第十八氨基酸已

1、1第十八章第十八章 氨基酸氨基酸n概述概述n第一節(jié)第一節(jié) 氨基酸的生產(chǎn)氨基酸的生產(chǎn)n第二節(jié)第二節(jié) 賴氨酸發(fā)酵賴氨酸發(fā)酵n第三節(jié)第三節(jié) 蘇氨酸發(fā)酵蘇氨酸發(fā)酵n第四節(jié)第四節(jié) 異亮氨酸、亮氨酸發(fā)酵異亮氨酸、亮氨酸發(fā)酵2概概 述述n氨基酸是構(gòu)成蛋白成分。氨基酸是構(gòu)成蛋白成分。n第一個用發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸是谷氨酸。第一個用發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸是谷氨酸。目前世界上可用發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸有目前世界上可用發(fā)酵法生產(chǎn)的氨基酸有2020多種。多種。3氨基酸的用途氨基酸的用途1.食品工業(yè)：食品工業(yè)：n強化食品強化食品(賴氨酸，蘇氨酸，色氨酸于小麥中賴氨酸，蘇氨酸，色氨酸于小麥中)n增鮮劑：谷氨酸單鈉和天冬氨酸增鮮劑：

2、谷氨酸單鈉和天冬氨酸n苯丙氨酸與天冬氨酸可用于制造低熱量二肽甜苯丙氨酸與天冬氨酸可用于制造低熱量二肽甜味劑味劑(-天冬酰苯丙氨酸甲酯天冬酰苯丙氨酸甲酯)，此產(chǎn)品，此產(chǎn)品1981年獲年獲FDA批準(zhǔn)，現(xiàn)在每年產(chǎn)量已達(dá)數(shù)萬噸。批準(zhǔn)，現(xiàn)在每年產(chǎn)量已達(dá)數(shù)萬噸。 2.飼料工業(yè)：飼料工業(yè)：n甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造動物飼料。甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造動物飼料。4n必需氨基酸的木桶模式圖必需氨基酸的木桶模式圖563.醫(yī)藥工業(yè)：醫(yī)藥工業(yè)：n多種復(fù)合氨基酸制劑可通過輸液治療營多種復(fù)合氨基酸制劑可通過輸液治療營養(yǎng)或代謝失調(diào)。養(yǎng)或代謝失調(diào)。 n苯丙氨酸與氮芥子氣合成的苯丙氨酸氮苯丙氨酸與氮芥子氣合成的苯丙氨

3、酸氮芥子氣對骨髓腫瘤治療有效，且副作用芥子氣對骨髓腫瘤治療有效，且副作用低。低。 4.化學(xué)工業(yè)：化學(xué)工業(yè)：谷氨基鈉作洗滌劑，丙氨酸谷氨基鈉作洗滌劑，丙氨酸制造丙氨酸纖維。制造丙氨酸纖維。7n生產(chǎn)氨基酸的大國為日本和德國。生產(chǎn)氨基酸的大國為日本和德國。n日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵及德國的德固日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵及德國的德固沙是世界氨基酸生產(chǎn)的三巨頭。沙是世界氨基酸生產(chǎn)的三巨頭。它們能它們能生產(chǎn)高品質(zhì)的氨基酸，可直接用于輸液生產(chǎn)高品質(zhì)的氨基酸，可直接用于輸液制劑的生產(chǎn)。制劑的生產(chǎn)。n日本在美國、法國等建立了合資的氨基日本在美國、法國等建立了合資的氨基酸生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)氨基酸和天冬甜精等酸生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)

