微生物生理学--微生物的氮代谢--课件

第五章第五章 微生物的氮代谢微生物的氮代谢 1 1pptppt课件课件一、生物固氮一、生物固氮 固氮作用固氮作用 使氮气作为氮源而利用的过程使氮气作为氮源而利用的过程，是某些原核生物的一种特性。，是某些原核生物的一种特性。人工固氮人工固氮高温高压（高温高压（300-600，200-800atm）生物固氮生物固氮固氮酶的参与下进行，常温常固氮酶的参与下进行，常温常压，厌氧条件下。压，厌氧条件下。生物固氮的优点：生物固氮的优点：经济（无需投入）；无污经济（无需投入）；无污染（水体的富营养化、致癌、温室效应、臭染（水体的富营养化、致癌、温室效应、臭氧层的破坏）氧层的破坏）2 2pptppt课件课件固氮微生物种类（生态类型）固氮微生物种类（生态类型）1894年，维诺格拉斯基年，维诺格拉斯基巴氏梭菌巴氏梭菌Beijerinck（贝哲林克）（贝哲林克）根瘤菌属、固根瘤菌属、固氮菌属。氮菌属。自生固氮菌自生固氮菌指一类不依赖与它种生物共指一类不依赖与它种生物共生而独立进行固氮的微生物。生而独立进行固氮的微生物。共生固氮菌共生固氮菌指必须与它种生物共生在一指必须与它种生物共生在一起时才能进行固氮的微生物。起时才能进行固氮的微生物。联合固氮菌联合固氮菌指必须生活在植物根际、叶指必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能进行固氮的微生物。面或动物肠道等处才能进行固氮的微生物。3 3pptppt课件课件地球上各种类型的固氮量地球上各种类型的固氮量生物固氮量生物固氮量生物固氮量生物固氮量非生物固氮量非生物固氮量非生物固氮量非生物固氮量固氮固氮固氮固氮类类型型型型已固定的氮已固定的氮已固定的氮已固定的氮（101010106 6 6 6t/t/t/t/年）年）年）年）固氮固氮固氮固氮类类型型型型已固定的氮已固定的氮已固定的氮已固定的氮（101010106 6 6 6t/t/t/t/年）年）年）年）生物固氮量生物固氮量生物固氮量生物固氮量175175175175非生物固氮量非生物固氮量非生物固氮量非生物固氮量80808080其中：其中：其中：其中：农业农业其中：其中：其中：其中：豆科植物豆科植物豆科植物豆科植物35353535闪电闪电10101010非豆科植物非豆科植物非豆科植物非豆科植物燃燃燃燃烧烧20202020水稻水稻水稻水稻4 4 4 4其他其他其他其他5 5 5 5工工工工业业方面方面方面方面永久草地永久草地永久草地永久草地45454545化肥生化肥生化肥生化肥生产产40404040森林和林地森林和林地森林和林地森林和林地40404040工工工工业业利用利用利用利用10101010荒地荒地荒地荒地10101010海洋海洋海洋海洋36363636全球固氮作用全球固氮作用全球固氮作用全球固氮作用255255255255101010106 6 6 64 4pptppt课件课件（一）、研究方法（一）、研究方法 Ahsby（阿什贝）培养基（阿什贝）培养基无氮培养基进无氮培养基进行分离培养判断（不严格、不准确、不精细行分离培养判断（不严格、不准确、不精细？）。？）。乙炔还原法乙炔还原法利用固氮酶可以催化乙炔形利用固氮酶可以催化乙炔形成乙烯，通过气相色谱仪检测乙烯的形成及成乙烯，通过气相色谱仪检测乙烯的形成及量，从而确定固氮酶的存在、活性、活力。量，从而确定固氮酶的存在、活性、活力。同位素示踪法（同位素示踪法（15N，无放射性），无放射性）质谱分质谱分光光度计测出。光光度计测出。5 5pptppt课件课件Ahsby无氮培养基无氮培养基甘露醇（蔗糖、葡萄糖）甘露醇（蔗糖、葡萄糖）10gKH2PO4 0.2gMgSO4.7H2O 0.2gNaCl 0.2gCaSO4.2H2O 0.1gCaCO3 5g蒸馏水蒸馏水 1000mL6 6pptppt课件课件乙炔还原法测定固氮酶活性乙炔还原法测定固氮酶活性 实验开始时（时间为实验开始时（时间为实验开始时（时间为实验开始时（时间为0 0）结果显示无）结果显示无）结果显示无）结果显示无C C2 2H H4 4存在，但随着实验检存在，但随着实验检存在，但随着实验检存在，但随着实验检测过程的继续，测过程的继续，测过程的继续，测过程的继续，C C2 2H H4 4产物增加。产物增加。产物增加。产物增加。注意：注意：注意：注意：C C2 2H H2 2如何消耗和如何消耗和如何消耗和如何消耗和C C2 2H H4 4是如何增加的过程。如果瓶中含是如何增加的过程。如果瓶中含是如何增加的过程。如果瓶中含是如何增加的过程。如果瓶中含有酶的提取物，条件应该是厌氧，即使固氮酶来源于好氧细菌，有酶的提取物，条件应该是厌氧，即使固氮酶来源于好氧细菌，有酶的提取物，条件应该是厌氧，即使固氮酶来源于好氧细菌，有酶的提取物，条件应该是厌氧，即使固氮酶来源于好氧细菌，也是如此。也是如此。也是如此。也是如此。7 7pptppt课件课件、生物固氮机理、生物固氮机理 1、固氮酶、固氮酶2、能量供给（、能量供给（ATP的供应）的供应）3、还原力、还原力H及其传递载体及其传递载体4、固氮酶催化的反应、固氮酶催化的反应5、固氮酶的防氧保护机制、固氮酶的防氧保护机制6、固氮产物氨的同化、固氮产物氨的同化7、固氮酶的调节、固氮酶的调节8 8pptppt课件课件1、固氮酶、固氮酶固氮酶是一种复合蛋白，由固二氮酶（固氮固氮酶是一种复合蛋白，由固二氮酶（固氮酶，酶，Dinitrogenase）和固二氮酶还原酶（固）和固二氮酶还原酶（固氮酶还原酶，氮酶还原酶，Dinitrogenase reductase）组）组成。成。两种（酶）蛋白成分中都含有两种（酶）蛋白成分中都含有铁铁（硫铁蛋白（硫铁蛋白成分），而固氮酶中还含有成分），而固氮酶中还含有钼钼。含有一个钼。含有一个钼原子、铁原子（原子、铁原子（7个？）和硫原子（个？）和硫原子（9个？），个？），是一种小肽，称为是一种小肽，称为铁钼因子铁钼因子（FeMo-co）。）。N2的还原反应在的还原反应在Fe-Mo中心进行。中心进行。FeMo-co的成分是的成分是MoFe7S9（MoFe7S8）+高柠檬酸，高柠檬酸，而且每分子固氮酶存在两个而且每分子固氮酶存在两个FeMo-co。