组氨酸代谢控制发酵
代谢控制发酵
第一章绪论1、代谢控制发酵：就是利用遗传学的方法或其他生物化学方法，人为地在脱氧核糖核酸（DNA）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累的发酵。
P22、代谢控制发酵的关键：取决于微生物代谢控制机制是否能够被解除，能否打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。
P23、代谢工程的具体思路：P31、改变代谢流：（1）、加速速度限制反应；（2）、改变分支代谢途径的流向；（3）、构建代谢旁路；（4）、改变能量代谢途径。
2、扩展代谢途径和构建新的代谢途径：（1）、引入外源基因，延伸代谢途径；（2）、利用新的底物，构建新的生物合成途径。
第二章代谢控制发酵的基本思想1、微生物细胞的调节机制：P7-9（1）、通过控制基因的酶生物合成的控制机制：①诱导——促进酶的合成；②阻遏——抑制酶的合成，包括：1）终产物阻遏，2）分解代谢物阻遏。
（2）、酶活性的控制机制：①终产物抑制或激活，②通过辅酶水平的活性调节，③酶原的活化，④潜在酶的活化。
（3）、通过细胞渗透性的控制：（根据酶在代谢调节中作用不同分类）①调节酶：变构酶、同功酶、多功能酶。
②静态酶③潜在酶2、脱敏作用：变构酶经特定处理后，不丧失酶活性而失去对变构效应物的敏感性。
注：处理方法：①使变构酶解聚，②基因突变。
P153、反馈抑制的调节类型可以分为以下几种：P18-21 图略（1）、单功能途径中酶活性的调节类型：①前体激活，②补偿性激活。
（2）、多功能途径中酶活性的调节类型：①协作反馈抑制或称多价反馈抑制，②合作反馈抑制，③积累反馈抑制，④顺序反馈抑制，⑤假反馈抑制：指结构类似物的反馈抑制，⑥同功酶4、分解代谢物阻遏：当细胞具有一优先利用的底物（通常是，但并不总是葡萄糖）时，很多其他分解反应途径受到阻遏。
P27 (注：根据葡萄糖效应理解)5、突破微生物的自我调节控制机制，使代谢产物大量积累的有效措施：P31 （1）、应用营养缺陷型菌株。
代谢控制发酵的基本思想2
16
小结：
增加前体物合成的途径：
切断分支代谢途径 解除前体物的反馈调节 增强分支点代谢流 增加关键酶的表达
17
五、特殊调节机制的利用
1.多种产物控制机制的利用 多种产物控制机制的利用 2.平衡合成的利用 平衡合成的利用 3.代谢互锁的利用 3.代谢互锁的利用 4.优先合成的变换 优先合成的变换
18
8
举例：
选育异亮氨酸菌株时 选育异亮氨酸菌株时，苏氨酸是异亮氨酸 异亮氨酸菌株 的前体物。为了积累异亮氨酸， 的前体物。为了积累异亮氨酸，除设法解 除异亮氨酸自身合成的反馈调节外， 除异亮氨酸自身合成的反馈调节外，还需 设法解除苏氨酸的反馈调节， 解除苏氨酸的反馈调节 设法解除苏氨酸的反馈调节，增加异亮氨 酸的产量。 酸的产量。
33
如果该酶是蛋白质， 如果该酶是蛋白质，维生素或核苷酸生 物合成途径上的酶， 物合成途径上的酶，则该突变株高温下 就是一种营养缺陷型。 就是一种营养缺陷型。
例：如果突变位置发生在为亮氨酸合成酶系编码的基 因中，使翻译出来的酶对温度敏感，则高温时就不能 合成亮氨酸，即成为亮氨酸缺陷型。
34
例如：
天冬氨酰磷酸
1/3
天冬氨酰半醛 二氢吡啶二羧酸
高丝氨酸脱氢酶
高丝氨酸
高丝氨酸激酶
O-
酰高丝氨酸 氨酸
氨酸
O-磷酸高丝氨酸 磷酸高丝氨酸 氨酸
TD
氨酸
30
六、条件突变株的应用
像温度敏感性突变、链霉素依赖性突变 和低温敏感性突变等，因环境条件的不 同能显示突变型特性的改变，称为条件 致死突变（conditional lethal mutation）。 主要是蛋白质的结构基因发生突变。
21
代谢控制发酵-8.1酶活性的调节
微生物生理学南开大学生命科学学院第八章微生物的代谢调节一、酶活性的调节二、酶合成的调节三、初级代谢的调节四、次级代谢的调节五、微生物代谢的人工控制微生物代谢的原则微生物的生命活动遵循着高度有效、不浪费原材料和能量的原则，实现对代谢的精密调控。
概念微生物的代谢调节是指微生物的代谢和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。
酶合成的调节酶合成的诱导（induction）酶合成的阻遏（repression）酶活性的调节酶活性的激活（activation）酶活性的抑制（inhibition）一酶活性的调节概念：通过改变酶分子构象或分子结构来调节活性，是蛋白质翻译后的调节。
特点：速度快而灵敏。
激活：激活剂（activator）大多是金属阳离子。
抑制：反馈抑制。
抑制与激活的协调作用。
反馈抑制概念：反馈抑制是指代谢的末端产物对酶活性的抑制。
线形代谢途径的反馈抑制1协同反馈抑制累积反馈抑制超相加反馈抑制顺序反馈抑制同工酶和多功能酶反馈抑制分支代谢途径的反馈抑制2酶活性调节的分子机制调节酶：酶的活性可以被调节的酶，多是限速酶。
（酶分子构象的改变）（酶分子包括催化中心和调节中心）别构调节理论1（酶分子结构的改变）酶分子的化学修饰理论2分子机制酶的共价修饰磷酸化/脱磷酸化对酶活性的调节腺苷酰化/脱腺苷酰化对酶活性的调节乙酰化/脱乙酰化对酶活性的调节ADP-核糖基化/脱ADP-核糖基化对酶活性的调节酶的共价修饰是蛋白翻译后的调节二酶合成的调节在基因表达水平调控酶的合成。
例：大肠杆菌中乳糖和半乳糖的诱导表达协同诱导（coordinated induction ）1顺序诱导（sequential induction ）2酶合成的诱导组成酶诱导酶多顺反子概念IPTG 和X-gal酶合成的阻遏阻止酶合成的现象称作酶合成的阻遏。
阻止酶合成的物质为阻遏物。