4、氨基酸和天冬甜精等衍生物。衍生物。 8n國內(nèi)生產(chǎn)氨基酸的廠家主要是天津氨基酸公司國內(nèi)生產(chǎn)氨基酸的廠家主要是天津氨基酸公司,湖湖北八峰氨基酸公司，但目前無論生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品北八峰氨基酸公司，但目前無論生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品質(zhì)量還難于與國外抗衡。質(zhì)量還難于與國外抗衡。n在在80年代中后期，我國從日本的味之素、協(xié)和發(fā)年代中后期，我國從日本的味之素、協(xié)和發(fā)酵以技貿(mào)合作的方式引進(jìn)輸液制劑的制造技術(shù)和酵以技貿(mào)合作的方式引進(jìn)輸液制劑的制造技術(shù)和仿造產(chǎn)品，仿造產(chǎn)品，1991年銷售量為二千萬瓶，年銷售量為二千萬瓶，1996年達(dá)年達(dá)六千萬瓶，六千萬瓶，主要廠家有無錫華瑞，北京費森尤斯，主要廠家有無錫華瑞，北京費森尤斯，昆明

5、康普萊特，但生產(chǎn)原料都依賴進(jìn)口。昆明康普萊特，但生產(chǎn)原料都依賴進(jìn)口。n據(jù)專家估計，到據(jù)專家估計，到2010年，世界氨基酸產(chǎn)值可達(dá)年，世界氨基酸產(chǎn)值可達(dá)50億美元，占生物技術(shù)市場的億美元，占生物技術(shù)市場的8%，國內(nèi)的氨基酸，國內(nèi)的氨基酸產(chǎn)值可達(dá)產(chǎn)值可達(dá)40億元，占全國發(fā)酵產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的億元，占全國發(fā)酵產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的12%。 9第一節(jié)第一節(jié) 氨基酸的生產(chǎn)氨基酸的生產(chǎn)一、氨基酸的生產(chǎn)方法一、氨基酸的生產(chǎn)方法（一）提取法：（一）提取法：生產(chǎn)氨基酸最早采用的生產(chǎn)生產(chǎn)氨基酸最早采用的生產(chǎn)方法。方法。將蛋白質(zhì)原料酸水解，然后從水解將蛋白質(zhì)原料酸水解，然后從水解液中抽提出氨基酸。液中抽提出氨基酸。 （二）直接發(fā)酵

6、法：（二）直接發(fā)酵法：利用微生物的作用直接將利用微生物的作用直接將糧食原料經(jīng)過發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸。糧食原料經(jīng)過發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸。野生菌株發(fā)酵、營野生菌株發(fā)酵、營養(yǎng)缺陷型突變發(fā)酵、抗氨基酸結(jié)構(gòu)類似物突變株發(fā)酵、養(yǎng)缺陷型突變發(fā)酵、抗氨基酸結(jié)構(gòu)類似物突變株發(fā)酵、抗氨基酸結(jié)構(gòu)類似物突變株的營養(yǎng)缺陷型菌株發(fā)酵和營抗氨基酸結(jié)構(gòu)類似物突變株的營養(yǎng)缺陷型菌株發(fā)酵和營養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變株發(fā)酵。養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變株發(fā)酵。10（三）添加前體法：（三）添加前體法：利用微生物轉(zhuǎn)化相應(yīng)的氨基利用微生物轉(zhuǎn)化相應(yīng)的氨基酸的前體，成為相應(yīng)的氨基酸。如：利用嗜甘酸的前體，成為相應(yīng)的氨基酸。如：利用嗜甘油棒桿菌將甘氨酸轉(zhuǎn)化為絲氨酸。油棒桿菌

7、將甘氨酸轉(zhuǎn)化為絲氨酸。（四）酶法：（四）酶法：利用微生物產(chǎn)生的酶來制造氨基酸。利用微生物產(chǎn)生的酶來制造氨基酸。如賴氨酸、色氨酸等可用此法。如賴氨酸、色氨酸等可用此法。（五）合成法：（五）合成法：用化學(xué)合成的方法制造氨基酸。用化學(xué)合成的方法制造氨基酸。 DL-蛋蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。11氨基酸生產(chǎn)方法的比較氨基酸生產(chǎn)方法的比較合成法合成法發(fā)酵法發(fā)酵法酶法酶法原料原料石油石油碳源和氮源碳源和氮源底物和酶底物和酶產(chǎn)物濃度產(chǎn)物濃度高高低低高高產(chǎn)物類型產(chǎn)物類型DL-型型L-型型L-型型副產(chǎn)物副產(chǎn)物少少多多少少12名稱名稱制法制法名稱名稱制法制法L-纈氨酸纈氨酸