9 9pptppt课件课件作为固氮酶中的铁钼辅因子作为固氮酶中的铁钼辅因子FeMo-co的结构的结构图左边部分为与钼相结合的图左边部分为与钼相结合的图左边部分为与钼相结合的图左边部分为与钼相结合的FeFe7 7S S8 8方形体（方形体（方形体（方形体（FeFe7 7S S9 9方形体）。方形体）。方形体）。方形体）。钼又与高柠檬酸上的氧原子相连接，以及固氮酶上的钼又与高柠檬酸上的氧原子相连接，以及固氮酶上的钼又与高柠檬酸上的氧原子相连接，以及固氮酶上的钼又与高柠檬酸上的氧原子相连接，以及固氮酶上的N N和和和和S S原子相连。原子相连。原子相连。原子相连。每个固氮酶含有两分子的每个固氮酶含有两分子的每个固氮酶含有两分子的每个固氮酶含有两分子的FeMoFeMo-co-co辅助因子辅助因子辅助因子辅助因子1010pptppt课件课件固氮酶两个组分的比较固氮酶两个组分的比较比比比比较项较项目目目目固二氮固二氮固二氮固二氮酶酶酶酶（组组分分分分）固二氮固二氮固二氮固二氮酶酶酶酶还还原原原原酶酶酶酶（组组分分分分）蛋白蛋白蛋白蛋白亚亚基数基数基数基数4 4 4 4（2 2 2 2大大大大2 2 2 2小）小）小）小）2 2 2 2（相同）（相同）（相同）（相同）相相相相对对分子分子分子分子质质量量量量22222222万左右万左右万左右万左右6 6 6 6万左右万左右万左右万左右FeFeFeFe原子数原子数原子数原子数30303030（24242424 32323232）4 4 4 4不不不不稳态稳态S S S S原子原子原子原子数数数数28282828（20202020 32323232）4 4 4 4MoMoMoMo原子数原子数原子数原子数2 2 2 20 0 0 0CysCysCysCys的的的的SHSHSHSH基基基基32323232 3434343412121212活性中心活性中心活性中心活性中心铁钼辅铁钼辅因子因子因子因子（FeMoCoFeMoCoFeMoCoFeMoCo）电电子活化中心（子活化中心（子活化中心（子活化中心（FeFeFeFe4 4 4 4S S S S4 4 4 4）功能功能功能功能络络合、活化和合、活化和合、活化和合、活化和还还原原原原N2N2N2N2传递电传递电子到子到子到子到组组分分分分上上上上对对O O O O2 2 2 2敏感性敏感性敏感性敏感性较较敏感敏感敏感敏感极敏感极敏感极敏感极敏感1111pptppt课件课件特殊说明特殊说明一些固氮细菌在某些生长条件下能合成无钼一些固氮细菌在某些生长条件下能合成无钼的固氮酶，形成所谓的固氮酶，形成所谓互生固氮酶，互生固氮酶，其其不含有不含有钼，而是含有钒（和铁）或只是有铁。钼，而是含有钒（和铁）或只是有铁。当钼充足时，互生固氮酶不能合成，因为含当钼充足时，互生固氮酶不能合成，因为含钼固氮酶是细胞中主要的固氮酶，推测互生钼固氮酶是细胞中主要的固氮酶，推测互生固氮酶是在环境中缺少钼时仍可进行固氮作固氮酶是在环境中缺少钼时仍可进行固氮作用的一种后备酶。用的一种后备酶。1212pptppt课件课件2、能量供给（、能量供给（ATP的供应）的供应）N三三N叁键解离能为叁键解离能为940kJ，O2为为493kJ。N2：ATP=1：1824（不成比例），由（不成比例），由呼吸呼吸、光合磷酸化光合磷酸化或厌氧呼吸、发酵作用提供。大或厌氧呼吸、发酵作用提供。大约每转移约每转移2个个e-需要水解需要水解45个个ATP。生物固氮也是一个耗能过程，固定生物固氮也是一个耗能过程，固定1kg氮化合氮化合物要消耗物要消耗10kg碳水化合物，豆科植物光合作碳水化合物，豆科植物光合作用获得的能量约有用获得的能量约有510%用于固氮。用于固氮。1313pptppt课件课件3、还原力、还原力H及其传递载体及其传递载体固氮反应中所需大量还原力（固氮反应中所需大量还原力（N：H=1：8）必须以）必须以NAD（P）H2的形式提供。由各种的形式提供。由各种碳源物质的分解、光合作用的光反应中心碳源物质的分解、光合作用的光反应中心使水光解、还原性物质（机体外使水光解、还原性物质（机体外连二硫连二硫酸钠、丙酮酸等）酸钠、丙酮酸等）固氮酶中电子转移的顺序如下：电子供体固氮酶中电子转移的顺序如下：电子供体固氮酶还原酶固氮酶还原酶固氮酶固氮酶N22NH3。电子传。电子传递载体有铁氧还蛋白（递载体有铁氧还蛋白（Fd）或黄素氧还蛋白）或黄素氧还蛋白（Fld）。）。用于氮还原作用的电子从铁氧还蛋白或黄素用于氮还原作用的电子从铁氧还蛋白或黄素蛋白的低电位的铁硫蛋白上转移到固氮酶还蛋白的低电位的铁硫蛋白上转移到固氮酶还原酶上。原酶上。1414pptppt课件课件固氮酶为得到较低的电位也需要固氮酶为得到较低的电位也需要ATP，以便，以便N2的还原。固氮酶还原酶的氧化还原电位是的还原。固氮酶还原酶的氧化还原电位是-0.30V，而且当电子转移给固氮酶和此酶水解，而且当电子转移给固氮酶和此酶水解ATP时，电位降低到时，电位降低到-0.4V。这种复合体然后。这种复合体然后与固氮酶相结合，结合后的固氮酶成为还原与固氮酶相结合，结合后的固氮酶成为还原态，还原态的固氮酶将态，还原态的固氮酶将N2还原成还原成NH3（反应（反应是在是在FeMo-co中心进行）。中心进行）。虽然将虽然将N2还原成还原成NH3只需要只需要6个电子，但实际个电子，但实际上在整个反应过程中要消耗上在整个反应过程中要消耗8个电子，有两个个电子，有两个电子以电子以H2的形式损失掉了。的形式损失掉了。1515pptppt课件课件固氮酶的电子供体固氮酶的电子供体1616pptppt课件课件4、固氮酶催化的反应（、固氮酶催化的反应（6个环节）个环节）固氮酶固氮酶-固氮还原原酶固氮还原原酶-Mg-ATP复合物复合物完完整的固氮酶。整的固氮酶。