鸟氨酸生物合成过程及其调控方式
鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸发酵
第十二章鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸发酵L-精氨酸（L-Arginine, L-Arg）是具有胍基的碱性氨基酸，是合成蛋白质和肌酸的重要原料。
精氨酸是人体和动物体的半必需氨酸，在医药和食品工业上具有广泛的用途。
L-鸟氨酸（L-Ornithine, L-Orn）和L-瓜氨酸（L-Citrulline, L-Cit）是精氨酸生物合成的前体物质。
L-精氨酸是生物体尿素循环中的一种重要中间代谢产物，临床上除作为复合氨基酸输液的主要成分之一外，L-精氨酸及其盐类广泛用作氨中毒性肝昏迷的解毒剂和肝功能促进剂。
对病毒性肝炎疗效显著，对肠道溃疡、血栓形成、神经衰弱和男性无精病等症都有治疗效果。
它也是配制营养支持用或特殊治疗用要素膳的重要原料。
第一节生物合成途径和代谢调节机制一、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸的相互转化图12-l 鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸的结构从结构（见图12-1）上看，鸟氨酸虽与谷氨酸都是五碳酸，但是鸟氨酸却是一羧基二氨基的氨基酸。
如果在鸟氨酸末端氨基的氮上接上氨甲酰基，则生成瓜氨酸。
瓜氨酸经过精氨琥珀酸，将瓜氨酸的酮基转换成亚氨基，则成为精氨酸。
当然，精氨酸放出尿素，就转变为鸟氨酸。
因此，鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸的生物合成，可认为是从谷氨酸出发，逐步合成鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸，从而组成以精氨酸为最终产物的不分支代谢途径。
但是，如果精氨酸发生分解，放出尿素，则生成鸟氨酸。
这样在代谢途径上，就使所谓的终产物精氨酸与鸟氨酸相衔接，形成一个循环，即尿素循环或鸟氨酸环（图12-2）。
图12-2 尿素循环二、生物合成途径和代谢调节机制从谷氨酸经鸟氨酸、瓜氨酸生物合成L-精氨酸，由八个酶催化的反应组成（见图12-3），第一步和第五步反应因微生物的种类不同而不同。
谷氨酸N-乙酰谷氨乙酰谷氨酸磷酸乙酰谷氨酸半醛N-乙酰鸟氨鸟氨酸精氨酰琥珀NADPHNADP×酸α-酮瓜氨门冬氨×氨基甲酰磷酸××⑴⑶⑸⑹精氨酸反丁烯二酸I型大肠杆菌、枯草杆菌×谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰谷氨酸磷酸N-乙酰谷氨酸半醛N-乙酰鸟氨酸精氨酰琥珀酸精氨酸××××⑴⑵⑶⑷鸟氨酸瓜氨酸×⑸⑹⑺⑻×反馈抑制×阻遏×可能存在的阻遏II型谷氨酸产生菌、酵母菌×图12-3 L-精氨酸生物合成途径及调节机制大肠杆菌、枯草杆菌等微生物由图12-3 I的途径合成L-精氨酸，称为I型途径。
江南大学科技成果——微生物转化生产L-鸟氨酸的关键技术
江南大学科技成果——微生物转化生产L-鸟氨酸的关键技术成果简介L-鸟氨酸是细胞内重要代谢化合物，近来研究发现L-鸟氨酸可刺激脑垂体分泌生长激素，促进蛋白质合成及糖与脂肪的分解代谢。
此外，以鸟氨酸为原料制备的依氟鸟氨酸，能抑制多胺合成，延缓肿瘤细胞生长，是颇具前景的新型抗癌药物。
L-鸟氨酸除了在医药上作为试剂与注射液外，通常还用于配制保肝、强身、解毒的营养剂以及生产消除疲劳的发泡饮料。
而酶法转化精氨酸生产鸟氨酸具有工艺简单、周期短、耗能低、专一性强、收率高、提取方便等优点，因而受到越来越多的关注。
技术指标
