氨基酸代谢控制调节

天冬氨酸族
• 二、天冬氨酸族（赖氨酸lysine、苏氨酸 threonine、蛋氨酸methionine）发酵机 制
Ｌ－天冬氨酸 天冬氨酸激酶，ＡＫ
天冬氨酰磷酸
天冬氨酰半醛脱氢酶 协同反馈抑制 天冬氨酰半醛 还原酶 Ｌ－高丝氨酸
二氢吡啶二羧酸 合成酶 Ｌ－赖氨酸
高丝氨酸激酶 Ｌ－苏氨酸 苏氨酸脱氢酶 Ｌ－异亮氨酸 Ｏ－琥珀酰高 丝氨酸
平衡合成
磷酸烯醇丙酮酸 反馈抑制 丙酮酸 草酰乙酸
乙酰-CoA 逆转反馈抑制
柠檬酸
天冬氨酸
Ｌ－天冬氨酸
天冬氨酰磷酸
Hom—
天冬氨酰半醛 Ｌ－高丝氨酸 Ｌ－蛋氨酸
Ｌ－苏氨酸
Ｌ－赖氨酸
赖 氨 酸 高 产 菌 遗 传 标 记 图
赖氨酸发酵机制fig3-33
切断支路选育Ｈom-突变株； 解除赖氨酸与苏氨酸对ＡＫ酶的协同反馈抑制 选育抗赖氨酸结构类似物（如LysHx,AEC)和 抗苏氨赖氨酸结构类似物（如ThrHx,AHV)等 突变株； 增加前体物的生物合成选育丙氨酸缺陷型， 抗天冬氨酸结构类似物突变株； 解除代谢互锁选育Leu-,抗亮氨酸结构类似物 突变株；
磷酸烯醇丙酮酸+4-磷酸赤藓糖 DAHP 莽草酸
分支酸
预苯酸 酪氨酸
苯丙氨酸
氨茴酸
色氨酸 遗传缺陷
解除反馈调节
磷酸烯醇丙酮酸+4-磷酸赤藓糖 DAHP 莽草酸
苯丙氨酸 发酵机制
氨茴酸 色氨酸
分支酸
预苯酸
酪氨酸
遗传缺陷
苯丙氨酸
解除反馈调节
异亮氨酸
缬氨酸
异亮氨酸发酵机制fig3-37
• 异亮氨酸发酵是添加前体，绕过反馈调节的典 型例子。 • 前体物：Ｄ－苏氨酸，alpha－溴丁酸、 alpha －氨基丁酸等。 • 要控制培养基中缬氨酸及葡萄糖亚适量，否则 抑制产物的积累，而副产alpha－氨基丁酸。 • 选育缬氨酸结构类似物抗性突变株，解除对乙 酰羟基酸合成酶的调节。 • 选育异亮氨酸结构类似物抗性突变株，解除对 Ｌ－苏氨酸脱氨酶的反馈抑制。 • 若以葡萄糖为原料，则如何？
亮氨酸发酵机制fig3-37
• 简要分析
芳香族
• 四、芳香族（色氨酸tryptophane、苯丙氨酸 phenylalanine、酪氨酸tyrosine）发酵机制 • 合成途径fig3-38（大肠杆菌） • 调节fig3-39（黄色短杆菌）
– DAHP合成酶，tyr+phe协同反馈抑制; – 分支酸变位酶CM，氨茴酸合成酶AS，第一分支点 – PPA脱氢酶、脱水酶，第二分支点
Ｌ－蛋氨酸
天冬氨酸发酵机制
• 大肠杆菌中天冬氨酸族生物合成的代谢 调节fig 3-30 • 谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等中的中天 冬氨酸族生物合成的代谢调节fig 3-31
– 优先合成：Met>Thr>Lys – 代谢互锁：二氢吡啶二羧酸合成酶受亮氨酸的反馈阻遏 – 平衡合成：天冬氨酸与乙酰CoA形成平衡合成fig3-32
分支链氨基酸族
• 三、分支链氨基酸族（缬氨酸valine、亮 氨酸leucine、异亮氨酸isoleucine）发酵 机制
生物合成代谢调节机制fig3-37
天冬氨酸 L-苏氨酸 葡萄糖
脱氨酶
乙酰乳酸合成酶
丙酮酸
a-酮丁酸
a-乙酰乳酸 a-乙酰-a-羟基丁酸 a-乙酰异戊酸 a-酮-beta-甲基戊酸 转氨酶 异丙基苹果酸 合成酶 a-异丙基苹果酸 亮氨酸
Ｌ－天冬氨酸
天冬氨酰磷酸
lys—
Ｌ－赖氨酸
天冬氨酰半醛
Met —
Ｌ－高丝氨酸 Ｌ－蛋氨酸
AHVR
Ｌ－苏氨酸
苏氨酸高产菌遗传标记图
苏氨酸发酵机制fig3-34
切断支路选育Ｍet,Lys,Ile缺陷突变株； 解除调节
苏氨酸对关键酶高丝氨酸脱氢酶反馈调节选育抗 苏氨酸结构类似物如ThrHx,AHV)等突变株； 解除赖氨酸与苏氨酸对ＡＫ酶的协同反馈抑制选 育抗赖氨酸结构类似物（如LysHx,AEC) ；
氨基酸
第1节 氨基酸发酵机制(p113)