整个固氮过程主要经历以下几个环节：整个固氮过程主要经历以下几个环节：由由Fd或或Fld向氧化型固二氮酶还原酶的铁原向氧化型固二氮酶还原酶的铁原子提供子提供1个电子，使其还原；个电子，使其还原；还原型的固二氮酶还原酶与还原型的固二氮酶还原酶与ATP-Mg结合，结合，改变了构象；改变了构象；固氮酶在固氮酶在“FeMo-co”的的Mo位点上与分子氮位点上与分子氮结合，并与固二氮酶还原酶结合，并与固二氮酶还原酶Mg-ATP复合物复合物反应，形成一个反应，形成一个1：1复合物，即完整的固氮复合物，即完整的固氮酶；酶；1717pptppt课件课件在固氮酶分子上，有在固氮酶分子上，有1个电子从固二氮酶还个电子从固二氮酶还原酶原酶Mg-ATP复合物转移到复合物转移到固二氮酶固二氮酶的铁原的铁原子上，这时固二氮酶还原酶重新转变成氧化子上，这时固二氮酶还原酶重新转变成氧化态，同时态，同时ATP也就水解成也就水解成ADP+Pi；通过上述过程连续通过上述过程连续6次的运转，才可使固氮次的运转，才可使固氮酶释放出酶释放出2个个NH3分子；分子；还原还原1个个N2分子，理论上仅需分子，理论上仅需6个电子，而个电子，而实际测定却需实际测定却需8个电子，其中个电子，其中2个消耗在产个消耗在产H2上（有关原因尚待进一步研究）。上（有关原因尚待进一步研究）。1818pptppt课件课件固氮酶催化的反应说明固氮酶催化的反应说明固氮酶除能催化固氮酶除能催化N2NH3外，还具有催化外，还具有催化2H+2eH2反应的氢化酶活性。反应的氢化酶活性。当固氮菌在缺当固氮菌在缺N2环境下，其固氮酶可将环境下，其固氮酶可将H+全全部还原为部还原为H2释放；释放；在有在有N2环境下，也只是把环境下，也只是把75的还原力的还原力H去去还原还原N2，而把另外，而把另外25的的H以产以产H2方式浪方式浪费掉了。费掉了。然而，在大多数固氮菌中，还存在另一种经然而，在大多数固氮菌中，还存在另一种经典的典的氢化酶（氢化酶（hydrogenase），能将被固氮能将被固氮酶浪费了的分子氢重新激活，以回收一部分酶浪费了的分子氢重新激活，以回收一部分还原力还原力H和和ATP。1919pptppt课件课件2020pptppt课件课件自自生生固固氮氮菌菌固固氮氮的的生生化化途途径径（上上）及及其其细细节节（下下）2121pptppt课件课件5、固氮酶的防氧保护机制、固氮酶的防氧保护机制固氮酶的两个蛋白组分对氧极其敏感固氮酶的两个蛋白组分对氧极其敏感导导致失活（固二氮酶还原酶的半衰期为致失活（固二氮酶还原酶的半衰期为45s，固，固二氮酶为二氮酶为10min）（厌氧条件）电子传递的要求（厌氧条件）电子传递的要求?2222pptppt课件课件已知的大多数固氮微生物都是好氧菌，其生已知的大多数固氮微生物都是好氧菌，其生命活动包括生物固氮所需大量能量都是来自命活动包括生物固氮所需大量能量都是来自好氧呼吸和非循环光合磷酸化好氧呼吸和非循环光合磷酸化能量的保能量的保证证。都存在着好氧生化反应（呼吸）和厌氧生化都存在着好氧生化反应（呼吸）和厌氧生化反应（固氮）这两种表面上似乎水火不相容反应（固氮）这两种表面上似乎水火不相容的矛盾过程的矛盾过程矛盾的解决？矛盾的解决？实际中好氧性固氮菌在长期进化过程中，早实际中好氧性固氮菌在长期进化过程中，早已进化出适合在不同条件下保护固氮酶免受已进化出适合在不同条件下保护固氮酶免受氧害的机制了氧害的机制了相应的机制（介绍相应的机制（介绍3种）。种）。2323pptppt课件课件好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制好氧性自生固氮菌的抗氧保护机制呼吸保护呼吸保护固氮菌科的菌种，呼吸耗氧固氮菌科的菌种，呼吸耗氧低氧状态（低氧状态（微环境微环境局限空间局限空间）构象保护构象保护高氧分压时形成无活性但能防高氧分压时形成无活性但能防止氧失活的特殊构象止氧失活的特殊构象与耐氧蛋白（铁硫与耐氧蛋白（铁硫蛋白蛋白）形成复合物。）形成复合物。维涅兰德固氮菌、维涅兰德固氮菌、褐球固氮菌褐球固氮菌2424pptppt课件课件蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制蓝细菌固氮酶的抗氧保护机制分化出特殊的还原性异形胞分化出特殊的还原性异形胞厚壁、缺乏厚壁、缺乏光合系统光合系统、脱氢酶和氢化酶活性高（还原、脱氢酶和氢化酶活性高（还原态）、态）、SOD活性高（解除氧毒害作用）、高活性高（解除氧毒害作用）、高呼吸强度（呼吸强度（2倍）倍）空间的隔离空间的隔离。非异形胞蓝细菌固氮酶的保护非异形胞蓝细菌固氮酶的保护光合作用光合作用和固氮作用的分隔（时间，织线蓝细菌属）、和固氮作用的分隔（时间，织线蓝细菌属）、集束状生长（中央处于厌氧环境集束状生长（中央处于厌氧环境失去光失去光合系统合系统，束毛蓝细菌属）、提高过氧化物，束毛蓝细菌属）、提高过氧化物酶和酶和SOD的活性（除去有毒过氧化合物，粘的活性（除去有毒过氧化合物，粘球蓝细菌属）球蓝细菌属）时间的隔离时间的隔离。2525pptppt课件课件豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保护机制豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保护机制侵入根毛侵入根毛侵入线侵入线皮层皮层分化膨大变形分化膨大变形（不能繁殖）（不能繁殖）类菌体类菌体（形态变化大，强（形态变化大，强固氮活性）。固氮活性）。具有具有类菌体周膜类菌体周膜豆血红蛋白（由豆血红蛋白（由血红素血红素、球蛋白球蛋白组成，分别由根瘤菌和植物分别合成，组成，分别由根瘤菌和植物分别合成，Fe3+Fe2+）。）。功能：功能：维持维持O2在低而恒定的水平，调节类菌在低而恒定的水平，调节类菌体周围的氧浓度，保证向类菌体不断地供应体周围的氧浓度，保证向类菌体不断地供应浓度低而流速大的浓度低而流速大的氧（气）流氧（气）流主要以主要以结结合氧合氧存在，从而解决了呼吸强度对存在，从而解决了呼吸强度对ATP的产的产生和固氮酶的活性的保持之间的矛盾（结合生和固氮酶的活性的保持之间的矛盾（结合氧：游离氧氧：游离氧=10000：1）2626pptppt课件课件6、固氮产物氨的同化、固氮产物氨的同化与相应的酮酸结合形成各种氨基酸与相应的酮酸结合形成各种氨基酸注意：注意：不是直接传递的，而是需要谷氨酸和谷氨不是直接传递的，而是需要谷氨酸和谷氨酰胺作为载体；酰胺作为载体；Gln合成酶需要合成酶需要ATP的参与。