工程菌经过培养6h后，ARG酶活可达到177.3U/mL；在4h的催化周期内，L-鸟氨酸产量为112.3g/L，对精氨酸摩尔转化率为87%。
产品性能无副产物，纯度高。
创新要点以耐高温酶为催化剂，大大提高了反应速率，大幅度缩短了生产周期。
效益分析根据目前技术水平，初步估算生产综合成本约10万元/吨，目前市场定价约为14万元/吨。
以1000吨生产规模计算，毛利润可达4000万元/年。
应用情况L-鸟氨酸因其多功能的保健作用，广泛应用于食品、医药和工业领域。
授权专利一种产精氨酸酶工程菌的构建及应用该菌生产L-鸟氨酸，201310658955.1。
鸟氨酸脱羧酶结构、功能及表达调控研究进展
鸟氨酸脱羧酶结构、功能及表达调控研究进展陈咨余;马容;康波;姜冬梅;何珲;范樱川【摘要】多胺对细胞生长、存活以及增殖具有重要的调控作用,体内多胺水平变化与疾病和衰老的关系密切.鸟氨酸脱羧酶(Ornithine decarboxylase,ODC)是多胺生物合成途径中的第一个限速酶,能催化细胞内鸟氨酸脱羧转化成腐胺.因此,ODC 可通过对细胞内多胺水平的调节来参与调控细胞增殖过程.近年来,对ODC功能的研究取得了一定的进展,特别是在ODC调控多胺水平、细胞增殖、癌症以及ODC 表达调控等方面研究较多.文章对ODC结构、功能及其表达调控的研究进行了评述,并对今后ODC的深入研究进行了展望.【期刊名称】《西北农林科技大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2014(042)008【总页数】5页(P40-44)【关键词】鸟氨酸脱羧酶;多胺;细胞增殖;肿瘤;表达调控【作者】陈咨余;马容;康波;姜冬梅;何珲;范樱川【作者单位】四川农业大学动物科技学院,四川雅安625014;四川农业大学动物科技学院,四川雅安625014;四川农业大学动物科技学院,四川雅安625014;四川农业大学动物科技学院,四川雅安625014;四川农业大学动物科技学院,四川雅安625014;四川农业大学动物科技学院,四川雅安625014【正文语种】中文【中图分类】Q55多胺包括腐胺、亚精胺和精胺，是活细胞内一类小分子脂肪族的多聚阳离子，参与细胞生命活动的调节过程，对细胞的生存，特别是对细胞的生长与增殖起着关键的调控作用。
细胞内多胺异常可引发肿瘤，因此细胞内多胺浓度受到精密的调控[1]。
在动物体内，鸟氨酸脱羧是腐胺生物合成的主要途径，腐胺在亚精胺合成酶的作用下转变成亚精胺，继而生成精胺。
鸟氨酸脱羧酶(Ornithine decarboxylase,ODC)能催化鸟氨酸脱羧反应，是多胺生物合成过程中的第一个限速酶[2-3]，其表达量和生物活性直接影响多胺的生成，并对细胞增殖和凋亡具有重要的调控作用[4]。
L - 鸟氨酸
霉酚酸( mycophenolicacid) 抗性
据报道, 具有霉酚酸抗性的谷氨酸棒杆菌 突变株可以提高鸟氨酸产量。Takayasa 等发现, 带有Arg-及DOArgr的菌株在进一 步带上霉酚酸抗性后, 鸟氨酸产量可从 30g/ L提高到50g/ L左右。
有利于谷氨酸生产的标记
氟乙酸抗性、氟柠檬酸抗性、重氮丝氨 酸抗性、德夸菌素抗性等等。鸟氨酸的 合成前体物为谷氨酸, 筛选谷氨酸合成能 力强的菌株可以使得代谢流流向谷氨酸, 有利于鸟氨酸的合成。由于谷氨酸生产 菌具有上述标记且较易获得, 故可以通过 原生质体融合技术将其标记导入鸟氨酸 生产菌中, 使之获得上述性状。
提取法：提取法主要从生物体内提取L- 鸟氨酸，成本高，工艺繁琐，
不利于工业化。
酶法是精氨酸在精氨酸酶的作用下，生 成L- 鸟氨酸，此法产品纯度高，但价格 昂贵，精氨酸及精氨酸酶均不易获得， 限于实验室制备。
发酵法