（feed back repression ）终点产物反馈阻遏1（catabolic repression ）分解代谢物阻遏2酶合成调节的遗传机制操纵子（operon）学说，1961年Jacob和Monod提出，获得了1965年诺贝尔生理奖。
微生物代谢工程
微生物代谢工程1.代谢控制发酵代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或生物化学方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，使得目的产物大量的生成、积累的发酵。
代谢控制发酵的核心：解除微生物代谢控制机制，打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。
2.微生物代谢工程定义、研究内容和研究手段定义：应用重组DNA技术和应用分析生物学相关的遗传学手段进行有精确目标的遗传操作，改变酶的功能或输送体系的功能，甚至产能系统的功能，以改进细胞某些方面的代谢活性的整套操作工作（包括代谢分析、代谢设计、遗传操作、目的代谢活性的实现）。
简而言之，代谢工程是生物化学反应代谢网络有目的的修饰。
研究内容：(1)代谢流的定量和定向(2)细胞对底物的吸收和产品的释放模型及分析(3)研究胞内代谢物浓度的反应工程方法(4)用13C标记实验进行胞内稳态流分析研究手段(1)采用遗传学手段的遗传操作①基因工程技术的应用。
②常规诱变技术的应用。
(2)生物合成途径的代谢调控①生物合成中间产物的定量生物测定。
②共合成法在生物合成中的应用。
③酶的诱导合成和分解代谢产物阻遏。
④无机磷对生物合成的调节。
(3)研究生物合成机制的常用方法①刺激实验法。
②同位素示踪法。
③洗涤菌丝悬浮法。
④无细胞抽提法。
⑤遗传特性诱变法。
3. 工业发酵的五字策略（图示加文字说明）①进，在育种和发酵控制方面都要促进细胞对碳源营养物质的吸收；②通，在育种方面解除对某些酶的反馈调节，在发酵控制方面，诱导这些酶的合成或激活这些酶，从而使来自各代谢物流（除碳架物流外海包括其他支持生物合成的物流）能够畅通的注入载流途径，汇入代谢主流，流向目的产物，特别是当发酵进入目的产物合成阶段后，必需确保载流路径通畅，代谢主流优势明显③节，采用育种或发酵控制手段，节制与目的产物的形成无关或关系不大的代谢支流，使碳架物质相对集中地流向目的产物。
这里所谓的“节制”是指封闭或削弱以目的产物合成途径的起始底物或以中间产物为起始底物的分支途径；④堵，采用育种或发酵手段消除或削弱目的产物进一步代谢的途径，包括目的产物参与的分解代谢和合成代谢，为了消除或削弱目的产物的进一步分解代谢，就必须降解目的产物进一步代谢的酶活力或酶量，甚至使这些酶不再合成或不起作用；⑤出，促进目的产物向胞外空间分泌。
氨基酸代谢控制发酵机制及育种策略
徐庆阳
中国氨基酸技术服务中心
目 录
• • • • • Chapter1 Chapter2 Chapter3 Chapter4 Chapter5 代谢机制理论基础 L-谷氨酸 L-亮氨酸 L-缬氨酸 L-异亮氨酸
Chapter1 代谢机制理论基础
氨基酸发酵机制
• 在一般情况下，微生物细胞只合成本身需要的中间代谢产 物，严格防止氨基酸、核苷酸等中间物质的大量积累。当 氨基酸或核苷酸等物质进入细胞后，微生物细胞立即停止 该物质的合成，一直到所供应的养料消耗到很低浓度，微 生物细胞才能重新开始进行该物质的合成。微生物细胞中 这种调节控制作用主要靠两个因素，即参与调节的有关酶 的活性和酶量
积累反馈抑制（Cumulative feedback inhibition）
• 在积累反馈抑制中，每一个最终产物只单独地、部分地抑制共 同步骤的第一个酶，并且各最终产物的抑制作用互不影响。所 以几个最终产物同时存在时，它们的抑制作用是积累的
顺序反馈抑制(Sequential feedback inhibition)
• 参与氨基酸生物合成的关键酶主要有12种：①磷酸果糖激 酶；②柠檬酸合成酶；③N-乙酰谷氨酸激酶；④鸟氨酸转 氨基甲酰酶；⑤天冬氨酸激酶；⑥高丝氨酸脱氢酶；⑦苏 氨酸脱水酶；⑧α-乙酰乳酸合成酶；⑨DAHP（2-酮-3-脱氧 -D-阿拉伯糖型庚糖酸-7-磷酸）合成酶；⑩分支酸变位酶； 11预苯酸脱水酶；12预苯酸脱氢酶。
入谷氨酸生成期，为了 大量生成、积累谷氨酸 ， 最好没有异柠檬酸裂解 酶催化反应，封闭乙醛 酸循环
谷氨酸生物合成的调节机制
• 优先合成与反馈调节
• 糖代谢的调节
• 氮代谢的调节
5第五章 代谢调控育种
⑷利用营养缺陷型回复突变株或条件突变株的方法， 解除终产物对关键酶的调节；
⑸应用遗传工程技术，创造理想微生物（即构建目 的工程菌株）。
此外，发酵条件如pH值、NH3的供应、溶氧水平、 营养浓度控制及表面活性剂的使用等也非常重要。
一. 切断支路代谢
1. 营养缺陷突变株的应用
营养缺陷型即菌株发生基因突变，合成途径中某一 步骤发生缺陷，丧失了合成某些物质的能力，必须在 培养基中添加该营养物质才能生长。
第五章 微生物 代谢控制育种
第一节 代谢控制育种的基础
代谢控制发酵理论的建立
代谢控制发酵理论最开始是应用于氨基酸高产菌株 的选育中；随后，核苷类物质发酵生产菌也以代谢控 制理论去选育，并奋起直追成为后起之秀。
随着研究的深入，代谢控制发酵理论的作用，已由 野生型菌株的发酵向高度人为控制的发酵转移，由依 赖于微生物分解代谢的发酵向依赖于生物合成代谢的 发酵，即向代谢产物大量积累的发酵转移。
一个菌株经过突变和回复突变后，某一结构基因 编码的酶会经历失活→恢复活性的过程，但酶的调节 部位的结构常常并没有恢复。所以经过此过程后，该 酶的反馈抑制被解除或削弱。因此可以利用营养缺陷 型的回复突变来获得解除反馈抑制从而提高产量的菌 株。
例如，先将金霉素生产菌绿链霉菌诱变成蛋氨酸 缺陷型，然后再回复突变成原养型，结果其中有85% 的回复突变株的金霉素产量提高了1.2~3.2倍。
