茶樹中的茶氨酸代謝課件

第三節(jié)茶樹中的茶氨酸代謝

一氨基酸在茶樹中的分布二茶氨酸的生物合成

1.茶氨酸合成酶2.茶氨酸生物合成的先質（谷氨酸、乙胺）三茶氨酸的分解代謝四茶氨酸的規(guī)模化發(fā)酵生產(chǎn)第三節(jié)茶樹中的茶氨酸代謝一氨基酸在茶樹中的分布1茶氨酸，一種非蛋白質氨基酸，是茶葉中的特色成分之一，占茶葉干重的1-2%、占整個游離氨基酸的70%。除茶氨酸外，茶葉中還含有一定量的谷氨酸、精氨酸、絲氨酸、天冬氨酸。茶氨酸，一種非蛋白質氨基酸，是茶葉中的特色成分之一，占茶葉干2一、氨基酸在茶樹中的分布發(fā)芽前后的種子中主要的氨基酸是茶氨酸和精氨酸；發(fā)芽后，子葉中為茶氨酸和精氨酸為主，根中主要是茶氨酸（80%）；當幼根和莖葉開始生長時，所含氨基酸化合物由子葉中蛋白質水解產(chǎn)物運輸而來。當幼苗開始分化時，則吸收無機氮合成氨基酸。茶樹氨基酸在各個組織都含有，但含量差異較大。一、氨基酸在茶樹中的分布發(fā)芽前后的種子中主要的氨基酸是茶氨酸3一、氨基酸在茶樹中的分布游離氨基酸以第一葉最高、莖木質部最低。一、氨基酸在茶樹中的分布游離氨基酸以第一葉最高、莖木質部最低4茶氨酸在各組織（果實除外）含量都十分突出，以芽葉最高，第二、三及四五葉依次下降。茶氨酸在各組織（果實除外）含量都十分突出，以芽葉最高，第二、5不同等級茶葉中氨基酸含量也不相同。不同等級茶葉中氨基酸含量也不相同。6

茶樹因施肥種類不同，氨基酸和酰胺的分配和積累有明顯的差異：施用銨態(tài)氮肥初期，茶樹體內(nèi)谷氨酰胺的濃度急劇上升，茶樹根部茶氨酸、精氨酸和谷氨酰胺的濃度也呈直線上升，但不久，除茶氨酸的濃度仍繼續(xù)提高外，其它氨基酸都有所下降。這時，地上部分以精氨酸為主，根部主要是茶氨酸。硝態(tài)氮肥的用量與根部氨基酸類化合物的濃度不呈現(xiàn)上述關系。茶樹因施肥種類不同，氨基酸和酰胺的分配和積累有明顯的差異：7茶樹中的茶氨酸代謝課件8

茶樹氨基酸特別是茶氨酸的積累和分布也與其轉移速度和利用速度有關。茶樹氨基酸中以谷氨酸在茶樹中利用最快，而茶氨酸貯存期長，因為茶氨酸由根部轉移到葉部的速度和葉部利用的速度都比谷氨酰胺慢，新梢中的茶氨酸從萌發(fā)開始就具有較高的含量，隨著新梢的生長一直保持較高的水平，這一點亦可看作茶氨酸在新梢中含量高的理由。茶樹氨基酸特別是茶氨酸的積累和分布也與其轉移速度和利用速度9

冬季茶樹處于休眠期，茶氨酸和谷氨酰胺主要貯存在根部，精氨酸則貯存于地上部，谷氨酸在各器官中含量均較高。茶樹根部貯存的養(yǎng)分在翌年春茶萌發(fā)時往新梢中運輸，對新梢的生長發(fā)育起著較大的作用。冬季茶樹處于休眠期，茶氨酸和谷氨酰胺主要貯存在根部，精氨酸10氨基酸的季節(jié)性變化規(guī)律明顯，按氨基酸總量和茶氨酸表現(xiàn)出春高、秋低、夏居中的趨勢，而精氨酸則相反。氨基酸的季節(jié)性變化規(guī)律明顯，按氨基酸總量和茶氨酸表現(xiàn)出春高11茶氨酸在茶樹中芽葉含量最高，第二、三及四五葉的含量依次下降。茶氨酸以春茶中的含量最高，夏茶和秋茶依次減少。在冬季茶樹休眠期間茶氨酸在根中積累，以供來年春梢萌發(fā)之用。施用銨態(tài)氮肥有利于茶氨酸的積累?？偟膩碚f，茶氨酸分布有以下特點：茶氨酸在茶樹中芽葉含量最高，第二、三及四五葉的含量依次下降。12一氨基酸在茶樹中的分布二茶氨酸的生物合成

