氨的同化及氨基酸的生物合成课件.ppt

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1、关于氨的同化及氨基酸的生物合成第1页，此课件共47页哦基本要求：基本要求：（1 1）掌握氨的同化、各族氨基酸的合成）掌握氨的同化、各族氨基酸的合成（2 2）了解一碳基团代谢）了解一碳基团代谢教学重点及难点：教学重点及难点：（1 1）各族氨基酸的合成）各族氨基酸的合成第2页，此课件共47页哦本章内容：本章内容：氮素循环生物固氮硝酸还原作用氨的同化氨的同化氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成第3页，此课件共47页哦一、氮循环一、氮循环自自然然界界中中的的不不同同氮氮化化物物经经常常发发生生互互相相转转化化，形形成成一一个氮素循环个氮素循环(nitrogen cycle)(nitrogen cycle)

2、。生生物物界界氮氮代代谢谢是是自自然然界界氮氮循循环环的的主主要要因因素素。在在自自然然界界氮氮循循环环中中，还还包包括括工工业业固固氮氮和和大大气气固固氮氮(如如闪闪电电)等等把把N N2 2转转变变为为氨氨和和硝硝酸酸盐盐的的过过程程。生生物物固固氮氮约约占占总固氮总固氮2/32/3，工业或其他途径占，工业或其他途径占1/31/3。土土壤壤中中含含量量丰丰富富硝硝化化细细菌菌氧氧化化氨氨形形成成NO3NO3,土土壤壤中中几几乎乎所有氨都转化成硝酸盐的过程称为所有氨都转化成硝酸盐的过程称为硝化作用硝化作用。第4页，此课件共47页哦第5页，此课件共47页哦二、生物固氮二、生物固氮生生物物固固氮

3、氮(biological(biological nitrogen nitrogen fixation)fixation)是是微微生生物物及及藻藻类类通通过过自自身身的的固固氮氮酶酶复复合合物物把把分分子子氮氮变变成成氨氨的的过程。过程。1910年Fritz Haber提出的作用条件在工业氮肥生产中一直沿用至今。500高温和30MPa条件下,用铁催化使H2还原N2成氨。N2+3H22NH3固氮能量耗费大,而且污染环境,因此大力发展生物固氮对增加农作物氮肥来源有重大意义。第6页，此课件共47页哦1.固氮生物的类型：固氮生物的类型：自生固氮微生物：独立生活时能使气态氮固定为自生固氮微生物：独立生活时

4、能使气态氮固定为NH3的的少数微生物。少数微生物。共共生生固固氮氮微微生生物物：具具有有固固氮氮能能力力的的，与与植植物物形形成成共共生生关关系系的微生物。植物为其提供碳源，其为植物提供直接氮源。的微生物。植物为其提供碳源，其为植物提供直接氮源。利用光能还原氮气利用光能还原氮气 利用化学能固氮利用化学能固氮第7页，此课件共47页哦2.2.固氮酶复合物固氮酶复合物生生物物固固氮氮过过程程由由固固氮氮酶酶复复合合物物完完成成。固固氮氮酶酶复复合合物物由由还还原酶（铁蛋白）和固氮酶（钼铁蛋白）组成。原酶（铁蛋白）和固氮酶（钼铁蛋白）组成。第8页，此课件共47页哦生物固氮的总反应为：生物固氮的总反应为

5、：N N2 2+8e+8e +16ATP+16H+16ATP+16H2 2O+8HO+8H+2NH 2NH3 3+H+H2 2+16ADP+16Pi+16ADP+16Pi固氮过程共有固氮过程共有1616个个ATPATP被水解。被水解。第9页，此课件共47页哦三、硝酸还原作用三、硝酸还原作用绝绝大大部部分分植植物物吸吸收收的的氮氮素素来来自自土土壤壤,主主要要有有硝硝酸酸盐盐(NO3(NO3),),亚亚硝硝酸酸盐盐(NO2(NO2),),铵铵盐盐(NH4+)(NH4+)。其其中中最最易易吸吸收的是收的是硝态氮硝态氮。植植物物只只有有将将吸吸收收的的硝硝态态氮氮转转变变为为氨氨态态氮氮才才能能被被

6、自自身身利利用用，这这一一转转变变过过程程称称成成氨氨作作用用。该该过过程程是是在在硝硝酸酸还还原原酶酶和和亚亚硝硝酸酸还还原原酶酶催催化化下下完完成成的的。硝硝酸酸盐盐的的还还原原，在植物的根和叶内都可以进行，但以在植物的根和叶内都可以进行，但以叶内还原叶内还原为主。为主。第10页，此课件共47页哦硝酸还原酶是硝酸还原酶是诱导酶诱导酶当当将将水水稻稻幼幼苗苗培培养养在在含含硝硝酸酸盐盐的的溶溶液液中中时时，幼幼苗苗体体内内便便诱诱导导形形成成硝硝酸酸还还原原酶酶;若若用用不不含含硝硝酸酸盐盐的的培培养养液液时时,则则幼苗内不含硝酸还原酶。幼苗内不含硝酸还原酶。同同样样在在土土壤壤中中增增施施