通过选育某些营养缺陷型或结构类似物抗性突变株 以及克隆某些关键酶的基因，也可以使目的产物前体 的合成增加，从而有利于目的产物的大量积累。
1. 在分支合成途径中，切断控制共用酶的非目的终 产物的分支合成途径，增多目的产物的前体，使目的 产物的产量提高。
在谷氨酸棒状杆菌、北京棒状杆菌、黄色短杆菌、 大肠杆菌等微生物中，Lys、Thr、Met的合成关键酶是 天冬氨酸激酶，该酶受Lys、Thr的协同反馈抑制，即 天冬氨酸激酶在Lys或Thr单独存在时不受抑制，仅当 两者同时过量时才引起抑制作用。因此，在Thr限量培 养时，即使Lys过剩，也能进行由天冬氨酸生成天冬酰 磷酸的反应（即第一步反应）。
组氨酸生产工艺
组氨酸生产工艺组氨酸是一种重要的氨基酸，广泛应用于食品、医药和化工等领域。
组氨酸的生产工艺主要包括：微生物发酵法、化学合成法和转基因工程法。
微生物发酵法是目前最主要的组氨酸生产工艺。
常用的微生物菌株包括窄小芽孢杆菌、铜绿假单胞菌和乳酸杆菌等。
发酵过程中，首先需要选择合适的培养基，通常以葡萄糖、蛋白质和无机盐为主要成分，同时添加适量的氨基酸和辅助因子。
接种合适的菌株后，通过调控温度、pH值和搅拌速率等条件，控制发酵过程的进展。
在发酵过程中，组氨酸的产量和收率与菌株的选择、培养基的配方和发酵条件的优化有关。
通常，发酵液经离心、浓缩、除杂等处理步骤后，得到纯化的组氨酸产品。
化学合成法是另一种组氨酸生产工艺。
该方法主要通过合成反应，将合适的化学物质转化为组氨酸。
目前常用的合成方法包括环氧乙烷法、亚甲苯法和脱羧氨基乙酸法等。
其中，环氧乙烷法是最常用的合成方法。
该方法的主要步骤包括环氧乙烷与氨水的反应、甲基化和水解等。
化学合成法的优点是生产工艺简单，但缺点是反应条件较苛刻，产物纯度较低。
转基因工程法是一种新兴的组氨酸生产工艺。
通过将合适的基因导入到微生物菌株中，使其具有产生组氨酸的能力。
这种方法通常通过重组DNA技术实现。
首先，将编码组氨酸合成酶的基因与合适的表达载体连接，形成重组质粒。
然后将重组质粒导入到微生物菌株中，并通过培养和筛选等步骤，获得产生组氨酸的转基因菌株。
转基因工程法的优点是可通过基因工程手段调控菌株的代谢途径，提高组氨酸的产量和纯度。
综上所述，组氨酸生产工艺主要包括微生物发酵法、化学合成法和转基因工程法。
微生物发酵法是目前最主要的生产工艺，化学合成法是另一种常用的方法，而转基因工程法是一种新兴的生产工艺。
不同的工艺具有各自的特点和应用范围，可以根据需要选择合适的方法进行组氨酸的生产。
代谢控制发酵1(1)
从微生物发酵的历史角度看，最早的微生物发酵是一个自然 发酵过程，如古代的酿酒技术、酱油、食醋酿造技术等；现代微 生物工业通常是指微生物的代谢控制发酵，如有机酸发酵工业、 酶制剂工业、生物医药工业等
抗生素发酵也属于代谢控制发酵的范畴，但目前许多发酵试 验还具有很大的盲目性，大部分试验都是靠经验及推测来设计， 通过结果来进行验证。主要原因是由于抗生素属于次级代谢产物， 生物合成途径比较复杂，代谢机理有的目前还没有搞清楚；其次 是由于中间代谢产物种类繁多且时刻处于动态变化之中，而且每 种物质的流向不止一条，这就使得微生物的即时代谢状态很难被 把握，即检测手段缺乏的问题。 如目前我们在头孢菌素C的发酵试验及生产中，常用的一些 检测指标如：PH、总糖、氨氮、溶氧、菌浓、还原糖、空气流 量、罐压、转速等，都与头C的生产速率及最终产量没有直接的 关联，只能作为一种参考指标，不到发酵结束很难准确预测发酵 结果的好坏。例如有些批次效价很低，但各种消耗并不低，各项 检测指标也正常，发酵失败的原因就很难分析（营养物质没有用 于产物的合成）。
代谢控制发酵
1.关于代谢控制发酵的几个概念 2.研究代谢控制发酵的意义 3.主要代谢底物的代谢途径及其联系 4.自然发酵实例 5.代谢控制发酵实例
一.代谢控制发酵的几个概念 1.代谢
代谢也叫新陈代谢，是细胞内发生的各种化学反应的总称， 包括合成代谢和分解代谢两大方面。分解代谢又称异化作用，是指 由复杂的营养物质分解成简单化合物的过程；合成代谢也称同化作 用，是指由简单化合物合成复杂的细胞物质的过程。
利用丙酮丁醇梭菌(Clostridium aceto-butylicum)在严格嫌气 条件下进行发酵时，其生成途径由葡萄糖发酵生成乙酸、丁酸、 二氧化碳和氢气，当pH值下降至4-4.5时，还原生成丙酮、正丁 醇和乙醇。通常以玉米为原料，利用生产菌分泌的淀粉酶进行边 糖化边发酵。溶剂比例因菌种、原料、发酵条件不同而异。正常 情况下丙酮、丁醇和乙醇的比例为3:6:1。近年来选出的菌种，可 使丁醇产量提高至70%。按发酵方法可分为间隙发酵和连续发酵，
氨基酸发酵机制
三、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸发酵机制
详见书《发酵工程原理与技术》147页以及148页。
四、天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径
1、苏氨酸发酵机制 2、赖氨酸的发酵机制
赖氨酸生产菌的育种途径 菌等）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） 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。 5).增加前体物的合成和阻塞副产物的生成 关键酶：天冬氨酸激酶
Hale Waihona Puke 3、蛋氨酸发酵机制 4、异亮氨酸发酵机制 5、缬氨酸发酵机制
1）切断支路代谢，选育异亮氨酸、亮氨酸、生物素缺陷型突变株。 2)解除异亮氨酸、缬氨酸合成酶系的反馈阻遏。 3）解除缬氨酸对α -乙酰乳酸合成酶的反馈抑制。
The end,thank you!
