苏氨酸合成代谢途径

图1L-苏氨酸结构式苏氨酸（Threonine ）是由W.C.Rose 1935年从纤维蛋白水解产物中分离和鉴定出来的一种氨基酸，因其结构类似苏糖，故将其命名为苏氨酸，现已证明它是最后被发现的必需氨基酸。

在动物体所需的8种必需氨基酸中,苏氨酸是仅次于蛋氨酸、赖氨酸、色氨酸的第4种氨基酸。

现已被广泛应用于食品工业、饲料工业及医疗等方面。

苏氨酸是主要的限制性氨基酸,缺乏苏氨酸会抑制免疫球蛋白及T 、B 淋巴细胞的产生，从而影响免疫功能，另外，动物还可表现出对肿瘤和疟原虫敏感。

近几年,全球苏氨酸市场以每年20%多的增长率高速增长，而未来苏氨酸的市场仍将增加。

因此对苏氨酸生产工艺的研究开发，有利于促进苏氨酸的产量的增长，从而促进其他相关产品的生产开发。

1苏氨酸的结构及理化性质1.1苏氨酸的化学结构苏氨酸的分子式为C 4H 9NO 3，结构式为CH 3-CH （OH ）-CH （NH 2）-COOH ，相对分子质量为119.18。

由结构式可见,苏氨酸分子中具有2个不对称碳原子,有4种异构体，但只有L-苏氨酸是天然存在并对机体有生理作用的一种氨基酸。

其化学结构式如图1所示：1.2苏氨酸的理化性质天然存在的L-苏氨酸为无色或微黄色晶体，无臭、微甜,可溶于水,20℃时溶解度为9g/100mL ，难溶于乙醇、乙醚、氯仿等有机溶剂，熔点为253～257℃；D-苏氨酸为斜方晶体，是无色或白色结晶粉末，溶于水，不溶于有机溶剂，易被碱破坏，熔点229～230℃。

L-苏氨酸的解离常数为pKCOOH=2.15，pKNH 2=9.12，等电点pI （25℃）=5.64。

2苏氨酸生产工艺类型及特点目前，L-苏氨酸的制备方法主要有生物合成法、化学合成法和蛋白质水解法三种。

然而，在工业化生产中，化学合成法和蛋白质水解法由于存在一些缺陷已经基本不被使用。

生物合成法则因生产成本低、资源节约、环境污染小等优点逐渐成为工业化生产L-苏氨酸的主要方式。

一、概述20种基本氨基酸的生物合成途径已基本阐明，其中人类不能合成的10种氨基酸，即苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、色氨酸、赖氨酸、精氨酸、组氨酸、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸称为必须氨基酸。

氨基酸的合成途径主要有以下5类：1. 谷氨酸类型，由a-酮戊二酸衍生而来，有谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸，蕈类和眼虫还可合成赖氨酸。

2. 天冬氨酸类型，由草酰乙酸合成，包括天冬氨酸、天冬酰胺、甲硫氨酸、苏氨酸和异亮氨酸，细菌和植物还合成赖氨酸。

3. 丙酮酸衍生类型，包括丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸，为异亮氨酸和赖氨酸提供部分碳原子。

4. 丝氨酸类型，由3-磷酸甘油酸合成，包括丝氨酸、甘氨酸和半胱氨酸。

5. 其他，包括苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸和组氨酸。

二、脂肪族氨基酸的合成（一）谷氨酸类型1. 谷氨酸：由a-酮戊二酸与氨经谷氨酸脱氢酶催化合成，消耗NADPH，而脱氨时则生成NADH。

2. 谷氨酰胺：谷氨酰胺合成酶可催化谷氨酸与氨形成谷氨酰胺，消耗一个ATP，是氨合成含氮有机物的主要方式。

此酶受8种含氮物质反馈抑制，如丙氨酸、甘氨酸等，因为其氨基来自谷氨酰胺。

谷氨酰胺可在谷氨酸合成酶催化下与a-酮戊二酸形成2个谷氨酸，这也是合成谷氨酸的途径，比较耗费能量，但谷氨酰胺合成酶Km小，可在较低的氨浓度下反应，所以常用。

3. 脯氨酸：谷氨酸先还原成谷氨酸g-半醛，自发环化，再还原生成脯氨酸。

可看作分解的逆转，但酶不同，如生成半醛时需ATP活化。

4. 精氨酸：谷氨酸先N-乙酰化，在还原成半醛，以防止环化。

半醛转氨后将乙酰基转给另一个谷氨酸，生成鸟氨酸，然后与尿素循环相同，生成精氨酸。

5. 赖氨酸：蕈类和眼虫以a-酮戊二酸合成赖氨酸，先与乙酰辅酶A缩合成高柠檬酸，异构、脱氢、脱羧生成a-酮己二酸，转氨，末端羧基还原成半醛，经酵母氨酸转氨生成赖氨酸。

