基础生物化学-氨基酸合成.ppt

10氨基酸生物合成

10.1氮素循环

10.2生物固氮的生物化学

10.3硝酸复原作用

10.4氨的同化

10.5氨基酸的生物合成;10.1氮素循环

氮素是生物的必需元素之一。在生命活动中起重要作用的化合物，如蛋白质、核酸、酶、某些激素和维生素、叶绿素和血红素等均含有氮元素。因此，在动、植物和微生物的生命活动中氮素起着极其重要的作用，整个生物界在生长发育的全部过程中都进行着氮素代谢。;自然界中的不同氮化物经常发生互相转化，形成一个氮素循环(nitrogencycle)。生物界的氮代谢是自然界氮循环的主要因素。在自然界氮循环中，还包括工业固氮和大气固氮(如闪电)等把N2转变为氨和硝酸盐的过程。;在氮素循环中，通过工业固氮和生物固氮将N2复原为氨，自然界中由固氮生物固氮酶完成的分子氮向氨的转化约占总固氮的2/3，由工业合成氨或其他途径合成的氨只有1/3左右。

在土壤中含量丰富的硝化细菌进行着氧化氨形成NO3?的过程，因此土壤中几乎所有氨都转化成了硝酸盐，这个过程称为硝化作用。;植物和微生物可吸收土壤中的NO3?，然后复原形成氨，再经同化作用把无机氮转化为有机氮，这些有机氮化合物又可随食物或饲料进入动物体内，转变为动物体的含氮化合物。

各种动植物遗体及排泄物中的有机氮经微生物分解作用，形成无机氮。这样，在生物界，总有机氮和总无机氮形成了一个平衡。;;10.2生物固氮的生物化学

10.2.1生物固氮的概念

细菌和蓝绿藻将N2转变为有机形式，称为固氮作用。

高等生物不能进行生物固氮作用，其中的氨基酸、嘌呤、嘧啶及其它生物分子中的氮原子来自NH4+。;生物固氮(biologicalnitrogenfixation)是微生物、藻类和与高等植物共生的微生物通过自身的固氮酶复合物把分子氮变成氨的过程。

自然界通过生物固氮的量可达每年1011kg，约占地球上的固氮量的60％，闪电和紫外辐射固定氮约15％，其余为工业固氮。;氮气中的N≡N键十分稳定，1910年FritzHaber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，用铁做催化剂使H2复原N2成氨。

N2+3H2＝2NH3

固氮能量消耗大，而且会污染环境，因此大力开展生物固氮对增加农作物氮肥来源有重大意义。;生物固氮是在常温常压条件下，在生物体内由酶催化进行。

目前国内外对生物固氮的生化过程及机理正在积极开展研究，在了解了固氮机理之后，就可以人工模拟，以节省能源，减少污染，开拓作物肥源。可以通过基因工程使非固氮生物转化为固氮生物。;10.2.2固氮生物的类型

目前已发现的固氮生物近50个属，包括细菌、放线菌和蓝细菌，根据固氮微生物与高等植物和其他生物的关系，可分为自生固氮微生物和共生固氮微生物两类。;10.2.2.1自生固氮微生物(diazatrophs)

生固氮微生物是指独立生活时能使气态氮固定为NH3的少数微生物。

固氮有两种方式：

①利用光能复原氮气。如鱼腥藻(Anabaena)、念球藻(Nostoc)，固氮过程与复原CO2类似。;大多数固氮蓝藻均有厚壁的异型细胞(heterocyst)，在异型细胞中不含PSⅡ的色素，因此照光时不放氧。固氮是在异型细胞里进行，因为固氮过程要求无氧条件。

另一些微生物如红螺菌(Rhodospirillum)、红色极毛杆菌(Rhodopseudomonas)、绿杆菌(Chloroblium)等也能利用光能从硫、硫化物、氢或有机物取得电子进行固氮。;②利用化学能固氮。如好气性固氮菌(Azotobacter)、贝氏固氮菌(Bciierinckia)及厌气的巴斯德梭菌(Clostridiumpasteurzanum)和克氏杆菌(Klebsiella)等。;10.2.2.2共生固氮微生物

如与豆科植物共生固氮的根瘤菌(Rhizobium)，其专一性强，不同的菌株只能感染一定的植物，形成共生的根瘤。

在根瘤中植物为固氮菌提供碳源，而细菌利用植物提供的能源固氮，为植物提供氮源，形成一个很好的互利共生体系。;10.2.3固氮酶复合物

生物固氮过程由固氮酶复合物完成。固氮酶复合物由复原酶和固氮酶组成。

①复原酶

复原酶也称铁蛋白，提供具有高复原势的电子，它是由两个相同亚基组成的二聚体，相对分子质量为64000，也是一个铁硫蛋白，含有一个[Fe4S4]簇，每次可传递一个电子。此外，还有2个ATP结合位点。;②固氮酶

固氮酶也称钼铁蛋白，利用复原酶提供的高能电子复原N2成NH4+。它是由2个?亚基和2个?亚基组成的四聚体，相对分子质量为220000。其氧化复原中心含有2个钼原子、32个铁原子和相应数目的酸不稳定硫。

由复原酶向固氮酶的电子传递与复原酶上的ATP水解相偶联，由N2到NH3的复原过程需6