鸟氨酸生物合成过程及其调控方式ppt课件

1、鸟氨酸生物合成过程及其调鸟氨酸生物合成过程及其调 控方式控方式 班级：生工1202 学号：1202140214 姓名：李晓雯;什么是鸟氨酸？什么是鸟氨酸？L-鸟氨酸构造式鸟氨酸构造式 鸟氨酸，分子式：鸟氨酸，分子式：H2NCH2CH2CH2CH(NH2)COOHH2NCH2CH2CH2CH(NH2)COOH，是一种，是一种碱性氨基酸。碱性氨基酸。不属于组成蛋白质的不属于组成蛋白质的2020种氨基酸。种氨基酸。作为尿素循环的一部分与尿素生成相关，作为尿素循环的一部分与尿素生成相关，氨基甲酰磷酸与鸟氨酸化合生成瓜氨酸和氨基甲酰磷酸与鸟氨酸化合生成瓜氨酸和磷酸，瓜氨酸再转化为精氨酸，精氨酸再磷酸，瓜

2、氨酸再转化为精氨酸，精氨酸再裂解为尿素和鸟氨酸，其在代谢上具有重裂解为尿素和鸟氨酸，其在代谢上具有重要的作用。要的作用。在生物体内与精氨酸、谷氨酸、脯氨酸能在生物体内与精氨酸、谷氨酸、脯氨酸能相互转变，可与相互转变，可与- -酮酸、乙醛酸进展氨基转酮酸、乙醛酸进展氨基转移，在鸟氨酸脱羟酶作用下脱羧而生成丁移，在鸟氨酸脱羟酶作用下脱羧而生成丁二胺，丁二胺能进一步合成至多胺。二胺，丁二胺能进一步合成至多胺。别名：别名：L-L-鸟氨酸鸟氨酸;两种途径大肠杆菌及枯草杆菌的鸟氨酸生物合成途大肠杆菌及枯草杆菌的鸟氨酸生物合成途径径谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径;大肠杆菌及枯草

3、杆菌的鸟氨酸生物合成途径及调理机制 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-半半醛脱氢酶醛脱氢酶 N- N-乙酰鸟氨酸转氨乙酰鸟氨酸转氨酶酶 N- N-乙酰鸟氨酸酶乙酰鸟氨酸酶鸟氨酸氨甲酰基转移鸟氨酸氨甲酰基转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;谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径 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-乙酰谷氨酸半醛脱乙酰谷氨酸半醛脱氢酶氢酶; ; N-N-乙酰鸟氨酸转氨酶乙酰鸟氨酸转氨酶; ; N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷

4、氨酸- -乙酰鸟乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶氨酸乙酰基转移酶; ; N-N-鸟氨酸氨甲酰基转鸟氨酸氨甲酰基转移酶移酶; ; 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。 ;两种途径的区别 两种途径由谷氨酸合成两种途径由谷氨酸合成N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸, , 由由N-N-乙酰鸟氨酸生成鸟氨酸过程中：乙酰鸟氨酸生成鸟氨酸过程中：大肠杆菌合成途径是由酰基转移酶大肠杆菌合成途径是由酰基转移酶N-N-乙酰乙酰谷氨酸合成酶、谷氨酸合成酶、N-N-乙酰鸟氨酸酶分别催化。乙酰鸟氨酸酶分别催化。谷氨酸棒杆菌合成途径由谷氨酸棒杆菌合成途径由N-N-乙酰鸟氨酸生乙酰鸟

5、氨酸生成鸟氨酸却是由成鸟氨酸却是由N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸- -乙酰鸟氨酸乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶的共轭反响所催化。乙酰基转移酶的共轭反响所催化。;鸟氨酸的调控鸟氨酸是精氨酸生物合成的中间体代谢产物鸟氨酸是精氨酸生物合成的中间体代谢产物用谷氨酸棒状菌的用谷氨酸棒状菌的L-瓜氨酸或精氨酸营养缺陷型突变株可以消瓜氨酸或精氨酸营养缺陷型突变株可以消费鸟氨酸。费鸟氨酸。限制精氨酸的供应：关键酶：限制精氨酸的供应：关键酶：N-乙酰谷氨酸激酶，此酶受乙酰谷氨酸激酶，此酶受L-精精氨酸的显著抑制，因此需求仔细控制精氨酸浓度在较低程度来氨酸的显著抑制，因此需求仔细控制精氨酸浓度在较低程度来使鸟氨酸高产。使鸟

6、氨酸高产。采用延续补入精氨酸的方法。采用延续补入精氨酸的方法。;发酵温度：发酵温度：25 40 25 40 ，不同微生物的最正确发酵温，不同微生物的最正确发酵温度不同，普通为度不同，普通为37 37 。通气量：摇瓶实验可根据装液量或封口纱布的层数来估通气量：摇瓶实验可根据装液量或封口纱布的层数来估计通气量，不同菌种需求设计单要素实验确定装液量。计通气量，不同菌种需求设计单要素实验确定装液量。 发酵发酵pHpH：发酵：发酵pH pH 既要有利于菌体的生长，还要有利于既要有利于菌体的生长，还要有利于鸟氨酸的积累。普通为鸟氨酸的积累。普通为pH6 pH9pH6 pH9。发酵过程中。发酵过程中pH p

7、H 不断不断降低，故需添加尿素或氨水调理发酵液的降低，故需添加尿素或氨水调理发酵液的pHpH。不同菌。不同菌种需设计单要素实验确定最适种需设计单要素实验确定最适pHpH。 接种量接种量: :普通接种量为发酵液的普通接种量为发酵液的5 %5 %。30 mL 30 mL 发酵液中可发酵液中可接斜面种子接斜面种子1 1 环。不同菌种需设计单要素实验确定最正环。不同菌种需设计单要素实验确定最正确接种量。确接种量。发酵时间发酵时间: :发酵时间普通为发酵时间普通为1 d 1 d 7 d7 d。不同菌种需设计单。不同菌种需设计单要素实验确定最正确发酵时间。要素实验确定最正确发酵时间。精氨酸的添加量：鸟氨酸