发酵法的原理为：L- 鸟氨酸是L- 精氨酸合成途 径中的中间代谢体，可以通过调节代谢途径或 筛选L-精氨酸营养缺陷型突变体积累L-鸟氨酸。 发酵法生产L-鸟氨酸成本低，但是对菌种的依 赖性强，菌种的回复突变严重，补料发酵和连 续发酵控制起来难度较大，产量较低，发酵液 中成分复杂，不利于L-鸟氨酸下游的分离纯化 工作。由于以上缺点的存在，目前发酵法在国 内的发展受到一定的限制。
磺胺胍抗性
据中科院微生物所路志强等人报道, 筛选具有组氨酸缺陷和磺胺 胍抗性的谷氨酸生产菌971. 1能够大量积累LO精氨酸, 在适宜发 酵条件下, 产酸可达34mg/ ml。而LO鸟氨酸与LO精氨酸合成途径 大部分相同, 只需切断由LO鸟氨酸到LO精氨酸的代谢流, 则可积 累LO鸟氨酸。故筛选出带有SGr标记的菌株将有利于LO鸟氨酸的 积累。磺胺胍抗性突变株积累鸟氨酸的机制尚不明了, 推测这种 作用可能是由于抗性株的细胞膜渗透性发生变化, 导致胞内氨基 酸的外渗或代谢途径的改变而影响到氨基酸的合成。一般认为, 磺胺胍类药物是与对氨基苯甲酸竞争性地结合于四氢叶酸合成酶 上,从而阻断了叶酸的合成, 造成菌体死亡。抗性株可能是绕过了 这一途径, 另行合成叶酸, 而这一变化可能导致了氨基酸的积累。
(整理)第7章生物化学习题
生物化学习题第七章生物氧化第一作业一、名词解释1、底物水平磷酸化：物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。
2、生物氧化：有机物质（糖、脂肪和蛋白质）在生物细胞内进行氧化分解而生成CO2和H2O并释放出能量的过程称为生物氧化。
3、电子传递体系：代谢物上的氢原子被脱氢酶激活脱落后，经一系列传递体，最后将质子和电子传递给氧而生成水的全部体系称为呼吸链，也称电子传递体系或电子传递链4、氧化磷酸化作用：伴随着放能的氧化作用而进行的磷酸化。
二、问答题1．比较生物氧化与体外燃烧的异同点。
相同点：终产物都是二氧化碳和水；释放的总能量也完全相同。
不同点：体外燃烧是有机物的碳和氢与空气中的氧直接化合成CO2和H2O ，并骤然以光和热的形式向环境散发出大量能量。
而生物氧化反应是在体温及近中性的PH 环境中通过酶的催化下使有机物分子逐步发生一系列化学反应。
反应中逐步释放的能量有相当一部分可以使ADP 磷酸化生成ATP ，从而储存在ATP 分子中，以供机体生理生化活动之需。
一部分以热的形势散发用来维持体温。
第二作业２．呼吸链的组成成分有哪些？试述主要和次要的呼吸链及排列顺序。
组成成分：NAD+，黄素蛋白（辅基FMN、FAD），铁硫蛋白，辅酶Q，细胞色素b、c1、c、a、a3。
主要的呼吸链有NADH氧化呼吸链和FADH2氧化呼吸链。
呼吸链排列顺序：FAD（Fe-S）↓NADH→（FMN）→CoQ→Cytb→Cytc1→Cytc→Cytaa3→O2（Fe-S）3．试述氧化磷酸化的偶联部位；用哪些方法可以证明氧化磷酸化的偶联部位?三个偶联部位：NADH和CoQ之间；CoQ和Cytc之间；Cytaa3和O2之间证明方法：①计算P/O比值：β-羟丁酸的氧化是通过NADH呼吸链，测得P/O比值接近于3。
琥珀酸氧化时经FAD到CoQ，测得P/O比值接近于2，因此表明在NAD+与CoQ之间存在偶联部位，抗坏血酸经Cytc进入呼吸链，P/O比值接近于1，而还原型Cytc经aa3被氧化，P/O比值接近1，表明在aa3到氧之间也存在偶联部位。
医学资料：生物化学问答题汇总
生物化学问答题汇总第二章蛋白质1、组成蛋白质的基本单位是什么？结构有何特点？氨基酸是组成蛋白质的基本单位。
结构特点：①组成蛋白质的氨基酸仅有20种,且均为α-氨基酸②除甘氨酸外,其Cα均为不对称碳原子③组成蛋白质的氨基酸都是L-a-氨基酸2、氨基酸是如何分类的？按其侧链基团结构及其在水溶液中的性质可分为四类①非极性疏水性氨基酸7种②极性中性氨基酸8种③酸性氨基酸2种④碱性氨基酸3种3、简述蛋白质的分子组成。