的参与。2727pptppt课件课件N2经根瘤菌被植物吸收的过程经根瘤菌被植物吸收的过程2828pptppt课件课件7、固氮酶的调节、固氮酶的调节固氮作用的抑制剂（能量、电子、固氮酶）：固氮作用的抑制剂（能量、电子、固氮酶）：作用于电子的活化和传递阶段（金属螯合剂、作用于电子的活化和传递阶段（金属螯合剂、巯基化合物、氧化磷酸化和光合磷酸化的解巯基化合物、氧化磷酸化和光合磷酸化的解偶联剂等）；偶联剂等）；作用于底物与酶结合部位作用于底物与酶结合部位H+、C2H2和和N2竞争性抑制（实际上也是固氮酶的作用底物）。竞争性抑制（实际上也是固氮酶的作用底物）。2929pptppt课件课件ATP/ADP比率调节比率调节ATP/ADP高，固氮酶活性增加；高，固氮酶活性增加；ATP/ADP低，固氮酶活性受到抑制。低，固氮酶活性受到抑制。每催化一个分子氮还原成氨要消耗每催化一个分子氮还原成氨要消耗18-24个分个分子的子的ATP，相应地产生了，相应地产生了18-24个个ADP，从而，从而导致反应系统内导致反应系统内ATPADP比率的变化。比率的变化。ADP增加，增加，ATP/ADP比率降低，固氮酶活性比率降低，固氮酶活性受到抑制受到抑制固氮作用和固氮酶作用对能量固氮作用和固氮酶作用对能量的需要。的需要。生命需要维持最低生存水平（生存为第一位）。生命需要维持最低生存水平（生存为第一位）。3030pptppt课件课件相关实验现象的支持相关实验现象的支持好氧固氮菌在限氧条件下生长时，好氧固氮菌在限氧条件下生长时，ATP合成合成量降低，量降低，ATPADP比率变小，固氮酶活性比率变小，固氮酶活性降低，向维涅兰德固氮菌的生长培养基补充降低，向维涅兰德固氮菌的生长培养基补充氧气，机体合成更多的氧气，机体合成更多的ATP，ATPADP比比率提高，导致固氮酶活性增加。率提高，导致固氮酶活性增加。在进一步的研究中发现好氧固氮菌在进一步的研究中发现好氧固氮菌ATP合成合成的速率与固氮酶的活性随固氮系统中氧浓度的速率与固氮酶的活性随固氮系统中氧浓度的增加而提高（呼吸作用增强）。的增加而提高（呼吸作用增强）。说明：说明：在固氮菌或胞外固氮系统中在固氮菌或胞外固氮系统中ATPADP的比率对固氮酶活性有调节作用。的比率对固氮酶活性有调节作用。3131pptppt课件课件氨的调节氨的调节氨效应氨效应当环境中存在氨（当环境中存在氨（NH4+）时，出）时，出现固氮作用受到抑制的现象。现固氮作用受到抑制的现象。产生的原因：产生的原因：影响固氮酶的合成还是活性，影响固氮酶的合成还是活性，还是二者兼有。还是二者兼有。3个实验：个实验：证明氨的加入只影响了固氮酶合成，证明氨的加入只影响了固氮酶合成，而不直接影响固氮酶的活性（例外：深红红而不直接影响固氮酶的活性（例外：深红红螺菌螺菌失活）。失活）。3232pptppt课件课件证明氨的加入只影响了固氮酶合证明氨的加入只影响了固氮酶合成的三个实验成的三个实验A、将有固氮活性的维涅兰德固氮菌、肺炎克、将有固氮活性的维涅兰德固氮菌、肺炎克氏杆菌和巴氏梭菌等分别放到含铵盐的培养氏杆菌和巴氏梭菌等分别放到含铵盐的培养基里培养时，在一定的时间内固氮菌的固氮基里培养时，在一定的时间内固氮菌的固氮活性仍然维持在较高的水平上。活性仍然维持在较高的水平上。说明：看不出是否有影响（说明：看不出是否有影响（？只从实验中看？只从实验中看是没有影响），是没有影响），但实验中没有考虑但实验中没有考虑铵吸收过铵吸收过程需要时间，到达作用点需要时间，所以实程需要时间，到达作用点需要时间，所以实验证据不充分验证据不充分影响和作用不清。影响和作用不清。3333pptppt课件课件B、在荚膜红假单胞菌和沼泽红假单胞菌培养、在荚膜红假单胞菌和沼泽红假单胞菌培养液里，固氮酶活性在铵盐加入后几分钟内完液里，固氮酶活性在铵盐加入后几分钟内完全被抑制，但经过短时间的迟缓期之后固氮全被抑制，但经过短时间的迟缓期之后固氮酶活性恢复，迟缓期长短同加入的铵盐量成酶活性恢复，迟缓期长短同加入的铵盐量成正比。正比。说明铵盐可以影响到固氮酶的活性，但说明铵盐可以影响到固氮酶的活性，但无法解释和证明是影响了活性还是酶量；无法解释和证明是影响了活性还是酶量；证明氨的加入只影响了固氮酶合证明氨的加入只影响了固氮酶合成的三个实验成的三个实验3434pptppt课件课件进一步实验进一步实验同时还发现从被铵盐抑制的沼泽红假单胞菌同时还发现从被铵盐抑制的沼泽红假单胞菌里提取的固氮酶活性仍然存在里提取的固氮酶活性仍然存在活性得以活性得以保持，未受影响；保持，未受影响；另外还发现铵盐加到柱孢鱼腥藻的生长培养另外还发现铵盐加到柱孢鱼腥藻的生长培养基里，细胞内基里，细胞内ATP含量立即下降含量立即下降40。影响到影响到ATP/ADP，使之下降，从而影响，使之下降，从而影响到固氮酶活性到固氮酶活性（间接作用？）（间接作用？）。3535pptppt课件课件合理的解释合理的解释L-谷氨酸谷氨酸+NH4+ATPL-谷氨酰胺谷氨酰胺+ADP+Pi对这种现象的解释是由于谷氨酰胺合成酶活性对这种现象的解释是由于谷氨酰胺合成酶活性在铵盐加入后临时性增加，造成的现象：在铵盐加入后临时性增加，造成的现象：氨吸收加快；氨吸收加快；胞内胞内ATP因消耗而含量降低。因消耗而含量降低。最终结果：最终结果：导致胞内导致胞内ATPADP比率降低，从比率降低，从而使固氮酶活性迅速降低而使固氮酶活性迅速降低。3636pptppt课件课件C、铵盐加到以分子氮为唯一氮源的培养基上、铵盐加到以分子氮为唯一氮源的培养基上生长的固氮菌培养液里，培养一段时间导致生长的固氮菌培养液里，培养一段时间导致固氮菌数量增加一倍的同时，单位重量的固固氮菌数量增加一倍的同时，单位重量的固氮菌固氮活性与铵盐加入时的固氮活性相比氮菌固氮活性与铵盐加入时的固氮活性相比只降低只降低50。上面的结果说明：上面的结果说明：铵盐在某些固氮菌里不会铵盐在某些固氮菌里不会影响固氮酶的活性（固氮酶的总量不变影响固氮酶的活性（固氮酶的总量不变总活性不变，单位菌体的固氮酶活性减少）。总活性不变，单位菌体的固氮酶活性减少）。