代谢控制发酵-第五章 氨基酸的代谢2.pptVIP

第五章 氨基酸的代谢控制与发酵 第二节 芳香族氨基酸的代谢控制育种 芳香族氨基酸 一、芳香族氨基酸的生物合成途径 芳香族氨基酸的关系 二、芳香族氨基酸的生物合成调节机制 1、大肠杆菌中的调节机制 2、谷氨酸棒杆菌中的调节机制 1）关键酶 DS :DAHP合成酶 CM:分支酸变位酶 PT:预苯酸脱水酶 PD:预苯酸脱氢酶 AS:氨茴酸合成酶 3）CM（分支酸变位酶） Phe: 部分抑制（0.1mM抑制90%），阻遏。 Tyr：部分抑制（0.1mM抑制50%）。 Phe 、Tyr：同时存在时，完全抑制。 （合作、增效反馈抑制） Trp :激活该酶，恢复前两者所抑制的酶活性。 CM（分支酸变位酶）的生理作用： 　　　Trp通过激活CM的活性平衡菌体内Phe 、Tyr和Trp生物合成之间的比例。 　　　优先合成Trp，合成的Trp对CM有激活作用，能够完全解除Phe所引起的抑制，能一半地解除Phe 、Tyr共存所引起的抑制，使分支酸趋向合成Phe 和Tyr，当Phe 和Tyr过量时，便抑制CM，转而合成Trp。 4）AS（氨茴酸合成酶） 受Trp的强烈抑制，也为之所阻遏。 Trp与分支酸是竞争性抑制。 竞争性抑制 有的酶在遇到一些化学结构与底物相似的分子时，这些分子与底物竞争结合酶的活性中心，亦会表现出酶活性的降低（抑制）。这种情况称为酶的竞争性抑制。 5) PD (预苯酸脱氢酶) Tyr：轻微抑制 （1）转录的负控阻遏 L-色氨酸操纵子的结构 trp operon阻遏系统——终产物的阻遏机制 （2）转录的衰减（弱化作用） 弱化子 随着对trp operon 的深入研究，发现有些现象与以阻遏作为唯一调节机制的观点不相一致。例如，在高浓度和低浓度下观察到，trp operon的表达水平相差约600倍，然而阻遏作用只可使转录减少70倍。显然trp operon表达的这种控制与上述阻遏物的控制无关，必须有一种称为弱化作用的调控机制。这个结构基因上游的前导区域称为弱化区域，这种调节部位称为衰减子。 转录弱化作用的调控 A 当Trp缺乏时（低水平的Trp 时）核糖体占据区域1的位置，2-3配对，终止信号不能形成，转录继续进行。 B Trp浓度很高时核糖体占据1-2位置，终止信号形成，转录终止。 三、芳香族氨基酸的代谢控制 出发菌株 黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌 （一）色氨酸发酵 １ 切断支路代谢 ２ 解除自身反馈调节 Trp 的结构类似物： 5-甲基色氨酸（5-MT）、6-甲基色氨酸（6-MT）等。 ３ 增加前体物 ⑴ 减少PEP和EP的支路代谢 ４ 切断进一步代谢 减少Trp的消耗 　　选育Trp酶缺失突变株， Trp脱羧酶缺失突变株、色氨酰tRNA合成酶缺失突变株等，以及不分解利用Trp的突变株。 ５ 利用基因工程构建Trp工程菌株 原理： 通过基因扩增，增强生物合成途径中的限速酶，以提高Trp的产量。 （二） Phe 、Tyr发酵 1、切断、减弱支路代谢 2、解除自身反馈调节 3、增加前体物的合成 4、利用基因工程构建工程菌株 结构类似物 第三节 分支链氨基酸发酵的代谢控制育种 分支链氨基酸的组成： L-异亮氨酸、L-亮氨酸、L-缬氨酸 共同点：都具有甲基侧链所形成的分支结构。 生 物 合 成 途 径 一、生物合成途径 1、直接前体物 L- 苏氨酸：L-异亮氨酸 丙酮酸： 缬氨酸 α-酮基异戊酸：亮氨酸 2、共用酶 L-异亮氨酸和缬氨酸的生物合成途径中： 乙酰乳酸合成酶、乙酰乳酸异构还原酶、二羟基脱水酶、分支链氨基酸转氨酶 二、代谢调节机制 1、苏氨酸脱氨酶受L-异亮氨酸的反馈抑制 2、α-乙酰乳酸合成酶受缬氨酸的反馈抑制 3、α-异丙基苹果酸合成酶受亮氨酸的反馈抑制 4、分支链氨基酸合成酶系的各个酶的生成，受这3种末端氨基酸的多价阻遏 三、代谢控制育种（异亮氨酸） 1、切断、减弱支路代谢 ①Lys-、Met-或LysL、MetL 节省碳源，解除赖氨酸、苏氨酸（协同抑制天冬氨酸激酶） ②选育亮氨酸缺陷或渗漏突变株 解除多价阻遏 2、解除自身反馈调节 D-苏氨酸的抗性突变株可遗传解除 异亮氨酸对苏氨酸脱氨酶的反馈调节。 选育丧失苏氨酸脱氨酶的回复突变株 3、增加前体物的合成 异亮氨酸合成的前体物是苏氨酸