8、發(fā)酵法、合成法發(fā)酵法、合成法L-半胱氨酸半胱氨酸抽提法抽提法L-亮氨酸亮氨酸抽提法、發(fā)酵法抽提法、發(fā)酵法L-酪氨酸酪氨酸抽提法抽提法L-異亮氨酸異亮氨酸發(fā)酵法發(fā)酵法甘氨酸甘氨酸合成法合成法L-蘇氨酸蘇氨酸發(fā)酵法發(fā)酵法DL-丙氨酸丙氨酸合成法合成法DL-蛋氨酸蛋氨酸合成法合成法L-丙氨酸丙氨酸發(fā)酵法發(fā)酵法L-蛋氨酸蛋氨酸合成法、酶法合成法、酶法L-絲氨酸絲氨酸發(fā)酵法發(fā)酵法L-苯丙氨酸苯丙氨酸合成法合成法L-谷氨酸胺谷氨酸胺發(fā)酵法發(fā)酵法L-色氨酸色氨酸合成法、發(fā)酵法合成法、發(fā)酵法L-谷氨酸谷氨酸發(fā)酵法發(fā)酵法L-賴氨酸賴氨酸發(fā)酵法、酶法發(fā)酵法、酶法L-脯氨酸脯氨酸發(fā)酵法發(fā)酵法L-精氨酸精氨酸發(fā)酵法、

9、抽提法發(fā)酵法、抽提法L-羥基脯氨酸羥基脯氨酸抽提法抽提法L-組氨酸組氨酸發(fā)酵法、抽提法發(fā)酵法、抽提法L-鳥氨酸鳥氨酸發(fā)酵法發(fā)酵法L-天門冬氨酰天門冬氨酰發(fā)酵法發(fā)酵法L-瓜氨酸瓜氨酸發(fā)酵法發(fā)酵法L-天門冬氨酸天門冬氨酸酶法酶法13二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育n氨基酸是細(xì)胞組分，受到嚴(yán)格的代謝調(diào)氨基酸是細(xì)胞組分，受到嚴(yán)格的代謝調(diào)節(jié)控制。節(jié)控制。n想讓菌種積累大量的某一個氨基酸，必想讓菌種積累大量的某一個氨基酸，必須打破微生物對該氨基酸的代謝調(diào)控。須打破微生物對該氨基酸的代謝調(diào)控。如選育營養(yǎng)缺陷型或氨基酸類似物抗性如選育營養(yǎng)缺陷型或氨基酸類似物抗性突變，可以減弱或消除氨基酸終產(chǎn)物阻突

10、變，可以減弱或消除氨基酸終產(chǎn)物阻遏。遏。第一節(jié)第一節(jié) 氨基酸的生產(chǎn)氨基酸的生產(chǎn)14（一）氨基酸產(chǎn)生菌的分離（一）氨基酸產(chǎn)生菌的分離n氨基酸生產(chǎn)菌的要求：氨基酸生產(chǎn)菌的要求：代謝途徑比較清代謝途徑比較清楚，代謝途徑比較簡單楚，代謝途徑比較簡單1.產(chǎn)生菌的來源：產(chǎn)生菌的來源：采樣分離；一般為細(xì)菌采樣分離；一般為細(xì)菌（棒桿菌屬，短桿菌屬、節(jié)桿菌屬或?。ò魲U菌屬，短桿菌屬、節(jié)桿菌屬或小桿菌屬的棒型細(xì)菌）；分離時要抑制真桿菌屬的棒型細(xì)菌）；分離時要抑制真菌（菌（50g/mL匹馬菌素）匹馬菌素）2.分離方法：分離方法：平板分離平板分離二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育153.篩選方法篩選方法關(guān)鍵

