第九章氨基酸的代谢控制与发酵

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二、赖氨酸发酵 1、赖氨酸发酵代谢调节机制 2、赖氨酸发酵菌种选育 （1）切断或减弱支路代谢 （2）解除反馈调节 （3）解除代谢互锁 （4）改善膜的通透性 （5）增加前体物的合成 （6）选育温度敏感突变株 （7）选育脲酶回复突变株 （8）利用基因工程技术构建赖氨酸工程菌株
• (4)平衡合成 天冬氨酸和乙酰CoA形成平衡合成。 当乙酰CoA合成过量时，能解除天冬氨酸对磷酸 烯醇式丙酮酸羧化酶的反馈抑制。 • (5)天冬氨酸与谷氨酸之间的调节机制 谷氨酸比 天冬氨酸优先合成。当谷氨酸合成过量时，反馈 抑制谷氨酸脱氢酶，使生物合成转向合成天冬氨 酸。当天冬氨酸合成过量时 , 反馈抑制磷酸烯醇 式丙酮酸羧化酶，使整个生物合成停止。
L-蛋氨酸
L-异亮氨酸
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(二)蛋氨酸高产菌定向育种方法 （1）解除反馈调节 （2）切断支路代谢 （3）切断蛋氨酸向下反应的通路 （4）增加前体物天冬氨酸的合成
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五、高丝氨酸 发酵 (一)高丝氨酸高产菌应具备的生化特征 (1)二氧化碳固定反应能力强。 (2)天冬氨酸合成能力强。 (3) 天冬氨酸激酶活力强。 (4)高丝氨酸脱氢酶活力强。 (5)二氢吡啶—2，6—二羧酸合成酶活力微弱或丧 失。 • (6)高丝氨酸-转乙酰酶活力丧失。 • (7)高丝氨酸激酶活力丧失。 • (8)谷氨酸脱氢酶活力弱。
第二节 芳香族氨基酸的代谢控制育种
• 一、芳香族氨基酸的生物合成途径及代谢调节机制 • （一）芳香族氨基酸的生物合成途径
磷酸烯醇式丙酮酸+4磷酸赤藓糖
DAHP合成酶
3脱氧-D-阿拉伯糖型庚酮糖酸- -磷酸(DAHP) CoQ 莽草酸
氨茴酸合成酶
Vk
分支酸变位酶
分支酸 预本酸(PPA)
PPA脱水酶
• (2)高丝氨酸脱氢酶有2种同功酶。高丝氨酸脱氢 酶I受苏氨酸的反馈抑制，受苏氨酸和异亮氨酸 的多价阻遏；高丝氨酸脱氢酶Ⅱ对苏氨酸不敏感， 受蛋氨酸的反馈阻遏。 • (3)二氢吡啶—2，6—二羧酸还原酶受赖氨酸的反 馈抑制。 • (4)O—琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶和半胱氨酸脱 硫化氢酶受蛋氨酸的反馈阻遏。 • (5)高丝氨酸激酶受苏氨酸的反馈阻遏。 • (6)苏氨酸脱氨酶受异亮氨酸的反馈抑制。
氨茴酸
色氨酸
PPA脱氢酶
苯丙氨酸
苯丙酮酸
对羟基丙酮酸
酪氨酸
芳香族氨基酸的生物合成途径
• （二）芳香族氨基酸的代谢调节机制
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(二)高丝氨酸高产菌定向育种方法 （1）切断支路代谢 （2）解除反馈调节 （3）切断高丝氨酸向下反应的通路 （4）增加前体物天冬氨酸的合成
• 六、天冬氨酸发酵
• • • • • • • (一)天冬氨酸高产菌应具备的生化特征 (1)天冬氨酸激酶丧失。 (2)谷氨酸脱氢酶活力弱。 (3) 丙酮酸氨化酶活力微弱或丧失。 (4)二氧化碳固定反应能力强。 (5) 柠檬酸合成酶活力微弱。 (6)草酰乙酶氨基化反应强。
L-天冬氨酸
天冬氨酸激酶
天冬酰氨磷酸
二氢吡啶—2，6— 二羧酸还原酶 天冬氨酸半醛脱氨酶
天冬氨酸半醛
二氢吡啶—2，6—二羧酸
二氢吡啶— 2，6—二羧 酸合成酶 高丝氨酸脱氢酶 O—琥珀酰高丝 氨酸转琥珀酰酶
L-高丝氨酸
高丝氨酸激酶
O—琥珀酰高丝氨酸
半胱氨酸脱硫化氢酶
L-苏氨酸 L-赖氨酸
苏氨酸脱氨酶
L-蛋氨酸
L-异亮氨酸
• (二)天冬氨酸族氢基酸生物合成的代谢调节机制 • 1 ．大肠杆菌中天冬氨酸族氨基酸生物合成的调 节机制 • 大肠杆菌中天冬氨酸族氨基酸生物合成途径的代 谢调节机制较复杂。 • (1) 天冬氨酸激酶有3种同功酶。天冬氨酸激酶Ⅰ 受苏氨酸氨酸的反馈抑制，受苏氨酸和异亮氨酸 的多价阻遏；天冬氨酸激酶Ⅱ对苏氨酸不敏感， 为蛋氨酸所阻遏，但不受蛋氨酸的反馈抑制；天 冬氨酸激酶Ⅲ受赖氨酸的反馈抑制与阻遏。
• 2．谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等中的 天冬氨酸族氨基酸的代谢调节机制