4、降低反馈作用物的浓
谷氨酸
N-乙酰谷氨酸
N-乙酰-Y-谷氨酰磷酸
鸟氨酸 反馈抑制
瓜氨酸
精氨酸 谷氨酸棒杆菌缺乏将鸟氨酸转化为瓜氨酸的酶，消除反馈抑制，可用于 生产鸟氨酸。
5、消除终产物的反馈抑制与阻遏作用 消除终产物的反馈抑制与阻遏作用，是通过使用抗氨基酸结构类似 物突变出的方法来进行的。许多氨基酸发酵采用这种方法，并得到较 好的结果。 天冬氨酸 天冬氨酸激酶 天冬氨酰磷酸 天冬氨酸半缩醛 协同反馈抑制 高丝氨酸 苏氨酸 赖氨酸
氨基酸发酵机制
组员：潘艳萍 张友琴 喻莹 徐煜 马玉芳 李成芳 谢蓓安
代谢控制发酵的原理及应用
代谢控制发酵的原理及应用1. 引言发酵作为一种重要的工业生产过程，广泛应用于食品工业、制药工业、化工工业等领域。
控制发酵过程中的代谢反应是提高发酵产物得率和质量的关键。
本文将介绍代谢控制发酵的原理及其在实际应用中的意义。
2. 代谢控制发酵的原理2.1 代谢途径代谢途径是细胞内各种代谢酶反应所组成的网络。
通过对代谢途径进行控制，可以实现对发酵过程中代谢产物的合成与降解的调控。
•代谢途径的分类：–糖代谢途径：通过调节糖酵解和糖异生途径的活性，实现对碳源代谢的控制。
–脂肪代谢途径：调节脂肪酸合成和降解途径，影响发酵产物的合成。
–氨基酸代谢途径：调控氨基酸的合成和降解，影响蛋白质合成和产物生成。
–核苷酸代谢途径：控制DNA和RNA的合成，对生物体的生长和发育起到重要作用。
2.2 代谢调控策略代谢调控策略是通过对代谢途径内关键酶的调控，实现对代谢产物合成和降解速率的调控。
•调控策略的分类：–底物浓度调控：通过调节底物浓度，影响酶催化反应速率，进而控制代谢产物的生成。
–反馈抑制：通过代谢产物对酶活性的抑制，调节代谢途径内各个酶的活性，从而控制代谢产物的生成。
–遗传调控：通过改变生物体内部基因表达水平，调节代谢途径内酶的含量，进而影响代谢产物的合成速率。
–外部条件调控：例如温度、pH值等环境条件的调控，对代谢产物合成有重要影响。
3. 代谢控制发酵的应用3.1 食品工业在食品工业中，利用代谢控制发酵技术可以实现食品添加剂、发酵食品等的生产。
•食品添加剂的生产：通过控制微生物发酵过程中的代谢途径和代谢产物的合成，可以高效生产食品添加剂，如谷氨酰胺、谷氨酰胺钠等。
•发酵食品的生产：利用代谢控制发酵技术，可以生产出口感好、品质优良的发酵食品，如酸奶、面包等。
3.2 制药工业代谢控制发酵技术在制药工业中有着广泛应用。
•抗生素的生产：通过调控微生物发酵过程中底物浓度、代谢途径和酶活性，可提高抗生素的产量和质量。
•生物药物的生产：通过遗传调控和代谢途径调控，可以实现生物药物的高效合成，如重组人胰岛素和重组人生长激素等。
组氨酸的生理功能及在动物生产中的应用
—38 —中国饲料2018年第7期DOI：10.15906/ ll-2975/s.20180708组麵的生理功能及在动物生产中的应用胡孟，武书庚，王晶袁齐广海，张海军*(中国农业科学院饲料研究所，农业部饲料生物技术重点开放试验室，北京朝阳100081)[摘要]组氨酸是组成机体蛋白质的氨基酸之一，同时也是动物合成肌肽和鵝肌肽等功能性二肽的前体物质。
飼 料中适量添加组氨酸可改善动物生产性能，增加肌肉肌肽含量，增强机体抗氧化能力。
本文综述了组氨酸的来源和代 谢、生理功能、营养需要量及在动物生产中的应用，以期为组氨酸在畜牧生产中科学应用提供参考。
[关键词]组氨酸；生理功能;肌肽;抗氧化；动物生产[中图分类号]S816.7 [文献标识码]A[文章编号]1004-3314(2018)07-0038-08随着社会的快速发展，人民生活水平不断提 高，对肉制品的消费不仅只关注其营养特性，更对 其维护健康的功能特性提出了更高的要求，如抗 氧化、抗衰老等。
作为一种内源功能性物质，肌肽 具备抗氧化、抗衰老、抗疲劳、增强肌肉缓冲力、维 持pH稳定等作用（Guiotto等，2005曰周宏博等, 2003)。
肌肽是由组氨酸和茁-丙氨酸形成的二肽。
组氨酸在动物体内可自身合成，但是，幼龄动物体 内组氨酸合成量不能满足机体生长需要，即使是 成年动物，若不从食物中补充，体内合成量也不能 满足需要，因此称为半必需氨基酸(鸡猪的必需氨 基酸冤。
组氨酸在维持动物生产、调控肌肉生长、改 善肉品质、提高肌肽含量等方面发挥重要作用。
本 文就组氨酸的来源和代谢、生理功能、营养需要量 及在动物生产中的应用等方面进行综述，以期为 其在畜牧生产中应用提供科学依据。
1组氨酸的来源和代谢1.1来源组氨酸的来源有动物性来源和微生物发酵。
动物性来源是通过水解血粉提取组氨酸，但生产工艺复杂，产率较低。
微生物发酵是通过培 育诱导突变性细菌生产组氨酸，逐渐受到关注。
氨基酸的代谢控制与发酵
而丙酮酸氧化脱羧的
速度未改变
丙酮酸积累
乳酸积累
碳源利用率降低，而且带来的是发酵液的pH值下降。
第二十二页，课件共122页
另一方面，可以通过控制VH的浓度，实现对于乙醛酸循
环的封闭。
研究表明，异柠檬酸裂解酶活性
为醋酸诱导 受琥珀酸的阻遏抑制
丙酮酸羧化酶的辅酶，参与CO2固定反应。据有关资料 报道，当生物素过量（100μg/L以上）时，CO2固定反应
可提高30%。
第二十四页，课件共122页
以葡萄糖为原料发酵生成谷氨酸时，通过控 制生物素亚适量，几乎看不到异柠檬酸裂解 酶的活性。
