青霉素生物合成与代谢流量控制.pdf

维普资讯 7 一 ．2 国外医药抗生索分册 1999年9月第2O卷第5期 ·223 · 青霉素生物合成与代谢流量控制 ‘ 徐亲 民 “ 综述 (河北科技大萆酉 三程系．石家E．o5oo18) 摘 要 在 (L-a一氟基 己二酰)一一半胱氟酰一D一缬氨酸音成酶 (ACVS)、异青霉 索N台 成酶 (IPNS)、酰基辅 酶A异青霉素N酰基转移酶 (AAT)等酶的作用下．产黄青霉将3个前体氟基酸经中间产物 (一a一氨基己二酰)一L 半脆氟酰一D-缬氟酸 (ACV)和异青霉索N(IPN)生物台成为青霉索。这一过程在产生青嚣素G 或v 的同时 ．伴随着 6一氨基青嚣烷酸 (6-APA)、8-羟基青嚣眯唑酸 (8一HPA)、6氧哌啶一2一羧酸 (0PC)和青霉噻唑酸等副产物的生成。为 了增加青霉索生物音成 的代谢流量 ．璇少中间产物 的积累和副产物的生成 ．提高发酵过程 的原料转化率 ．有必要进 行代谢控制分析 。在发酵前期 ，代谢流量的主要控制点剧瓶颈位于ACVS上 ，而在发酵后期 ，这一瓶颈穆 向IPNS。因 此，要想提高青霉素音成的代谢漉量，必须在发酵的前期增加AcVS的活性．而在发酵后期要增~IPNS的括性。显 然 ，用代谢工程方法 同时增加编码ACVS和IPNS的基因剂量及表达水平 ，比起单一基 因扩增 来说 ．有可能取得更 好 的效果 。由于IpNS需要氧作为底物 ，括化侧链前体 的酶—— 己酰辅酶A台成酶 的括性也依赖于氧，故在发酵过 程 中保持足够 的溶氧浓度可以增加青霉索生物台成的代谢流量 ，磕步胞井ACV、IPN、6-APA 8-HPA、OPC等中间 产物和 副产物的生成 ，提高原料的转化得率 。另外 ．溶解CO 在8一HPA 的生成中起着重要作剧．因而提高通入的空 气流量 ，降低溶解Co：浓度 ．对 于减少这一副产物 的生成 ，增加青霉索的产埴 ．也具有十分重要的意义。 关键词 青霉索； 生物 台成 ； 代谢流分布 代谢流量控制 ； 代谢工程 在工业化生产青霉素5O多年之后 ，包括青霉素在 代谢工程方法已被提到议事 日程上来 5【 ，并且做了一 内的口一内酰胺类抗 生素仍然是最重要的一类抗 生素 ， 些有益的尝试口 ，这种方法 比传统的诱变与筛选方 它复盖 了大约65 的抗生素市场 ，而其 中的60 以上 法更加合理和有效，但它的成功应用 ，需要一张标明生 来源于青霉素G 或者VuJ。 物合成途径限速步骤 即瓶颈 的罔．并了解这些步骤控 尺 青霉素是用朴料分批发酵方法 由丝状真菌产黄青 制途径中代谢 流量的动力学信息 为此，必须进行生物 霉 (Peniciltiumchrysogenum)生产的，这一方法在工业 合成途径的研究与代谢流量控制的分析。 生产中的应用 已有将近5O年的历史。经过许许多多人 过去对生物合成与代谢流量控制的研究多半采用 的努力，使青霉素的发酵产率有了大幅度的提高，由最 无细胞系统，尽管这些研究在 阐明 内酰胺 类抗 生素 初 的每毫升几个单位到l993年 已经达到十万单位的 生物合 成途径方面作 出了很大的贡献，但对胞外酶活 工业生产水平 口。；成本有 了大幅度的降低 ，由最初的 性的分析结果很难代表胞 内的情 况，因而不能真正鉴 每十亿单位数百美元到现在的不足十美元。如果说 当 别生物合成的限速步骤。Delgado等 提 出一种测定 初的青霉素是一种昂贵的珍稀化工产品，那么现在 已 胞 内瞬间代谢物库 的方 法，米确定代谢 流量的控制情 经成为廉价的大宗化工产品。