天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵機制---賴氨酸.ppt

第八章天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵機制 第八章天冬氨酸族氨基酸發(fā)酵機制 重點 天冬氨酸族氨基酸生物合成途徑及代謝調(diào)節(jié)機制 天冬氨酸族氨基酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)機制 酵母和霉菌的賴氨酸生物合成途徑和調(diào)節(jié)機制 賴氨酸生產(chǎn)菌的育種途徑 難點 天冬氨酸族氨基酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)機制 氨基酸本身的合成在不同生物體中 有較大的差異 然而許多氨基酸的合成途徑在不同生物體中也有共同之處 按照起始物可將氨基酸的合成分成幾個家族 谷氨酸族 酮戊二酸族 包括 谷氨酸 谷氨酰胺 精氨酸 賴氨酸和脯氨酸 丙酮酸族包括 丙氨酸 纈氨酸 亮氨酸 天冬氨酸族 草酰乙酸族 包括 天冬氨酸 天冬酰胺 蘇氨酸和異亮氨酸 磷酸甘油酸族包括 甘氨酸 絲氨酸和半胱氨酸 芳香族包括 苯丙氨酸 酪氨酸 色氨酸 另外 組氨酸的合成為單獨的一條途徑 第一節(jié)生物合成途徑 天冬氨酸族 及代謝調(diào)控機制一 生物合成途徑天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸為原料 合成蘇氨酸 異亮氨酸 蛋氨酸和賴氨酸 葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸 半醛賴氨酸高絲氨酸蛋氨酸蘇氨酸異亮氨酸 EMP CO2固定 氧化 氨基化反應(yīng) 天冬氨酸激酶 天冬氨酸 半醛脫氫酶 二氫吡啶二羧酸 DDP 合成酶 高絲氨酸脫氫酶 琥珀酰高絲氨酸合成酶 高絲氨酸激酶 蘇氨酸脫氨酶 二 天冬氨酸族生物合成的代謝調(diào)節(jié)機制在細菌中 雖然天冬氨酸族氨基酸生物合成途徑是相同的 但是其代謝調(diào)節(jié)機制是多種多樣的 1 大腸桿菌K12 天冬氨酸激酶 AK AK 受蘇氨酸 異亮氨酸的多價抑制和阻遏天冬氨酸激酶AK 受蛋氨酸專一性抑制和阻遏AK 受賴氨酸專一性抑制和阻遏 天冬氨酸 半醛脫氫酶專一性的受賴氨酸不完全的抑制 二氫吡啶二羧酸 DDP 合成酶 賴氨酸分支的第一個酶 DDP合成酶受賴氨酸反饋抑制 二氨基庚二酸 DAP 脫羧酶受賴氨酸阻遏 高絲氨酸脫氫酶 HD 通向蘇氨酸 蛋氨酸分支的第一個酶 HDHD 受蘇氨酸反饋抑制HD 受蛋氨酸阻遏 蘇氨酸脫氨酶 異亮氨酸合成途徑的酶 受異亮氨酸的反饋抑制和阻遏 2 黃色短桿菌其賴氨酸生物合成調(diào)節(jié)機制比大腸桿菌簡單 其天冬氨酸激酶只有一種 該酶具有兩個變構(gòu)部位 可以與終產(chǎn)物結(jié)合 當只有一種終產(chǎn)物 賴氨酸或蘇氨酸 與酶結(jié)合 酶活性不受影響 當兩種終產(chǎn)物 賴氨酸和蘇氨酸 同時過量時 與酶的兩個變構(gòu)部位結(jié)合 該酶活性受到抑制 這種終產(chǎn)物的反饋抑制稱為協(xié)同反饋抑制 P74圖6 3 3 乳糖發(fā)酵短桿菌賴氨酸合成調(diào)節(jié)P75 圖6 51 存在代謝優(yōu)先向蘇氨酸和蛋氨酸方向進行 2 與黃色短桿菌區(qū)別 AK受賴氨酸 蘇氨酸的反饋抑制存在代謝互鎖 DDP合成酶的合成受亮氨酸阻遏 DDP還原酶受半胱氨酸和丙氨酸抑制 三 酵母和霉菌的賴氨酸生物合成途徑和調(diào)節(jié)機制所謂同型TCA循環(huán)途徑進行 但生物合成酶與TCA循環(huán)酶完全兩樣 第二節(jié)賴氨酸生產(chǎn)菌的育種途徑 出發(fā)菌株的選擇 要求代謝比較簡單的細菌 