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第 7 卷第 4 期 过 程 工 程 学 报 Vol.7 No.4 2007 年 8 月 The Chinese Journal of Process Engineering Aug. 2007 大肠杆菌生产琥珀酸的代谢工程研究进展 詹晓北， 陈 设， 郑志永 (江南大学工业生物技术教育部重点实验室，江苏 无锡 214122) 摘 要：琥珀酸是一种重要的化工原料，具有广阔的市场. 微生物发酵法生产琥珀酸可以解决常规化学合成法对石油 的依赖. 代谢工程的兴起使重组大肠杆菌生产琥珀酸变为可能，也取得了一定的成效，但是其发酵强度还不够高，且 过程中伴随着其他有机酸的积累，因此还不适于工业化生产. 代谢工程以系统生物学为基础，为重组大肠杆菌的进一 步改造提供了更合理的依据. 本工作以大肠杆菌生产琥珀酸所涉及的关键酶、代谢途径及其改造为对象，系统综述了 大肠杆菌生产琥珀酸所涉及的代谢工程技术及其必威体育精装版研究进展，并探讨了将来的发展前景. 关键词：代谢工程；琥珀酸；大肠杆菌 中图分类号：TQ921 文献标识码：A 文章编号：1009−606X(2007)04−0840−07 1 前 言 不会有琥珀酸的积累，而 E . coli 在厌氧环境下进行混合 酸发酵，产生少量的琥珀酸，仅占 7.8%[11]. 图 1 为野生 琥珀酸又称丁二酸，是三羧酸循环(TCA)的中间产 E . coli 在厌氧环境下合成琥珀酸的代谢网络图. 由图可 物，同时也是厌氧代谢的发酵产物之一[1]. 琥珀酸广泛 以看出，葡萄糖经糖酵解生成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)， 应用于医药、农药、染料、香料、油漆、食品、塑料等 PEP 在 PEP 羧化酶的催化作用下固定 CO2 ，生成草酰乙 行业，也可以作为 C4 平台化合物，合成一些重要的化 酸(OAA). OAA 经过苹果酸脱氢酶和富马酸还原酶的作 工产品如丁二醇、四氢呋喃、γ-丁内酯、n- 甲基吡咯烷 用，最终生成琥珀酸. 在此合成途径中，每生成 1 mol 酮(NMD) 、2- 吡咯烷酮等，全世界市场需求量超过 琥珀酸需要固定 1 mol 的 CO2 ，同时消耗 2 mol 的 5 t/a[2]. 另外，琥珀酸还可用来合成可降解的生 2.76×10 NADH[12,13]. 物聚合物，如聚丁烯琥珀酸酯(PBS)和聚酰胺，这使琥 Glucose 7 t/a[3]. 然而，传统的化学 珀酸的市场需求量高达 2.7×10 ATP 合成法因成本和环境污染等原因限制了琥珀酸的广泛 2NADH 应用，因此微生物发酵法生产琥珀酸的研究越来越引起