7、硝硝酸酸盐盐氮氮肥肥时时，往往往往测测到到作作物物体体内内硝硝酸还原酶的活性增高，作物蛋白质含量也随之而增加。酸还原酶的活性增高，作物蛋白质含量也随之而增加。光光照照对对硝硝酸酸还还原原酶酶活活性性有有很很大大影影响响，酶酶活活性性随随光光照照强强度度增增大大而而升升高高，在在遮遮荫荫或或黑黑暗暗中中则则活活性性减减小小,原原因因在在于于光光合合产产物物的的氧氧化化为为NONO3 3 还还原原提提供供所所需需的的NADHNADH及及还还原原型铁氧还蛋白型铁氧还蛋白(Fd(Fdredred)。第11页，此课件共47页哦四、氨的同化四、氨的同化氮素循环中，生物固氮和硝酸盐还原形成无机态氮素循环中，

8、生物固氮和硝酸盐还原形成无机态NH3NH3，进一步，进一步NH3NH3便被同化转变成含氮有机物。便被同化转变成含氮有机物。所所 有有 生生 物物 基基 本本 上上 都都 通通 过过 GluGlu脱脱 氢氢 酶酶(glutamate(glutamate dehydrogenase)dehydrogenase)或或GlnGln合合成成酶酶(glutamin(glutamin synthetase)synthetase)催化形成催化形成GluGlu和和GlnGln的方式同化氨。的方式同化氨。GluGlu和和GlnGln中中的的氮氮，通通过过进进一一步步生生化化反反应应形形成成其其他他有有机机含氮化合

9、物。含氮化合物。第12页，此课件共47页哦1.1.谷氨酰胺，谷氨酸合成谷氨酰胺，谷氨酸合成第13页，此课件共47页哦生生物物体体内内GluGlu主主要要通通过过GlnGln合合成成酶酶和和GluGlu合合酶酶的的双双酶酶途途径径合合成成。GluGlu脱脱氢氢酶酶存存在在于于所所有有生生物物，主主要要参参与与AAAA的的降降解解代代谢。谢。第14页，此课件共47页哦2.2.氨甲酰磷酸的合成氨甲酰磷酸的合成有有2 2种酶能够催化种酶能够催化NH3NH3、CO2CO2、ATPATP共同作用合成氨甲酰磷酸。共同作用合成氨甲酰磷酸。式中的氨来自谷氨酰胺。式中的氨来自谷氨酰胺。氨甲酰激酶氨甲酰激酶氨甲酰磷

10、酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶第15页，此课件共47页哦五、氨基酸的生物合成五、氨基酸的生物合成第16页，此课件共47页哦1.1.丙氨酸族氨基酸的合成丙氨酸族氨基酸的合成丙氨酸族氨基酸包括：丙氨酸丙氨酸族氨基酸包括：丙氨酸AlaAla，缬氨酸，缬氨酸ValVal，亮氨，亮氨酸酸LeuLeu。碳架来源是糖酵解生成的碳架来源是糖酵解生成的丙酮酸丙酮酸。AlaLeuVal第17页，此课件共47页哦第18页，此课件共47页哦2.2.丝氨酸族氨基酸的合成丝氨酸族氨基酸的合成丝氨酸族氨基酸包括：丝氨酸丝氨酸族氨基酸包括：丝氨酸SerSer，甘氨酸，甘氨酸GlyGly，半胱，半胱氨酸氨酸CysCys。碳架来源是碳

11、架来源是已醛酸已醛酸或或3-3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸PGAPGA。SerCysGly第19页，此课件共47页哦第20页，此课件共47页哦第21页，此课件共47页哦第22页，此课件共47页哦3.3.谷氨酸族氨基酸的合成谷氨酸族氨基酸的合成丝氨酸族氨基酸包括：谷氨酸丝氨酸族氨基酸包括：谷氨酸GluGlu，谷氨酰胺，谷氨酰胺GlnGln，脯氨酸脯氨酸ProPro，精氨酸，精氨酸ArgArg。碳架来源是三羧酸循环中的碳架来源是三羧酸循环中的-酮戊二酸酮戊二酸。第23页，此课件共47页哦ArgGluGlnPro第24页，此课件共47页哦第25页，此课件共47页哦第26页，此课件共47页哦第27页，此课件