11、：關(guān)鍵：設(shè)計一種適合氨基酸產(chǎn)生的設(shè)計一種適合氨基酸產(chǎn)生的生產(chǎn)培養(yǎng)基生產(chǎn)培養(yǎng)基u根據(jù)其生物合成知識設(shè)計，如谷氨酸的根據(jù)其生物合成知識設(shè)計，如谷氨酸的生產(chǎn)需生物素；蛋氨酸的前體為生產(chǎn)需生物素；蛋氨酸的前體為- -甲基甲基硫基硫基- -羥基丁酸等。羥基丁酸等。確定一種大規(guī)模篩選的確定一種大規(guī)模篩選的氨基酸檢測方法氨基酸檢測方法二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育16氨基酸檢測方法：氨基酸檢測方法：A.A.平板培養(yǎng)平板培養(yǎng)+ +覆蓋培養(yǎng)基（含氨基酸鑒定菌）覆蓋培養(yǎng)基（含氨基酸鑒定菌）產(chǎn)生菌在氨基酸生產(chǎn)培養(yǎng)基上生長產(chǎn)生菌在氨基酸生產(chǎn)培養(yǎng)基上生長高強度紫外線照射高強度紫外線照射倒入氨基酸測定培養(yǎng)基

12、（含氨基倒入氨基酸測定培養(yǎng)基（含氨基酸鑒定菌酸鑒定菌氨基酸缺陷型）氨基酸缺陷型）培養(yǎng)：培養(yǎng)：菌落周圍氨基酸鑒定菌生長菌落周圍氨基酸鑒定菌生長17B.B.可逆抑制測定法可逆抑制測定法例：例：L-苯丙氨酸產(chǎn)生菌的篩選苯丙氨酸產(chǎn)生菌的篩選-2噻吩丙氨酸是枯草噻吩丙氨酸是枯草桿菌的抑制劑，而桿菌的抑制劑，而L-苯丙氨酸專一解除此苯丙氨酸專一解除此抑制。抑制。苯丙氨酸產(chǎn)生菌在生產(chǎn)培養(yǎng)基上生長苯丙氨酸產(chǎn)生菌在生產(chǎn)培養(yǎng)基上生長倒入培養(yǎng)基（含指示菌（枯草）倒入培養(yǎng)基（含指示菌（枯草）和抑制劑和抑制劑-2噻吩丙氨酸）噻吩丙氨酸）培養(yǎng)：培養(yǎng)：菌落周圍指示菌生長菌落周圍指示菌生長苯丙氨酸測定培養(yǎng)基苯丙氨酸測定培養(yǎng)基

13、18C.液體培養(yǎng)基中氨基酸產(chǎn)生菌的檢測液體培養(yǎng)基中氨基酸產(chǎn)生菌的檢測a.過濾除菌發(fā)酵液（含該菌產(chǎn)生的過濾除菌發(fā)酵液（含該菌產(chǎn)生的AA）+ 氨基酸氨基酸測定培養(yǎng)基（含氨基酸鑒定菌測定培養(yǎng)基（含氨基酸鑒定菌該該AA缺陷缺陷 ）37，16-23h，測定細(xì)胞密度或濁度。，測定細(xì)胞密度或濁度。b.發(fā)酵培養(yǎng)基（不接種產(chǎn)生菌）發(fā)酵培養(yǎng)基（不接種產(chǎn)生菌）+ 已知濃度的特已知濃度的特定氨基酸樣品定氨基酸樣品+鑒定菌鑒定菌37，16-23h，測定，測定細(xì)胞密度或濁度。細(xì)胞密度或濁度。19（二）氨基酸營養(yǎng)缺陷型突變株的選育方（二）氨基酸營養(yǎng)缺陷型突變株的選育方案案1.配制以下培養(yǎng)基配制以下培養(yǎng)基2.誘變與營養(yǎng)缺陷型

