第十章 氨基酸代謝.ppt

第十章氨基酸代謝 本章主要內(nèi)容 第一節(jié)蛋白酶類及蛋白質(zhì)的酶促降解第二節(jié)氨基酸的一般代謝第三節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的生化機(jī)理第四節(jié)糖 脂肪 蛋白質(zhì)代謝的相互轉(zhuǎn)化 教學(xué)目標(biāo) 1 了解蛋白酶的分類2 掌握氨基酸分解代謝的公共途徑 3 掌握個(gè)別氨基酸代謝在發(fā)酵生產(chǎn)實(shí)踐中的應(yīng)用 4 了解谷氨酸生產(chǎn)菌的生化特點(diǎn)及影響谷氨酸發(fā)酵因素 5 了解三大營養(yǎng)物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化 概述 氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)分子的基本單位 蛋白質(zhì)的分解代謝首先要在酶的催化下水解為氨基酸 而后氨基酸各自進(jìn)行分解代謝 或轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌镔|(zhì)或參與新的蛋白質(zhì)的合成 氨基酸代謝是蛋白質(zhì)代謝的中心內(nèi)容 第一節(jié)蛋白酶類及蛋白質(zhì)的酶促降解 一 蛋白酶的分類 1 按其分布分類 2 按其來源分類 3 按酶作用的最適pH值分類 4 按其酶切位點(diǎn)分類 從內(nèi)部水解肽鏈 將肽鏈切割成短肽 二肽酶可以水解由任何兩種氨基酸組成的二肽 從肽鏈N 末端開始水解肽鍵 每次水解下一個(gè)氨基酸 從肽鏈C 端開始水解肽鍵 每次也水解下一個(gè)氨基酸 二 蛋白質(zhì)的酶促降解 是指生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)在多種酶的催化下水解 蛋白質(zhì)分子中的肽鍵斷裂 最后生成氨基酸的過程 概念 外源蛋白質(zhì)的消化過程是各種胞外蛋白酶協(xié)同催化水解的過程 內(nèi)源蛋白質(zhì)的降解 是靠細(xì)胞內(nèi)溶酶體中的各種蛋白酶催化 第二節(jié)氨基酸的一般代謝一 氨基酸的脫氨基作用 一 氧化脫氨基作用 二 非氧化脫氨 三 轉(zhuǎn)氨作用 四 聯(lián)合脫氨 氨基酸脫去氨基的作用 叫脫氨基作用 是氨基酸在體內(nèi)分解的主要方式 脫氨基作用有如下幾種方式 一 氧化脫氨基作用 氨基酸在酶的催化下 氧化生成相應(yīng)的 酮酸 同時(shí)釋放出游離氨 這一過程稱為氧化脫氨基作用 以FMN或FAD為輔基 需要O2 以NAD P 為輔酶 不需O2 催化這一反應(yīng)的酶有兩大類 二 非氧化脫氨 1 還原脫氨基 2 分解脫氨基 3 脫水脫氨基 4 脫巰基脫氨基 5 水解脫氨基 6 氧化還原偶聯(lián)脫氨基 某些氨基酸可以通過非氧化反應(yīng)脫掉氨基生成相應(yīng)的 酮酸 作用方式有以下幾種 三 轉(zhuǎn)氨作用 轉(zhuǎn)氨作用是指在轉(zhuǎn)氨酶催化下將 氨基酸的氨基轉(zhuǎn)給另一個(gè) 酮酸 生成相應(yīng)的 酮酸和一種新的 氨基酸的過程 催化轉(zhuǎn)氨反應(yīng)的酶稱為轉(zhuǎn)氨酶 以磷酸吡哆醛作輔酶 三 轉(zhuǎn)氨作用 2 轉(zhuǎn)氨基作用是聯(lián)合脫氨基作用的重要組成部分 加速了體內(nèi)氨的轉(zhuǎn)變和運(yùn)輸 使機(jī)體糖代謝 脂代謝和氨基酸代謝互相聯(lián)系 體內(nèi)絕大多數(shù)氨基酸通過轉(zhuǎn)氨基作用脫氨 人體重要的轉(zhuǎn)氨酶是谷草轉(zhuǎn)氨酶 GOT AST 和谷丙轉(zhuǎn)氨酶 GPT ALT 轉(zhuǎn)氨基作用的生理意義 1 通過轉(zhuǎn)氨作用可以調(diào)節(jié)體內(nèi)非必需氨基酸的種類和數(shù)量 以滿足體內(nèi)蛋白質(zhì)合成時(shí)對(duì)非必需氨基酸的需求 四 聯(lián)合脫氨 聯(lián)合脫氨基作用是借助酶活力強(qiáng)的轉(zhuǎn)氨酶與脫氫酶聯(lián)合作用 以提高其他氨基酸脫氨效率 它是一種間接的脫氨基作用 聯(lián)合脫氨基作用是體內(nèi)主要的脫氨方式 主要有兩種反應(yīng)途徑 A L 谷氨酸脫氫酶和轉(zhuǎn)氨酶聯(lián)合脫氨基 四 聯(lián)合脫氨 B 嘌呤核苷酸循環(huán)聯(lián)合脫氨基作用 骨骼肌和心肌中含豐富的腺苷酸脫氨酶 能催化腺苷酸加水 脫氨生成次黃嘌呤核苷酸 IMP 二 氨基酸的脫羧基作用 氨基酸在脫羧酶的催化下脫去羧基 生成伯胺和CO2 氨基酸脫羧酶的專一性很強(qiáng) 這一性質(zhì)被用來測定發(fā)酵液中某種氨基酸的含量 