第九章天冬氨酸族氨基酸发酵

第九章天冬氨酸族氨基酸发酵主要包括：天冬氨酸赖氨酸高丝氨酸苏氨酸蛋氨酸异亮氨酸。第一节天冬氨酸族氨基酸生物合成途径葡萄糖丙酮酸四碳二羧酸天冬氨酸天冬氨酸半醛二氢吡啶-2，6-二羧酸赖氨酸高丝氨酸Ο-琥珀酰-高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸蛋氨酸第二节菌种选育策略（略）第三节影响天冬氨酸族氨基酸发酵因素发酵培养基中生物素的添加丙酮酸草酰乙酸丙酮酸天冬氨酸酸柠檬酸酸谷氨酸生物素过量！发酵培养基中营养缺陷型营养物的添加典型的代谢控制发酵，菌株带有多重遗传标记，营养缺陷型营养物添加浓度直接影响发酵产酸。要求：1）种子培养基营养丰富。2）发酵培养基保持亚适量。溶解氧控制要求：菌体呼吸充足，产酸较高。发酵中的回复突变参看菌种遗传稳定性部分。第四节赖氨酸发酵生产菌选育的思路切断或减弱之路代谢选育营养缺陷型或渗漏菌株可达到赖氨酸积累的目的。葡萄糖丙酮酸四碳二羧酸天冬氨酸天冬氨酸半醛二氢吡啶-2，6-二羧酸赖氨酸高丝氨酸Ο-琥珀酰-高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸蛋氨酸切断支路强化代谢解除反馈调节限速酶1）磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PC）受到天冬氨酸的反馈抑制，可通过筛选结构类似物抗性菌株，丙氨酸缺陷型等方法解除。2）天冬氨酸激酶受到苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制，可通过选育结构类似物的抗性突变株解除反馈抑制。3）二氢二吡啶二羧酸合成酶（PS）受到亮氨酸的代谢互锁。解除代谢互锁赖氨酸生物合成与亮氨酸存在代谢互锁。解除代谢互锁的方法：1）选育亮氨酸缺陷型2）选育抗结构类似物菌株3）温度敏感型4）选育对苯醌、喹啉衍生物敏感突变株改善膜的通透性增加前体物质的合成切断支路，增加前体物质。1）选育丙氨酸缺陷型2）选育抗天冬氨酸结构类似物3）选育合适的co2固定和TCA循环比选育温度敏感型突变株选育脲酶回复突变株利用基因工程技术构建工程菌。第五节苏氨酸发酵苏氨酸高产菌具备的生化特征1）二氧化碳固定反应强2）天冬氨酸合成能力强3）天冬氨酸激酶活性强4）高丝氨酸脱氢酶活力强5）二氢二吡啶二羧酸合成酶活力弱或丧失6）琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶活力弱或丧失7）谷氨酸脱氢酶活力弱8）苏氨酸脱氨酶活力弱或丧失天冬氨酸天冬氨酸半醛二氢吡啶-2，6-二羧酸赖氨酸高丝氨酸Ο-琥珀酰-高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸蛋氨酸切断支路强化代谢选育苏氨酸生产菌的方法切断支路选育营养缺陷型是有效的方法。解除反馈调节选育抗结构类似物菌株是有效的方法。解除关键酶天冬氨酸激酶和高丝氨酸脱氢酶的反馈抑制。增加前提物质天冬氨酸的合成1）选育抗天冬氨酸结构类似物菌株2）选育丙氨酸缺陷型3）强化从丙酮酸到苏氨酸代谢流选育FPs突变株以琥珀酸为唯一碳源生长良好的菌株减弱或消除丙酮酸激酶和柠檬酸合成酶生物素过量切断苏氨酸进一步代谢途径选育异亮氨酸缺陷型或渗漏型菌株利用生物技术选育高产菌株1）利用转导、转化方法2）利用原生质体融合方法3）基因工程技术构建工程菌第六节蛋氨酸发酵蛋氨酸高产菌株的生化特征1）二氧化碳固定反应强2）天冬氨酸合成能力强3）天冬氨酸激酶活性强4）高丝氨酸脱氢酶活力强5）二氢二吡啶二羧酸合成酶活力弱或丧失6）琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶活力强7）s-腺苷蛋氨酸合成酶丧失蛋氨酸高产菌株育种思路解除反馈调节1）解除自身的反馈调节，筛选抗蛋氨酸结构类似物菌株。