蛋白质是由氨基酸聚合而成的高分子化合物，氨基酸之间通过肽键相连。
肽键是由一个氨基酸的a-羧基和另一个氨基酸的a-氨基脱水缩合形成的酰胺键。
4、蛋白质变性的本质是什么？哪些因素可以引起蛋白质的变性？蛋白质特定空间结构的改变或破坏。
化学因素（酸、碱、有机溶剂、尿素、表面活性剂、生物碱试剂、重金属离子等）和物理因素（加热、紫外线、X射线、超声波、高压、振荡等）可引起蛋白质的变性。
5、简述蛋白质的理化性质。
①两性解离-酸碱性质②高分子性质③胶体性质④紫外吸收性质⑤呈色反应6、蛋白质中的氨基酸根据侧链基团结构及其在水溶液中的性质可分为哪几类？各举2-3例。
①非极性疏水性氨基酸7种：蛋氨酸，脯氨酸，缬氨酸②极性中性氨基酸8种：丝氨酸，酪氨酸，色氨酸③酸性氨基酸2种：天冬氨酸，谷氨酸④碱性氨基酸3种：赖氨酸，精氨酸，组氨酸第三章核酸1、简述DNA双螺旋结构模型的要点。
①两股链是反向平行的互补双链，呈右手双螺旋结构②每个螺旋含10bp，螺距3.4nm，直径2.0nm。
每个碱基平面之间的距离为0.34nm，并形成大沟和小沟——为蛋白质与DNA相互作用的基础③脱氧核糖和磷酸构成链的骨架，位于双螺旋外侧④碱基对位于双螺旋内侧，碱基平面与双螺旋的长轴垂直；两条链位于同一平面的碱基以氢键相连，满足碱基互补配对原则：A=T，GºC⑤双螺旋的稳定：横向—氢键，纵向—碱基堆积力⑥DNA双螺旋的互补双链预示DNA的复制是半保留复制2、从组成、结构和功能方面说明DNA和RNA的不同。
鸟氨酸 产能
鸟氨酸产能
鸟氨酸是一种非蛋白质氨基酸，它在生物体内具有多种重要功能，其中之一就是参与产能过程。
鸟氨酸在产能方面的作用主要体现在其作为尿素循环的关键组成部分，以及通过氧化脱氨作用产生能量。
首先，鸟氨酸在尿素循环中起到至关重要的作用。
尿素循环是生物体内氮代谢的主要途径，能够将有毒的氨转化为尿素排出体外。
在这个过程中，鸟氨酸与氨结合生成瓜氨酸，进而生成精氨酸，并最终生成尿素。
这一循环不仅有助于维持生物体内氮平衡，同时也通过去除有毒氨来保护细胞免受损害。
其次，鸟氨酸还可以通过氧化脱氨作用产生能量。
在这个过程中，鸟氨酸首先被氧化为酮戊二酸，然后经过一系列反应最终生成ATP（腺苷三磷酸），这是生物体内的主要能量来源。
虽然鸟氨酸氧化脱氨产生的能量相对较少，但在某些情况下，如缺氧或高强度运动时，这一途径对于补充能量仍具有重要意义。
综上所述，鸟氨酸在产能方面的作用主要体现在尿素循环和氧化脱氨过程中。
这些过程不仅有助于维持生物体内的氮平衡和保护细胞免受氨的毒害，同时还能为生物体提供所需的能量。
因此，鸟氨酸在生物体内的产能作用不容忽视。
生物化学：名词解释&简答题
名词解释1、等电点（PI）：在某一pH的溶液中，氨基酸或蛋白质解离成阳离子和阴离子的趋势或程度相等，成为兼性离子，呈电中性，此时溶液的pH称为该氨基酸或蛋白质的等电点。
2、模体(序)（motif）：在蛋白质分子中，有两个或三个具有二级结构的肽段在空间上相互接近，形成一个具有特殊功能的空间结构，称为motif3、结构域(domain)：在多肽链上相邻的模序结构紧密联系，形成二个或多个在空间上可以明显区别的局部区域，各自行使其功能。
4、DNA变性：在一定理化因素作用下，DNA双螺旋的空间构象破坏解体，但其一级结构仍完整的现象称变性。
5、DNA复性：变性DNA经过一定处理重新形成双螺旋DNA的过程称复性。
6、Tm值：融解温度，在DNA发生热变性时，紫外光吸收值达到最大值50%时的温度称为融解温度（Tm值）。
在Tm值时，DNA分子内50%的双螺旋结构被解开。
7、Km：米氏常数，单底物反应中酶与底物可逆地生成中间产物和中间产物转化为产物这三个反应的速度常数的综合，是酶的特征性常数之一，其值等于反应速度为最大速度一半时的底物浓度。
