发酵机制-赖氨酸发酵机制13-14节

1、细菌赖氨酸生物合成途径细菌赖氨酸生物合成途径 二、赖氨酸发酵机理 在大肠杆菌中有三种在大肠杆菌中有三种AK同功酶同功酶,代谢调控复杂代谢调控复杂,生产上一般不用大肠生产上一般不用大肠 杆菌杆菌. 以黄色短杆菌合成赖氨酸为例以黄色短杆菌合成赖氨酸为例: 天冬氨酸天冬氨酸 天冬氨酸激酶（天冬氨酸激酶（AK） 天冬氨酸天冬氨酸- -半醛半醛 高丝高丝氨酸脱氢酶氨酸脱氢酶 DDPDDP合成酶合成酶 高丝高丝氨酸氨酸 高丝高丝氨酸激酶氨酸激酶 琥珀酰琥珀酰高丝高丝氨酸氨酸 L-L-苏苏氨酸氨酸 合成酶合成酶 赖氨酸赖氨酸 苏苏氨酸脱氨酸脱H酶酶 L-L-异亮异亮氨酸氨酸 L- 蛋氨酸蛋氨酸 黄色短杆菌中

2、天冬氨酸的合成机制 赖氨酸合成调节机制 1. 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶(AK)为关键酶，在为关键酶，在大肠杆菌中大肠杆菌中有三种有三种同功酶？同功酶？。 AK1 受受苏苏氨酸和异亮氨酸的协调反馈抑制和阻遏；氨酸和异亮氨酸的协调反馈抑制和阻遏； AK2 受受 蛋氨酸反馈阻遏；蛋氨酸反馈阻遏； AK3 受受 赖氨酸反馈抑制和阻遏。赖氨酸反馈抑制和阻遏。 2. 天冬氨酸天冬氨酸- -半醛半醛脱氢酶受赖氨酸脱氢酶受赖氨酸不完全抑制不完全抑制 二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶(DDP)等受赖氨酸反馈抑制等受赖氨酸反馈抑制 二氨基庚二酸脱羧酶受赖氨酸阻遏二氨基庚二酸脱羧酶受赖氨酸阻遏 3. 3.

3、高丝高丝氨酸脱氢酶（氨酸脱氢酶（HD）为两种）为两种同功酶同功酶, HD1受受苏苏氨酸反馈抑制氨酸反馈抑制, HD2受蛋氨酸阻遏。且受蛋氨酸阻遏。且AK1与与HD1, AK2与与HD2为同一蛋白携带的为同一蛋白携带的双功双功 能酶？能酶？ 赖氨酸合成调节机制 4. 异亮氨酸合成途径中，异亮氨酸反馈抑制和阻遏异亮氨酸合成途径中，异亮氨酸反馈抑制和阻遏苏苏氨酸脱氨酸脱 氨酶氨酶 高丝高丝氨酸脱氢酶活性氨酸脱氢酶活性比二氢吡啶二羧酸合成酶高比二氢吡啶二羧酸合成酶高15倍，倍， 使使代谢优先代谢优先向合成向合成高丝高丝氨酸方向氨酸方向 琥珀酰琥珀酰高丝高丝氨酸合成酶活性高于氨酸合成酶活性高于 高丝高丝

4、氨酸激酶而优先合氨酸激酶而优先合 成蛋氨酸成蛋氨酸 5.图图5-13的逆转反馈抑制的逆转反馈抑制(代谢互锁代谢互锁):乙酰乙酰CoA解除解除 磷酸烯醇 丙酮酸羧化酶受受草酰乙酸的抑制的抑制, 即存在分支途径的一种产即存在分支途径的一种产 物，能够解除另一分支途径中其产物对自身酶的反馈抑制物，能够解除另一分支途径中其产物对自身酶的反馈抑制 黄色短杆菌中天冬氨酸的合成机制 故当故当蛋氨酸蛋氨酸过剩，阻遏琥珀酰过剩，阻遏琥珀酰高丝高丝氨酸合成酶，合成转向氨酸合成酶，合成转向苏苏氨酸氨酸方向方向. 当当异亮氨酸异亮氨酸过剩，反馈抑制过剩，反馈抑制苏苏氨酸脱氢酶氨酸脱氢酶,积累积累苏苏氨酸氨酸. 当当苏