2）选育抗SAM结构类似物菌株3）解除苏氨酸和赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制切断支路代谢选育缺陷型（Thr-和Lys-）切断蛋氨酸向下反应的通路选育抗性或缺陷型菌株。天冬氨酸半醛二氢吡啶-2，6-二羧酸赖氨酸高丝氨酸Ο-琥珀酰-高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸蛋氨酸S-腺苷蛋氨酸第十章鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸发酵三种氨基酸之间相互转化→→鸟氨酸瓜氨酸精氨酸谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰谷氨酸磷酸鸟氨酸瓜氨酸精氨酸琥珀酸精氨酸N-乙酰鸟氨酸半醛N-乙酰鸟氨酸N-乙酰谷氨酸合成酶N-乙酰鸟氨酸酶N-乙酰谷氨酸和N-乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶共轭反应催化精氨酸发酵不能采用阻断代谢流、选育缺陷型的方法来选育生产菌。精氨酸是该代谢途径的最终产物，且合成途径没有分支代谢。一、精氨酸发酵代谢控制育种策略1.解除菌体自身的反馈调节采用抗反馈调节突变株，以解除精氨酸自身的反馈调节，使精氨酸得以积累。2.增加前体物质的合成谷氨酸为精氨酸生物合成的前体物质，选育抗性菌株、敏感型菌株强化谷氨酸生物合成，有利于精氨酸的产量提高。3.切断进一步代谢的途径切断精氨酸进一步向下代谢的途径，如：选育丧失精氨酸分解能力的菌株二、由突变菌株发酵生产精氨酸物理、化学诱变的方法选育带有多重遗传标记，解除反馈调节的菌株。三、由转导子发酵生产精氨酸利用转导的方法，选育高产菌株。四、工程菌的构建克隆与精氨酸合成相关基因，制备重组质粒，导入宿主，构建工程菌。第十一章异亮氨酸、亮氨酸、缬氨酸发酵由于都具有甲基侧链，也被称为分支链氨基酸。亮氨酸异亮氨酸缬氨酸丙酮酸α-乙酰乳酸α-β-二羟基异戊酸α-酮基异戊酸L-缬氨酸乙酰CoAα-异丙基苹果酸α-酮基异己酸L-亮氨酸支链氨基酸生物合成途径缬氨酸发酵一、L-缬氨酸的生产方法1.提取法动物血粉、蚕蛹及毛发水解液中，利用离子交换法提取L-缬氨酸。特点：1）操作简单、周期短、提取率高。2）成本高2.合成法化学合成法制备DL-缬氨酸，经外消旋体拆开（如用酰基-DL-氨基酸酶水解）。特点：1）成本高2）反应复杂、步骤多、副产物多。发酵法特点：原料成本低、反应条件温和及容易实现大规模生产添加前体物质发酵法（微生物转化法）直接发酵法二、L-缬氨酸生产菌的育种策略1.切断或改变平行代谢支路丙酮酸α-乙酰乳酸α-β-二羟基异戊酸α-酮基异戊酸L-缬氨酸乙酰CoAα-异丙基苹果酸α-酮基异己酸L-亮氨酸2.解除具体自身的反馈调节合成中第一限速酶受L-缬氨酸的反馈抑制，另外合成酶系受三个末端产物的多价阻遏。通过选育抗结构类似物菌株，提高L-缬氨酸的产量。3.增加前体物质的合成通过选育以琥珀酸为唯一碳源生长慢丙氨酸缺陷型4.切断进一步代谢途径丧失缬氨酸分解能力丧失菌株5.选育营养缺陷型回复突变株6.构建工程菌第十二章色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸三种氨基酸的分子中都含有苯环结构，称芳香族氨基酸。三种氨基酸直链部分都是丙氨酸色氨酸：吲哚基磷酸烯醇式丙酮酸赤藓糖-4-磷酸3-脱氧-α-阿拉伯庚酮糖酸分支酸莽草酸预苯酸对羟苯丙酮酸苯丙酮酸L-酪氨酸L-苯丙氨酸邻氨基苯甲酸L-色氨酸色氨酸发酵一、L-色氨酸的生产方法1.酶法利用微生物中L-色氨酸合成酶系的催化功能生产色氨酸吲哚+DL-丝氨酸L-色氨酸+水色氨酸合成酶、丝氨酸消旋酶IMHL-色氨酸+氨+水三种水解酶吲哚+L-丝氨酸L-色氨酸+水色氨酸合成酶、丝氨酸消旋酶吲哚+丙酮酸+氨L-色氨酸+水色氨酸酶2.微生物转化法3.直接发酵法4.其他方法二、L-色氨酸育种策略1.切断支路代谢2.解除自身反馈抑制3.增加前提物质的合成4.切断进一步代谢5.其他方法