8、酶的竞争性抑制作用：有些抑制剂与酶的底物结构相似，可与酶的底物竞争酶的活性中心，从而阻断酶与底物结合形成中间产物。
由于抑制剂与酶的结合是可逆的，抑制程度取决于抑制剂与酶的相对亲和力和与底物浓度的相对比例，这种作用称为竞争性抑制。
9、同工酶(Isoenzyme)：具有相同催化作用，但酶分子结构，理化性质和免疫学性质不同的一类酶。
10、糖酵解（glycolysis）：在缺氧状况下，葡萄糖或糖原分解为乳酸的过程称为糖酵解。
11、乳酸循环（Cori cycle）：在肌肉中葡萄糖经酵解生成乳酸，乳酸经血循环运到肝脏，肝脏又将乳酸异生成葡萄糖，葡萄糖释放释入血液后又被肌肉摄取，这种代谢循环途径称为乳酸循环。
12、三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）：由活性二碳化合物（乙酰CoA）与草酰乙酸缩合成柠檬酸开始，以四次脱氢、二次脱羧再生成草酰乙酸完成循环反应过程，成为三羧酸循环，又称kerb 循环和柠檬酸循环。
维生素b5 生物合成路径
维生素b5 生物合成路径维生素B5，又称为泛酸或泛酸钙，是维生素B族中的一员。
它在人体内具有重要的生理功能，参与多个生物化学过程，尤其是能量代谢和合成胆固醇等重要物质。
本文将重点介绍维生素B5的生物合成路径。
维生素B5的生物合成路径主要发生在细胞质和线粒体中。
它的合成过程包括多个酶催化的反应，每个步骤都是不可或缺的。
下面将详细介绍维生素B5的生物合成过程。
维生素B5的生物合成起始物质是一种叫做鸟氨酸的氨基酸。
鸟氨酸在细胞内经过一系列反应逐步转化为4-磷酮鸟氨酸。
这一反应需要一种叫做鸟氨酸合成酶的酶催化。
接下来，4-磷酮鸟氨酸进一步被酶催化转化为戊二酰辅酶A。
这一反应需要多个酶的参与，包括4-磷酮鸟氨酸酶、戊二酰-CoA合成酶和辅酶A合成酶等。
戊二酰辅酶A是维生素B5的前体分子，它在细胞内参与多个重要的代谢反应。
然而，戊二酰辅酶A并不是直接合成维生素B5的前体，还需要经过一系列的反应。
在这些反应中，戊二酰辅酶A首先被酶催化转化为己二酰辅酶A，然后经过一系列脱羧反应逐步生成戊二酰辅酶A的前体分子2-羟基己二酰辅酶A。
这些反应需要多个酶的参与，包括脱羧酶和己二酰辅酶A脱羧酶等。
2-羟基己二酰辅酶A经过一系列反应被酶催化转化为维生素B5。
这些反应包括脱水反应和磷酸化反应，需要多个酶的参与，包括2-羟基己二酰辅酶A脱水酶和2-羟基己二酰辅酶A磷酸化酶等。
维生素B5的生物合成路径中的每个步骤都是精密调控的，不同的酶在不同的环境条件下发挥作用。
此外，维生素B5的生物合成过程还受到多个基因的调控，包括酶基因和调节基因等。
维生素B5的生物合成路径是一个复杂而精密的过程，需要多个酶的参与和多个基因的调控。
了解维生素B5的生物合成路径对于深入理解其生理功能和调节机制具有重要意义。
未来的研究将进一步揭示维生素B5的生物合成过程中的细节和调控机制，为相关的疾病治疗和药物开发提供理论依据。
维生素B5的生物合成路径是一个复杂而精密的过程，包括多个酶催化的反应和多个基因的调控。
动物生物化学作业题参考答案
作业题一参考答案一、名词解释氨基酸的等电点：当溶液在某一特定的pH值时，氨基酸以两性离子的形式存在，正电荷数与负电荷数相等，净电荷为零，在直流电场中既不向正极移动也不向负极移动，这时溶液的pH值称为该氨基酸的等电点，用pI表示。
S.Ｄ序列：作为起始密码子的AUG通常距离mRNA5′–末端约20～30个碱基，在这段前导顺序中，具有一段特殊顺序，位于起始AUG之前的固定位置上。
这段顺序与核糖体小亚基30s内的16s rRNA的3′–末端顺序能形成稳定的碱基对，是mRNA上的起始识别信号，将mRNA上的此区域称为Shine–Dalgarno顺序或S.D序列。
