江南大学氨基酸的代谢控制与发酵副本课件.ppt

1、第六章第六章第六章第六章第六章第六章 氨基酸代谢与调氨基酸代谢与调氨基酸代谢与调氨基酸代谢与调氨基酸代谢与调氨基酸代谢与调控控控控控控生命科学学院生命科学学院生命科学学院生命科学学院生命科学学院生命科学学院胡庆森胡庆森胡庆森胡庆森胡庆森胡庆森6.1 天冬氨酸族氨基酸的天冬氨酸族氨基酸的合成途径合成途径6.2天冬氨酸族氨基酸的天冬氨酸族氨基酸的调控机制调控机制6.3 微生物发酵法生产赖微生物发酵法生产赖氨酸的育种技术氨酸的育种技术6.4微生物发酵法生产苏微生物发酵法生产苏氨酸的育种技术氨酸的育种技术21:31:246.1.1 天冬氨酸族氨基酸主要种类天冬氨酸族氨基酸主要种类 6.1 6.1 6.

2、1 天冬氨酸族氨基酸的合成途径天冬氨酸族氨基酸的合成途径天冬氨酸族氨基酸的合成途径天冬氨酸族氨基酸的合成途径天冬氨酸族氨基酸的合成途径天冬氨酸族氨基酸的合成途径21:31:266.1.2天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径葡萄糖葡萄糖EMP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸CO2转氨酶转氨酶 CO2乙酰乙酰CoATCA丙酮酸丙酮酸-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸21:31:26天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸二氢吡啶-2,6-二羧酸L-赖氨酸赖氨酸L-高丝氨酸高丝氨酸L-苏氨酸苏氨酸L-异亮氨酸异亮氨酸O-琥珀酰-高丝氨酸L-蛋氨酸蛋氨酸天冬氨

3、酸半醛天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶双氢吡啶二核酸合成酶双氢吡啶二核酸合成酶天冬氨酸半醛脱氢酶天冬氨酸半醛脱氢酶高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径21:31:276.2.1 天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调控机制天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调控机制 大肠杆菌与谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌代谢调节机制不同，本课程以谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌为例讲解。21:31:28天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸二氢吡啶二氢吡啶-2,6-二羧酸二羧酸L-赖氨酸赖氨酸L-高丝氨酸高丝氨酸L-苏氨酸苏氨酸L-异亮氨酸异亮氨酸O-琥珀酰琥珀酰-高丝氨酸高丝氨酸L

4、-蛋氨酸蛋氨酸天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛关键酶关键酶优先合成优先合成代谢互锁代谢互锁平衡合成平衡合成Asp与与Glu之间调节机制之间调节机制Leu代谢调控机制代谢调控机制21:31:29天冬氨天冬氨酰磷酸酰磷酸21:31:30天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸二氢吡啶二氢吡啶-2,6-二羧酸二羧酸L-赖氨酸赖氨酸L-高丝氨酸高丝氨酸L-苏氨酸苏氨酸L-异亮氨酸异亮氨酸O-琥珀酰琥珀酰-高丝氨酸高丝氨酸L-蛋氨酸蛋氨酸天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛21:31:3121:31:3121:31:3221:31:33 选育营养缺陷型选育营养缺陷型：Hom-：培养基中限量添加高丝氨酸（或Met+Thr)可

5、解除苏氨酸、赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制解除苏氨酸、赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制使赖氨酸得以积累。Thr-（或Met-）：培养基中限量添加Thr（或Met）21:31:34选育高丝氨酸渗漏突变株（选育高丝氨酸渗漏突变株（HomL）高丝氨酸脱氢酶酶活力下降，但不完全丧失高丝氨酸脱氢酶酶活力下降，但不完全丧失，改变细胞内原有的代谢流，从而由优先合成Thr+Met转变为先合成Lys。实例：黄色短杆菌Brevibacterium flavumNo.2247 NTG诱变 ThrL或或MetL 突变株赖氨酸产量 25/L (Hom脱氢酶酶活仅为野生菌株3.3%)21:31:35天冬氨酸天冬氨酸

6、天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛高丝氨酸高丝氨酸苏氨酸苏氨酸蛋氨酸蛋氨酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸赖氨酸-酮丁酸酮丁酸异亮氨酸异亮氨酸Hom-协同反馈抑制21:31:35三个关键的酶起限速三个关键的酶起限速反应反应，要设法解除这些关键酶对要设法解除这些关键酶对Lys的消极影响的消极影响。21:31:36天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸半醛高丝氨酸苏氨酸蛋氨酸二轻吡啶二羧酸赖氨酸-酮丁酸异亮氨酸Hom-协同反馈抑制协同反馈抑制AKACPS磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖亮氨酸亮氨酸代谢互锁代谢互锁反馈抑制反馈抑制AC磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶；AK:天冬氨酸激酶；PS:二轻吡啶二羧酸合成酶21