• (1)关键酶 天冬氨酸激酶是关键酶，受赖氨酸和 苏氨酸的协同反馈抑制。 • (2)优先合成 蛋氨酸比苏氨酸、赖氨酸优先合成， 苏氨酸比赖氨酸优先合成。 • (3)代谢互锁 在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸分支 途径的初始酶二氢吡啶—2，6—二羧酸合成酶受 亮氨酸的反馈阻遏。
谷氨酸
磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸 柠檬酸 α-酮戊二酸
天冬氨酸 赖氨酸 天冬氨酸半醛
谷氨酸
高丝氨酸
苏氨酸
蛋氨酸
遗传缺陷
代谢减弱
解除反馈调节
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(二)天冬氨酸高产菌的育种方法 （1）解除反馈调节 （2）切断高丝氨酸向下反应的代谢 （3）逆转优先合成 （4）切断生成丙氨酸的支路 （5）强化二氧化碳固定反应
L-蛋氨酸
L-异亮氨酸
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三、苏氨酸发酵 (一)苏氨酸高产茵应具备的生化特征 (1)二氧化碳固定反应能力强。 (2)天冬氨酸合成能力强。 (3) 天冬氨酸激酶活力强。 (4)高丝氨酸脱氢酶活力强。 (5)二氢吡啶—2，6—二羧酸合成酶活力微弱或丧 失。 • (6)琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶活力微弱或丧失。 • (7)谷氨酸脱氢酶活力弱。 • (8)苏氨酸脱氨团活力微弱或丧失。
第九章氨基酸的代谢控制与发酵
• 目的 了解各类氨基酸的代谢调节机制,掌握氨 基酸发酵的代谢控制育种方法。 • 内容 各类氨基酸的代谢调节机制，各类氨基 酸发酵的代谢控制育种方法 • 重点 各类氨基酸发酵的代谢控制育种方法 • 难点 各类氨基酸发酵的代谢控制育种方法 • 学时 3
第一节 天冬氨酸族氨基酸的代谢控制育种 • 天冬氨酸族氨基酸包括天冬氨酸、赖氨酸、高丝 氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸。本节主要介 绍赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、高丝氨酸、天冬氨 酸发酵。 • 一 . 天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径及代谢调 节机制 • (一)天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径 • 葡萄糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸经CO2 固定反应生成四碳二羧酸，后经氨基化反应生成 天冬氨酸
L-天冬氨酸
天冬氨酸激酶
天冬酰氨磷酸
二氢吡啶—2，6— 二羧酸还原酶 天冬氨酸半醛脱氨酶
天冬氨酸半醛
二氢吡啶—2，6—二羧酸
二氢吡啶— 2，6—二羧 酸合成酶 高丝氨酸脱氢酶 O—琥珀酰高丝 氨酸转琥珀酰酶
L-高丝氨酸
高丝氨酸激酶
O—琥珀ຫໍສະໝຸດ Baidu高丝氨酸
半胱氨酸脱硫化氢酶
L-苏氨酸 L-赖氨酸
苏氨酸脱氨酶
L-天冬氨酸
天冬氨酸激酶
天冬酰氨磷酸
二氢吡啶—2，6— 二羧酸还原酶 天冬氨酸半醛脱氨酶
天冬氨酸半醛
二氢吡啶—2，6—二羧酸
二氢吡啶— 2，6—二羧 酸合成酶 高丝氨酸脱氢酶 O—琥珀酰高丝 氨酸转琥珀酰酶
L-高丝氨酸
高丝氨酸激酶
O—琥珀酰高丝氨酸
半胱氨酸脱硫化氢酶
L-苏氨酸 L-赖氨酸
苏氨酸脱氨酶
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(二)选育苏氨酸生产菌的方法 （1）切断支路代谢 （2）解除反馈调节 （3）增加前体物天冬氨酸的合成 （4）切断苏氨酸进一步代谢途径 （5）利用现代生物技术选育苏氨酸生产菌株
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四、蛋氨酸发酵 (一)蛋氨酸高产菌应具备的生化特征 (1)二氧化碳固定反应能力强。 (2)天冬氨酸合成能力强。 (3) 天冬氨酸激酶活力强。 (4)高丝氨酸脱氢酶活力强。 (5)二氢吡啶—2，6—二羧酸合成酶活力微弱或丧 失。 (6)O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶活力强。 (7)谷氨酸脱氢酶活力弱。 (8)高丝氨酸激酶活力微弱或丧失。 (9)S-腺 苷蛋氨酸合成酶丧失