证明氨的加入只影响了固氮酶合证明氨的加入只影响了固氮酶合成的三个实验成的三个实验3737pptppt课件课件证明氨的加入只影响了固氮酶合证明氨的加入只影响了固氮酶合成的成的3个实验所说明的问题个实验所说明的问题3个实验只作为间接的推测结果；个实验只作为间接的推测结果；还需要直接结果的证明。还需要直接结果的证明。3838pptppt课件课件铵盐的作用铵盐的作用调节固氮酶合成调节固氮酶合成针对巴氏梭菌针对巴氏梭菌铵盐可以通过调节固氮酶铵盐可以通过调节固氮酶合成的方式调节机体的固氮作用。合成的方式调节机体的固氮作用。实验过程：实验过程：分别以分别以NH4 4+、NH4 4+氯霉素和氯霉素和N2 2作为唯一作为唯一氮源培养固氮菌；氮源培养固氮菌；分别测定其培养得到的固氮菌固定分别测定其培养得到的固氮菌固定15N2 2的的能力。能力。结果：结果：只有以只有以N2 2为氮源培养的固氮菌有固氮为氮源培养的固氮菌有固氮活性，其他两种氮源培养的固氮菌无固氮活活性，其他两种氮源培养的固氮菌无固氮活性。性。结论：结论：说明是铵盐阻遏了固氮酶的合成。说明是铵盐阻遏了固氮酶的合成。为什么？为什么？3939pptppt课件课件铵盐的作用铵盐的作用调节固氮酶合成调节固氮酶合成另外通过研究还发现在铵盐耗尽之后，再以另外通过研究还发现在铵盐耗尽之后，再以N2 2为氮源培养固氮菌时，短时间内胞内游离为氮源培养固氮菌时，短时间内胞内游离氨基酸的量不增加。这可能是由于氨基酸用氨基酸的量不增加。这可能是由于氨基酸用于固氮酶合成的结果；于固氮酶合成的结果；上面的结果说明：上面的结果说明：氨的调节作用是通过调节氨的调节作用是通过调节固氮酶的合成来实现的。固氮酶的合成来实现的。4040pptppt课件课件其它物质对固氮酶的影响其它物质对固氮酶的影响在具有硝酸盐还原酶活性的维涅兰德固氮菌里，在具有硝酸盐还原酶活性的维涅兰德固氮菌里，加入硝酸盐也能使该菌的固氮活性降低加入硝酸盐也能使该菌的固氮活性降低50。硝。硝酸盐加到缺失硝酸盐还原酶的菌株里对固氮活性酸盐加到缺失硝酸盐还原酶的菌株里对固氮活性无影响；无影响；说明什么？说明什么？另外还发现氨甲酰磷酸在该菌内的浓度受固氮系另外还发现氨甲酰磷酸在该菌内的浓度受固氮系统中统中NH4+和和ATP的控制。而氨甲酰磷酸的调节作的控制。而氨甲酰磷酸的调节作用可归因于用可归因于ATPADP和氨的调节。和氨的调节。NH4+HCO3-NH2COO-+H2O（非酶促反应）（非酶促反应）NH2COO-+ATPNH2COOPO32-+ADP（Mg2+,氨甲酰磷酸激酶）氨甲酰磷酸激酶）4141pptppt课件课件在研究在研究NH4 4+的调节作用时发现肺炎克氏杆菌的调节作用时发现肺炎克氏杆菌在铵盐浓度高（大于在铵盐浓度高（大于1.5mmolL）的培养基）的培养基上生长时，胞内谷氨酰胺合成酶活性低，而上生长时，胞内谷氨酰胺合成酶活性低，而谷氨酸脱氢酶活性高谷氨酸脱氢酶活性高（说明什么？）（说明什么？）；在铵盐缺乏的培养基上生长时谷氨酰胺合成在铵盐缺乏的培养基上生长时谷氨酰胺合成酶活性高，而谷氨酸脱氢酶活性低。酶活性高，而谷氨酸脱氢酶活性低。说明：说明：NH4 4+除了对固氮酶的合成有影响外，除了对固氮酶的合成有影响外，也对谷氨酰胺合成酶起作用；谷氨酰胺合成也对谷氨酰胺合成酶起作用；谷氨酰胺合成酶在固氮酶合成的调节上起着重要作用酶在固氮酶合成的调节上起着重要作用存在同步影响存在同步影响（可能存在内在的联系？）（可能存在内在的联系？）。铵盐存在与否对相关酶的影响铵盐存在与否对相关酶的影响4242pptppt课件课件NH4+调节固氮酶合成的机理调节固氮酶合成的机理目前一般认为目前一般认为NH4+调节固氮酶合成的机理是：调节固氮酶合成的机理是：NH4+在谷氨酰胺合成酶催化下与谷氨酸反应在谷氨酰胺合成酶催化下与谷氨酸反应生成谷氨酰胺，谷氨酰胺可以和谷氨酰胺合生成谷氨酰胺，谷氨酰胺可以和谷氨酰胺合成酶调节基因的产物（一种调节蛋白）相给成酶调节基因的产物（一种调节蛋白）相给合导致调节基因产物构型发生变化并结合到合导致调节基因产物构型发生变化并结合到谷氨酰胺合成酶的操纵基因上，阻止谷氨酰谷氨酰胺合成酶的操纵基因上，阻止谷氨酰胺合成酶结构基因的转录，胺合成酶结构基因的转录，导致谷氨酰胺合导致谷氨酰胺合成酶不能合成；成酶不能合成；此时由于没有谷氨酰胺合成酶，催化固氮酶此时由于没有谷氨酰胺合成酶，催化固氮酶合成的合成的RNA聚合酶不能转录固氮酶的结构基聚合酶不能转录固氮酶的结构基因，固氮酶不能合成。因，固氮酶不能合成。谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶的作用？的作用？4343pptppt课件课件NH4+调节固氮酶合成的机理调节固氮酶合成的机理当胞内当胞内NH4+缺乏时，谷氨酰胺合成酶调节基缺乏时，谷氨酰胺合成酶调节基因产物无活性，谷氨酰胺合成酶合成，然后因产物无活性，谷氨酰胺合成酶合成，然后它作为一种调节因子结合到固氮酶合成操纵它作为一种调节因子结合到固氮酶合成操纵子的启动基因上，启动固氮酶的子的启动基因上，启动固氮酶的RNA聚合酶聚合酶转录，导致固氮酶合成。转录，导致固氮酶合成。说明：说明：在铵盐的调节中实际上是谷氨酰胺在在铵盐的调节中实际上是谷氨酰胺在起作用起作用（作为固氮酶合成中的调节因子，调（作为固氮酶合成中的调节因子，调节着固氮酶合成操纵子上结构基因的转录）节着固氮酶合成操纵子上结构基因的转录）。在肺炎克氏杆菌的谷氨酰胺缺陷型菌株上得在肺炎克氏杆菌的谷氨酰胺缺陷型菌株上得到了证实，因为该缺陷型不能合成固氮酶。到了证实，因为该缺陷型不能合成固氮酶。4444pptppt课件课件固氮酶合成调节固氮酶合成调节4545pptppt课件课件固氮酶的合成和谷氨酰胺合成酶有关的实验证据固氮酶的合成和谷氨酰胺合成酶有关的实验证据增加氨浓度会抑制谷氨酰胺合成酶的合成，增加氨浓度会抑制谷氨酰胺合成酶的合成，同时也影响固氮酶的合成；同时也影响固氮酶的合成；缺失谷氨酰胺合成酶的谷氨酰胺营养缺陷型缺失谷氨酰胺合成酶的谷氨酰胺营养缺陷型菌株，也不能合成固氮酶；菌株，也不能合成固氮酶；将谷氨酰胺合成酶缺陷菌株与带有谷氨酰胺将谷氨酰胺合成酶缺陷菌株与带有谷氨酰胺合成酶编码的载体的大肠杆菌进行重组，就合成酶编码的载体的大肠杆菌进行重组，就可以使谷氨酰胺合成酶缺陷的肺炎克雷伯氏可以使谷氨酰胺合成酶缺陷的肺炎克雷伯氏菌株恢复合成固氮酶能力。