，又可接受其他氨基酸的氨基，源源不斷的為氨基甲酰磷酸的合成提供氨基。基酸的氨基，源源不斷的為氨基甲酰磷酸的合成提供氨基。膳食蛋白質(zhì)的含量：正常人高蛋白膳食時(shí)，尿素合成的速膳食蛋白質(zhì)的含量：正常人高蛋白膳食時(shí)，尿素合成的速度加快；反之，低蛋白膳食時(shí)，尿