14、突變株的分離誘變與營養(yǎng)缺陷型突變株的分離3.營養(yǎng)要求的測定營養(yǎng)要求的測定二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育201.配制以下培養(yǎng)基配制以下培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基基本培養(yǎng)基(MM)：能滿足野生型菌株正常能滿足野生型菌株正常生長的培養(yǎng)基；生長的培養(yǎng)基；完全培養(yǎng)基完全培養(yǎng)基(CM)：能滿足各種營養(yǎng)缺陷型生能滿足各種營養(yǎng)缺陷型生長的培養(yǎng)基，如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽長的培養(yǎng)基，如牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基、麥芽汁培養(yǎng)基等；汁培養(yǎng)基等； 補充培養(yǎng)基補充培養(yǎng)基(SM)：在基本培養(yǎng)基中加入相應(yīng)在基本培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的營養(yǎng)成分，的營養(yǎng)成分，以滿足相應(yīng)以滿足相應(yīng)營養(yǎng)缺陷營養(yǎng)缺陷型型菌株菌株生生長的長的合成合成培養(yǎng)基培

15、養(yǎng)基。212.誘變與營養(yǎng)缺陷型突變株的分離誘變與營養(yǎng)缺陷型突變株的分離誘變：誘變：物理誘變、化學(xué)誘變物理誘變、化學(xué)誘變 淘汰野生型：淘汰野生型：抗生素（青霉素）法抗生素（青霉素）法 檢出缺陷型：檢出缺陷型：影印法、點種法、夾層法等影印法、點種法、夾層法等 檢出檢出原理：原理：利用固體培養(yǎng)基，缺陷型在利用固體培養(yǎng)基，缺陷型在CM上生長良好，上生長良好，在在MM上則不生長，而野生型都能生長。上則不生長，而野生型都能生長。223.營養(yǎng)要求的測定營養(yǎng)要求的測定n利用補充培養(yǎng)基利用補充培養(yǎng)基(SM)（在基本培養(yǎng)基中（在基本培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的氨基酸成分）。加入相應(yīng)的氨基酸成分）。23（三）氨基酸結(jié)構(gòu)類似物

16、抗性突變株的選（三）氨基酸結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株的選育育1.目的：目的：解除氨基酸的反饋抑制和阻遏解除氨基酸的反饋抑制和阻遏2.突變株形成原因：突變株形成原因：參看課本參看課本P3563.氨基酸結(jié)構(gòu)類似物氨基酸結(jié)構(gòu)類似物二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育24對氟苯丙氨酸對氟苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸D-D-精氨酸精氨酸精氨酸精氨酸乙硫氨酸乙硫氨酸異亮氨酸異亮氨酸 - -氨基氨基- - - -羥基戊酸羥基戊酸（AHV)AHV)蘇氨酸蘇氨酸S-S-（2-2-氨基乙基）氨基乙基）-L-L-半半胱氨酸胱氨酸(AEC)(AEC)賴氨酸賴氨酸結(jié)構(gòu)類似物結(jié)構(gòu)類似物目標(biāo)產(chǎn)物目標(biāo)產(chǎn)物25（四）細(xì)胞透性改變

17、突變株的選育（四）細(xì)胞透性改變突變株的選育1.目的：目的：使胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物迅速滲漏出去，解除末使胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物迅速滲漏出去，解除末端產(chǎn)物的反饋抑制。端產(chǎn)物的反饋抑制。2.方法方法:透性酶（誘發(fā)突變）透性酶（誘發(fā)突變）生理學(xué)手段生理學(xué)手段直接抑制膜的合成或使膜受缺直接抑制膜的合成或使膜受缺損（生物素缺陷型）損（生物素缺陷型） 膜缺損突變株膜缺損突變株 油酸缺陷型、甘油缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型添加適量的青霉素添加適量的青霉素 二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育二、氨基酸產(chǎn)生菌的選育26三、氨基酸發(fā)酵的代謝控制三、氨基酸發(fā)酵的代謝控制（一）發(fā)酵條件控制（一）發(fā)酵條件控制（二）生產(chǎn)菌株的穩(wěn)定（二）生產(chǎn)菌株的穩(wěn)