菌株恢复合成固氮酶能力。肺炎克雷伯氏菌的这种重组突变体在通常应肺炎克雷伯氏菌的这种重组突变体在通常应受到氨抑制的条件下仍能继续合成谷氨酰胺受到氨抑制的条件下仍能继续合成谷氨酰胺合成酶，同时也能合成固氮酶。合成酶，同时也能合成固氮酶。为什么为什么？4646pptppt课件课件氨效应的生理学意义氨效应的生理学意义氨和氨甲酰磷酸对固氮酶活性的调节作用，氨和氨甲酰磷酸对固氮酶活性的调节作用，以及从谷氨酰胺合成酶与固氮酶合成的关系以及从谷氨酰胺合成酶与固氮酶合成的关系来看，它们都是微生物的一种来看，它们都是微生物的一种自我调节自我调节，以，以便适应环境的变化。便适应环境的变化。因为既然环境中已有充足的因为既然环境中已有充足的NH4+，那么微生，那么微生物就不必再消耗能量去合成固氮酶，进行耗物就不必再消耗能量去合成固氮酶，进行耗能的固氮作用能的固氮作用节能节能。如果菌株缺乏谷氨酰胺合成酶，不能合成谷如果菌株缺乏谷氨酰胺合成酶，不能合成谷氨酰胺，因此固氮菌采用不合成固氮酶，以氨酰胺，因此固氮菌采用不合成固氮酶，以适应谷氨酰胺合成酶缺陷的特性，对菌体自适应谷氨酰胺合成酶缺陷的特性，对菌体自身进行保护。否则固氮作用合成的氨没有去身进行保护。否则固氮作用合成的氨没有去路，过量的氨就会对固氮菌有毒害作用路，过量的氨就会对固氮菌有毒害作用保护保护。4747pptppt课件课件氨的氨的“开关开关”效应效应在某些固氮菌中，固氮酶的活性也受氨的调在某些固氮菌中，固氮酶的活性也受氨的调节，这种现象称为氨的节，这种现象称为氨的“开关开关”效应。效应。在此情况下，过量的氨引起固氮酶还原酶的在此情况下，过量的氨引起固氮酶还原酶的共价修饰，因而导致酶活性丧失。共价修饰，因而导致酶活性丧失。当氨缺乏时，这类修饰蛋白又转变为活性状当氨缺乏时，这类修饰蛋白又转变为活性状态，态，N2固定反应重新开始进行。固定反应重新开始进行。因而氨的开关作用是一种通过固氮酶来控制因而氨的开关作用是一种通过固氮酶来控制ATP消耗速度而又可逆的方法。消耗速度而又可逆的方法。最终的最终的目的是不过度消耗能量，影响到其它生命活目的是不过度消耗能量，影响到其它生命活动。动。4848pptppt课件课件钼调节钼调节钼是铁钼蛋白与铁钼辅因子的重要组成元素，钼是铁钼蛋白与铁钼辅因子的重要组成元素，很明显培养基中钼存在与否也会影响固氮酶很明显培养基中钼存在与否也会影响固氮酶的活性与合成。的活性与合成。不能合成（肺炎克雷伯氏菌）或合成无不能合成（肺炎克雷伯氏菌）或合成无活性的固氮酶（鲍氏织线藻，当加入钼后可活性的固氮酶（鲍氏织线藻，当加入钼后可以转化有活性的固氮酶）。以转化有活性的固氮酶）。实验证据（如何证明是何种方式）实验证据（如何证明是何种方式）固氮固氮活性不受氯霉素抑制，说明钼元素加入后，活性不受氯霉素抑制，说明钼元素加入后，不是重新合成固氮酶？不是重新合成固氮酶？4949pptppt课件课件氧调节氧调节氧能使固氮酶不可逆地失活氧能使固氮酶不可逆地失活氧能使固氮酶不可逆地失活氧能使固氮酶不可逆地失活确定的结果。确定的结果。确定的结果。确定的结果。氧对固氮酶作用单靠测定固氮酶活性是不充分的，氧对固氮酶作用单靠测定固氮酶活性是不充分的，氧对固氮酶作用单靠测定固氮酶活性是不充分的，氧对固氮酶作用单靠测定固氮酶活性是不充分的，还得说明氧导致酶活性丧失是否有促进了固氮酶的还得说明氧导致酶活性丧失是否有促进了固氮酶的还得说明氧导致酶活性丧失是否有促进了固氮酶的还得说明氧导致酶活性丧失是否有促进了固氮酶的分解和抑制它的合成的过程。分解和抑制它的合成的过程。分解和抑制它的合成的过程。分解和抑制它的合成的过程。用脉冲标记和放射自显影技术测定用脉冲标记和放射自显影技术测定用脉冲标记和放射自显影技术测定用脉冲标记和放射自显影技术测定1414C-C-氨基酸在有氨基酸在有氨基酸在有氨基酸在有氧条件下是否参与固氮酶合成的实验来证明。结果氧条件下是否参与固氮酶合成的实验来证明。结果氧条件下是否参与固氮酶合成的实验来证明。结果氧条件下是否参与固氮酶合成的实验来证明。结果显示固氮酶多肽中有放射性，说明这种氨基酸参与显示固氮酶多肽中有放射性，说明这种氨基酸参与显示固氮酶多肽中有放射性，说明这种氨基酸参与显示固氮酶多肽中有放射性，说明这种氨基酸参与固氮酶合成固氮酶合成固氮酶合成固氮酶合成寻找参与合成固氮酶的氨基酸来设寻找参与合成固氮酶的氨基酸来设寻找参与合成固氮酶的氨基酸来设寻找参与合成固氮酶的氨基酸来设计实验计实验计实验计实验。将在含将在含将在含将在含NHNH4 4+培养基上生长的肺炎克雷伯氏菌接种到培养基上生长的肺炎克雷伯氏菌接种到培养基上生长的肺炎克雷伯氏菌接种到培养基上生长的肺炎克雷伯氏菌接种到无化合态氮的液体培养基时振荡培养（对照为不振无化合态氮的液体培养基时振荡培养（对照为不振无化合态氮的液体培养基时振荡培养（对照为不振无化合态氮的液体培养基时振荡培养（对照为不振荡培养），发现荡培养），发现荡培养），发现荡培养），发现1414C-C-氨基酸插入到固氮酶中的速率氨基酸插入到固氮酶中的速率氨基酸插入到固氮酶中的速率氨基酸插入到固氮酶中的速率比用氧损伤导致蛋白质降解的速率降低得更快。比用氧损伤导致蛋白质降解的速率降低得更快。比用氧损伤导致蛋白质降解的速率降低得更快。比用氧损伤导致蛋白质降解的速率降低得更快。说明：说明：说明：说明：氧阻遏了固氮酶的合成，但氧调节的方式有氧阻遏了固氮酶的合成，但氧调节的方式有氧阻遏了固氮酶的合成，但氧调节的方式有氧阻遏了固氮酶的合成，但氧调节的方式有待进一步研究（不充分）。待进一步研究（不充分）。待进一步研究（不充分）。待进一步研究（不充分）。