另外，该酶受琥珀酸阻遏，生物素亚适量时 因琥珀酸氧化能力降低而积累的琥珀酸就会 反馈抑制该酶的活性，并阻遏该酶的合成， 乙醛酸循环基本上是封闭的，代谢流向异柠 檬酸→α-酮戊二酸→谷氨酸的方向高效率地 移动。
5）应用基因工程、蛋白质工程和代谢工程方法 育成的菌株，进行发酵生产（L-羟脯氨酸）。
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氨基酸本身的合成在不同生物体中，有较大 的差异，但是许多氨基酸的合成途径在不同生物 体中也有共同之处。 按照起始物可将氨基酸的合成分成几个家族： ㈠ 谷氨酸族（α-酮戊二酸族）
包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸 和脯氨酸；
2）使用突变株生产氨基酸（L-赖氨酸、L-苏氨酸、 L-缬氨酸、L-精氨酸、L-瓜氨酸、L-鸟氨酸、L-高丝 氨酸、L-色氨酸、L-苯丙氨酸、L-酪氨酸、L-组氨酸 等）；
3）使用添加前体的方法生产氨基酸（如用邻氨基苯 甲酸生产L-色氨酸；甘氨酸生产L-丝氨酸等）；
第十一页，课件共122页
4）使用酶法生产氨基酸（利用微生物细胞或微生物 产生的酶来制造氨基酸，如以延胡索酸和铵盐为原 料，经天冬氨酸酶催化生产L-天冬氨酸）；
代谢控制发酵-第六章 代谢控制发酵实例
(2) 选育渗漏缺陷型突变株 苯丙氨酸和酪氨酸双营养缺陷(或预苯酸缺陷)使得菌株生长
缓慢，因此可选育预苯酸渗漏缺陷型突变株 渗漏缺陷型是一种不完全营养缺陷型，它不会产生过量的末
端产物，因而可以避开反馈调节 但它又能合成微量的末端产物，用来进行生物合成 在培养这种突变体时，可不必在培养基中添加相应的物质，
弱化子
p 解除反馈调节，增强色氨酸合成途径代谢流(通) 解除色氨酸抑制作用：
(1) 选育色氨酸结构类似物(5-氟色氨酸、5-甲基色氨酸) 抗性突变株
变构，失活
酶
色氨酸
问题：诱变后存活的微生物 包括正向突变(想要的)、负 向突变(不想要的)，怎么把 正向突变的筛选出来？
5-氟色氨酸 5-甲基色氨酸
四、青霉素发酵
生物合成途径
四、青霉素发酵
代谢调节
碳分解代谢产物的影响
Ø 青霉素的生物合成受碳分解代谢产物阻遏，如ACV合成 酶，IPN合成酶，酰基转移酶就被阻遏
Ø 葡萄糖可以刺激菌体生长，使作为赖氨酸和青霉素合 成中间体的α-氨基己二酸转向合成赖氨酸，抑制青霉 素的合成
Ø 葡萄糖降低青霉素生物合成的速率和得率还由于葡萄 糖与6-APA之间形成复合物，从而减少了可用于合成青 霉素的中间产物。
Ø 选育单氟乙酸、三氟乙酸敏感突变株 抑制乌头酸梅和异柠檬酸脱氢酶活性。若菌体对药品 敏感，说明该突变株的乌头酸酶和异柠檬酸酶活力低或 含量少
Ø 选育强化CO2固定反应的突变株 氟丙酮酸敏感、天冬氨酸缺陷、羧化酶基因克隆
Ø 强化柠檬合成酶
一、柠檬酸发酵
发酵控制
Ø 控制Mn2+和NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的抑制，使EMP 畅通无阻
氨基酸代谢控制发酵机制及育种策略.共103页文档
31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意 去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．，喝起来是苦涩的，回味起来却有 久久不会退去的余香。
氨基酸代谢控制发酵机制及育种策略. 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失 去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮 回里有你。
发酵制品学代谢调控发酵机制培训课件
有过量的NH4+ 存在，-酮戊二酸经氧化还原共轭氨基化反应而 生成谷氨酸却不形成蛋白质，从而分泌泄漏于菌体外；
同时，谷氨酸生产菌应不利用体外的谷氨酸，使谷氨酸成为最
终产物。
发酵制品学代谢调控发酵机制
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从前图还可以看出： 生产菌株还应该具有生物素合成缺陷、油酸合成
缺陷和甘油合成缺陷等特点。
发酵制品学代谢调控发酵机制
发酵制品学代谢调控发酵机制
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2. 谷氨酸代谢调节机制
①谷氨酸脱氢酶 ②-酮戊二酸脱氢酶 ③磷酸烯醇丙酮酸羧化酶 ④柠檬酸合成酶
NH4+
在黄色短杆菌中谷氨酸、天冬氨酸生物合成的调节机制
发酵制品学代谢调控发酵机制
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▪ 在微生物的代谢中，Glu比Asp优先合成； 合成过量时则抑制谷氨酸脱氢酶，使代谢转向合成Asp； Asp过量时反馈抑制PEP羧化酶的活力，停止合成草酰乙酸。
发酵制品学代谢调控发酵机制
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在黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌等微生物中，AK是单一的， 并且受Lys 和 Thr的协同反馈抑制，反馈调节易于解除，使 育种简单化，所以常常被用作氨基酸发酵育种的出发菌株。
黄色短杆菌的AK受Lys和Thr协同反馈情况
