第六章天冬氨酸族氨基酸发酵机制.ppt

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1、第六章第六章 天冬氨酸族氨基酸发酵机制天冬氨酸族氨基酸发酵机制 重点重点：天冬氨酸族氨基酸生物合成途径及代谢调：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；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；酸生产菌的育种途径；难点难点：天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机：天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制；制；氨基酸本身的合成在不同生物体中，有较大的差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

2、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。同之处。按照起始物可将氨基酸的合成分成几个家族：按照起始物可将氨基酸的合成分成几个家族：谷氨酸族（谷氨酸族（-酮戊二酸族）酮戊二酸族）包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸和脯氨酸包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸和脯氨酸；丙酮酸族丙酮酸族 包括：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸；包括：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸；天冬氨酸族（早酰乙酸族）天冬氨酸族（早酰乙酸族）包括：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和异亮氨酸；包括：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和异亮氨酸；磷酸甘油酸族磷酸甘油酸族 包括：甘氨酸、丝氨酸和半胱氨包括：甘氨酸、丝氨酸和半胱氨酸；酸；芳香族芳香族

3、 包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸；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另外，组氨酸的合成为单独的一条途径。第一节第一节 生物合成途径（天冬氨酸族）及代生物合成途径（天冬氨酸族）及代谢调控机制谢调控机制一、生物合成途径一、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、蛋氨酸和异亮氨酸。为原料，合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。天冬酰氨 甲硫氨酸 琥珀酰高丝氨酸琥珀酰高丝氨酸 合成酶合成酶草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸-半醛高丝氨酸苏氨酸 异亮氨酸 DDPDDP合成酶合成酶 二氨基庚二酸赖氨

4、酸二、天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制二、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。相同的，但是其代谢调节机制是多种多样的。1.1.大肠杆菌大肠杆菌K12K12天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶天冬氨酸天冬氨酸-半醛脱氢酶半醛脱氢酶 DDPDDP合成酶（赖氨酸分支的第一个酶）合成酶（赖氨酸分支的第一个酶）高丝氨酸合成酶（高丝氨酸合成酶（HDHD）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的第一个酶）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的第一个酶）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，其其赖氨酸生物

5、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，当两种终产物同时过量时，该酶活性受与终产物结合，当两种终产物同时过量时，该酶活性受到抑制到抑制。P74图6-3 3.乳糖发酵短杆菌赖氨酸合成调节 P75，图6-5三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制 就赖氨酸合成途径来讲，不同种类的微生物途径不就赖氨酸合成途径来讲，不同种类的微生物途径不同，可以归纳为两条途径：同，可以归纳为两条途径：1.1.为经过二氨基庚二酸的生物合成途径，如细菌、为经过二氨基庚二酸的生

6、物合成途径，如细菌、DPADPA；2.2.是是AAAAAA，酵母菌、霉菌经过，酵母菌、霉菌经过-氨基己二酸氨基己二酸AAAAAA途径合成赖途径合成赖氨酸。氨酸。P76图6-6补充补充：“氨基酸生物合成的调节机制”反馈抑制与优先合成 氨基酸生物合成的基本调节机制有反馈抑制与在氨基酸生物合成的基本调节机制有反馈抑制与在合成途径分支点处的优先合合成途径分支点处的优先合成。反馈抑制：反馈抑制：A AB BC CD D E E D D 优先合成优先合成：A AB BC C F F G G其他特殊的控制机制其他特殊的控制机制 1.终产物控制 催化分支合成途径共同部分的初始酶，在仅一种催化分支合成途径共同部

7、分的初始酶，在仅一种氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或部分地反馈抑氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或部分地反馈抑制（或阻遏），只是在多数终产物共存下才强烈地控制。制（或阻遏），只是在多数终产物共存下才强烈地控制。有以下几种情况：有以下几种情况：协同（或多价）反馈抑制协同（或多价）反馈抑制 合作（或增效）反馈抑制合作（或增效）反馈抑制 同功酶控制同功酶控制 积累反馈抑制积累反馈抑制2.顺序控制：E E D D A AB BC C F F G G A B C D3.平衡合成 E E D D B BC C F F G G 4.代谢互锁第二节第二节 赖氨酸生产菌的育种途径赖氨酸生产菌的育种途径 出

8、发菌株的选择：要求代谢比较简单的细菌（如出发菌株的选择：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）黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵短杆菌等）1 1.优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。2 2.切断支路代谢：营养缺陷型的选育。切断支路代谢：营养缺陷型的选育。3 3.抗结构类似物突变株的选育（代谢调节突变）。抗结构类似物突变株的选育（代谢调节突变）。4 4.代谢互锁代谢互锁 解除代谢互锁的方法解除代谢互锁的方法：选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AECAEC的赖氨酸的生产菌为出发菌株，经诱的赖氨酸的生产菌为出发

9、菌株，经诱变得到抗变得到抗AECAEC兼抗亮氨酸缺陷型菌株。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DDPDDP合成酶的阻合成酶的阻遏。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。有效方法。5.5.增加前体物的生物合成和阻塞产物的生成：增加前体物的生物合成和阻塞产物的生成：方法方法：选育丙氨酸缺陷型；选育丙氨酸缺陷型；选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；选育适宜的活性比突变株；选育适宜的活性比突变株；6.6.改变细胞膜的透过性改变细胞膜的透过性 7.7.选育温度敏感突变株选育温度敏感突变株 8.8.应用细胞工程和遗传工程育种应用细胞工程和遗传工程育种 9 9.防止高产菌株回复突变防止高产菌株回复突变