分子伴侣：是细胞内一类能帮助新生肽链正确组装、成熟，自身却不是终产物分子成分的蛋白质，类似酶的特征，所以称为分子伴侣。
糖异生作用：即是由非糖前体物质合成葡萄糖的过程。
一碳单位：一碳单位又称一碳基团，即氨基酸在分解代谢过程中形成的具有一个碳原子的基团。
二、简答题1.蛋白质α-螺旋的主要特点？α-螺旋结构特征：①每一圈包含3.6个残基，螺距0.54nm，残基高度0.15nm，螺旋半径0.23nm。
②每一个φ角等于-57°，每一个ψ角等于-47°。
②相邻螺圈之间形成链内氢键。
即一个肽单位的c o基氧原子与其前的第三个肽单位的N H基氢原子生成一个氢键。
氢键的取向与螺轴几乎平行。
氢键封闭环本身包含13个原子。
α-螺旋构象允许所有的肽键都能参与链内氢键的形成。
因此，α-螺旋构象是相当稳定的，是最普遍的螺旋形式。
α-螺旋依靠氢键维持。
若破坏氢键，则α-螺旋构象遭到破坏，而变成伸展的多肽链。
2.磷酸戊糖途径的生理意义？①NADPH是细胞中易于利用的还原能力，但它不被呼吸链氧化产生ATP，而是在还原性的生物合成中作氢和电子的供体。
体内多种物质生物合成均需NADPH作供氢体，如脂肪酸、胆固醇等的生物合成。
作为供氢体，NADPH还参加体内多种氧化还原反应，如肝脏生物转化反应，激素、药物和毒物的羟化反应等等。
鸟氨酸循环和三羧酸循环的联系
鸟氨酸循环和三羧酸循环的联系
鸟氨酸循环（Ornithine cycle）和三羧酸循环（Tonic Acid Cycle，TCA cycle）都是生物体内的重要生化过程，它们在生命活动中有着密切的联系。
鸟氨酸循
环和三羧酸循环的联系主要体现在以下几个方面：
1. 物质基础：鸟氨酸循环和三羧酸循环都与氨基酸代谢有关。
鸟氨酸循环主要涉及鸟氨酸（Ornithine）、尿素（Urea）和氨（Ammonia）之间的相互转化，而三羧酸循环涉及到一系列有机酸的生成和利用。
2. 能量转化：鸟氨酸循环和三羧酸循环都是生物体内能量的重要来源。
鸟氨酸循环通过氨和二氧化碳的转化生成尿素，释放能量。
三羧酸循环则通过一
系列有机酸的生成和利用，将生物体内的能量储存为ATP（三磷酸腺苷）。
3. 相互促进：鸟氨酸循环和三羧酸循环相互依存，相互促进。
三羧酸循环中的某些中间产物可以作为鸟氨酸循环的起始物，而鸟氨酸循环的产物尿素也
可以作为三羧酸循环的中间产物。
4. 组成部分：鸟氨酸循环和三羧酸循环都包括了一些共同的酶和分子。
例如，鸟氨酸循环的起始物鸟氨酸、还原氨化酶（GCR）和精氨酸酶，以及三羧酸循环的柠檬酸合酶（CCO）、异柠檬酸脱氢酶（IDH）和琥珀酸脱氢酶等。
5. 机体调节：鸟氨酸循环和三羧酸循环之间存在相互调节的关系。
当鸟氨酸循环异常时，可能导致尿素合成受阻，进而影响三羧酸循环的正常进行。
相反，三羧酸循环受阻时，也可能影响鸟氨酸循环的正常进行。
总之，鸟氨酸循环和三羧酸循环在生物体内共同参与氨基酸代谢和能量转
化过程，它们之间存在密切的联系和相互影响。
鸟氨酸生物合成过程及其调控方式
L-鸟氨酸构造式
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
鸟氨酸生物合成过程及其 调控方式
本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！ 本课件PPT仅供大家学习使用 学习完请自行删除，谢谢！
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。 •作为尿素循环的一局部与尿素生成相关， 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、乙醛酸进展氨基 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
