氨基酸有机酸工艺学

第一章

1人体所必需氨基酸:L-赖氨酸、L-苏氨酸、L-异亮氨酸、L-蛋氨酸、L-苯丙氨酸、L-色氨酸、L-亮氨酸和L-缬氨酸。

2氨基酸的生产方法:氨基酸的生产方法有直接发酵法、前体添加发酵法、酶法、提取法和化学合成法，尤以直接发酵法最为重要

3名词解释代谢诶控制发酵：利用遗传学的方法或是其他生物化学的方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，是目的产品大量生产、积累的发酵。

直接发酵法是借助于微生物具有合成自身所需氨基酸的能力，通过对微生物的诱变等处理，选育出各种营养缺陷型及氨基酸结构类似物抗性突变株，以解除代谢调节中的反馈抑制与阻遏，达到过量合成某种氨基酸的目的。

添加前体发酵法，又称微生物转化法。这种方法使用葡萄糖作为发酵碳源和能源，再添加特异的前体物质（即在氨基酸生物合成途径中的一些合适的中间代谢产物），以避免氨基酸合成的反馈调节作用，经微生物作用将其有效地转变为目的氨基酸。

酶法是利用微生物中特定的酶作为催化剂，使底物经过酶催化生成所需的产品。

第二章

1名词解释亚适量：能够满足菌体最大生长量的次适量浓度。

营养缺陷型：指通过诱变产生的，在某些营养物质的合成能力上出现缺陷，必须在基本培养基中加入相应的有机营养成分才能生长的变异菌株。

反馈：代谢反应产物使代谢过程速度加快者称为正反馈；反之为负反馈。

反馈抑制：是指代谢途径的终产物对催化该途径中的一个反应（通常是第一个反应）的酶活力的抑制，其实质是终产物结合到酶的变构部位，从而干扰酶和它底物的结合，当然与此相反为酶活性的激活。

反馈阻遏：是指终产物或终产物的结构类似物，阻止催化该途径的一个或几个反应中的一个或几个酶的合成，其实质是调节基因的作用，与此相反有酶合成的诱导。

优先合成：对于分支途径而言，由于催化某一分支反应的酶活性远远大于催化另一分支反应的酶活性，结果先合成酶活性大的那一分支的终产物。当该终产物浓度达到一定浓度时，就会抑制该酶，使代谢转向合成另一分支的终产物。2谷氨酸生物合成的主要酶反应A谷氨酸脱氢酶所催化的还原氨基化反应B转氨酶催化的转氨反应C谷氨酸合成酶对话的反应

3谷氨酸生物合成的代谢途径

A葡萄糖首先经过EMP及HMP两个途径生成丙酮酸，其中一EMP途径为主。

B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。

C草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化作用下，缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环，柠檬酸在顺乌头酸酶的作用下生成异柠檬酸，异柠檬酸再在异柠檬酸脱氢酶的作用下生成α-酮戊二酸

Dα-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶作用下经还原氨基化反应生成谷氨酸。

4谷氨酸的生物合成途径

在谷氨酸发酵时，糖酵解经过EMP和HMP两个途径进行。葡萄糖生成丙酮酸后，一部分氧化脱羧生成乙酰CoA(54.4％)，一部分固定CO2生成草酰乙酸或苹果酸（81.7％），草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化下缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环，柠檬酸在顺乌头酸酶的作用下生成异柠檬酸，异柠檬酸再在异柠檬酸脱氢酶的作用下生成α-酮戊二酸,α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶作用下经还原氨基化反应生成谷氨酸。

5谷氨酸产生菌所必须具备的主要生化特点：

Aα- 酮戊二酸脱氢酶活力微弱或缺失B谷氨酸脱氢酶活性强C细胞膜对谷氨酸的通透性高

6谷氨酸发酵中控制细胞膜通透性的方法

化学控制方法：(1) 控制磷脂的合成①选用生物素缺陷型菌株：控制培养基中生物素的浓度②添加表面活性剂或饱和脂肪酸③选用油酸缺陷型菌株：控制培养基中油酸的浓度④选用甘油缺陷型菌株：控制培养基中甘油的浓度(2) 阻碍谷氨酸产生菌细胞壁的合成：在发酵菌体生长对数期的早期，添加青霉素或头孢霉素C等抗生素

