天冬氨酸族氨基酸发酵机制赖氨酸

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,八,章 天冬氨酸族氨基酸发酵机制,第,八,章 天冬氨酸族氨基酸发酵机制,重点,：天冬氨酸族氨基酸生物合成途径及代谢调节机制；天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制；酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制；赖氨酸生产菌的育种途径；,难点,：天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制；,氨基酸本身的合成在不同生物体中，有较大的差异，然而许多氨基酸的合成途径在不同生物体中也有共同之处。,按照起始物可将氨基酸的合成分成几个家族：,谷氨酸族（,-,酮戊二酸族）,包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸和脯氨酸；,丙酮酸族,包括：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸；,天冬氨酸族（草酰乙酸族）,包括：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和异亮氨酸；,磷酸甘油酸族,包括：甘氨酸、丝氨酸和半胱氨酸；,芳香族,包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸；,另外，组氨酸的合成为单独的一条途径。,第一节 生物合成途径（天冬氨酸族）及代谢调控机制,一、生物合成途径,天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，合成苏氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸和赖氨酸。,葡萄糖 丙酮酸 草酰乙酸,天冬氨酸,天冬氨酸,-,半醛,赖氨酸,高丝氨酸 蛋氨酸,苏氨酸,异亮氨酸,EMP,CO,2,固定、氧化,氨基化反应,天冬氨酸激酶,天冬氨酸,-,半醛脱氢酶,二氢吡啶二羧酸（,DDP,）合成酶,高丝氨酸脱氢酶,琥珀酰高丝氨酸合成酶,高丝氨酸激酶,苏氨酸脱氨酶,二、,天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制,在细菌中，虽然天冬氨酸族氨基酸生物合成途径是相同的，但是其代谢调节机制是多种多样的。,1.,大肠杆菌,K12,天冬氨酸激酶（,AK,）,AK:,受苏氨酸、异亮氨酸的多价抑制和阻遏,天冬氨酸激酶,AK,：受蛋氨酸专一性抑制和阻遏,AK,：受赖氨酸专一性抑制和阻遏,天冬氨酸,-,半醛脱氢酶,专一性的受赖氨酸不完全的抑制,二氢吡啶二羧酸（,DDP,）合成酶（赖氨酸分支的第一个酶）,DDP,合成酶受赖氨酸反馈抑制。,二氨基庚二酸（,DAP,）脱羧酶受赖氨酸阻遏,高丝氨酸脱氢酶（,HD,）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的第一个酶）,HD,HD,：受苏氨酸反馈抑制,HD,：受蛋氨酸阻遏,苏氨酸脱氨酶（异亮氨酸合成途径的酶）,受异亮氨酸的反馈抑制和阻遏,2.,黄色短杆菌,其赖氨酸生物合成调节机制比大肠杆菌简单，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有两个变构部位，可以与终产物结合，当只有一种终产物（赖氨酸或苏氨酸）与酶结合，酶活性不受影响。当两种终产物（赖氨酸和苏氨酸）同时过量时，与酶的两个变构部位结合，该酶活性受到抑制，这种终产物的反馈抑制称为,协同反馈抑制,。,P,74,图,6-3,3.,乳糖发酵短杆菌赖氨酸合成调节,P,75,，图,6-5,1,）存在代谢优先向苏氨酸和蛋氨酸方向进行。,2,）与黄色短杆菌区别：,AK,受赖氨酸,+,苏氨酸的反馈抑制,存在代谢互锁，,DDP,合成酶的合成受亮氨酸阻遏。,DDP,还原酶受半胱氨酸和丙氨酸抑制。,三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制,所谓同型,TCA,循环途径进行，但生物合成酶与,TCA,循环酶完全两样。