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 正确接种量。
发酵时间:发酵时间一般为1 d ～7 d。不同菌种需设计 单因素试验确定最正确发酵时间。
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，只有参加适量精氨酸才能使菌体生长、 使鸟氨酸的合成连续进展。不同菌种需设计单因素试验 确定精氨酸的最正确添加量。
脯氨酸的合成
脯氨酸的合成
脯氨酸是一种重要的氨基酸，它在生物体内起着许多重要的功能。
脯氨酸的合成是一个复杂的过程，需要多个酶的参与。
脯氨酸的合成可以分为两个主要步骤：鸟氨酸的合成和鸟氨酸的转化。
鸟氨酸的合成是脯氨酸合成的第一步。
鸟氨酸是从谷氨酸和丙酮酸开始合成的。
接下来是鸟氨酸的转化步骤。
鸟氨酸首先会被鸟氨酸转化酶催化，生成γ-丙氨酸半醛。
γ-丙氨酸半醛会继续被γ-丙氨酸半醛-脱氢酶催化，生成脯氨酸。
脯氨酸的合成过程中，酶的参与非常重要。
其中，谷氨酸转氨酶是鸟氨酸合成的关键酶之一，它能够催化谷氨酸与丙酮酸的转氨反应。
此外，鸟氨酸转化酶和γ-丙氨酸半醛-脱氢酶也是不可或缺的酶，它们催化了鸟氨酸向脯氨酸的转化过程。
脯氨酸的合成过程受到多个因素的调控。
首先，脯氨酸的合成受到鸟氨酸合成的调控。
当鸟氨酸的浓度较高时，鸟氨酸转化酶会被抑制，从而减少脯氨酸的合成。
其次，脯氨酸的合成还受到其他代谢途径的影响。
例如，当谷氨酸用于合成其他重要分子时，脯氨酸的合成会受到抑制。
脯氨酸在生物体内具有多种重要的功能。
首先，脯氨酸是蛋氨酸的前体，它可以通过转化生成蛋氨酸。
蛋氨酸是一种必需氨基酸，对于维持生物体的正常生长和发育至关重要。
此外，脯氨酸还参与了多种代谢途径的调节，包括胆固醇合成和能量代谢等。
脯氨酸的合成是一个复杂的过程，需要多个酶的参与。
脯氨酸在生物体内具有重要的功能，包括作为蛋氨酸的前体和参与多种代谢途径的调节。
对于了解脯氨酸的合成和功能，有助于深入理解生物体的代谢过程和调控机制。
烟酰胺单核苷酸的生物酶法合成
烟酰胺单核苷酸的生物酶法合成烟酰胺单核苷酸（NAD）是生物体内常见的一种辅酶，参与到多种生物过程中。
由于其生物学价值，NAD的获取和合成一直是科学家们研究的重要方向之一。
早期的方法主要是通过化学合成，但存在成本高、污染严重等问题。
随着生物技术的发展，研究人员开始探索利用生物酶法合成NAD的可行性。
生物酶法合成NAD的过程，主要可以分为两个阶段：第一阶段为底物转化为中间体，第二阶段为中间体合成NAD。
下面将详细介绍生物酶法合成NAD的方法。
一、底物转化为中间体1.1 L-鸟氨酸去羧化酶首先，从本体或外源性L-鸟氨酸出发，通过L-鸟氨酸去羧化酶（L-glutamate5-semialdehyde dehydrogenase, GSA DH）的参与，得到GSA。
该酶是NAD合成途径中的第一个酶，其催化反应的化学式如下：GSA DH：L-鸟氨酸→ GSA → 兰氏缩醛酸半醛 (L-Glutamate+CO2+NADPH+H+)这一过程既能够逆转，也能够正转，取决于GSA和NADPH/NADP+的浓度关系和反应体系的条件。
因此，实际的反应过程需要进行精细控制。
1.2 光合作用产生的母体另外，在某些细胞中也可以利用光合作用的能量来产生NAD母体。
这时，可以直接使用绿色植物的叶绿体作为底物来源，产生最初的NADH。
二、中间体合成NAD经过上述的底物转化，我们已经获得了NAD的两个组分——肌酸二酐和兰氏缩醛酸还原物——作为中间体。
接下来，需要将这两个中间体通过反应合成NAD。