发酵制品学代谢调控发酵机制
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▪ 乳糖发酵短杆 菌中赖氨酸及其 前体物生物合成 的代谢调节
▪ NH4+的导入不仅仅证明Glu是氮素同化发酵，它还会抑制 Glu生成的逆反应，因此当NH4+存在时，葡萄糖的消耗速度 很快， Glu的生成很高；但是当生物素充足时，NH4+几乎 不影响糖代谢。
发酵制品学代谢调控发酵机制
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• Glu生产菌大多是生物素缺陷型，发酵时控制生物素亚适 量，使细胞变形拉长，改变了细胞膜的通透性引起代谢失 调使Glu得以积累。
食品科学技术：发酵工程必看考点
食品科学技术：发酵工程必看考点1、问答题简述泡沫给发酵造成的影响正确答案：泡沫给发酵造成的影响包括：1）泡沫过多，升到罐顶从轴封渗出，易造成染菌；2）使发酵罐装填系数减少，降低了设备利用率；3）影响通风搅拌正常（江南博哥）进行，影响氧的传递，妨碍菌的呼吸；4）增加菌群的非均一性，微生物随泡沫漂浮；5）造成产物的损失；6）加入消泡剂给下游提取工序带来困难。
2、名词解释离子交换色谱法正确答案：以离子交换树脂作固定相，在流动相带着试样通过离子交换树脂时，由于不同的离子与固定相具有不同的亲合力而获得分离的色谱法。
3、名词解释蒸发热正确答案：蒸发热是随发酵罐排出的尾气带走的水蒸发的热量。
其温度和湿度随控制条件和季节的不同而各异。
4、单选甘油生物合成主要由下列哪种物质引起（）A.尿素B.硫酸铵C.酶D.亚硫酸盐正确答案：D5、名词解释二级种子正确答案：将一级种子再次扩大培养，使种子达到发酵罐的接种量6、名词解释实消正确答案：对培养基进行消毒7、问答题加热灭菌对酱油制作上有什么作用？正确答案：1.杀菌防腐，使酱油具有一定的保质期。
2.破坏酶的活性，使酱油组分保持一定。
3.通过加热增加芳香气味，还可挥发一些不良气味，从而使酱油风味更加调和。
4.增加色泽，在高温下促使酱油色素进一步生成。
5.酱油经过加热后，其中的悬浮物和杂质与少量凝固性蛋白质凝结而沉淀下来，过滤后使产品澄清。
8、名词解释质谱分析法正确答案：质谱法即用电场和磁场将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）按它们的质荷比分离后进行检测的方法。
9、单选摩尔葡萄糖通EMP和TCA循环彻底氧化共产生多少摩尔ATP（）A.34B.36C.38D.39正确答案：C10、名词解释多价反馈正确答案：抑制分支代谢途径中的多个终产物每一个单独过量时对共同途径中较早的一个酶不产生抑制作用，因而并不影响整个代谢进度，只有多个终产物同时过量才会对关键酶产生抑制作用。
11、名词解释综合生物技术正确答案：应用生命科学研究成果，以人们意志设计，对生物或生物的成分进行改造和利用的技术。
氨基酸工业代谢控制发酵
三羧酸循环（tricarboxylic acid cycle）
乙醛酸循环(glyoxylate cycle)
丙酮酸羧化支路（CO2固定反应）等
谷氨酸生物合成的理想途径
由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径：A？B？
谷氨酸发酵的代谢途径
生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱 氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰 CoA，另一部分经CO2固定反应生 成草酰乙酸或苹果酸，催化CO2固 定反应的酶有丙酮酸羧化酶、苹果 酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶。
控制生物素添加量使菌种生产Glu
高浓度bio增强羧化酶活性，促进羧化反应利 于Glu合成。低浓度bio降低裂解酶活性，使菌体 生长后关闭乙醛酸循环，使底物流向Glu合成，低 浓度bio使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于 Glu胞外分泌，解除反馈调节，利于Glu合成并大 量积累。
添加亚适量，5-10μg/L 培养基，生产Glu
氨基酸工业代谢控制发酵
课程教学的基本要求
了解氨基酸发酵行业发展现状与中国氨基酸行业存 在问题，氨基酸发酵行业发展方向
掌握谷氨酸的生物合成途径和谷氨酸发酵调节机制， 掌握谷氨酸细胞膜渗透性的控制方法
了解谷氨酸生产菌的主要特征以及谷氨酸生产菌在 发酵过程中的形态变化，掌握谷氨酸发酵的代谢控 制育种策略
氨基酸中有8种氨基酸人体本身不能合成，只能从食
物的蛋白质中摄取，称为必需氨基酸，它们是L-赖氨 酸、L-色氨酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L异亮氨酸、L-苯丙氨酸和L-蛋氨酸。
还有两种半必需氨基酸，即精氨酸和酪氨酸。
氨基酸的生产方法
抽提法（水解蛋白质） 化学合成法 生物法（包括直接发酵法和酶转化）
组氨酸发酵工艺
组氨酸发酵工艺
组氨酸是一种重要的生物活性物质，广泛应用于医药、食品、化工等领域。
组氨酸的发酵工艺是生产该物质的主要方法之一。
该工艺通过微生物代谢产生组氨酸，具有生产效率高、产品纯度高、原料来源广泛等优点。