18、定27（一）發(fā)酵條件控制（一）發(fā)酵條件控制控制因子控制因子發(fā)酵轉(zhuǎn)換發(fā)酵轉(zhuǎn)換氧氧乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸谷氨酸谷氨酸 （通氣量不足）（通氣量不足） （通氣量（通氣量充足充足）NH4+-酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷酰胺谷酰胺 （減少）（減少） （適量適量） （過量）（過量）pHN-乙酰谷酰酸乙酰谷酰酸谷氨酸谷氨酸 （酸性）（酸性） （中性或微堿性（中性或微堿性7-8 ）磷酸磷酸纈氨酸纈氨酸谷氨酸谷氨酸 （高濃度磷酸）（高濃度磷酸）生物素生物素乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸谷氨酸谷氨酸 （飽和）（飽和） （限量（限量-亞適量亞適量）表表 谷氨酸谷氨酸產(chǎn)生菌因培養(yǎng)條件的代謝變化產(chǎn)生菌因培養(yǎng)條件的代謝變化3

19、335 ；34-3728n谷氨酸谷氨酸發(fā)酵罐的培養(yǎng)基裝量比為發(fā)酵罐的培養(yǎng)基裝量比為0.7，接種量為，接種量為0.5%1%，前期溫度為，前期溫度為3335 ， 后期為后期為3638 ，通氣，通氣1 0.110.13(V/V)，發(fā)酵，發(fā)酵12 h后開始流加尿素。維持發(fā)酵液后開始流加尿素。維持發(fā)酵液pH在在7.0以上，以上，pH下降后再次流加尿素，需要流加下降后再次流加尿素，需要流加35次。次。n提?。喊l(fā)酵液用鹽酸調(diào)到提取：發(fā)酵液用鹽酸調(diào)到pH4.04.5，初結(jié)晶，初結(jié)晶，2 h后調(diào)后調(diào)pH3.03.2，降溫結(jié)晶，虹吸去上層，降溫結(jié)晶，虹吸去上層，下層經(jīng)離心處理的粗谷氨酸，收率可達(dá)到下層經(jīng)離心處理的

20、粗谷氨酸，收率可達(dá)到80%。精制：粗谷氨酸溶于適量水，用活性炭脫色，精制：粗谷氨酸溶于適量水，用活性炭脫色，加入碳酸鈉，中和成鹽，再進(jìn)一步精制得到谷加入碳酸鈉，中和成鹽，再進(jìn)一步精制得到谷氨酸成品。氨酸成品。29n谷氨酸的生物合成途徑大致是：谷氨酸的生物合成途徑大致是：葡萄糖經(jīng)糖酵葡萄糖經(jīng)糖酵解解(EMP途徑途徑)和己糖磷酸支路和己糖磷酸支路(HMP途徑途徑)生成生成丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶丙酮酸，再氧化成乙酰輔酶A(乙酰乙酰COA)，然，然后進(jìn)入三羧酸循環(huán)，生成后進(jìn)入三羧酸循環(huán)，生成-酮戊二酸。酮戊二酸。-酮戊酮戊二酸在谷氨酸脫氫酶的催化及有二酸在谷氨酸脫氫酶的催化及有NH4+存在的條存在的

21、條件下，生成谷氨酸。當(dāng)生物素缺乏時，菌種生件下，生成谷氨酸。當(dāng)生物素缺乏時，菌種生長十分緩慢；當(dāng)生物素過量時，則轉(zhuǎn)為乳酸發(fā)長十分緩慢；當(dāng)生物素過量時，則轉(zhuǎn)為乳酸發(fā)酵。因此，一般將生物素控制在亞適量條件下，酵。因此，一般將生物素控制在亞適量條件下，才能得到高產(chǎn)量的谷氨酸。才能得到高產(chǎn)量的谷氨酸。30（二）生產(chǎn)菌株的穩(wěn)定（二）生產(chǎn)菌株的穩(wěn)定防止回復(fù)突變（以賴氨酸發(fā)酵為例）：防止回復(fù)突變（以賴氨酸發(fā)酵為例）：1.增加遺傳標(biāo)記增加遺傳標(biāo)記如雙缺陷型如雙缺陷型(hom- + met-)2.除除定期純化定期純化外，盡可能用外，盡可能用遺傳標(biāo)記明顯遺傳標(biāo)記明顯、回復(fù)回復(fù)率低的菌株率低的菌株3.營養(yǎng)充分營養(yǎng)充