12、共47页哦4.4.天冬氨酸族氨基酸的合成天冬氨酸族氨基酸的合成包包括括：天天冬冬氨氨酸酸AspAsp，天天冬冬酰酰胺胺AsnAsn，赖赖氨氨酸酸LysLys，苏苏氨氨酸酸Thr,Thr,异亮氨酸异亮氨酸IleIle，甲硫氨酸，甲硫氨酸MetMet。碳架来源是三羧酸循环中的碳架来源是三羧酸循环中的草酰乙酸或延胡索酸草酰乙酸或延胡索酸。第28页，此课件共47页哦AspAsnLysThr第29页，此课件共47页哦IleMet第30页，此课件共47页哦在在某某些些植植物物体体内内，也也可可通通过过类类似似于于-酮酮戊戊二二酸酸的的还还原原性性氨氨基化反应基化反应,使使OAAOAA与谷氨酰胺直接作用与谷

13、氨酰胺直接作用,生成生成AspAsp。第31页，此课件共47页哦在微生物体内，在微生物体内，AsnAsn在天冬酰胺合成酶催化下进行。在天冬酰胺合成酶催化下进行。在某些高等植物中，天冬酰胺合成酶以在某些高等植物中，天冬酰胺合成酶以GlnGln为氨基供体。为氨基供体。第32页，此课件共47页哦第33页，此课件共47页哦第34页，此课件共47页哦第35页，此课件共47页哦第36页，此课件共47页哦5.5.组氨酸和芳香族氨基酸的合成组氨酸和芳香族氨基酸的合成包包括括：组组氨氨酸酸HisHis，酪酪氨氨酸酸TyrTyr，色色氨氨酸酸TrpTrp，苯苯丙丙氨氨酸酸PhePhe。组氨酸碳架主要来自磷酸戊糖途

14、径中间产物组氨酸碳架主要来自磷酸戊糖途径中间产物核糖核糖-5-5-磷酸磷酸。芳芳香香氨氨基基酸酸碳碳架架来来自自磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径中中间间产产物物赤赤藓藓糖糖-4-4-磷磷酸酸和和糖糖酵酵解解中中间间产产物物磷磷酸酸烯烯醇醇式式丙丙酮酮酸酸PEPPEP。两两者者化化合合后后经经几几步步反反应应生生成成莽莽草草酸酸(shikimic(shikimic acid)acid)，再再由由莽莽草草酸酸生生成成芳芳香香氨氨基基酸酸和和其其他他多多种种芳芳香香族族化化合合物物，称称为为莽莽草草酸途径酸途径。第37页，此课件共47页哦第38页，此课件共47页哦第39页，此课件共47页哦第40页，此课件共

15、47页哦第41页，此课件共47页哦第42页，此课件共47页哦六、一碳单位代谢六、一碳单位代谢在代谢过程中，某些化合物可以分解产生具有一个在代谢过程中，某些化合物可以分解产生具有一个碳原子的基团，称为碳原子的基团，称为“一碳基团一碳基团”或或“一碳单位一碳单位”。一碳基团转移酶辅酶：四氢叶酸一碳基团转移酶辅酶：四氢叶酸(FH4)(FH4)重要的活化甲基供体：重要的活化甲基供体：S-S-腺苷甲硫氨酸腺苷甲硫氨酸(SAM)(SAM)常见的一碳基团：常见的一碳基团：亚氨甲基亚氨甲基 CH=NH 甲酰基甲酰基 CHO 羟甲基羟甲基 CH2OH 甲基甲基 CH3 亚甲基亚甲基 CH2 次甲基次甲基 CH=

16、第43页，此课件共47页哦四氢叶酸（四氢叶酸（FHFH4 4或或THFATHFA）四四氢氢叶叶酸酸HH10105 5第44页，此课件共47页哦第45页，此课件共47页哦一碳基团的来一碳基团的来源与转变源与转变S-S-腺苷蛋氨酸腺苷蛋氨酸N N5 5-CH-CH3 3-FH-FH4 4N N5 5，N N10 10-CHCH2 2-FH-FH4 4N N5 5，N N10 10=CH-FH=CH-FH4 4 N N10 10-CHO-FH-CHO-FH4 4N N5 5，N N10 10-CH-CH2 2-FH-FH4 4还原酶还原酶N N5 5，N N10 10-CH-CH2 2-FH-FH4 4脱氢酶脱氢酶环水化酶环水化酶 丝丝氨酸氨酸 组氨酸组氨酸甘氨酸甘氨酸参与参与 甲基化甲基化反应反应为为胸腺嘧啶胸腺嘧啶合成提合成提供供甲基甲基参与参与嘌呤嘌呤合成合成FHFH4 4FHFH4 4FHFH4 4 HCOOHHCOOHH H2 2O ONADNAD+NDAH+HNDAH+H+NADNAD+NDAH+HNDAH+H+H H+参与参与嘌呤嘌呤合成合成第46页，此课件共47页哦感谢大家观看第47页，此课件共47页哦