组氨酸的发酵工艺主要包括菌株筛选、菌种培养、发酵条件控制、产物提取等步骤。
菌株筛选是选择高效产组氨酸的菌株，包括自然菌株和改良菌株。
菌种培养是保证菌株生长繁殖的重要步骤，需要控制适当的温度、pH值、营养物质等条件。
发酵条件控制是保证组氨酸高产的关键，需要控制好氧、厌氧、通氧、通气等条件。
产物提取是将组氨酸从发酵液中提取出来的步骤，包括酸性沉淀法、逆流萃取法、离子交换法等方法。
随着技术的不断发展，组氨酸发酵工艺也在不断改进。
人们不断探索新的菌株、优化发酵条件、研究提取方法，提高生产效率和产品质量。
同时，组氨酸的应用领域也在不断扩大，对组氨酸发酵工艺的要求也越来越高。
未来，组氨酸发酵工艺将继续得到广泛的应用和研究。
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组氨酸代谢控制发酵11生工（1）班郝瑶 20110801111摘要：L-组氨酸是含咪唑核的碱性氨基酸，是人体和动物体内的半必需氨基酸。
L-组氨酸具有多种生理功能，应用广泛，尤其在医药领域中的应用日益受到重视，是市场上急需的氨基酸品种之一。
文中简要介绍了发酵法生产L-组氨酸及产物检测方法，通过对L-组氨酸生物合成途径的分析指出了大量合成L-组氨酸的关键控制点及选育的基本思路，并重点概括了国内外对L-组氨酸高产菌株选育方案的研究。
关键词：L-组氨酸；发酵；代谢途径；选育方法引言L-组氨酸（L-Histidine）化学名为L-α-氨基-β-咪唑丙酸，是分子中含有咪唑核的碱性氨基酸[1]。
L-组氨酸具有多种生理功能，广泛用于医药、饲料及食品行业。
尤其在医药领域的作用日益受到重视，目前，其主要应用于氨基酸输液及综合氨基酸制剂方面，已成为中国医疗最常用的药物之一，用量逐年递增。
但目前L-组氨酸生产的先进技术主要掌握在欧、美、日等发达国家手里，主要采用发酵法。
日本在20世纪70年代就开展发酵生产组氨酸的研究，而国内在这方面还仅处于实验室研究阶段[2-3]。
因此加快研究发酵法生产L-组氨酸具有非常重要的意义。
1发酵法生产L-组氨酸发酵法借助微生物具有合成自身所需氨基酸的能力，通过对组氨酸产生菌进行诱变，选育出营养缺陷型及组氨酸结构类似物抗性突变株，以解除代谢调节中的反馈抑制和反馈阻遏，从而达到过量积累L-组氨酸的目的[4]。
其具有原料成本低，反应条件温和极易实现大规模生产等优点，是一种非常经济有效的生产方法[5]。
1.1L-组氨酸的产生菌目前发现的组氨酸产生菌有谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、枯草芽孢杆菌和粘质赛氏杆菌。
已投入工业化生产的有谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌和粘质塞氏杆菌，其产酸水平分别为15.4g/L、12.5g/L和17.0g/L，糖酸转化率分别为15.4%、12.5%、10.0%[6]。
1.2发酵过程中pH值的控制大部分组氨酸发酵培养基中的氮源是硫酸铵，当铵离子被利用之后，剩余的硫酸根离子会导致发酵液的pH值下降，从而对发酵产生影响。
可以考虑在发酵培养基中添加碳酸钙，因为碳酸钙可以中和硫酸根离子，通过优化试验确定碳酸钙的最佳添加量。
1.3生物素对L-组氨酸发酵的影响作为L-组氨酸的主要产生菌，谷氨酸棒杆菌是生物素缺陷型菌，生物素是细胞生长的必需因子，同时还是多种羧化酶的辅酶，在CO2固定反应中起重要作用，可影响糖酵解速度，改变发酵代谢流向。
添加适量的生物素可以增加单磷酸己糖支路（HMP）途径的代谢流量，有利于L-组氨酸的产生[7]。
1.4柠檬酸钠对L-组氨酸发酵的影响在发酵初期添加柠檬酸钠能够改变L-组氨酸生物合成途径的关键节点6-磷酸葡萄糖、丙酮酸及乙酰辅酶A的代谢流分布，保持糖酵解途径、三羧酸循环与HMP之间代谢流量平衡[8]。
在发酵培养基中添加适量的柠檬酸钠后使碳架流向HMP途径，有利葡萄糖的酵解途径EMP 被抑制，于组氨酸的生成[9]。
影响组氨酸发酵的因素还有许多，可以通过正交试验或响应面法进行优化试验。
2 L-组氨酸的测定方法对L-组氨酸含量测定的研究较少，建立一种简便可行的测定方法，对组氨酸的生产具有指导意义。
目前较常用的有比色法和高效液相色谱法。
比色法是测定组氨酸含量的简便方法，Pauly比色法简单、快速，准确性也比较好，对仪器的要求也不高，比较适用于工业生产中组氨酸的快速测定[10]。
但试验证明此法受铵离子的影响较大，铵离子与Pauly试剂反应呈黄色，会将组氨酸的橙红色覆盖掉。
另外茚三酮显色-分光光度法也是一种常用的比色法，该法易于实现、精密度较好，适合在菌种选育过程中定性、定量测定发酵液中的L-组氨酸[11]。
高效液相色谱法是一种准确测定的方法，一般在梯度洗脱前采用衍生试剂（如2，4-二硝基氟苯）进行柱前衍生。
与比色法相比，此法的准确度和灵敏度较高，但操作比较复杂，对于样品多、工作量大的菌种筛选并不适用，所以试验中根据实际要求选择适当的测定方法。
3L-组氨酸的代谢及相关途径调节组氨酸的代谢途径比较复杂，要选育组氨酸高产菌株，就必须对细胞原有的代谢途径进行改造。
L-组氨酸的代谢及相关途径见附图。
3.1增加前体物的合成5-磷酸核糖焦磷酸（PRPP）不仅是组氨酸的前体物也是嘌呤和嘧啶的前体物，而且ATP 还直接参与组氨酸的合成，利用嘌呤的结构类似物来解除反馈调节，增加组氨酸前体物的积累。