如黃色短桿菌 谷氨酸棒桿菌 乳酸發(fā)酵短桿菌等 1 優(yōu)先合成的轉(zhuǎn)換 滲漏缺陷型的選育 降低高絲氨酸脫氫酶活性 使代謝流轉(zhuǎn)向優(yōu)先合成賴氨酸 高絲氨酸脫氫酶滲漏缺陷型 2 切斷支路代謝 營養(yǎng)缺陷型的選育 黃色短桿菌 谷氨酸棒桿菌 對天冬氨酸激酶的反饋抑制是賴氨酸 蘇氨酸的協(xié)同作用 通過誘變使高絲氨酸脫氫酶缺失 切斷通向蘇氨酸 蛋氨酸的代謝流 控制高絲氨酸 或蘇氨酸 蛋氨酸 量 降低蘇氨酸濃度 解除協(xié)同反饋作用 過量積累賴氨酸 3 抗結(jié)構(gòu)類似物突變株的選育 代謝調(diào)節(jié)突變 優(yōu)點 突變株遺傳性地解除了終產(chǎn)物對自身合成途徑的酶的調(diào)節(jié)控制 不受培養(yǎng)基中所要求物質(zhì)濃度的影響 生產(chǎn)較穩(wěn)定 通過誘變使天冬氨酸激酶編碼的結(jié)構(gòu)基因發(fā)生突變 對賴氨酸及結(jié)構(gòu)類似物不敏感 即使有過量蘇氨酸存在 該酶也不與賴氨酸或結(jié)構(gòu)類似物結(jié)合 但酶活性中心不變 4 解除代謝互鎖 選育亮氨酸缺陷型菌株 或者以抗AEC的賴氨酸的生產(chǎn)菌為出發(fā)菌株 經(jīng)誘變得到抗AEC兼抗亮氨酸缺陷型菌株 選育抗亮氨酸結(jié)構(gòu)類似物的突變株 從遺傳上解除亮氨酸對DDP合成酶的阻遏 選育對苯醌或喹啉衍生物敏感菌株 這是一種尋找亮氨酸滲漏缺陷型菌株的有效方法 5 增加前體物的生物合成和阻塞產(chǎn)物的生成 方法 選育丙氨酸缺陷型 選育抗天冬氨酸結(jié)構(gòu)類似物突變株 選育適宜的CO2固定酶 TCA循環(huán)酶活性比突變株 1 通過TCA循環(huán)葡萄糖 丙酮酸 草酰乙酸 天冬氨酸賴氨酸2 通過磷酸烯醇式丙酮酸羧化反應(yīng)葡萄糖 磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸 天冬氨酸丙酮酸賴氨酸 6 改變細胞膜的透過性7 選育溫度敏感突變株天冬氨酸系分枝代謝途徑中 末端產(chǎn)物種類多 調(diào)節(jié)機制復(fù)雜 為高效率生產(chǎn)賴氨酸 可以采取順次解除各種調(diào)節(jié)機制的誘變育種 獲得多重標記的突變株 8 應(yīng)用細胞工程和遺傳工程育種9 防止高產(chǎn)菌株回復(fù)突變選育遺傳性穩(wěn)定的菌株定向賦加生產(chǎn)菌多個遺傳標記菌種培養(yǎng)和保藏時 培養(yǎng)基要豐富 尤其有足夠的要求營養(yǎng)物培養(yǎng)時添加抗生素 抑制恢復(fù)突變株的生長 達到分純的目的 第三節(jié)蘇氨酸 蛋氨酸 高絲氨酸和天冬氨酸的育種途徑 一 蘇氨酸的育種途徑 蘇氨酸高產(chǎn)菌株應(yīng)具備的生化特征 DDP合成酶活力極弱或欠缺琥珀酰高絲氨酸合成酶酶活力極弱或欠缺蘇氨酸脫氨酶酶活力極弱或欠缺CO2固定能力強天冬氨酸合成能力強天冬氨酸激酶活力強 對蘇氨酸和賴氨酸的協(xié)同反饋抑制不敏感高絲氨酸脫氫酶活力強 不受蘇氨酸反饋調(diào)節(jié) 二 高絲氨酸菌種的選育途徑 DDP合成酶活力極弱或欠缺琥珀酰高絲氨酸合成酶酶活力極弱或欠缺高絲氨酸激酶欠缺CO2固定能力強天冬氨酸合成能力強天冬氨酸激酶活力強 對蘇氨酸和賴氨酸的協(xié)同反饋抑制不敏感高絲氨酸脫氫酶活力強 不受蘇氨酸和蛋氨酸反饋調(diào)節(jié) 高產(chǎn)高絲氨酸菌株應(yīng)具備的生化特征 三 蛋氨酸育種途徑 高產(chǎn)蛋氨酸應(yīng)具備的生化特性 DDP合成酶活力極弱或欠缺S 腺苷蛋氨酸酶活力極弱或欠缺高絲氨酸激酶欠缺CO2固定能力強天冬氨酸合成能力強天冬氨酸激酶活力強 對蘇氨酸和賴氨酸的協(xié)同反饋抑制不敏感高絲氨酸脫氫酶活力強 蘇氨酸和異亮