5050pptppt课件课件补充：固氮酶基因（补充：固氮酶基因（nif）固氮基因群固氮基因群 肺炎克雷伯氏菌是一种研究的较深入清楚的固氮生物，其固肺炎克雷伯氏菌是一种研究的较深入清楚的固氮生物，其固肺炎克雷伯氏菌是一种研究的较深入清楚的固氮生物，其固肺炎克雷伯氏菌是一种研究的较深入清楚的固氮生物，其固氮酶和固氮酶还原酶的是复杂的调控子中的一部分（大量的氮酶和固氮酶还原酶的是复杂的调控子中的一部分（大量的氮酶和固氮酶还原酶的是复杂的调控子中的一部分（大量的氮酶和固氮酶还原酶的是复杂的调控子中的一部分（大量的操纵子）该调控子称为操纵子）该调控子称为操纵子）该调控子称为操纵子）该调控子称为“nifnif调控子调控子调控子调控子”；肺炎克雷伯氏菌肺炎克雷伯氏菌肺炎克雷伯氏菌肺炎克雷伯氏菌nifnif调控子全长为调控子全长为调控子全长为调控子全长为24kb24kb，并且含有，并且含有，并且含有，并且含有2020个基因个基因个基因个基因排列成几个转录单位。除了固氮酶结构基因外，排列成几个转录单位。除了固氮酶结构基因外，排列成几个转录单位。除了固氮酶结构基因外，排列成几个转录单位。除了固氮酶结构基因外，FeMoCoFeMoCo基基基基因、控制电子转运蛋白的基因以及一系列调节基因亦存在于因、控制电子转运蛋白的基因以及一系列调节基因亦存在于因、控制电子转运蛋白的基因以及一系列调节基因亦存在于因、控制电子转运蛋白的基因以及一系列调节基因亦存在于nifnif调控子中。调控子中。调控子中。调控子中。固氮酶是由两个亚单位组成的复合蛋白，固氮酶是由两个亚单位组成的复合蛋白，固氮酶是由两个亚单位组成的复合蛋白，固氮酶是由两个亚单位组成的复合蛋白，亚基亚基亚基亚基(nofDnofD基因产基因产基因产基因产物物物物)和和和和 亚基亚基亚基亚基(nifKnifK基因产物基因产物基因产物基因产物)，每一个亚基都有两个拷贝。，每一个亚基都有两个拷贝。，每一个亚基都有两个拷贝。，每一个亚基都有两个拷贝。固氮酶还原酶是由两个相同亚基组成的蛋白二聚体，是固氮酶还原酶是由两个相同亚基组成的蛋白二聚体，是固氮酶还原酶是由两个相同亚基组成的蛋白二聚体，是固氮酶还原酶是由两个相同亚基组成的蛋白二聚体，是nifHnifH的产物。的产物。的产物。的产物。FeMoCoFeMoCo是由几个基因共同参与合成的，这些基因包括是由几个基因共同参与合成的，这些基因包括是由几个基因共同参与合成的，这些基因包括是由几个基因共同参与合成的，这些基因包括nifNnifN、V V、Z Z、WW、E E和和和和B B。除这些基因外，还有除这些基因外，还有除这些基因外，还有除这些基因外，还有QQ基因，用于控制一种产物，此产物涉基因，用于控制一种产物，此产物涉基因，用于控制一种产物，此产物涉基因，用于控制一种产物，此产物涉及到钼的反应过程。及到钼的反应过程。及到钼的反应过程。及到钼的反应过程。nifAnifA基因编码一种正调节蛋白，此调节基因编码一种正调节蛋白，此调节基因编码一种正调节蛋白，此调节基因编码一种正调节蛋白，此调节蛋白激活其他蛋白激活其他蛋白激活其他蛋白激活其他nifnif基因的转录。基因的转录。基因的转录。基因的转录。5151pptppt课件课件肺炎克雷伯氏菌是研究的最清楚的固氮菌肺炎克雷伯氏菌是研究的最清楚的固氮菌nif调控子（调节子）的基因结构调控子（调节子）的基因结构5252pptppt课件课件二、微生物对无机含氮化合物的代谢二、微生物对无机含氮化合物的代谢、无机氮代谢的中心环节、无机氮代谢的中心环节氨的同化氨的同化、微生物对氨的同化途径、微生物对氨的同化途径、影响氨同化的因素、影响氨同化的因素5353pptppt课件课件、无机氮代谢的中心环节、无机氮代谢的中心环节氨的同化氨的同化微生物利用无机氮作为细胞氮源的能力取决微生物利用无机氮作为细胞氮源的能力取决于它是否能够将这些无机氮转变为氨。于它是否能够将这些无机氮转变为氨。氨的氮原子化学价为氨的氮原子化学价为-3，与细胞有机物的氮，与细胞有机物的氮（蛋白质、核酸等）处于同一氧化水平，因（蛋白质、核酸等）处于同一氧化水平，因此许多微生物能够利用氨以及利用代谢的中此许多微生物能够利用氨以及利用代谢的中间代谢物合成它们所需要的全部氨基酸和其间代谢物合成它们所需要的全部氨基酸和其他含氮物，然而微生物所进行的氨同化作用他含氮物，然而微生物所进行的氨同化作用的途径相当少。在微生物细胞所具有的各种的途径相当少。在微生物细胞所具有的各种氨基酸中，氮只能同化到少数几种氨基酸中，氨基酸中，氮只能同化到少数几种氨基酸中，然后再由这些氨基酸作为氨基的供体，通过然后再由这些氨基酸作为氨基的供体，通过转氨基作用，将氨基转移给酮酸前体并形成转氨基作用，将氨基转移给酮酸前体并形成相应的氨基酸。相应的氨基酸。5454pptppt课件课件硝酸盐硝酸盐高度氧化的无机氮源，它可以被高度氧化的无机氮源，它可以被许多生物还原，一般分为许多生物还原，一般分为2类：类：异化还原作用（异化还原作用（NO2-，N2）反硝化作用；反硝化作用；同化还原作用（同化还原作用（NH3）。硝酸盐还原酶（硝酸盐还原酶（2大类）：大类）：异化型异化型位于细胞膜上，诱导酶，氧可阻位于细胞膜上，诱导酶，氧可阻遏合成和抑制活性；遏合成和抑制活性；厌氧环境厌氧环境 同化型同化型位于细胞质中，氨阻遏其合成。位于细胞质中，氨阻遏其合成。硝酸盐还原酶实际上是一种多酶复合物，该硝酸盐还原酶实际上是一种多酶复合物，该复合物由脱氢酶、电子传递体和硝酸盐还原复合物由脱氢酶、电子传递体和硝酸盐还原酶组成。酶组成。5555pptppt课件课件无无机机含含氮氮物物的的代代谢谢途途径径5656pptppt课件课件硝酸盐还原硝酸盐还原同化还原同化还原同化还原同化还原硝硝硝硝酸盐被机体逐步酸盐被机体逐步酸盐被机体逐步酸盐被机体逐步还原成氨，然后还原成氨，然后还原成氨，然后还原成氨，然后氨被细胞吸收，氨被细胞吸收，氨被细胞吸收，氨被细胞吸收，用于细胞物质合用于细胞物质合用于细胞物质合用于细胞物质合成。成。成。成。异化还原异化还原异化还原异化还原硝硝硝硝酸盐被还原成亚酸盐被还原成亚酸盐被还原成亚酸盐被还原成亚硝酸盐，亚硝酸硝酸盐，亚硝酸硝酸盐，亚硝酸硝酸盐，亚硝酸盐或者被分泌到盐或者被分泌到盐或者被分泌到盐或者被分泌到细胞外，或者进细胞外，或者进细胞外，或者进细胞外，或者进一步通过几步反一步通过几步反一步通过几步反一步通过几步反应被还原成分子应被还原成分子应被还原成分子应被还原成分子氮。氮。氮。氮。