鸟氨酸生物合成过程及其调控方式

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试验 确定精氨酸的最佳添加量。

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两种途径由谷氨酸合成N-乙酰谷氨酸, 由N乙酰鸟氨酸生成鸟氨酸过程中： 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。
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。
瓜氨酸、精氨酸、鸟氨酸
鸟氨酸
瓜氨酸
精氨酸
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
尿素合成的鸟氨酸循环学说








实验步骤： ①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。 ②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： ①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。 ②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。 ③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。 实验结果：提出鸟氨酸循环合成尿素的学说，即尿素循环。
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。
精氨酸代琥珀酸的生成

瓜氨酸在线粒体合成以后，即被转移到胞液，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。
精氨酸的生成
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
什么是鸟氨酸？
• 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α-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
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
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。


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。
L-鸟氨酸结构式
两种途径


大肠杆菌及枯草杆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
大肠杆菌及枯草杆菌的鸟氨酸生物 合成途径及调节机制
①N-乙酰谷氨酸合成酶 ② N-乙酰谷氨酸激酶 ③ N-乙酰谷氨酸-γ-半 醛脱氢酶 ④ N-乙酰鸟氨酸转氨 酶 ⑤ N-乙酰鸟氨酸酶 ⑥鸟氨酸氨甲酰基转移 酶 ⑦精氨琥珀酸合成酶 ⑧精氨琥珀酸酶
谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径
① N-乙酰谷氨酸合成酶; ② N-乙酰谷氨酸激酶; ③ N-乙酰谷氨酸半醛脱 氢酶; ④ N-乙酰鸟氨酸转氨酶; ⑤ N-乙酰谷氨酸-乙酰鸟 氨酸乙酰基转移酶; ⑥ N-鸟氨酸氨甲酰基转 移酶; ⑦ N-精氨琥珀酸合成酶; ⑧ N-精氨琥珀酸裂解酶。
两种途径的区别

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。
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。
总反应式
线粒体
尿素生物合成过程
胞液
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α-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。