5、苏氨酸氨酸过剩，反馈抑制过剩，反馈抑制高丝高丝氨酸脱氢酶，转向合成氨酸脱氢酶，转向合成赖氨酸赖氨酸. 当赖氨酸过剩和当赖氨酸过剩和苏苏氨酸氨酸协同反馈抑制天冬氨酸激酶，而终止整个反应天冬氨酸激酶，而终止整个反应. 赖氨酸发酵机理分析 在大肠杆菌中有三种在大肠杆菌中有三种AK同功酶同功酶,代谢调控复杂代谢调控复杂,生产上一般不用大肠生产上一般不用大肠 杆菌杆菌. 以黄色短杆菌合成赖氨酸为例以黄色短杆菌合成赖氨酸为例: 天冬氨酸天冬氨酸 天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶 天冬氨酸天冬氨酸- -半醛半醛 高丝高丝氨酸脱氢酶氨酸脱氢酶 DDPDDP合成酶合成酶 高丝高丝氨酸氨酸 高丝高丝氨酸激酶氨酸激酶 琥珀

6、酰琥珀酰高丝高丝氨酸氨酸 L-L-苏苏氨酸氨酸 合成酶合成酶 赖氨酸赖氨酸 苏苏氨酸脱氨酸脱H酶酶 L-L-异亮异亮氨酸氨酸 L- 蛋氨酸蛋氨酸 赖氨酸育种途径 微生物产生赖氨酸机制复杂，多样微生物产生赖氨酸机制复杂，多样. 1. 渗漏缺陷型渗漏缺陷型(不完全切断支路代谢不完全切断支路代谢) ，即降低不需要的酶活，即降低不需要的酶活,而进一步提高所需要的酶活而进一步提高所需要的酶活. 2. 切断支路代谢切断支路代谢选育选育高丝氨酸缺陷型高丝氨酸缺陷型(完全切断支路代谢完全切断支路代谢). 3.选育选育抗结构类似物突变株抗结构类似物突变株遗传性地解除代谢过程的抑制或阻遏作用遗传性地解除代谢过程的

7、抑制或阻遏作用. 赖氨酸育种 4.解除代谢互锁解除代谢互锁, 例如赖氨酸合成受亮氨酸阻遏例如赖氨酸合成受亮氨酸阻遏.故采用亮氨酸缺陷故采用亮氨酸缺陷 菌株菌株,抗亮氨酸突变菌株或用苯醌等处理得到亮氨酸渗漏缺陷型菌株抗亮氨酸突变菌株或用苯醌等处理得到亮氨酸渗漏缺陷型菌株. 5.增加前体物合成和阻塞副产物生成成和阻塞副产物生成, 从生产速度和提高产率角度分从生产速度和提高产率角度分 析析,可应用合适的前体物合成途径可应用合适的前体物合成途径. 6.改善细胞膜的透性, 选育主动运输性强的菌株。选育主动运输性强的菌株。 在此利用谷氨酸发在此利用谷氨酸发 酵改善细胞膜的透性方法是否可行酵改善细胞膜的透性

8、方法是否可行? GA棒杆菌以糖蜜发酵赖氨酸时，棒杆菌以糖蜜发酵赖氨酸时， 加入红霉素，产量从加入红霉素，产量从40.1g/L升至升至55.8g/L。 7. 温度敏感突变株,即高温使分支途径酶失活而促进主产物的合成即高温使分支途径酶失活而促进主产物的合成. 赖氨酸育种 8. 用用细胞工程细胞工程、原生质体融合原生质体融合技术技术.得到耗糖快得到耗糖快,发酵速度快发酵速度快, 可提高赖氨酸产量的菌株可提高赖氨酸产量的菌株. 基因工程基因工程, 提高关键酶活性提高关键酶活性,促进产物合成促进产物合成 9. 防止赖氨酸菌回复突变的措施：防止赖氨酸菌回复突变的措施： （1）选择性）选择性 能稳定的菌株能稳定的菌株; （2）增加遗传标记）增加遗传标记,如缺陷如缺陷 型采用二个以上的缺陷型采用二个以上的缺陷,抗性采用两个以上的抗性抗性采用两个以上的抗性; （3）缺陷型菌种保藏与培养时，保证所缺的营养要丰富