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(zhì)（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)茶氨酸，一種非蛋白質(zhì)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(gè)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。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(dāng)幼根和莖葉開始生長(zhǎng)時(shí)，所含氨基酸化合物由子葉中蛋白質(zhì)水解產(chǎn)物運(yùn)輸而來。當(dāng)幼苗開始分化時(shí)，則吸收無機(jī)氮合成氨基酸。茶樹氨基酸在各個(gè)組織都含有，但含量差異較大。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(zhì)部最低。茶氨酸在各組織（果實(shí)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。不同等級(jí)茶葉中氨基酸含量也不相同。

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(shí)，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(guān)系。

茶樹氨基酸特別是茶氨酸的積累和分布也與其轉(zhuǎn)移速度和利用速度有關(guān)。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(zhǎng)，因?yàn)椴璋彼嵊筛哭D(zhuǎn)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(zhǎng)一直保持較高的水平，這一點(diǎn)亦可看作茶氨酸在新梢中含量高的理由。

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(shí)往新梢中運(yùn)輸，對(duì)新梢的生長(zhǎng)發(fā)育起著較大的作用。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(shì)，而精氨酸則相反。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(diǎn)：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(zhì)（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)二茶氨酸的生物合成

1.茶氨酸合成酶（theanine

synthase)茶氨酸合成酶催化由L-谷氨酸和乙胺合成茶氨酸的反應(yīng)。該酶最適pH為7.5左右，對(duì)Mg2+離子濃度有依賴性。茶氨酸合成酶的底物特異性很強(qiáng)，同樣反應(yīng)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(yīng)生成茶氨酸。2.茶氨酸生物合成的先質(zhì)日本佐佐岡啟等人的同位素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，谷氨酸和乙胺可能是形成茶氨酸的直接先質(zhì)。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。（1）茶根中，谷氨酸合成的途徑及相關(guān)酶的性質(zhì)

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

在谷氨酰胺合成酶/谷酰胺-α-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)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(guān)酶的性質(zhì)

谷氨酸脫氫酶（GDH，glutamatedehydrogenase)催化還原氨基化反應(yīng)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。

茶樹根部的GDH在氨基化反應(yīng)過程中，存在基質(zhì)抑制現(xiàn)象，即當(dāng)α-酮戊二酸濃度超過10mM

、NH4+濃度超過0.3M時(shí)，酶活性受到抑制。在0.1M的Tris-HCL（pH8.0）中，該酶的最適反應(yīng)pH為8.0，pH7.0和pH8.6時(shí)活性減半。說明該酶對(duì)pH敏感，閾值較窄。GDH催化氨基化反應(yīng)，用NADH+H+

做輔酶，比用NADPH+H+

作輔酶，親和性要強(qiáng)9倍。

Zn2+、Ca2+

、Mg2+

等金屬離子影響GDH的氨基化反應(yīng)。添加適量的Ca2+

、Mg2+能提高酶活性，當(dāng)濃度超出一定范圍時(shí)則對(duì)酶活性有抑制作用。Zn2+對(duì)此酶則表現(xiàn)明顯的抑制作用。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(zhuǎn)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(yīng)，但茶樹能夠很快地將體內(nèi)的谷氨酸轉(zhuǎn)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。這一研究結(jié)果，解釋了在茶樹吸收高濃度的銨態(tài)氮時(shí)，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(zhuǎn)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(yīng)。在谷氨酰胺合成酶/谷酰胺-α-酮戊二酸氨基轉(zhuǎn)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(zhuǎn)移酶，即谷氨酸合成酶研究認(rèn)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(zhuǎn)移酶，它與轉(zhuǎn)氨酶不同，既催化轉(zhuǎn)氨作用，又催化α-酮戊二酸的還原氨化，為了把它和一般轉(zhuǎn)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(qiáng)，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(duì)銨態(tài)氮的利用是肯定的。

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(shí)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(shí)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(yīng)主要發(fā)生在對(duì)GS/GOGAT抑制作用上。谷氨酸脫氫酶（GDH)催化還原氨基化反應(yīng)合成谷氨酸

谷氨酰胺合成酶（GS/GOGAT）：催化合成谷氨酸

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(dǎo)的作用。倘若此酶受到抑制時(shí)，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。（2）茶氨酸生物合成的前導(dǎo)物—乙胺的代謝同位素標(biāo)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(shí)吸收L-丙氨酸和L-谷氨酸就可以合成L-茶氨酸。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?yàn)橛蒐-丙氨酸脫羧形成乙胺的反應(yīng)只能在根部進(jìn)行，而不能在莖或其它器官中進(jìn)行。茶樹體內(nèi)茶氨酸的合成途徑

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(zhì)（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)三茶氨酸的分解代謝

茶樹體內(nèi)，茶氨酸的降解，有它獨(dú)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(guān)，遮蔭葉片茶氨酸含量高，這是因?yàn)槿豕鈱?duì)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(zhuǎn)化，使茶氨酸得以積累，這對(duì)提高茶葉品質(zhì)有重要作用。茶氨酸降解生成的乙胺，在茶樹中進(jìn)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(jìn)入三羧循環(huán)，或進(jìn)行其他轉(zhuǎn)化。如乙酸可進(jìn)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(jìn)一步轉(zhuǎn)化生成兒茶素和沒食子兒茶素。四茶氨酸的規(guī)?；l(fā)酵生產(chǎn)

茶氨酸雖然為茶樹獨(dú)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(shí)。1993年，日本報(bào)道了用k-甲叉菜膠固定一種硝酸還原假單胞z細(xì)菌IF012694（Pseudomonasnitroreducens）大規(guī)模生產(chǎn)茶氨酸。用于合成茶氨酸的硝酸還原假單胞Z細(xì)菌的細(xì)胞固定化

①L-谷氨酰胺，②乙胺，③送液泵，*1恒溫循環(huán)水

利用固定化細(xì)胞填裝的反應(yīng)器生產(chǎn)茶氨酸本節(jié)小結(jié)茶氨酸是茶葉的特征性成分之一，占茶葉整個(gè)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(shí)，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。谷氨酸的來源還存在一個(gè)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(yīng)而成。由于丙氨酸脫