7、:31:37天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶反馈调节的解除反馈调节的解除 选育Thr或Lys的结构类似物抗性突变株 Lys的结构类似物：S-(2-氨乙基)-L-半胱氨酸(AEC)Thr的结构类似物：-氨基-羟基戊酸(AHV)21:31:37磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的激活的激活葡萄糖PEP丙酮酸丙酮酸乙酰CoA草酰乙酸天冬氨酰磷酸Asp乙酰CoACO2Ala,Val,LeuTCA循环CO2ATP脂肪酸ThrLys-酮戊二酸21:31:38 切断生成丙酮酸的支路和解除切断生成丙酮酸的支路和解除Asp对磷酸烯醇式对磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的反馈抑制，可以采取以下措施：丙酮酸羧化酶的反馈抑制

8、，可以采取以下措施：选育Ala-营养缺陷型突变株选育AspHxr(结构类似物)突变株 天冬氨酸氧肟酸盐抗性突变株选育氟丙酮酸敏感突变株（FPs）积累丙酮酸（PDH/PC代谢流的调节比例开关）21:31:39适量VH激活磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 此处生物素有两个功能生物素有两个功能(利用优先合成和激活利用优先合成和激活)琥珀酸生长旺盛的突变株谷氨酸敏感型菌株基因工程菌构建柠檬酸合成酶活力低或丙酮酸激酶缺陷的菌株 -都是为了增加PC的活力或切断代谢之路，以积累生成积累生成Lys的前体物质，为提高赖氨酸产量做准备。的前体物质，为提高赖氨酸产量做准备。21:31:39天冬氨天冬氨酰磷酸酰磷酸21:31:

9、40解除解除Leu对对代谢互锁，提高赖氨酸产量的措施：代谢互锁，提高赖氨酸产量的措施：选育Leu缺陷突变株（或Leu渗漏突变株）Leu-+AECr 产量变化18 g/L41 g/L选育抗Leu结构类似物突变株 乳糖发酵短杆菌Ala-+AECr 70 g/L Ala-+AECr+2-TAr 110 g/LLeu2-噻唑丙氨酸(2-TA)21:31:41选育Leu温度敏感突变株选育对苯醌或喹啉衍生物敏感的菌株 实际上是筛选实际上是筛选Leu渗漏突变株渗漏突变株6-(S)-羧基-3-硫-7-氮-2,3-环庚酸萘-4,4-苯醌（PX）PX是生物合成Leu酶系抑制剂AJ11091（AECr+CCLr+A

10、la-+PXs）47 g/LAJ11097（AECr+Ala-+PXs）42g/L CCL:-氯已内酰胺筛选萘乙酸(生长素)缺陷突变株CCL21:31:42）21:31:4321:31:43天冬氨天冬氨酸酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸半醛高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸蛋氨酸赖氨酸激酶协同反馈抑制二氨基庚二酸（DAP）-酮丁酸丙氨酸协同反馈抑制丙酮酸丙酮酸葡萄糖L-氨基酸-酮酸丙酮酸丙酮酸Ala-Ala-21:31:45天冬氨酰磷酸21:31:4621:31:47rr-s21:31:48-r-r+N-甲基-N-硝基-N-亚硝基胍诱变21:31:4821:31:49天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸半醛高丝氨酸苏氨酸异

11、亮氨酸蛋氨酸赖氨酸二氨基庚二酸（DAP）-酮丁酸21:31:5021:31:50-rr-+-21:31:51PS:(二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶)rrr）21:31:5221:31:5321:31:54谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)Corynebacterium glutamicum KY10440Met-+AHVr+AECr10%的葡萄糖培养基,产量14 g/L Thr21:31:55r-21:31:56Sulfonamides21:31:56r-21:31:57天冬氨天冬氨酸酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸半醛高丝氨酸苏氨酸异亮氨酸蛋氨酸赖氨酸激酶

12、协同反馈抑制二氨基庚二酸（DAP）-酮丁酸丙氨酸协同反馈抑制丙酮酸丙酮酸葡萄糖L-氨基酸-酮酸丙酮酸丙酮酸Ala-Ala-21:31:5821:31:59乙酰乙酰CoA 柠檬酸柠檬酸 草酰乙酸草酰乙酸 琥珀酸琥珀酸 -酮戊二酸酮戊二酸 异柠檬酸异柠檬酸 苹果酸苹果酸 乙醛酸乙醛酸 柠檬酸合成酶磷酸烯醇式 丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶丙酮酸激酶延胡索酸延胡索酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 乙酰乙酰CoA 葡萄糖葡萄糖 CO221:32:00黄色短杆菌21:32:02黄色短杆菌黄色短杆菌B.flavumr-磷酸烯醇式磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶21:32:0224221:32:03-L-21:32:0421:32:05rs-+sr+-rr-21:32:0621:32:07IF=9.66721:32:0821:32:0921:32:1021:32:12