分支链氨基酸发酵的代谢控制育种

3、亮氨酸发酵
亮氨酸生物合成途径中的关键酶是 α- 乙酰乳酸合 成酶和 α- 异丙基苹果酸合成酶，前者受缬氨酸反 馈抑制和三种分支氨基酸的多价阻遏，后者受亮 氨酸的反馈抑制和阻遏。 选育亮氨酸结构类似物抗性突变株，如 α- 氨基丁 酸抗性突变株（α-ABr）、2-噻唑丙氨酸抗性突变 株（2-TAr）。

1、生物合成途径
分支链氨基酸的生物合成途径如下图所示。

由上图可见，Ile的合成是以Thr为前体，由苏氨酸 脱氨酶和以后四种酶催化合成。 Val 是从 Pyr 开始， 由乙酰乳酸合成酶、二羟基酸还原异构酶、二羟 基酸脱水酶和分支链氨基酸转氨酶等四种酶催化 合成，这四种酶与催化 Ile 合成的四种酶是相同的。 Leu 是从 Val 生物合成的前体物 α- 酮基异戊酸开始 分支，由α-异丙基苹果酸合成酶及以后三种酶催化 合成。催化三种氨基酸生物合成的最后一步反应 的酶是同一种酶，即分支链氨基酸转氨基酶。可 见，三种氨基酸的生物合成是相互发生影响的。
吨。
缬氨酸的生物合成是：由丙酮酸生成 α- 乙酰 乳酸，再经还原脱水得到 α- 酮基异戊酸，最后 生产缬氨酸。 根据缬氨酸生物合成的代谢调节，主要是 α乙酰乳酸合成酶受缬氨酸反馈调节和途径中有 关酶受分支链三种氨基酸的多价阻遏。 选育缬氨酸结构类似物抗性突变株，同时解 除除三种氨基酸对酶生成的多价阻遏。如 α- 氨 基丁酸抗性突变株（α-ABr）。

2、分支链氨基酸生物合成的代谢调节机制 研究表明，在粘质赛氏杆菌中，分支 链氨基酸生物合成的代谢调节机制如图所 示。

由上图可以看出，分支链氨基酸生物合成的代谢 调节机制如下。
⑴苏氨酸脱氨酶受Ile的反馈抑制。 ⑵α-乙酰乳酸合成酶受Val的反馈抑制。 ⑶α-异丙基苹果酸合成酶受Leu的反馈抑制。 ⑷分支链氨酸合成酶系的各个酶的生成，受这3种末 端氨基酸——Ile+Val+Leu的多价阻遏。
分支链氨基酸发酵的 代谢控制育种
制作人：毕新煜 主讲人：曹甜
第三节 分支链氨基酸发酵的 代谢控制育种

分支链氨基酸包括异亮氨酸（ Ile ）、亮氨酸 （Leu）、缬氨酸（Val），由于这些氨基酸的 分子中都具有由甲基侧链形成的分支结构，故 称为分支链氨基酸。
一、分支链氨基酸的 生物合成途径及代谢调节机制

⑶增加前体物的合成
苏氨酸是异亮氨酸的前体物。为了大量积累异亮 氨酸，除了设法解除对异亮氨酸生物合成的反馈 调节外，还应设法解除对其前体物苏氨酸生物合 成的反馈控制。选育苏氨酸结构类似物（如AHVr、 抗代谢途径
要大量积累异亮氨酸，需切断或减弱异亮氨酸进 一步向下代谢的途径，使积累的异亮氨酸不再被 消耗。
二、分支链氨基酸发酵的代谢控制育种

1、异亮氨酸发酵
选育Lys-、LysL突变株。 选育Met-、MetL突变株。
⑴切断或减弱支路代谢
选育 Leu- 突变株，避免副产氨基酸（正缬氨酸和 高异亮氨酸）的生成，对产物的提纯造成困难。

⑵解除菌体自身的反馈调节 苏氨酸脱氨酶（TD）是异亮氨酸生物合成途径中 的关键酶，受异亮氨酸的反馈抑制。选育异亮氨 酸结构类似物抗性突变株，如 α- 氨基丁酸抗性 （α-ABr）、IleHxr、三氟代亮氨酸抗性（TFLr）、 α- 噻唑丙氨酸抗性（ α-TAr ）、邻甲基 -L- 苏氨酸 抗性（OMTr）等抗性突变株。
如选育不能以异亮氨酸为唯一碳源生长，即丧失 异亮氨酸分解能力的突变株，有助于异亮氨酸的 大量积累。

2、缬氨酸发酵
L-缬氨酸是人体必需氨基酸，主要用于配制复合
氨基酸制剂，特别是应用于高支链氨基酸输液。
近年发现L-缬氨酸是一种高效免疫抗生素原料，
使用量猛增。
目前只有日本两家公司生产，年消耗量已达数千