1.茶氨酸合成酶2.茶氨酸生物合成的先質（谷氨酸、乙胺）

三茶氨酸的分解代謝四茶氨酸的規(guī)?；l(fā)酵生產(chǎn)一氨基酸在茶樹中的分布13二茶氨酸的生物合成

1.茶氨酸合成酶（theaninesynthase)二茶氨酸的生物合成1.茶氨酸合成酶（theanine14茶氨酸合成酶催化由L-谷氨酸和乙胺合成茶氨酸的反應。該酶最適pH為7.5左右，對Mg2+離子濃度有依賴性。茶氨酸合成酶的底物特異性很強，同樣反應條件下，用D-谷氨酸、L-α-氨基己二酸或L-天冬氨酸替代L-谷氨酸均不能與乙胺反應生成茶氨酸。茶氨酸合成酶催化由L-谷氨酸和乙胺合成茶氨酸的反應。該酶最適152.茶氨酸生物合成的先質日本佐佐岡啟等人的同位素實驗結果表明，谷氨酸和乙胺可能是形成茶氨酸的直接先質。并且在生物合成中需要ATP的活化和鎂離子的參與。此后，小西茂毅等研究表明茶氨酸是在茶樹根部由乙胺與L-谷氨酸生物合成的。2.茶氨酸生物合成的先質16（1）茶根中，谷氨酸合成的途徑及相關酶的性質

谷氨酸脫氫酶（GDH，glutamatedehydrogenase)催化還原氨基化反應合成谷氨酸

在谷氨酰胺合成酶/谷酰胺-α-酮戊二酸氨基轉移酶（GS/GOGAT）：催化合成谷氨酸

（1）茶根中，谷氨酸合成的途徑及相關酶的性質谷氨酸脫氫酶（17（1）茶根中，谷氨酸合成的途徑及相關酶的性質

谷氨酸脫氫酶（GDH，glutamatedehydrogenase)催化還原氨基化反應合成谷氨酸

茶樹利用銨態(tài)氮，形成茶氨酸等氨基酸和酰胺，首先要通過這一途徑。

（1）茶根中，谷氨酸合成的途徑及相關酶的性質谷氨酸脫氫酶（18

茶樹根部的GDH在氨基化反應過程中，存在基質抑制現(xiàn)象，即當α-酮戊二酸濃度超過10mM、NH4+濃度超過0.3M時，酶活性受到抑制。在0.1M的Tris-HCL（pH8.0）中，該酶的最適反應pH為8.0，pH7.0和pH8.6時活性減半。說明該酶對pH敏感，閾值較窄。茶樹根部的GDH在氨基化反應過程中，存在基質抑制現(xiàn)象，即19GDH催化氨基化反應，用NADH+H+做輔酶，比用NADPH+H+作輔酶，親和性要強9倍。Zn2+、Ca2+、Mg2+等金屬離子影響GDH的氨基化反應。添加適量的Ca2+、Mg2+能提高酶活性，當濃度超出一定范圍時則對酶活性有抑制作用。Zn2+對此酶則表現(xiàn)明顯的抑制作用。GDH催化氨基化反應，用NADH+H+做輔酶，比用NA20茶樹具有喜銨性和耐銨性，盡管茶園施用較多量的銨態(tài)氮，但茶樹根部存在高效率將銨態(tài)氮轉變成谷氨酸的能力。高濃度的谷氨酸雖有抑制此酶催化氨基化的反應，但茶樹能夠很快地將體內(nèi)的谷氨酸轉換成谷氨酰胺，茶氨酸之類的酰胺或其它氨基酸，因而，消除了這種抑制。茶樹具有喜銨性和耐銨性，盡管茶園施用較多量的銨態(tài)氮，但茶樹根21這一研究結果，解釋了在茶樹吸收高濃度的銨態(tài)氮時，而茶根部谷氨酸濃度并不太高，而是大大地提高了茶氨酸和谷氨酰胺濃度的現(xiàn)象。也就是說，茶樹根部吸收了銨態(tài)氮，但并不以L-谷氨酸的形態(tài)積累，而是很快地將谷氨酸轉換成茶氨酸等酰胺類化合物。茶樹中谷氨酸脫氫酶仍然可以繼續(xù)催化氨基化反應。這一研究結果，解釋了在茶樹吸收高濃度的銨態(tài)氮時，而茶根部谷氨22在谷氨酰胺合成酶/谷酰胺-α-酮戊二酸氨基轉移酶（GS/GOGAT）系作用下的合成谷氨酸途徑