22、分(AA)，防止回復(fù)突變株占優(yōu)勢，防止回復(fù)突變株占優(yōu)勢4.添加藥劑添加藥劑防止回復(fù)突變株生長（如賴氨酸防止回復(fù)突變株生長（如賴氨酸產(chǎn)生菌比回復(fù)突變株對紅霉素的敏感性低，）產(chǎn)生菌比回復(fù)突變株對紅霉素的敏感性低，）31優(yōu)先合成優(yōu)先合成反饋抑制反饋抑制阻遏阻遏O-琥珀酸高琥珀酸高絲氨酸絲氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸天冬氨酸-半醛半醛高絲氨高絲氨酸酸二氫吡啶二氫吡啶-2，6-二羧酸二羧酸賴氨酸賴氨酸高絲氨酸高絲氨酸磷酸磷酸蘇氨酸蘇氨酸蛋氨酸蛋氨酸異亮氨酸異亮氨酸高絲氨酸脫高絲氨酸脫氫酶氫酶hom天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶32一、賴氨酸的生物合成途徑一、賴氨酸的生物合成途徑u微生物

23、的賴氨酸生物合成存在兩條不同的途徑，微生物的賴氨酸生物合成存在兩條不同的途徑，即二即二氨基庚二酸途徑與氨基庚二酸途徑與-氨基已二酸途徑。前者存在于細(xì)氨基已二酸途徑。前者存在于細(xì)菌、綠藻和高等植物之中，后者存在于酵母霉菌之中。菌、綠藻和高等植物之中，后者存在于酵母霉菌之中。生產(chǎn)上生產(chǎn)上用谷氨酸棒桿菌、北京棒桿菌、黃色短桿菌等用谷氨酸棒桿菌、北京棒桿菌、黃色短桿菌等細(xì)菌。細(xì)菌。u理想的產(chǎn)生菌應(yīng)為理想的產(chǎn)生菌應(yīng)為hom+AECr+AHVr高絲氨酸脫氫酶（高絲氨酸脫氫酶（hom）S-（2-氨基乙基）氨基乙基）-L-半胱氨酸半胱氨酸(AEC)賴氨酸結(jié)構(gòu)類似物賴氨酸結(jié)構(gòu)類似物 -氨基氨基- -羥基戊酸羥基

24、戊酸(AHV)蘇氨酸結(jié)構(gòu)類似物蘇氨酸結(jié)構(gòu)類似物第二節(jié)第二節(jié) 賴氨酸發(fā)酵賴氨酸發(fā)酵3334二、賴氨酸發(fā)酵的研究二、賴氨酸發(fā)酵的研究1.防止回復(fù)突變（第一節(jié)已述及）防止回復(fù)突變（第一節(jié)已述及）2.發(fā)酵控制發(fā)酵控制（菌種、工藝不同而異）（菌種、工藝不同而異）n碳源：碳源：糖蜜、葡萄糖、蔗糖等。糖蜜、葡萄糖、蔗糖等。n氮源：氮源：硫酸銨、尿素、氨水、玉米漿、麩皮水解液、豆硫酸銨、尿素、氨水、玉米漿、麩皮水解液、豆餅水解液等。餅水解液等。n發(fā)酵前期發(fā)酵前期：菌體生長期，很少產(chǎn)酸（：菌體生長期，很少產(chǎn)酸（0-20h） 。n產(chǎn)酸期：產(chǎn)酸期：至放罐至放罐n工藝控制：工藝控制：溫度溫度32 、補氨控制、補氨控制