5757pptppt课件课件、微生物对氨的同化途径、微生物对氨的同化途径氨同化作用的可能途径是先合成谷氨酸（或氨同化作用的可能途径是先合成谷氨酸（或谷氨酰胺）、丙氨酸和天冬氨酸、氨甲酰磷谷氨酰胺）、丙氨酸和天冬氨酸、氨甲酰磷酸，然后由这几种氨基酸作为氨基供体，合酸，然后由这几种氨基酸作为氨基供体，合成其他氨基酸。主要有成其他氨基酸。主要有5条途径。条途径。5858pptppt课件课件氨同化的五条途径氨同化的五条途径1 1、谷氨酸脱氢酶（、谷氨酸脱氢酶（、谷氨酸脱氢酶（、谷氨酸脱氢酶（GDHGDH，有两种：，有两种：，有两种：，有两种：NAD-GDHNAD-GDH分分分分解和解和解和解和NADP-GDHNADP-GDH合成）合成）合成）合成）-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸+NH+NH4 4+NADH+H+NADH+H+L-L-谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+NAD+NAD+-酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸+NH+NH4 4+NADPH+H+NADPH+H+L-L-谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+NADP+NADP+2 2、谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺合成酶、谷氨酰胺合成酶-谷氨酸合成酶（谷氨酸合成酶（谷氨酸合成酶（谷氨酸合成酶（glnS-gluSglnS-gluS）L-L-谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+NH+NH4 4+ATPL-+ATPL-谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺+ADP+PiADP+Pi -酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸酮戊二酸+L-+L-谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺+NADPH+H+NADPH+H+2L-2L-谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸+NADP+NADP+谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺-酮戊二酸氨基转移酶（酮戊二酸氨基转移酶（酮戊二酸氨基转移酶（酮戊二酸氨基转移酶（GOG-ATGOG-ATGlnSGlnS）5959pptppt课件课件氨氨的的同同化化作作用用6060pptppt课件课件氨同化的五条途径氨同化的五条途径3 3、丙氨酸脱氢酶（、丙氨酸脱氢酶（、丙氨酸脱氢酶（、丙氨酸脱氢酶（ADHADH）丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸+NH+NH4 4+NADH+H+NADH+H+L-L-丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸+NAD+NAD+丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸+NH+NH4 4+NADPH+H+NADPH+H+L-L-丙氨酸丙氨酸丙氨酸丙氨酸+NADP+NADP+4 4、天冬氨酸酶（天冬氨酸酶脱氨酶）、天冬氨酸酶（天冬氨酸酶脱氨酶）、天冬氨酸酶（天冬氨酸酶脱氨酶）、天冬氨酸酶（天冬氨酸酶脱氨酶）延胡索酸延胡索酸延胡索酸延胡索酸+NH+NH4 4+L-L-天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸5 5、氨甲酰磷酸合成酶、氨甲酰磷酸合成酶、氨甲酰磷酸合成酶、氨甲酰磷酸合成酶 NHNH4 4+HCO+HCO3 3-NHNH2 2COOCOO-+H+H2 2OO（非酶促反应）（非酶促反应）（非酶促反应）（非酶促反应）NHNH2 2COOCOO-+ATPNH+ATPNH2 2COOPOCOOPO3 32-2-+ADP+ADP（MgMg2+2+,氨氨氨氨甲酰磷酸激酶）甲酰磷酸激酶）甲酰磷酸激酶）甲酰磷酸激酶）6161pptppt课件课件注意注意在各种微生物中，这几个氨基酸都是转氨基在各种微生物中，这几个氨基酸都是转氨基酶反应中氨基氮的最活跃的供体。酶反应中氨基氮的最活跃的供体。但在许多微生物中，氨同化途径似乎主要是但在许多微生物中，氨同化途径似乎主要是通过先形成通过先形成谷氨酸谷氨酸，然后再合成其他氨基酸，然后再合成其他氨基酸这条途径，不过在有些情况下，一些细菌也这条途径，不过在有些情况下，一些细菌也可以优先利用合成天冬氨酸这条途径。可以优先利用合成天冬氨酸这条途径。6262pptppt课件课件、影响氨同化的因素、影响氨同化的因素1 1、培养条件的影响（大肠杆菌等革兰氏阴性细菌）、培养条件的影响（大肠杆菌等革兰氏阴性细菌）、培养条件的影响（大肠杆菌等革兰氏阴性细菌）、培养条件的影响（大肠杆菌等革兰氏阴性细菌）底物的影响底物的影响底物的影响底物的影响（氢供体的影响）（氢供体的影响）（氢供体的影响）（氢供体的影响）氨、葡萄糖氨、葡萄糖氨、葡萄糖氨、葡萄糖谷氨酸脱氢酶的活性很高谷氨酸脱氢酶的活性很高谷氨酸脱氢酶的活性很高谷氨酸脱氢酶的活性很高（？）（？）（？）（？）氨基酸混合物氨基酸混合物氨基酸混合物氨基酸混合物天冬氨酸酶活性高，谷氨酸脱氢天冬氨酸酶活性高，谷氨酸脱氢天冬氨酸酶活性高，谷氨酸脱氢天冬氨酸酶活性高，谷氨酸脱氢酶活性低酶活性低酶活性低酶活性低（？）（？）（？）（？）琥珀酸琥珀酸琥珀酸琥珀酸谷氨酸脱氢酶和天冬氨酸酶的活力几乎谷氨酸脱氢酶和天冬氨酸酶的活力几乎谷氨酸脱氢酶和天冬氨酸酶的活力几乎谷氨酸脱氢酶和天冬氨酸酶的活力几乎相等相等相等相等（？）