,第二节 赖氨酸生产菌的育种途径,出发菌株的选择：要求代谢比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵短杆菌等）,1,.,优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。,降低高丝氨酸脱氢酶活性，使代谢流转向优先合成赖氨酸。,高丝氨酸脱氢酶渗漏缺陷型,。,2.,切断支路代谢：营养缺陷型的选育。,黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌，对天冬氨酸激酶的反馈抑制是赖氨酸,+,苏氨酸的协同作用，通过诱变使,高丝氨酸脱氢酶缺失,，切断,通向,苏氨酸、蛋氨酸的代谢流，控制高丝氨酸（或苏氨酸,+,蛋氨酸）量，降低苏氨酸浓度，解除协同反馈作用，过量积累赖氨酸。,3.,抗结构类似物突变株的选育（代谢调节突变）。,优点：突变株遗传性地解除了终产物对自身合成途径的酶的调节控制，不受培养基中所要求物质浓度的影响，生产较稳定。,通过诱变使天冬氨酸激酶编码的结构基因发生突变，对赖氨酸及结构类似物不敏感，即使有过量苏氨酸存在，该酶也不与赖氨酸或结构类似物结合，但酶活性中心不变。,4.,解除代谢互锁,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，经诱变得到抗,AEC,兼抗亮氨酸缺陷型菌株。,选育抗亮氨酸结构类似物的突变株，从遗传上解除亮氨酸对,DDP,合成酶的阻遏。,选育对苯醌或喹啉衍生物敏感菌株，这是一种寻找亮氨酸渗漏缺陷型菌株的有效方法。,5.,增加前体物的生物合成和阻塞产物的生成：,方法,：,选育丙氨酸缺陷型；,选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；,选育适宜的,CO,2,固定酶,/TCA,循环酶活性比突变株；,1.,通过,TCA,循环,葡萄糖丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸,赖氨酸,2.,通过磷酸烯醇式丙酮酸羧化反应,葡萄糖磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸天冬氨酸,丙酮酸 赖氨酸,6.,改变细胞膜的透过性,7.,选育温度敏感突变株,天冬氨酸系分枝代谢途径中，末端产物种类多，调节机制复杂，为高效率生产赖氨酸，可以采取顺次解除各种调节机制的诱变育种，获得多重标记的突变株。,8.,应用细胞工程和遗传工程育种,9.,防止高产菌株回复突变,选育遗传性稳定的菌株,定向赋加生产菌多个遗传标记,菌种培养和保藏时，培养基要丰富，尤其有足够的要求营养物,培养时添加抗生素，抑制恢复突变株的生长，达到分纯的目的。,第三节 苏氨酸、蛋氨酸、高丝氨酸和天冬氨酸的育种途径,一、苏氨酸的育种途径,苏氨酸高产菌株应具备的生化特征,DDP,合成酶活力极弱或欠缺,琥珀酰高丝氨酸合成酶酶活力极弱或欠缺,苏氨酸脱氨酶酶活力极弱或欠缺,CO,2,固定能力强,天冬氨酸合成能力强,天冬氨酸激酶活力强，对苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制不敏感,高丝氨酸脱氢酶活力强，不受苏氨酸反馈调节。,二、高丝氨酸菌种的选育途径,DDP,合成酶活力极弱或欠缺,琥珀酰高丝氨酸合成酶酶活力极弱或欠缺,高丝氨酸激酶欠缺,CO,2,固定能力强,天冬氨酸合成能力强,天冬氨酸激酶活力强，对苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制不敏感,高丝氨酸脱氢酶活力强，不受苏氨酸和蛋氨酸反馈调节。,高产高丝氨酸菌株应具备的生化特征,三、蛋氨酸育种途径,高产蛋氨酸应具备的生化特性,DDP,合成酶活力极弱或欠缺,S-,腺苷蛋氨酸酶活力极弱或欠缺,高丝氨酸激酶欠缺,CO,2,固定能力强,天冬氨酸合成能力强,天冬氨酸激酶活力强，对苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制不敏感,高丝氨酸脱氢酶活力强，苏氨酸和异亮氨酸的反馈调节不敏感、不受蛋氨酸反馈调节。,四、天冬氨酸的育种途径,高产天冬氨酸菌株应有的生化特征,天冬氨酸激酶丧失,丙酮酸氨基化酶丧失,CO,2,固定酶系丙酮酸氧化脱羧要强,草酰乙酸氨基化反应强。,复习思考题,简述黄色短杆菌赖氨酸生物合成的调节机制,简述赖氨酸生产菌的选育原则,