25、pH6.5-7.5、種齡和種、種齡和種量、供氧、維生素量、供氧、維生素B1、生物素、營養(yǎng)鹽等。、生物素、營養(yǎng)鹽等。35n控制氧的重要性：控制氧的重要性：供氧不足，將導(dǎo)致乳酸積累，供氧不足，將導(dǎo)致乳酸積累，并可能導(dǎo)致賴氨酸生產(chǎn)受到不可逆抑制。（與細(xì)并可能導(dǎo)致賴氨酸生產(chǎn)受到不可逆抑制。（與細(xì)胞膜透性有關(guān)）胞膜透性有關(guān)）npH控制：控制：補氨補氨n添加某些物質(zhì)添加某些物質(zhì)培養(yǎng)基培養(yǎng)基菌種生長代謝狀態(tài)優(yōu)菌種生長代謝狀態(tài)優(yōu)可以提高可以提高賴氨酸合成量。賴氨酸合成量。第三節(jié) 蘇氨酸發(fā)酵（自學(xué)）第四節(jié) 異亮氨酸、亮氨酸發(fā)酵（自學(xué)）36思考題：思考題：1.氨基酸的生產(chǎn)方法氨基酸的生產(chǎn)方法 2.氨基酸產(chǎn)生菌的選

26、育篩選的關(guān)鍵。氨基酸產(chǎn)生菌的選育篩選的關(guān)鍵。3.篩選氨基酸產(chǎn)生菌的檢測方法？請詳細(xì)敘述。篩選氨基酸產(chǎn)生菌的檢測方法？請詳細(xì)敘述。4.工業(yè)生產(chǎn)中某氨基酸高產(chǎn)菌株的篩選，經(jīng)常選育工業(yè)生產(chǎn)中某氨基酸高產(chǎn)菌株的篩選，經(jīng)常選育其它代謝相關(guān)氨基酸營養(yǎng)缺陷型突變株。其選育其它代謝相關(guān)氨基酸營養(yǎng)缺陷型突變株。其選育原理是什么（高產(chǎn)原因）？請詳細(xì)敘述篩選方案。原理是什么（高產(chǎn)原因）？請詳細(xì)敘述篩選方案。5.細(xì)胞透性改變突變株的選育的目的是什么？如何細(xì)胞透性改變突變株的選育的目的是什么？如何使產(chǎn)生菌的細(xì)胞透性增加？使產(chǎn)生菌的細(xì)胞透性增加？6.在氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)中，一般情況下均使用營養(yǎng)缺在氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)中，一般情況下

27、均使用營養(yǎng)缺陷型的生產(chǎn)菌株。為了菌株在發(fā)酵過程中的穩(wěn)定陷型的生產(chǎn)菌株。為了菌株在發(fā)酵過程中的穩(wěn)定性，如何防止產(chǎn)生菌發(fā)生回復(fù)突變？性，如何防止產(chǎn)生菌發(fā)生回復(fù)突變？37谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑葡萄糖葡萄糖中間代謝產(chǎn)物中間代謝產(chǎn)物酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸抑制抑制過多過多切斷切斷減少減少谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶NH4+原因：原因：生物素是生物素是脂肪酸生脂肪酸生物合成中物合成中酶的輔基酶的輔基，此酶，此酶可催化物質(zhì)反應(yīng)，最終與可催化物質(zhì)反應(yīng)，最終與合成細(xì)胞膜磷脂的主要成合成細(xì)胞膜磷脂的主要成分分脂肪酸有關(guān)。脂肪酸有關(guān)。-把把生物素生物素的濃度控制在的濃度控制在亞適量亞適量的情況下，才能分的情況下，才能分泌大量的谷氨酸。泌大量的谷氨酸。改變細(xì)胞膜的透性改變細(xì)胞膜的透性38黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑高絲氨酸高絲氨酸脫氫酶脫氫酶天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶天冬氨酸天冬氨酸高絲氨酸高絲氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物蘇氨酸蘇氨酸 賴氨酸賴氨酸？改變微生物的遺傳特性改變微生物的遺傳特性 -應(yīng)用應(yīng)用營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型菌株解除反饋調(diào)節(jié)菌株解除反饋調(diào)節(jié) 高絲氨酸缺陷型高絲氨酸缺陷型菌株不能合成高絲氨菌株不能合成高絲氨酸酶，故不能合成高酸酶，故不能合成高絲氨酸