GS/GOGAT:glutaminesynthase/glutamine:2-oxoglutarateaminotransferase谷酰胺-α-酮戊二酸氨基轉移酶，即谷氨酸合成酶在谷氨酰胺合成酶/谷酰胺-α-酮戊二酸氨基轉移酶（GS/GO23研究認為，在高等植物內(nèi)，這一GS/GOGAT途徑可能是氮同化的主要途徑。谷酰胺-α-酮戊二酸氨基轉移酶，它與轉氨酶不同，既催化轉氨作用，又催化α-酮戊二酸的還原氨化，為了把它和一般轉氨酶區(qū)別開來，又將它稱為谷氨酸合成酶?，F(xiàn)在一般稱為GS／GOGAT途徑。茶樹是多年生的作物，又是一種喜銨性作物，耐銨性比一般植物強，多量施用銨態(tài)氮亦未見銨中毒的現(xiàn)象。特別引人注目的是茶樹體內(nèi)大量積累著茶樹特有的酰胺—茶氨酸，那么茶樹通過GS/GOGAT酶系對銨態(tài)氮的利用是肯定的。

研究認為，在高等植物內(nèi)，這一GS/GOGAT途徑可能是氮同化24用L-蛋氨酸-DL-亞砜基亞胺（谷酰胺合成酶和谷氨酸合成酶的抑制劑）處理茶實生苗后，發(fā)現(xiàn)茶苗根部合成氨基酸和酰胺的能力明顯降低。同時發(fā)現(xiàn)用L-蛋氨酸-DL-亞砜基亞胺處理茶根，并不影響GDH（谷氨酸脫氫酶）的活性。說明抑制效應主要發(fā)生在對GS/GOGAT抑制作用上。谷氨酸脫氫酶（GDH)催化還原氨基化反應合成谷氨酸

谷氨酰胺合成酶（GS/GOGAT）：催化合成谷氨酸

用L-蛋氨酸-DL-亞砜基亞胺（谷酰胺合成酶和谷氨酸合成酶的25也就是說，茶根利用銨態(tài)氮合成氨基酸及其酰胺，是以GS/GOGAT系起著主導的作用。倘若此酶受到抑制時，根部茶氨酸等酰胺化合物的濃度便趨于下降。顯然，抑制了茶樹體內(nèi)的GS／GOGAT酶系，就幾乎抑制了茶樹體內(nèi)茶氨酸的生物合成。也就是說，茶根利用銨態(tài)氮合成氨基酸及其酰胺，是以GS/GOG26（2）茶氨酸生物合成的前導物—乙胺的代謝同位素標記研究表明，茶氨酸的乙胺部分是來自于丙氨酸的降解產(chǎn)物乙胺。茶根只要同時吸收L-丙氨酸和L-谷氨酸就可以合成L-茶氨酸。（2）茶氨酸生物合成的前導物—乙胺的代謝同位素標記研究表明27茶樹體內(nèi)，根和茶芽葉中都有茶氨酸合成酶，為何茶氨酸僅在茶根部合成？這是因為由L-丙氨酸脫羧形成乙胺的反應只能在根部進行，而不能在莖或其它器官中進行。茶樹體內(nèi)，根和茶芽葉中都有茶氨酸合成酶，為何茶氨酸僅在茶根部28茶樹體內(nèi)茶氨酸的合成途徑

