代谢控制发酵-第五章氨基酸代谢与控制1.pptVIP

第五章 氨基酸的代谢控制与发酵 天冬氨酸族 包括：天冬氨酸、赖氨酸、高丝氨酸、苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。 1.天冬氨酸的生物合成 （一）天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径 2.天冬酰胺的生物合成 （二）天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制 天冬氨酸激酶(AK)有三种同功酶。 多价阻遏：每种末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。代谢途径分支点以前的“公共酶” 受所有分支途径末端产物的阻遏。 高丝氨酸脱氢酶(HD)有两种同功酶。 2、谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌中的代谢调节机制 关键酶：天冬氨酸激酶 赖氨酸、苏氨酸（协同E） 代谢互锁 在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸分支途径的初始酶二氢吡啶-2，6-二羧酸合成酶受亮氨酸反馈阻遏。 天冬氨酸和乙酰CoA形成平衡合成。当乙酰CoA合成过量时，能解除天冬氨酸对PEP羧化酶的反馈抑制。 回顾：平衡合成 天冬氨酸和谷氨酸之间的调节机制 谷氨酸比天冬氨酸优先合成，当谷氨酸合成过量时，反馈抑制谷氨酸脱氢酶，转向合成天冬氨酸，天冬氨酸再过量时，反馈抑制PEP羧化酶，整个生物合成停止。 (1)没有发现对天冬氨酸激酶（AK）的反馈阻遏。 (2)Lys分支途径的第一个酶和第二个酶（二氢吡啶二羧酸合成酶与二氢吡啶二羧酸还原酶）既不受Lys的反馈抑制，也不受Lys的阻遏，这对Lys的积累十分有益。 （3）未发现Lys脱羧酶，有利于生产Lys 综上： 谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌作为氨基酸发酵育种的出发菌株：天冬氨酸激酶是单一的，且受赖氨酸、苏氨酸的协同反馈抑制，反馈调节易于解除，选为出发菌株进行诱变或DNA重组技术选育高产Lys菌株。 若采用DNA重组技术，因E.coli遗传背景研究较清楚，可以将产Lys的关键酶基因克隆到E.coli中，让其表达。 二、赖氨酸发酵 出发菌株的选择 — 代谢调节比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌等） （2）优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育 高丝氨酸渗漏突变株（HomL） 高丝氨酸脱氢酶（HD）活性下降，但不完全丧失，代谢流发生变化，由原来优先合成Hom（即Met 和Thr ）方向转到合成lys， Met 和Thr 只是少量合成，不足以引起对AK的协同反馈抑制，lys得以积累。 4 增加前体物的合成和阻塞副产物的生成 ① 选育丙氨酸营养缺陷型或丙氨酸温度敏感突变株。 减少Asp的损失；增加磷酸烯醇式丙酮的量 ② 选育AspHxr、磺胺类药物抗性突变株。 能解除Asp对PEP羧化酶的抑制，使PEP更多地生成Asp。 ③ 选育氟丙酮酸敏感突变株。 氟丙酮酸抑制丙酮酸脱羧酶，使丙酮酸积累。 3、解除代谢互锁 在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸的生物合成与亮氨酸之间存在代谢互锁，赖氨酸生物合成分支的第一个酶（DDP合成酶）受亮氨酸的阻遏。 解除这一代谢互锁的方法: ①选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AEC的赖氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变得抗AEC兼亮氨酸缺陷型菌株 ②选育抗亮氨酸结构类似物突变株 从遗传上解除亮氨酸对DDP合成酶的阻遏 前体物： 丙酮酸、 草酰乙酸、 天冬氨酸 关键酶： 天冬氨酸激酶 * * 第一节 天冬氨酸族氨基酸的代谢控制育种 一 天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径及代谢调控机制 谷草转氨酶 天冬酰胺合成酶 Asp + Gln ? Asn + Glu O-琥珀酰高丝氨酸 天冬氨酸 天冬氨酰磷酸 天冬氨酸半醛 高丝氨酸 二氢吡啶-2，6-二羧酸 赖氨酸 高丝氨酸磷酸 苏氨酸 蛋氨酸 异亮氨酸 ① ② ③ ④ ⑤ 草酰乙酸 Pyr G 糖酵解 CO2固定反应 氨基化反应 ① 天冬氨酸激酶 ②二氢吡啶-2，6-二羧酸合成酶 ③高丝氨酸脱氢酶 ④ O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶 ⑤苏氨酸脱氨酶 L-甲硫氨酸，L-苏氨酸和L-赖氨酸的生物合成途径 胱硫醚 琥珀酰二氨基庚二酸 琥珀酰-2-氨基6酮庚二酸 哌啶-2，6-二羧酸 二氢吡啶-二羧酸 消旋二氨基庚二酸 二氨基庚二酸 高丝氨酸磷酸 O-琥珀酰高丝氨酸 高半胱氨酸 1 大肠杆菌 苏氨酸（ E） 苏氨酸和异亮氨酸(多价R) 天冬氨酸激酶Ⅱ 蛋氨酸（ R） 天冬氨酸激酶Ⅲ 赖氨酸（ E+R） 天冬氨酸激酶Ⅰ 苏氨酸（ E） 苏氨酸、异亮氨酸（多价R） 高丝氨酸脱氢酶Ⅱ 蛋氨酸（ R） 二氢吡啶-2，6-二羧酸还原酶 赖氨酸（E） O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶 蛋氨酸（ R） 高丝氨酸激酶 苏氨酸（ R ） 高丝氨酸脱氢酶Ⅰ O-琥珀酸高丝氨酸 天冬氨酸 天冬氨酰磷酸 天冬氨酸-β-半醛 高丝氨酸 二