第五章 氨基酸发酵机制

第五章氨基酸发酵机制第一节氨基酸生物合成的调节机制（一）反馈抑制与优先合成ABCDE反馈抑制反馈阻遏氨基酸生物合成调节机制的基本模式ABCDEFG优先合成反馈抑制在合成途径分枝点处的优先合成•（二）其他特殊的控制机制•1.多终产物控制•催化分支合成途径共同部分的初始酶，在仅一种氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或部分地反馈抑制（或阻遏），只是在多数终产物共存下才强烈地控制。有以下几种情况：•①协同（或多价）反馈抑制：•②合作（或增效）反馈抑制：•③同功酶控制：•④积累反馈抑制：2.顺序控制：ABCDEFGABCD3.平衡合成：4.代谢互锁：从生物合成途径看，是受一种完全无关的氨基酸的控制。它只是在很高浓度下（与生理学浓度相比）才能体现抑制作用，而且是部分性的抑制（阻遏）作用。BCDEFG×第二节谷氨酸的发酵机制一、谷氨酸的生物合成途径及调节机制1、EMP途径、HMP途径谷氨酸生产菌存在着两种代谢途径：EMP、HMP；EMP/HMP=10/90。2、TCA、DCA和CO2固定作用1）.TCA环（三羧酸循环）2）.DCA环（乙醛酸循环）3）.CO2固定PEP+CO2+GDP草酰乙酸+GDPCO2丙酮酸苹果酸草酰乙酸CO2NAD+NADH+H+PEP羧化酶苹果酸酶苹果酸脱氢酶3、氨的导入①α-酮戊二酸还原氨基化→谷氨酸氨的导入有三种方式③谷氨酸合成酶途径二、细胞膜通透性控制①α-酮戊二酸脱氢酶活性极低或缺失③细胞膜对谷氨酸的通透性高②由天冬氨酸或丙酮酸通过氨基转移，将氨基转给α-酮戊二酸②谷氨酸脱氢酶活性很高，不被低浓度的谷氨酸抑制谷氨酸生产菌的主要生化特点第三节赖氨酸生物合成途径及代谢调节机制一、赖氨酸生物合成途径(见P77页）二、细菌中赖氨酸生物合成的调节机制黄色短杆菌赖氨酸生物合成机制要简单些（诱变育种容易一些，实际应用较多）葡萄糖磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸乙酰CoA草酰乙酸天冬氨酸柠檬酸α-酮戊二酸谷氨酸反馈抑制优先合成增强反馈抑制逆转反馈抑制①②③O-琥珀酸高丝氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸-β-半醛高丝氨酸二氢吡啶-2，6-二羧酸赖氨酸高丝氨酸磷酸苏氨酸蛋氨酸异亮氨酸优先合成反馈抑制阻遏①②③④⑤三、赖氨酸生产菌的育种途径出发菌株的选择—代谢调节比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌等）1、优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育如果降低高丝氨酸脱氢酶活性，则优先合成赖氨酸。2、切断支路代谢：营养缺陷型的选育3、抗结构类似物突变株（代谢调节突变株）类似物中，以AEC效果最佳。通过诱变，使编码天冬氨酸激酶的结构基因发生突变，使天冬氨酸激酶对赖氨酸及结构类似物不敏感，既使苏氨酸过量，该激酶也不与赖氨酸或类似物结合，但酶的活性中心不变。4、解除代谢互锁在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸的生物合成与亮氨酸之间存在代谢互锁，赖氨酸生物合成分支的第一个酶（DDP合成酶）受亮氨酸的阻遏。解除这一代谢互锁的方法:①选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AEC的赖氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变得抗AEC兼亮氨酸缺陷型菌株②选育抗亮氨酸结构类似物突变株从遗传上解除亮氨酸对DDP合成酶的阻遏③选育对苯醌或喹啉衍生物敏感株5.增加前体物的合成和阻塞副产物的生成前体：丙酮酸、草酰乙酸、天冬氨酸关键酶：天冬氨酸激酶方法：①选育丙氨酸缺陷型②选育抗天冬氨酸结构类似物突变株③选育适宜的活性比突变株CO2固定酶TCA循环酶6.改善细胞膜的透过性7.选育温度敏感突变株8.应用细胞工程和遗传工程育种9.防止高产菌株回复突变•作业：•选育高产高丝氨酸生产菌的育种途径（包括出发菌株的选择、生物合成途径、代谢调控机制、育种的遗传标记等）