2.1 NAD合成酶NAD合成酶（NAD synthetase）是从耐草孢属的菌株中分离出的一种生物酶，它的催化反应公式如下：NAD合成酶：ATP + NAD+ + NH4+ + 2H+ + 酸→ NADH + H+ + AMP + PPi这个反应的两个物质分别来自前一步中间体，一个是肌酸二酐，另一个是兰氏缩醛酸还原物，两者与NAD+发生缩合，形成NADH。
鸟氨酸循环特点
鸟氨酸循环特点鸟氨酸循环是一个复杂的体内代谢过程，可以衡量鸟体能量来源和氨基酸代谢的多样性。
鸟氨酸循环在鸟类的生物学进化中扮演了非常重要的角色，能够支撑鸟类的增长和适应环境的变化。
本文旨在详细介绍鸟氨酸循环的特点，以帮助读者理解其重要作用。
首先，鸟氨基酸循环被定义为鸟体从饲料中摄入氨基酸和其他营养成分，在鸟体内经过一系列复杂代谢过程，最终生成氨基酸和能量的整体代谢过程。
该过程可以分为三部分，即摄入、新陈代谢和分解三个子过程。
摄入的过程主要包括氨基酸的摄入、吸收、运输和分布。
这种氨基酸通过消化道吸收，然后运输到鸟体各个部位，比如鸟的囊内器官、血液中和细胞外，然后参与到生物合成过程中去，这是新陈代谢的一部分。
该过程主要是氨基酸在细胞内用于细胞内蛋白质、核酸和代谢物的合成，也可用于能量的产生，如代谢物在有氧能量代谢或糖原合成中的利用。
最后一个鸟氨基酸循环子过程是氨基酸的分解。
在此过程中，氨基酸会通过鸟体内的加氧降解作用，释放出氧化还原产物和能量，其中部分一氧化碳可以被排出。
这些生产物可以分解为其组成成分，重新回到氨基酸池中，重新开始新一轮的氨基酸循环，也就是十字路口。
在总结鸟氨基酸循环特点时，我们还要讨论其全身性质，显然它是一种全身性的调节机制，可以调节、稳定并控制有机物的数量和质量，有助于鸟体的生成和保护。
它的另一个重要特点是鸟氨基酸循环也能为鸟体提供能量，这是一种全身性的细胞代谢机制。
由以上讨论可以知道，鸟氨基酸循环的重要性不容忽视，它使鸟类拥有强大的适应能力，调节和稳定有机物，为鸟体提供能量，具有独特的生物学特性。
研究这一系统在鸟类生物学中的功能重要性，将有助于保护我们的环境和鸟类的繁衍。
综上所述，鸟氨基酸循环是一个复杂的体内代谢过程，它可以用来衡量鸟体内能量来源和氨基酸的多样性，也可以用来保护鸟类的生物学进化。
主要特点有：由摄入、新陈代谢和分解组成，其中摄入的过程主要是氨基酸的摄入、吸收、运输和分布，新陈代谢的过程是氨基酸被细胞内用于细胞内蛋白质、核酸和代谢物的合成，最后一个子过程是氨基酸的分解，由氧化还原产物和能量释放出；还有全身性调节、能量提供等特点。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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
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。
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。
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
在精氨酸代琥珀酸裂解酶的催化下，精氨酸代琥 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。
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。
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。
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