茶树中的茶氨酸代谢课件

第三节茶树中的茶氨酸代谢

一氨基酸在茶树中的分布二茶氨酸的生物合成

1.茶氨酸合成酶2.茶氨酸生物合成的先质（谷氨酸、乙胺）三茶氨酸的分解代谢四茶氨酸的规模化发酵生产第三节茶树中的茶氨酸代谢一氨基酸在茶树中的分布1茶氨酸，一种非蛋白质氨基酸，是茶叶中的特色成分之一，占茶叶干重的1-2%、占整个游离氨基酸的70%。除茶氨酸外，茶叶中还含有一定量的谷氨酸、精氨酸、丝氨酸、天冬氨酸。茶氨酸，一种非蛋白质氨基酸，是茶叶中的特色成分之一，占茶叶干2一、氨基酸在茶树中的分布发芽前后的种子中主要的氨基酸是茶氨酸和精氨酸；发芽后，子叶中为茶氨酸和精氨酸为主，根中主要是茶氨酸（80%）；当幼根和茎叶开始生长时，所含氨基酸化合物由子叶中蛋白质水解产物运输而来。当幼苗开始分化时，则吸收无机氮合成氨基酸。茶树氨基酸在各个组织都含有，但含量差异较大。一、氨基酸在茶树中的分布发芽前后的种子中主要的氨基酸是茶氨酸3一、氨基酸在茶树中的分布游离氨基酸以第一叶最高、茎木质部最低。一、氨基酸在茶树中的分布游离氨基酸以第一叶最高、茎木质部最低4茶氨酸在各组织（果实除外）含量都十分突出，以芽叶最高，第二、三及四五叶依次下降。茶氨酸在各组织（果实除外）含量都十分突出，以芽叶最高，第二、5不同等级茶叶中氨基酸含量也不相同。不同等级茶叶中氨基酸含量也不相同。6

茶树因施肥种类不同，氨基酸和酰胺的分配和积累有明显的差异：施用铵态氮肥初期，茶树体内谷氨酰胺的浓度急剧上升，茶树根部茶氨酸、精氨酸和谷氨酰胺的浓度也呈直线上升，但不久，除茶氨酸的浓度仍继续提高外，其它氨基酸都有所下降。这时，地上部分以精氨酸为主，根部主要是茶氨酸。硝态氮肥的用量与根部氨基酸类化合物的浓度不呈现上述关系。茶树因施肥种类不同，氨基酸和酰胺的分配和积累有明显的差异：7茶树中的茶氨酸代谢课件8

茶树氨基酸特别是茶氨酸的积累和分布也与其转移速度和利用速度有关。茶树氨基酸中以谷氨酸在茶树中利用最快，而茶氨酸贮存期长，因为茶氨酸由根部转移到叶部的速度和叶部利用的速度都比谷氨酰胺慢，新梢中的茶氨酸从萌发开始就具有较高的含量，随着新梢的生长一直保持较高的水平，这一点亦可看作茶氨酸在新梢中含量高的理由。茶树氨基酸特别是茶氨酸的积累和分布也与其转移速度和利用速度9

冬季茶树处于休眠期，茶氨酸和谷氨酰胺主要贮存在根部，精氨酸则贮存于地上部，谷氨酸在各器官中含量均较高。茶树根部贮存的养分在翌年春茶萌发时往新梢中运输，对新梢的生长发育起着较大的作用。冬季茶树处于休眠期，茶氨酸和谷氨酰胺主要贮存在根部，精氨酸10氨基酸的季节性变化规律明显，按氨基酸总量和茶氨酸表现出春高、秋低、夏居中的趋势，而精氨酸则相反。氨基酸的季节性变化规律明显，按氨基酸总量和茶氨酸表现出春高11茶氨酸在茶树中芽叶含量最高，第二、三及四五叶的含量依次下降。茶氨酸以春茶中的含量最高，夏茶和秋茶依次减少。在冬季茶树休眠期间茶氨酸在根中积累，以供来年春梢萌发之用。施用铵态氮肥有利于茶氨酸的积累。总的来说，茶氨酸分布有以下特点：茶氨酸在茶树中芽叶含量最高，第二、三及四五叶的含量依次下降。12一氨基酸在茶树中的分布二茶氨酸的生物合成

1.茶氨酸合成酶2.茶氨酸生物合成的先质（谷氨酸、乙胺）

三茶氨酸的分解代谢四茶氨酸的规模化发酵生产一氨基酸在茶树中的分布13二茶氨酸的生物合成

1.茶氨酸合成酶（theaninesynthase)二茶氨酸的生物合成1.茶氨酸合成酶（theanine14茶氨酸合成酶催化由L-谷氨酸和乙胺合成茶氨酸的反应。该酶最适pH为7.5左右，对Mg2+离子浓度有依赖性。茶氨酸合成酶的底物特异性很强，同样反应条件下，用D-谷氨酸、L-α-氨基己二酸或L-天冬氨酸替代L-谷氨酸均不能与乙胺反应生成茶氨酸。茶氨酸合成酶催化由L-谷氨酸和乙胺合成茶氨酸的反应。该酶最适152.茶氨酸生物合成的先质日本佐佐冈启等人的同位素实验结果表明，谷氨酸和乙胺可能是形成茶氨酸的直接先质。并且在生物合成中需要ATP的活化和镁离子的参与。此后，小西茂毅等研究表明茶氨酸是在茶树根部由乙胺与L-谷氨酸生物合成的。2.茶氨酸生物合成的先质16（1）茶根中，谷氨酸合成的途径及相关酶的性质