茶樹體內(nèi)茶氨酸的合成途徑29一氨基酸在茶樹中的分布二茶氨酸的生物合成

1.茶氨酸合成酶2.茶氨酸生物合成的先質（谷氨酸、乙胺）

三茶氨酸的分解代謝四茶氨酸的規(guī)?；l(fā)酵生產(chǎn)一氨基酸在茶樹中的分布30三茶氨酸的分解代謝

茶樹體內(nèi)，茶氨酸的降解，有它獨特的地方。首先是酰胺鍵酶促水解，而不是馬上脫胺或脫羧。水解生成谷氨酸和乙胺，生成的乙胺，部分地參與兒茶素的合成。研究表明茶氨酸的降解代謝與光照有關，遮蔭葉片茶氨酸含量高，這是因為弱光對茶氨酸的分解有抑制作用，從而抑制了茶氨酸向兒茶素的轉化，使茶氨酸得以積累，這對提高茶葉品質有重要作用。三茶氨酸的分解代謝茶樹體內(nèi)，茶氨酸的降解，有它獨特的地31茶氨酸降解生成的乙胺，在茶樹中進一步如何代謝，研究還不夠。不過從植物生化的研究表明，植物體內(nèi)存在有胺氧化酶，使乙胺氧化生成乙醛。乙醛一般可氧化變成乙酸，乙酸可進入三羧循環(huán)，或進行其他轉化。如乙酸可進行烯醇化產(chǎn)生乙烯醇。三分子乙烯醇聚合(脫氫……)可生成間苯三酚和鄰苯二酚，再進一步轉化生成兒茶素和沒食子兒茶素。茶氨酸降解生成的乙胺，在茶樹中進一步如何代謝，研究還不夠。不32四茶氨酸的規(guī)?；l(fā)酵生產(chǎn)

茶氨酸雖然為茶樹獨有的氨基酸，而利用微生物發(fā)酵方法大規(guī)模合成L-茶氨酸已成為現(xiàn)實。1993年，日本報道了用k-甲叉菜膠固定一種硝酸還原假單胞z細菌IF012694（Pseudomonasnitroreducens）大規(guī)模生產(chǎn)茶氨酸。四茶氨酸的規(guī)?；l(fā)酵生產(chǎn)茶氨酸雖然為茶樹獨有的氨基酸，而33用于合成茶氨酸的硝酸還原假單胞Z細菌的細胞固定化

用于合成茶氨酸的硝酸還原假單胞Z細菌的細胞固定化34①L-谷氨酰胺，②乙胺，③送液泵，*1恒溫循環(huán)水

利用固定化細胞填裝的反應器生產(chǎn)茶氨酸①L-谷氨酰胺，②乙胺，③送液泵，*1恒溫循環(huán)水35本節(jié)小結茶氨酸是茶葉的特征性成分之一，占茶葉整個游離氨基酸的70%以上。在茶樹中芽葉含量最高，第二、三及四五葉的含量依次下降。同時，以春茶中的含量最高，夏茶和秋茶依次減少。在冬季茶樹休眠期間茶氨酸逐步積累，以供來年春梢萌發(fā)之用。施用銨態(tài)氮肥有利于茶氨酸的積累。茶樹體內(nèi)茶氨酸的分布本節(jié)小結茶氨酸是茶葉的特征性成分之一，占茶葉整個游離氨基酸的36茶氨酸是在茶樹根部由茶氨酸合成酶催化L-谷氨酸和乙胺合成而來。茶氨酸的生物合成茶氨酸是在茶樹根部由茶氨酸合成酶催化L-谷氨酸和乙胺合成而來37茶氨酸的前體谷氨酸主要是在谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶（GS/GOGAT）體系中生物合成而來。茶氨酸的前體谷氨酸主要是在谷氨酰胺合成酶/谷氨酸合成酶（GS38谷氨酸的來源還存在一個次要合成途徑，即在谷氨酸脫氫酶作用下，由α-酮戊二酸加氨合成。茶氨酸的另一前體乙胺是在丙氨酸脫羧酶作用下由丙氨酸脫羧反應而成。由于丙氨酸脫羧酶只存在于茶樹根部，盡管