物理控制方法：利用温度敏感性突变株：发酵过程中改变发酵温度

第三章

1现有氨基酸生产菌主要是棒状菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属

2谷氨酸生产菌的主要特征

棒状菌属：细胞为直到微弯的杆菌，一段膨大，这段分裂形成八字形或是栅栏状排列，革兰氏阳性

短杆菌属：短不分枝的直杆菌，革兰氏阳性

小杆菌属：杆状，形态结构和棒状杆菌相似，格革兰氏阳性

节杆菌属：细胞的形态变化，革兰氏阳性和阴性互相转化。

3谷氨酸产生菌在发酵过程中的形态变化：

适应期：短杆至棒杆状，有的呈现弯曲状，两端圆盾，无分枝。

长菌型：短杆至棒杆状，有的呈现弯曲状，两端圆盾，无分枝，细胞成单个分开

转型期：细胞形态急剧变化，细胞开始伸长、膨大

产酸型细胞：呈现伸长、膨大、不规则，缺乏”V”字形排列

4谷氨酸产生菌的代谢控制育种：

①从培养基考虑：选育耐高渗透压的菌株（耐高糖突变株；耐高谷氨酸突变株；耐高糖、高谷氨酸突变株）

②从产物方面考虑：选育不分解利用谷氨酸的突变株；选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调节的突变株（选育酮基丙二酸抗性突变株；选育耐高谷氨酸突变株；选育抗谷氨酸结构类似物突变株，如抗谷氨酸氧肟酸等；选育抗谷氨酰胺突变株）

③从菌种生化特性考虑：选育细胞膜渗透性好的突变株(抗Vp 类衍生物；选育溶菌酶敏感性突变株；选育溶菌酶敏感性突变株；选育温度敏感性突变株)

④从生物合成代谢途径考虑：选育强化CO2固定反应的突变株（选育以琥珀酸为唯一碳源培养基快速生长的突变株；选育氟代丙酮酸敏感性突变株）；选育减弱乙醛酸循环的突变株（选育琥珀酸敏感型突变株；选育不利用乙酸的突变株）；选育强化三羧酸循环中从柠檬酸到α-酮戊二酸代谢的突变株（选育柠檬酸合成酶强的突变株；选育抗氟乙酸、氟化钠、氮杂丝氨酸、氟柠檬酸等突变株）；选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株（选育莽草酸缺陷型或添加芳香族氨基酸能促进生长的突变株；选育抗嘌呤、嘧啶类似物突变株；选育抗核苷酸类抗生素突变株，如抗德夸菌素突变株）；选育强化能量代谢的突变株（抗呼吸链抑制剂突变株，如抗丙二酸、氧化丙二酸、氰化钾等的突变株；抗ADP磷酸化抑制剂突变株，如抗2,4-二硝基酚、羟胺、胍等的突变株；抗抑制能量代谢抗生素的突变株，如抗缬氨霉素、寡霉素等突变株）

应用生物工程新技术选育谷氨酸产生菌的方法：原生质体融合技术、转化法、转导法、重组DNA技术。

5名词解释

转化：是指受体细胞直接吸收了来自供体细胞的DNA片段，并将它整合到自己的基因组中，从而获得了供体细胞部分遗传性状的现象。

感受态细胞：凡能吸收外源DNA片段并能将其整合到自己染色体组中以实现转化的受体细胞。

6原生质体转化的整个转化过程可分为三个步骤，即制备对DNA转化有感受能力的原生质体；细胞对DNA的吸收；转化子的选择与再生。

7转导是指通过温和型噬菌体为媒介，将供体细胞中的DNA片段携带到受体细胞中，从而使受体细胞获得了供体细胞部分遗传性状的现象。转导作用需要三个组成部分，即供体菌、转导噬菌体和受体菌。

8原生质体是指动植物和微生物细胞去除细胞壁以后的一种细胞结构，三条标准：没有细胞壁；失去细胞刚性，呈球形；对渗透压敏感脆弱。

9重组DNA技术包括4个步骤:工具酶和载体的选择，目的基因的制备，DNA体外重组和外源基因的无性繁殖与表达。10菌种的扩大培养和种子的质量要求

发酵生产能力高，生产性能稳定，数量足而且不被其他杂菌污染的

11影响种子质量的主要因素：⑴培养基组成；⑵培养温度；⑶培养基pH；⑷溶解氧；⑸接种量；⑹培养时间

第四章

1名词解释

发酵培养基：人工配置的提供微生物或动植物细胞生长、繁殖和生物合成代谢各种代谢产物所需的按一定比例配置的多种营养物质的混合物。

呼吸强度：指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量，以QO2表示，单位为mmol O2/(g干菌体·h)

耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间内的吸氧量，以r表示，单位为mmol O2/(L·h)

临界氧浓度：微生物的耗氧速率受发酵液中溶解氧浓度的影响，各种微生物对发酵液的溶氧浓度有一个最低的要求，这一溶氧浓度叫做临界氧浓度。

2发酵条件控制：温度PH 供氧CO2 泡沫

3当环境条件发生变化时，菌体的代谢途径也会发生改变，谷氨酸发酵会向其它发酵转换，谷氨酸积累减少，而其它副产物积累增加。

溶氧适量，产生谷氨酸；溶氧不足，产生乳酸；溶氧过量，产生α-酮戊二酸。

NH4+适量，产生谷氨酸；NH4+过量产生谷氨酰胺；NH4+缺乏，产生α-酮戊二酸。

pH中性或偏碱性，产生谷氨酸；pH在5.0~5.8及NH4+过量时，产生谷氨酰胺。