谷氨酸脱氢酶（GDH，glutamatedehydrogenase)催化还原氨基化反应合成谷氨酸

在谷氨酰胺合成酶/谷酰胺-α-酮戊二酸氨基转移酶（GS/GOGAT）：催化合成谷氨酸

（1）茶根中，谷氨酸合成的途径及相关酶的性质谷氨酸脱氢酶（17（1）茶根中，谷氨酸合成的途径及相关酶的性质

谷氨酸脱氢酶（GDH，glutamatedehydrogenase)催化还原氨基化反应合成谷氨酸

茶树利用铵态氮，形成茶氨酸等氨基酸和酰胺，首先要通过这一途径。

（1）茶根中，谷氨酸合成的途径及相关酶的性质谷氨酸脱氢酶（18

茶树根部的GDH在氨基化反应过程中，存在基质抑制现象，即当α-酮戊二酸浓度超过10mM、NH4+浓度超过0.3M时，酶活性受到抑制。在0.1M的Tris-HCL（pH8.0）中，该酶的最适反应pH为8.0，pH7.0和pH8.6时活性减半。说明该酶对pH敏感，阈值较窄。茶树根部的GDH在氨基化反应过程中，存在基质抑制现象，即19GDH催化氨基化反应，用NADH+H+做辅酶，比用NADPH+H+作辅酶，亲和性要强9倍。Zn2+、Ca2+、Mg2+等金属离子影响GDH的氨基化反应。添加适量的Ca2+、Mg2+能提高酶活性，当浓度超出一定范围时则对酶活性有抑制作用。Zn2+对此酶则表现明显的抑制作用。GDH催化氨基化反应，用NADH+H+做辅酶，比用NA20茶树具有喜铵性和耐铵性，尽管茶园施用较多量的铵态氮，但茶树根部存在高效率将铵态氮转变成谷氨酸的能力。高浓度的谷氨酸虽有抑制此酶催化氨基化的反应，但茶树能够很快地将体内的谷氨酸转换成谷氨酰胺，茶氨酸之类的酰胺或其它氨基酸，因而，消除了这种抑制。茶树具有喜铵性和耐铵性，尽管茶园施用较多量的铵态氮，但茶树根21这一研究结果，解释了在茶树吸收高浓度的铵态氮时，而茶根部谷氨酸浓度并不太高，而是大大地提高了茶氨酸和谷氨酰胺浓度的现象。也就是说，茶树根部吸收了铵态氮，但并不以L-谷氨酸的形态积累，而是很快地将谷氨酸转换成茶氨酸等酰胺类化合物。茶树中谷氨酸脱氢酶仍然可以继续催化氨基化反应。这一研究结果，解释了在茶树吸收高浓度的铵态氮时，而茶根部谷氨22在谷氨酰胺合成酶/谷酰胺-α-酮戊二酸氨基转移酶（GS/GOGAT）系作用下的合成谷氨酸途径

GS/GOGAT:glutaminesynthase/glutamine:2-oxoglutarateaminotransferase谷酰胺-α-酮戊二酸氨基转移酶，即谷氨酸合成酶在谷氨酰胺合成酶/谷酰胺-α-酮戊二酸氨基转移酶（GS/GO23研究认为，在高等植物内，这一GS/GOGAT途径可能是氮同化的主要途径。谷酰胺-α-酮戊二酸氨基转移酶，它与转氨酶不同，既催化转氨作用，又催化α-酮戊二酸的还原氨化，为了把它和一般转氨酶区别开来，又将它称为谷氨酸合成酶。现在一般称为GS／GOGAT途径。茶树是多年生的作物，又是一种喜铵性作物，耐铵性比一般植物强，多量施用铵态氮亦未见铵中毒的现象。特别引人注目的是茶树体内大量积累着茶树特有的酰胺—茶氨酸，那么茶树通过GS/GOGAT酶系对铵态氮的利用是肯定的。

研究认为，在高等植物内，这一GS/GOGAT途径可能是氮同化24用L-蛋氨酸-DL-亚砜基亚胺（谷酰胺合成酶和谷氨酸合成酶的抑制剂）处理茶实生苗后，发现茶苗根部合成氨基酸和酰胺的能力明显降低。同时发现用L-蛋氨酸-DL-亚砜基亚胺处理茶根，并不影响GDH（谷氨酸脱氢酶）的活性。说明抑制效应主要发生在对GS/GOGAT抑制作用上。谷氨酸脱氢酶（GDH)催化还原氨基化反应合成谷氨酸