脫羧基作用不是體內(nèi)氨基酸分解主要方式 但可生成有重要生理功能的胺 如 氨基丁酸對(duì)中樞神經(jīng)有抑制作用 組胺是強(qiáng)烈的血管舒張劑等 三 氨基酸的脫氨基 羧基作用 某些微生物能使氨基酸同時(shí)脫氨脫羧 生成少一個(gè)碳原子的伯醇 釋放出氨和二氧化碳 這類反應(yīng)是白酒與酒精發(fā)酵中生成雜醇油的主要反應(yīng) 四 氨基酸的脫氨 脫羧產(chǎn)物的進(jìn)一步代謝 脫氨作用 生成 酮酸 氨 脫羧作用 生成胺 二氧化碳 脫氨 脫羧作用 生成醇 氨 二氧化碳 一 酮酸的代謝 1 經(jīng)還原氨基化或轉(zhuǎn)氨基作用重新合成氨基酸 2 進(jìn)入EMP或TCA循環(huán)氧化生成水和二氧化碳 3 轉(zhuǎn)變?yōu)樘呛椭?如丙酮酸 琥珀酸 延胡索酸 酮戊二酸等 氨基酸降解后產(chǎn)生的 酮酸通過 糖原異生作用 可轉(zhuǎn)變?yōu)樘穷?而降解產(chǎn)物乙酰CoA逆 氧化途徑轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅?再并可進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)橹?根據(jù)氨基酸代謝產(chǎn)物的去向可將其分為下列三種 只能生成乙酰CoA或乙酰乙酸的氨基酸均為生酮氨基酸 凡能生成丙酮酸或三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物的氨基酸均為生糖氨基酸 凡能生成丙酮酸或三羧酸循環(huán)中間產(chǎn)物同時(shí)能生成乙酰CoA或乙酰乙酸者為生糖兼生酮氨基酸 氨基酸碳骨架的去路 二 氨的代謝 1 直接從尿中排出 2 合成谷氨酰胺和天冬酰胺貯存?zhèn)溆?3 合成非必需氨基酸及其它含氮化合物 4 合成尿素 尿素是高等動(dòng)物重要的解毒方式 在高等動(dòng)物中 氨和二氧化碳利用鳥氨酸通過環(huán)式代謝合成尿素后即排出體外 該環(huán)式代謝稱鳥氨酸循環(huán) 天冬氨酸 胞液 鳥氨酸循環(huán) 2ATP HCO3 NH3 鳥氨酸 三 CO2去路 四 胺的去路 大部分CO2直接排到細(xì)胞外 小部分可通過丙酮酸羧化支路被固定 生成草酰乙酸或蘋果酸 作為TCA的回補(bǔ)反應(yīng) 在胺氧化酶的作用下氧化脫氨生成醛和氨 醛被氧化成有機(jī)酸 再經(jīng)過 氧化 生成乙酰CoA 乙酰CoA進(jìn)入三羧酸循環(huán) 被徹底氧化 第三節(jié)發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的生化機(jī)理 一 谷氨酸生物合成途徑 酮戊二酸 NH3 二 谷氨酸生產(chǎn)菌需要具備的生理 生化特點(diǎn) 在生產(chǎn)上常通過控制培養(yǎng)基中生物素濃度來提高細(xì)胞膜通透性 或者加入表面活性劑 如吐溫 提高細(xì)胞膜通透性 1 酮戊二酸脫氫酶缺失或活力極低 以積累 酮戊二酸 3 有回補(bǔ)反應(yīng)能力 從而保證菌株正常生長 4 細(xì)胞膜通透性強(qiáng) 能及時(shí)將谷氨酸分泌到細(xì)胞外 以降低的反饋抑制作用 2 谷氨酸脫氫酶活力高 能及時(shí)將 酮戊二酸轉(zhuǎn)化為谷氨酸 谷氨酸菌生化代謝特征 葡萄糖 三 環(huán)境對(duì)谷氨酸發(fā)酵的影響 1 溫度 谷氨酸生產(chǎn)菌最適生長的溫度在30 32 范圍 Glu最適合成溫度在34 37 之間 生產(chǎn)上多采用多段控制溫度 在不同的生產(chǎn)時(shí)間段內(nèi)發(fā)酵溫度不同 2 pH值 pH控制在7 0 7 2之間 3 溶解氧 谷氨酸發(fā)酵是典型的通風(fēng)發(fā)酵 如供氧不足則會(huì)生成乳酸和 酮戊二酸 4 生物素濃度 生物素是谷氨酸生產(chǎn)菌種的生長因子 谷氨酸發(fā)酵最適的生物素濃度隨菌種 碳源種類和濃度以及供氧條件不同而不同 5 糖濃度 一般控制發(fā)酵液糖度保持在較低的濃度 第四節(jié)糖 脂肪 蛋白質(zhì)代謝的相互轉(zhuǎn)化 一 糖與蛋白質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化 二 糖與脂類的相互轉(zhuǎn)化 三 蛋白質(zhì)與脂類的相互轉(zhuǎn)化 1 在生物體 細(xì)胞 內(nèi) 三類物質(zhì)的代謝同時(shí)進(jìn)行 既相互聯(lián)系 又相互制約 相互之間可以轉(zhuǎn)化 2 三大營養(yǎng)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化是有條件的 糖類 脂類和蛋白質(zhì)之間相互關(guān)系小結(jié) 糖類 脂類和蛋白質(zhì)之