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1、鸟氨酸生物合成过程及其调 控方式,班级：生工1202 学号：1202140214 姓名：李晓雯,1,什么是鸟氨酸？,L-鸟氨酸结构式,鸟氨酸，分子式：H2NCH2CH2CH2CH(NH2)COOH，是一种碱性氨基酸。 不属于组成蛋白质的20种氨基酸。 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磷酸，瓜氨酸再转化为精氨酸，精氨酸再裂解为尿素和鸟氨酸，其在代谢上具有重要的作用。 在生物体内与精氨酸、谷氨酸、脯氨酸能相互转变，可与-酮酸、乙醛酸进行氨基转移，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。 别名：L-鸟氨酸,2,两种途径,大肠杆菌及枯草杆
2、菌的鸟氨酸生物合成途径 谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径,3,大肠杆菌及枯草杆菌的鸟氨酸生物合成途径及调节机制,N-乙酰谷氨酸合成酶 N-乙酰谷氨酸激酶 N-乙酰谷氨酸-半醛脱氢酶 N-乙酰鸟氨酸转氨酶 N-乙酰鸟氨酸酶 鸟氨酸氨甲酰基转移酶 精氨琥珀酸合成酶 精氨琥珀酸酶,4,谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径,N-乙酰谷氨酸合成酶; N-乙酰谷氨酸激酶; N-乙酰谷氨酸半醛脱氢酶; N-乙酰鸟氨酸转氨酶; N-乙酰谷氨酸-乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶; N-鸟氨酸氨甲酰基转移酶; N-精氨琥珀酸合成酶; N-精氨琥珀酸裂解酶。,5,两种途径的区别,两种途径由谷氨酸合成N-乙酰谷氨酸, 由N-乙酰鸟氨酸
3、生成鸟氨酸过程中： 大肠杆菌合成途径是由酰基转移酶N-乙酰谷氨酸合成酶、N-乙酰鸟氨酸酶分别催化。 谷氨酸棒杆菌合成途径由N-乙酰鸟氨酸生成鸟氨酸却是由N-乙酰谷氨酸-乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶的共轭反应所催化。,6,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 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生产鸟氨酸。 限制精氨酸的供应：关键酶：N-乙酰谷氨酸激酶，此酶受L-精氨酸的显著抑制，因此需要仔细控制精氨酸浓度在较低水平来使鸟氨酸高产。 采用连续补入精氨酸的方法。,7,发酵温度：25 40 ，不同微生物的最佳发酵温度不同，一般为37 。 通气量：摇瓶试验可根据装液量或封口
4、纱布的层数来估计通气量，不同菌种需要设计单因素试验确定装液量。 发酵pH：发酵pH 既要有利于菌体的生长，还要有利于鸟氨酸的积累。一般为pH6 pH9。发酵过程中pH 不断降低，故需添加尿素或氨水调节发酵液的pH。不同菌种需设计单因素试验确定最适pH。 接种量:一般接种量为发酵液的5 %。30 mL 发酵液中可接斜面种子1 环。不同菌种需设计单因素试验确定最佳接种量。 发酵时间:发酵时间一般为1 d 7 d。不同菌种需设计单因素试验确定最佳发酵时间。 精氨酸的添加量：鸟氨酸的生产菌一般为精氨酸缺陷型，不能合成精氨酸，只有加入适量精氨酸才能使菌体生长、使鸟氨酸的合成连续进行。不同菌种需设计单因素
5、试验确定精氨酸的最佳添加量。,8,瓜氨酸、精氨酸、鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,鸟氨酸,9,鸟氨酸循环,又叫尿素循环或Krebs-Henseleit循环 部位：肝细胞的线粒体和胞液,10,尿素合成的鸟氨酸循环学说,实验步骤： 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。 若加入少量精氨酸、鸟氨酸或瓜氨酸，则尿素生成和产量都有所增加。 实验推论： 从三种氨基酸的结构分析，鸟氨酸可能是瓜氨酸的前体，而瓜氨酸又是精氨酸的前体。 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和尿素。 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。 实
6、验结果：提出鸟氨酸循环合成尿素的学说，即尿素循环。,11,鸟氨酸循环的详细步骤,氨基甲酰磷酸的合成 瓜氨酸的合成 精氨酸代琥珀酸的生成 精氨酸的生成 尿素的生成,12,氨基甲酰磷酸的合成,在镁离子，ATP及N-乙酰谷氨酸（AGA）存在下，氨与CO2可在氨基甲酰磷酸合成酶I（CPS-I）的催化下，合成氨基甲酰磷酸。,此反应不可逆，消耗2分子ATP，并需AGA作为CPS-I的变构激活剂。 这步反应在肝线粒体内进行。,13,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（OCT）能催化氨基甲酰磷酸与鸟氨酸缩合成瓜氨酸，此反应也不可逆。,14,精氨酸代琥珀酸的生成,瓜氨酸在线粒体合成以后，即被转
7、移到胞液，在胞液中的精氨酸代琥珀酸合成酶的催化下，与天冬氨酸反应生成精氨酸代琥珀酸，此反应也需要ATP供能。,15,精氨酸的生成,在精氨酸代琥珀酸裂解酶的催化下，精氨酸代琥珀酸裂解成精氨酸和延胡索酸。,16,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，鸟氨酸可通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。,17,总反应式,18,尿素生物合成过程,线粒体,胞液,19,尿素合成的调节,CPS-I的调节：AGA是CPS-I的变构激活剂，它是谷氨酸和乙酰辅酶A经AGA合成酶催化而生成。精氨酸是AGA合成酶的激活剂。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。 精氨酸代
8、琥珀酸合成酶的调节：尿素合成酶系中共有5种酶，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，可调节尿素合成速度。 谷氨酸促进尿素合成：在线粒体中谷氨酸的氧化脱氨，为氨基甲酰磷酸的合成提供氨，生成的-酮戊二酸既可进入三羧酸循环氧化，为尿素合成提供ATP，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。 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，尿素合成速度减慢。,20,尿素合成可通过延胡索酸与三羧酸循环联系起来。延胡索酸通过三羧酸循环再转变成草酰乙酸，草酰乙酸又再生成天冬氨酸，不断的向尿素合成提供氨基。 因此，尿素合成依赖三羧酸循环的正常进行而运行。,21,THANK YOU!,22,