8、的消费菌普通为精氨酸缺陷型，精氨酸的添加量：鸟氨酸的消费菌普通为精氨酸缺陷型，不能合成精氨酸，只需参与适量精氨酸才干使菌体生长、不能合成精氨酸，只需参与适量精氨酸才干使菌体生长、使鸟氨酸的合成延续进展。不同菌种需设计单要素实验使鸟氨酸的合成延续进展。不同菌种需设计单要素实验确定精氨酸的最正确添加量。确定精氨酸的最正确添加量。;瓜氨酸、精氨酸、鸟氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸鸟氨酸鸟氨酸;鸟氨酸循环 又叫尿素循环或又叫尿素循环或Krebs-Henseleit循环循环 部位：肝细胞的线粒体和胞液部位：肝细胞的线粒体和胞液;尿素合成的鸟氨酸循环学说实验步骤：实验步骤：将大鼠的肝切片置于有氧条件下与铵盐

9、混合，保温数小时后，铵盐将大鼠的肝切片置于有氧条件下与铵盐混合，保温数小时后，铵盐含量减少，同时出现尿素。含量减少，同时出现尿素。假设参与少量精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸，那么尿素生成和产量都有假设参与少量精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸，那么尿素生成和产量都有所添加。所添加。实验推论：实验推论：从三种氨基酸的构造分析，鸟氨酸能够是瓜氨酸的前体，而瓜氨酸从三种氨基酸的构造分析，鸟氨酸能够是瓜氨酸的前体，而瓜氨酸又是精氨酸的前体。又是精氨酸的前体。早有实验证明，肝脏中含有精氨酸酶，能催化精氨酸水解成鸟氨酸早有实验证明，肝脏中含有精氨酸酶，能催化精氨酸水解成鸟氨酸和尿素。和尿素。尿素生成量与铵盐减少量相当，三种氨

10、基酸无量的明显变化，只是尿素生成量与铵盐减少量相当，三种氨基酸无量的明显变化，只是起催化作用。起催化作用。实验结果：提出鸟氨酸循环合成尿素的学说，即尿素循环。实验结果：提出鸟氨酸循环合成尿素的学说，即尿素循环。;鸟氨酸循环的详细步骤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镁离子，在镁离子，ATP及及N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸AGA存在下，存在下，氨与氨与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。化下，合成氨基甲酰磷酸。此

11、反响不可逆，耗费此反响不可逆，耗费2分子分子ATP，并需，并需AGA作作为为CPS-I的变构激活剂。的变构激活剂。这步反响在肝线粒体这步反响在肝线粒体内进展。内进展。;瓜氨酸的合成在肝线粒体中还存在鸟氨酸氨基甲酰转移酶在肝线粒体中还存在鸟氨酸氨基甲酰转移酶OCT能催化氨基甲酰磷酸与鸟氨酸缩合成瓜能催化氨基甲酰磷酸与鸟氨酸缩合成瓜氨酸，此反响也不可逆。氨酸，此反响也不可逆。;精氨酸代琥珀酸的生成瓜氨酸在线粒体合成以后，即被转移到胞液，在瓜氨酸在线粒体合成以后，即被转移到胞液，在胞液中的精氨酸代琥珀酸合成酶的催化下，与天胞液中的精氨酸代琥珀酸合成酶的催化下，与天冬氨酸反响生成精氨酸代琥珀酸，此反响

12、也需求冬氨酸反响生成精氨酸代琥珀酸，此反响也需求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鸟氨酸，精氨酸在精氨酸酶的催化下水解成尿素及鸟氨酸，鸟氨酸可经过线粒体内膜上载体的转运在进入线鸟氨酸可经过线粒体内膜上载体的转运在进入线粒体，参与新一轮循环。粒体，参与新一轮循环。;总反响式;尿素生物合成过程线粒体线粒体胞液胞液;尿素合成的调理CPS-I的调理：的调理：AGA是是CPS-I的变构激活剂，它是谷氨酸和的变构激活剂，它

13、是谷氨酸和乙酰辅酶乙酰辅酶A经经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合成合成酶的激活剂。因此，临床上用精氨酸治疗高血氨症病人，酶的激活剂。因此，临床上用精氨酸治疗高血氨症病人，以促进尿素的合成。以促进尿素的合成。精氨酸代琥珀酸合成酶的调理：尿素合成酶系中共有精氨酸代琥珀酸合成酶的调理：尿素合成酶系中共有5种种酶，各种酶的活性相差很大，其中精氨酸代琥珀酸合成酶酶，各种酶的活性相差很大，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，可调理尿素合成速度。的活性最低，是尿素合成的限速酶，可调理尿素合成速度。谷氨酸促进尿素合成：在线粒体中谷氨酸的氧化脱氨，为谷氨酸促进尿素合成：在线粒体中谷氨酸的氧化脱氨，为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-酮戊二酸既可进入酮戊二酸既可进入三羧酸循环氧化，为尿素合成提供三羧酸循环氧化，为尿素合成提供ATP，又可接受其他氨，又可接受其他氨基酸的氨基，源源不断的为氨基甲酰磷酸的合成提供氨基。基酸的氨基，源源不断的为氨基甲酰磷酸的合成提供氨基。膳食蛋白质的含量：正常人高蛋白膳食时，尿素合成的速膳食蛋白质的含量：正常人高蛋白膳食时，尿素合成的速度加快；反之，低蛋白膳食时，尿