3.2增强HMP途径的流量根据EMP和HMP途径的调节得出，选育能以HMP途径上的代谢产物为碳源且生长良好的菌株可以达到增加HMP途径流量的目的。
通过削弱EMP途径也能增加HMP途径的流量，进而增加组氨酸的产量。
3.3阻断转酮酶由附图可知，5-磷酸核糖也是5-磷酸核糖焦磷酸PRPP）的重要来源。
而PRPP是组氨酸的前体物，转酮酶酿造活性丧失，导致HMP戊糖分子重排阶段中的转酮酶催化的反应被阻断，进而大量积累5-磷酸核糖，通过选育莽草酸缺陷型突变株，可成功分离出转酮酶缺陷突变株，使得L-组氨酸产量提高[12]。
3.4解除组氨酸的反馈调节在组氨酸的合成途径中，磷酸核糖-ATP焦磷酸化酶是限速酶[13]，组氨酸对其既反馈抑制又反馈阻遏，一般通过选育专属解除组氨酸对其反馈调节的结构类似物来完成；同时组氨酸对其合成途径上的其他酶也有抑制或阻遏作用，通过选育其他一些组氨酸结构类似物来逐步解除反馈调节。
3.5阻断组氨酸的分解组氨酸酶又称组氨酸解氨酶，能把L-组氨酸脱氨形成尿刊酸，再通过一系列反应生成谷氨酸。
选育在以组氨酸为主要或唯一氮源的基本培养基上生长微弱或不能生长的细胞，则能形成组氨酸酶缺陷型。
4国内外对L-组氨酸高产菌株选育的研究通过对L-组氨酸生物合成途径的分析，了解了其育种的基本思路，介绍近年来国内外对L-组氨酸高产菌株选育的研究，希望对进一步研究有一定帮助。
4.1L-组氨酸的诱变育种顾正华等[14]以谷氨酸棒杆菌ATCC13761为出发菌，经硫酸二乙酯和亚硝基胍诱变处理，获得菌株H-24，产L-组氨酸1.6g/L。
此研究基于解除反馈抑制和反馈阻遏、增加前体合成与切断产物代谢途径3方面考虑，使组氨酸有较大的积累。
后又经过多次诱变筛选得到多重遗传标志的菌株DH-8，产酸2.1g/L。
另外选育能在D-葡萄糖酸基本培养基上生长的突变株，也能提高产酸[15]。
添加柠檬酸能增加HMP途径的代谢流量，同样能提高产酸。
由于芳香族氨基酸对PRPP激酶有抑制作用，可以通过筛选莽草酸缺陷型菌株来降低芳香族氨基酸的代谢流量，进而增加流向PRPP 的通量。
于是利用亚硝基胍诱变谷氨酸棒杆菌选育得到莽草酸缺陷型的渗漏突变株CLW0560，积累L-组氨酸达5.31g/L。
如果进一步研究5L发酵罐发酵动力学及发酵条件优化，将能使组氨酸得到更大积累，对工业化生产具有重要的指导作用。
曾莹等[16]对L-组氨酸选育方面也做了大量的研究，采用HNO2和紫外线复合诱变处理黄色短杆菌，选育得到一株高产菌，产L-组氨酸128.28mg/L。
虽然该菌株产酸水平比较低，但可以在此基础上定向选育结构类似物抗性突变株及营养缺陷型菌株，打破代谢调节机制。
利用硫酸二乙酯和亚硝基胍诱变处理谷氨酸棒杆菌S9114，最终得到一正突变株S6（D-hisr），可积累L-组氨酸327mg/L[17]。
首先对其进行最佳发酵工艺的研究，确定了菌株的最佳发酵条件，继续对S6进行了一系列的诱变处理，经亚硝酸钠和紫外线复合诱变，所得菌株F6产L-组氨酸量为330mg/L。
进行多次亚硝基胍的反复诱变。
最终得到一株N13（MYr），可积累L-组氨酸561mg/L。
虽然与张伟国等的研究相比，产酸水平较低，可能与所用出发菌的细胞特性存在差异有关，但方法仍具有很好的参考价值。
可以考虑赋予菌株多重抗性，使产组氨酸更加通畅并能大量积累[18]。
4.2L-组氨酸的基因工程育种随着基因工程的发展，人们开始利用其进行菌株改造，以大幅度提高组氨酸的产量。
杉浦等[19]将粘质赛氏杆菌MPr90的DNA与pLG339（Kmr）相连接，用pKT1124（KmrApr）进行亚克隆获得pSS503。
最后将pSS503导入组氨酸生产菌MPr90，组氨酸产量从23g/L提高为36g/L。
仓桥修等[20]用亚硝基胍诱变枯草芽孢杆菌AJ11733，得19到组氨酸缺陷型菌株AJ11732。
制备AJ11732的感受态细胞，从菌株AJ11733中提取DNA片段。
加入到以上感受态细胞悬浊液中，培养得到组氨酸产生菌AJ11734。
再从AJ11734中提取带有组氨酸合成及组氨酸抗性的遗传基因，插入原菌株AJ11733中，得到新型组氨酸产生菌AJ11735，产酸水平从11g/L提高到23g/L。
5展望氨基酸输液已成为中国医疗最常用的药物之一，用量逐年增加，而L-组氨酸是氨基酸输液必不可少的氨基酸品种之一。
目前急需L-组氨酸的投产并形成生产规模以加快氨基酸品种的配套工作。
发酵法生产L-组氨酸的进展比较缓慢，日本于20世纪70年代中期曾进行这方面的研究，但在80年代后就未见新的报道，国内对此研究也较少，仅仅处在实验室研究阶段。
近年来，随着发酵工业的发展，有关组氨酸发酵的研究又逐渐升温，人们利用代谢控制发酵理论进行工业微生物的育种工作，取得了一定进展。
但组氨酸的生物合成途径比较复杂，且测定方法存在一些困难，所以寻找L-组氨酸的高产菌株是一项重要而艰巨的工作。
在选育抗结构类似物时需赋予菌株多重抗性，使组氨酸积累更加舒畅。
多层次多尺度的进行代谢工程研究已成为必然的发展趋势。
国外利用基因工程对L-组氨酸的产生菌进行改造，大幅度提高了组氨酸的产酸水平，基因工程的引入使L-组氨酸的产量远远高于传统的诱变育种，基因工程与代谢工程相结合已成为组氨酸育种的新方向。
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