• 一、谷氨酸族氨基酸(谷氨酸glutamic acid、瓜 氨酸citrulline、鸟氨酸ornithine、精氨酸 argenine) • 二、天冬氨酸族（赖氨酸lysine、苏氨酸 threonine、蛋氨酸methionine） • 三、分支链氨基酸族（缬氨酸valine、亮氨酸 leucine、异亮氨酸isoleucine） • 四、芳香族（色氨酸tryptophane、苯丙氨酸 phenylalanine、酪氨酸tyrosine）
缬氨酸发酵机制fig3-37
• 关键酶： alpha－乙酰乳酸合成酶，是变 构酶，以TPP,Mg2+,FAS,Fe2+为辅基； • 切断支路：选育Ile+Leu缺陷型突变株； • 解除Ile,Val 合成酶系的反馈阻遏； • 解除Val对alpha－乙酰乳酸合成酶反馈抑 制； • 可能的遗传标记：ile-+leu-+alpha-ABR(氨 基丁酸)+2-TAR(2-噻唑丙氨酸)＋CMR
谷氨酸优先天冬氨酸合成
葡萄糖
PEP
草酰乙酸 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 a-酮戊二酸 反馈阻遏 天冬氨酸
பைடு நூலகம்
谷氨酸
反馈抑制
鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸合成
谷氨酸 N-乙酰谷氨酸 N-乙酰-r-谷氨酰磷酸
N-乙酰鸟氨酸 鸟氨酸 瓜氨酸 精氨琥垢酸 精氨酸
鸟氨酸转氨甲酰酶 精氨琥垢酸合成酶
鸟氨酸发酵机制
• 在谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、枯草芽 孢菌中： • 选育瓜氨酸缺陷型，鸟氨酸转氨甲酰酶 活力缺失;解除arg 的反馈抑制，切断向 下的进一步代谢。 • 选育精氨酸结构类似物抗性突变株：如 抗ＡrgHx, D-Arg。 解除arg 的反馈抑 制
谷氨酸族
• 一、谷氨酸族氨基酸(谷氨酸glutamic acid、瓜氨酸citrulline、鸟氨酸ornithine、 精氨酸argenine)发酵机制。
Glucose EMP,HMP,TCA,CO2固定化 Glu
Orn
Cit Arg
谷氨酸族氨基酸合成途径
谷氨酸发酵机制
1）优先合成； 2）生物素缺陷； 3）alpha－酮戊二酸脱氢酶活力丧失或微弱； ４）ＣＯ２固定强； ５）谷氨酸脱氢酶活力强。
增加前体物的生物合成选育丙氨酸缺陷型， 抗天冬氨酸结构类似物突变株；
Ｌ－天冬氨酸
蛋 氨 酸 高 产 菌 遗 传 标 记 图
天冬氨酰磷酸
Lys—
Ｌ－赖氨酸
天冬氨酰半醛
Met —
Ｌ－高丝氨酸 Ｌ－苏氨酸
O-琥珀酰高丝氨酸
Ｌ－蛋氨酸
SAM —
S-腺苷蛋氨酸
蛋氨酸发酵机制fig3-35
切断支路选育Ｍet,Thr缺陷突变株； 解除调节
解除蛋氨酸的自身反馈调节 ：
选育抗蛋氨酸结构类似物（如乙硫氨酸、硒代蛋氨酸等） 突变株 选育ＳＡＭ结构类似物抗性突变株；
除赖氨酸与苏氨酸对ＡＫ酶的协同反馈抑制选育 抗 AHV和 AEC突变株；
切断向下代谢选育ＳＡＭ缺陷型突变株； 增加前体物的生物合成选育丙氨酸缺陷型， 抗天冬氨酸结构类似物突变株；
瓜氨酸发酵机制
• 在谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、枯草芽 孢菌中： • 选育精氨酸缺陷型，琥珀酸合成活力酶 失;解除arg 的反馈抑制，切断向下的进 一步代谢。 • 选育精氨酸结构类似物抗性突变株：如 抗ＡrgHx, D-Arg。 解除arg 的反馈抑 制
精氨酸发酵机制
• 只能选育精氨酸结构类似物抗性突变株： 如抗ＡrgHx, D-Arg。 解除arg 的反馈 抑制
磷酸烯醇丙酮酸+4-磷酸赤藓糖 反馈抑制 逆转反 馈抑制 优先合成 分支酸 氨茴酸 色氨酸 苯丙酮酸 苯丙氨酸 酪氨酸 对羟基苯丙酮酸 预苯酸 DAHP 莽草酸 协同反馈
黄色短杆 菌
色氨酸发酵机制fig3-39
• 切断支路代谢选育phe-+tyr-双重缺陷株； • 解除色氨酸自身反馈调节及对DAHP合成 酶的反馈调节选育trp+phe+tyr多重结构 类似物抗性突变株； • 在培养基限量添加phe,tyr。 • 生产菌株：黄色短杆菌 • Fig 3-40