氨的同化及氨基酸的生物合成精选课件.ppt

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1、关于氨的同化及氨基酸的生物合成第一页，本课件共有47页基本要求：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二页，本课件共有47页本章内容：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三页，本课件共有47页一、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总固固氮氮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,土土壤壤中几乎所有氨都转化成硝酸盐的过程称为中几乎所有氨都转化成硝酸盐的过程称为硝化作用硝化作用。第四页，本课件共有47页第五页，本课件共有47页二、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。第六页，本课件共有47页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的微微生生物物。植植物物为为其其提提供供碳碳源源，其其为为植植物物提提供直接氮源。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七页，本课件共有47页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原酶（铁蛋白）和固氮酶（钼铁蛋白）组成。还原酶（铁蛋白）和固氮酶（钼铁蛋白）组成。第八页，本课件共有47页生物固氮的总反应为：生物固氮的总反应为：N

5、 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。第九页，本课件共有47页三、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自自

6、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，在在植植物的根和叶内都可以进行，但以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。第十页，本课件共有47页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液时养液时,则幼苗内不含硝酸还原酶。则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硝硝酸

7、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酸还还原原酶酶的的活活性性增增高高，作作物物蛋蛋白白质质含含量量也也随随之之而而增增加。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及及还原型铁氧还蛋白还原型铁氧还蛋白(Fd(Fdredred)。第十一页，本课件共有47页四、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，生物固氮

8、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机含氮化合物。有机含氮化合物。第十二页，本课件

9、共有47页1.1.谷氨酰胺，谷氨酸合成谷氨酰胺，谷氨酸合成第十三页，本课件共有47页生生物物体体内内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的的降降解代谢。解代谢。第十四页，本课件共有47页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共同作用合成氨甲酰磷酸。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酸合成酶氨甲酰磷酸合成酶第十五页

10、，本课件共有47页五、氨基酸的生物合成五、氨基酸的生物合成第十六页，本课件共有47页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，亮氨酸亮氨酸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第十七页，本课件共有47页第十八页，本课件共有47页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。碳架来源是碳架来源是已醛酸已醛酸或或3-3-磷

11、酸甘油酸磷酸甘油酸PGAPGA。SerCysGly第十九页，本课件共有47页第二十页，本课件共有47页第二十一页，本课件共有47页第二十二页，本课件共有47页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。第二十三页，本课件共有47页ArgGluGlnPro第二十四页，本课件共有47页第二十五页，本课件共有47页第二十六页，本课件共有47页第二十七页，本课件共有47页4.4.天

12、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。第二十八页，本课件共有47页AspAsnLysThr第二十九页，本课件共有47页IleMet第三十页，本课件共有47页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氨酰胺直接作用,

13、生成生成AspAsp。第三十一页，本课件共有47页在微生物体内，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。第三十二页，本课件共有47页第三十三页，本课件共有47页第三十四页，本课件共有47页第三十五页，本课件共有47页第三十六页，本课件共有47页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。组组氨氨酸酸碳碳架架主主要要来来

14、自自磷磷酸酸戊戊糖糖途途径径中中间间产产物物核核糖糖-5-5-磷磷酸酸。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，称为物，称为莽草酸途径莽草酸途径。第三十七页，本课件共有47页第三十八页，本课件共有47页第三十九页，本课件共有47页第四十页，本课

15、件共有47页第四十一页，本课件共有47页第四十二页，本课件共有47页六、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，称为个碳原子的基团，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

16、 CH=第四十三页，本课件共有47页四氢叶酸（四氢叶酸（FHFH4 4或或THFATHFA）四四氢氢叶叶酸酸HH10105 5第四十四页，本课件共有47页第四十五页，本课件共有47页一碳基团的一碳基团的来源与转变来源与转变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合成提供提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四十六页，本课件共有47页感谢大家观看第四十七页，本课件共有47页