（二）天冬氨酸类型1. 天冬氨酸：由谷草转氨酶催化合成。

2. 天冬酰胺：由天冬酰胺合成酶催化，谷氨酰胺提供氨基，消耗一个ATP 的两个高能键。

甘氨酸,丝氨酸和苏氨酸代谢1甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的特点甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸都是人体的体内重要的氨基酸，它们是具有很强的抗氧化功能的重要营养素，在生化代谢过程中起着重要的作用。

甘氨酸是常见的氨基酸，它拥有重要的抗氧化功能，可以在人体中提供能量，调节神经系统，帮助维持水平代谢平衡酸碱和人体的免疫力。

丝氨酸是具有抑菌和抗氧化功能的强力抗氧化剂，在改善抗炎症性疾病、减少皮肤以及抗衰老中起着重要的作用。

苏氨酸可以帮助增强血液中的免疫力，减少心脏病症的发生率，并且还可以促进运动耐力的提高。

2甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的代谢甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸都参与人体细胞的生化反应，从而发挥对人体有益的作用。

甘氨酸在代谢过程中，会首先被结肠菌群用作能量来源，而后被肝脏代谢成糖原和尿酸，这些有机化合物都可以被机体用来提供能量。

丝氨酸是一种非必需氨基酸，它被肠道细菌作为营养物质，在胃肠的发酵作用下，变为另一种有机化合物，被机体吸收，提供能量。

苏氨酸主要参与三磷酸腺苷的合成，而三磷酸腺苷则是细胞的代谢的重要的激素。

3甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸的功能甘氨酸是必需氨基酸，它参与体内重要的氨基酸代谢，比如氨基酸转移酶、蛋氨酸转氨酶和色氨酸转酶的合成。

它在调节心脏和血管功能方面具有重要作用，可以加强血液循环，减少梗死的风险，保护人体的心脏系统。

丝氨酸可以强化肌肉和韧带，可以提高心肺功能，促进补血，加强新陈代谢。

苏氨酸是一种神经传导物质，可以协助神经细胞中脂质代谢，有助于调节神经行为相关的神经信号，对维持脑部细胞功能具有重要作用。

4其他搭配甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸是能量源和营养素，其特殊的营养特性更显得重要。