谷氨酰胺合成酶（GS/GOGAT）：催化合成谷氨酸

用L-蛋氨酸-DL-亚砜基亚胺（谷酰胺合成酶和谷氨酸合成酶的25也就是说，茶根利用铵态氮合成氨基酸及其酰胺，是以GS/GOGAT系起着主导的作用。倘若此酶受到抑制时，根部茶氨酸等酰胺化合物的浓度便趋于下降。显然，抑制了茶树体内的GS／GOGAT酶系，就几乎抑制了茶树体内茶氨酸的生物合成。也就是说，茶根利用铵态氮合成氨基酸及其酰胺，是以GS/GOG26（2）茶氨酸生物合成的前导物—乙胺的代谢同位素标记研究表明，茶氨酸的乙胺部分是来自于丙氨酸的降解产物乙胺。茶根只要同时吸收L-丙氨酸和L-谷氨酸就可以合成L-茶氨酸。（2）茶氨酸生物合成的前导物—乙胺的代谢同位素标记研究表明27茶树体内，根和茶芽叶中都有茶氨酸合成酶，为何茶氨酸仅在茶根部合成？这是因为由L-丙氨酸脱羧形成乙胺的反应只能在根部进行，而不能在茎或其它器官中进行。茶树体内，根和茶芽叶中都有茶氨酸合成酶，为何茶氨酸仅在茶根部28茶树体内茶氨酸的合成途径

茶树体内茶氨酸的合成途径29一氨基酸在茶树中的分布二茶氨酸的生物合成

1.茶氨酸合成酶2.茶氨酸生物合成的先质（谷氨酸、乙胺）

三茶氨酸的分解代谢四茶氨酸的规模化发酵生产一氨基酸在茶树中的分布30三茶氨酸的分解代谢

茶树体内，茶氨酸的降解，有它独特的地方。首先是酰胺键酶促水解，而不是马上脱胺或脱羧。水解生成谷氨酸和乙胺，生成的乙胺，部分地参与儿茶素的合成。研究表明茶氨酸的降解代谢与光照有关，遮荫叶片茶氨酸含量高，这是因为弱光对茶氨酸的分解有抑制作用，从而抑制了茶氨酸向儿茶素的转化，使茶氨酸得以积累，这对提高茶叶品质有重要作用。三茶氨酸的分解代谢茶树体内，茶氨酸的降解，有它独特的地31茶氨酸降解生成的乙胺，在茶树中进一步如何代谢，研究还不够。不过从植物生化的研究表明，植物体内存在有胺氧化酶，使乙胺氧化生成乙醛。乙醛一般可氧化变成乙酸，乙酸可进入三羧循环，或进行其他转化。如乙酸可进行烯醇化产生乙烯醇。三分子乙烯醇聚合(脱氢……)可生成间苯三酚和邻苯二酚，再进一步转化生成儿茶素和没食子儿茶素。茶氨酸降解生成的乙胺，在茶树中进一步如何代谢，研究还不够。不32四茶氨酸的规模化发酵生产

茶氨酸虽然为茶树独有的氨基酸，而利用微生物发酵方法大规模合成L-茶氨酸已成为现实。1993年，日本报道了用k-甲叉菜胶固定一种硝酸还原假单胞z细菌IF012694（Pseudomonasnitroreducens）大规模生产茶氨酸。四茶氨酸的规模化发酵生产茶氨酸虽然为茶树独有的氨基酸，而33用于合成茶氨酸的硝酸还原假单胞Z细菌的细胞固定化

用于合成茶氨酸的硝酸还原假单胞Z细菌的细胞固定化34①L-谷氨酰胺，②乙胺，③送液泵，*1恒温循环水

利用固定化细胞填装的反应器生产茶氨酸①L-谷氨酰胺，②乙胺，③送液泵，*1恒温循环水35本节小结茶氨酸是茶叶的特征性成分之一，占茶叶整个游离氨基酸的70%以上。在茶树中芽叶含量最高，第二、三及四五叶的含量依次下降。同时，以春茶中的含量最高，夏茶和秋茶依次减少。在冬季茶树休眠期间茶氨酸逐步积累，以供来年春梢萌发之用。施用铵态氮肥有利于茶氨酸的积累。茶树体内茶氨酸的分布本节小结茶氨酸是茶叶的特征性成分之一，占茶叶整个游离氨基酸的36茶氨酸是在茶树根部由茶氨酸合成酶催化L-谷氨酸和乙胺合成而来。茶氨酸的生物合成茶氨酸是在茶树根部由茶氨酸合成酶催化L-谷氨酸和乙胺合成而来37茶氨酸的前体谷氨酸主要是在谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶（GS/GOGAT）体系中生物合成而来。茶氨酸的前体谷氨酸主要是在谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶（GS38谷氨酸的来源还存在一个次要合成途径，即在谷氨酸脱氢酶作用下，由α-酮戊二酸加氨合成。茶氨酸的另一前体乙胺是在丙氨酸脱羧酶作用下由丙氨酸脱羧反应而成。由于丙氨酸脱羧酶只存在于茶树根部，尽管