它们与碳水化合物、脂肪和其他氨基酸一起组成了蛋白质和其他营养物质的重要组成部分，能够提供能量，促进脂肪和蛋白质的代谢，从而帮助保持健康。

这三种氨基酸也能与重要的维生素B 和其他维生素一起组成维生素B群，并且调节神经系统的功能。

此外，丝氨酸和苏氨酸还能调节免疫系统，加强机体免疫力，增强抗病毒和抗氧化功能，维持机体正常的活动和平衡水平。

氨基酸的生物化学功能与代谢途径氨基酸是构成蛋白质的基本单元，同时也是许多生物分子中的重要组成部分。

除了作为蛋白质合成的原料，氨基酸还具有多种生物化学功能和代谢途径。

本文将围绕氨基酸的生物化学功能和代谢途径展开讨论。

一、氨基酸作为蛋白质合成的原料蛋白质是生物体内最重要的有机物，对生命活动起着重要的调控和催化作用。

氨基酸是蛋白质的基本组成单元，通过肽键连接形成多肽链，再进一步折叠形成功能性的蛋白质。

不同的氨基酸序列和折叠方式决定了蛋白质的结构和功能。

二、氨基酸的生物化学功能1. 氨基酸作为代谢途径的中间产物：氨基酸通过与其他化合物发生反应，参与到生物体的多种代谢途径中。

例如，丝氨酸通过甲硫氨酸形成，参与到硫氨酸和甲硫氨酸代谢途径中。

2. 氨基酸作为信号分子：某些氨基酸具有信号传导的功能，例如谷氨酸是中枢神经系统的主要兴奋性神经递质，参与神经传递的过程。

3. 氨基酸作为合成其他生物分子的前体：氨基酸可以通过一系列的代谢反应转化为其他生物分子的前体。

例如，苏氨酸可以转化为脯氨酸，继而合成出嘌呤和嘧啶等核苷酸。

三、氨基酸代谢途径1. 氨基酸降解代谢：氨基酸在生物体内会经历降解代谢的过程，形成能量物质、酮体和其他代谢产物。

氨基酸可以被转化为酮体，提供给某些组织维持能量供应。

同时，降解代谢还会产生一些有害物质，如尿素，它通过肾脏排出体外。

2. 氨基酸合成代谢：生物体内的某些氨基酸无法由其他物质合成，需要通过合成代谢途径获得。

例如，人体无法合成的必需氨基酸需要从食物中摄入。

3. 转氨酶途径：氨基酸的代谢涉及到转氨酶的参与。

转氨酶通过将氨基酸中的氨基基团转移到某些接受体上，形成新的氨基酸或代谢产物。

在生物体内，氨基酸的生物化学功能与代谢途径是高度复杂和相互关联的。

不同的氨基酸在代谢途径中发挥着不同的作用。

氨基酸的合成和降解代谢是生物体维持能量供应和物质平衡的重要过程。

氨基酸的生物化学功能则涉及到多种生物分子的合成和信号传导。

2021年702微生物真题一、选择题(每题2分)1、一个U型管两侧是两种不同的培养菌液，下列不可能在两个菌种间发生的是（）A.接合B.转导C.转化D.回复突变2、下列只能发生在原核生物的有()。

A.阻尼B.诱导C.阻遏3、下列属于真菌单倍体孢子的有()。

A.子囊孢子B.孢子囊孢子C.担孢子D接合孢子4、下列能产生芽孢的菌种有( )。

A.Streptococcus lactisB.Clostridium acetobutylicumC.Bacillus subtilisD.Bifidobaterim5、下列哪个细菌没有SOD酶（）？A.Escherichia coliB.BifidobaterimC. Bacillus subtilisD.Methanogenus6、Acetobacter aceti的电子传递链在哪个部位?( )？A.cellwall B Cell membrame| C.mitochondrion D.nucleus二、名词解释1、cfu2、aerobic active sludge3、mismatch repair4、competence5、Three-domain system6、mutator gene7、homolatic fermentation8、ascocarp9、group translocation三、问答题1、细菌的革兰氏染色原理和步骤，以及确定染色结果正确的方法。

（10分）2、用3种化学诱变剂来解释自发突变和诱发突变本质上相同。

（15分）3、列举三种防止新冠病毒的传播和感染的方法，并说明其中的微生物学原理。

（15分）4、黄色短杆菌中有关苏氨酸生物合成的部分途径如图，代谢途径中涉及的酶序列和蛋白质空间结构已知，如何用基因工程技术来选育高产苏氨酸菌株。

（15分）5、大肠杆菌在同时有葡萄糖和乳糖的培养基上生长会出现什么现象？用乳糖操纵子模型解释这个现象。

如何利用紫外诱变筛选出能同时利用乳糖和葡萄糖的菌株。

氨基酸的合成代谢
氨基酸的合成代谢要点：
氨的来源：氨甲酰磷酸、谷氨酸、谷氨酰胺
碳骨架来源：tca循环、糖酵解、磷酸戊糖途径等关键中间新陈代谢产物（糖代谢途径）
起始化合物：α-酮戊二酸（谷氨酸族）、草酰乙酸（天冬氨酸族）、丙酮酸（丙氨
酸族）、3-磷酸甘油酸（丝氨酸族）、pep和4-磷酸赤藓糖（芳香族）、5-磷酸核糖（组
氨酸）
α-酮戊二酸（源自tca循环），经氨基化反应可以分解成谷氨酸，再进而制备谷氨
酰胺、脯氨酸、精氨酸。

草酰乙酸（来自tca循环）经转氨基作用生成天冬氨酸，再进而合成天冬酰胺、甲硫
氨酸、苏氨酸、赖氨酸、异亮氨酸。

特别注意：glu、gln制备来源于氨基化反应，asp、asn制备来源于转回氨基促进作用。

以丙酮酸（来自糖酵解）为起始物，生成丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸。

1.丙酮酸起至提供更多羟乙基作用
2.先形成相应的酮酸，再转氨基形成氨基酸
3.氨基供体为谷氨酸
以3-磷酸甘油酸（来自糖酵解）为起始物，生成丝氨酸，再经转羟甲基酶（辅酶fh4，见一碳单位）作用形成甘氨酸；也可形成半胱氨酸（s来自met）。

五芳香族氨基酸
以pep（来自糖酵解）和4-磷酸赤藓糖（来自磷酸戊糖途径）为起始物，莽草酸为芳
香族氨基酸合成前体，分支酸为重要分歧点化合物。

以5-磷酸核糖（源自磷酸戊糖途径）为初始物。