第九章氨基酸的代谢控制与发酵
代谢控制发酵
第一章绪论1、代谢控制发酵：就是利用遗传学的方法或其他生物化学方法，人为地在脱氧核糖核酸（DNA）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累的发酵。
P22、代谢控制发酵的关键：取决于微生物代谢控制机制是否能够被解除，能否打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。
P23、代谢工程的具体思路：P31、改变代谢流：（1）、加速速度限制反应；（2）、改变分支代谢途径的流向；（3）、构建代谢旁路；（4）、改变能量代谢途径。
2、扩展代谢途径和构建新的代谢途径：（1）、引入外源基因，延伸代谢途径；（2）、利用新的底物，构建新的生物合成途径。
第二章代谢控制发酵的基本思想1、微生物细胞的调节机制：P7-9（1）、通过控制基因的酶生物合成的控制机制：①诱导——促进酶的合成；②阻遏——抑制酶的合成，包括：1）终产物阻遏，2）分解代谢物阻遏。
（2）、酶活性的控制机制：①终产物抑制或激活，②通过辅酶水平的活性调节，③酶原的活化，④潜在酶的活化。
（3）、通过细胞渗透性的控制：（根据酶在代谢调节中作用不同分类）①调节酶：变构酶、同功酶、多功能酶。
②静态酶③潜在酶2、脱敏作用：变构酶经特定处理后，不丧失酶活性而失去对变构效应物的敏感性。
注：处理方法：①使变构酶解聚，②基因突变。
P153、反馈抑制的调节类型可以分为以下几种：P18-21 图略（1）、单功能途径中酶活性的调节类型：①前体激活，②补偿性激活。
（2）、多功能途径中酶活性的调节类型：①协作反馈抑制或称多价反馈抑制，②合作反馈抑制，③积累反馈抑制，④顺序反馈抑制，⑤假反馈抑制：指结构类似物的反馈抑制，⑥同功酶4、分解代谢物阻遏：当细胞具有一优先利用的底物（通常是，但并不总是葡萄糖）时，很多其他分解反应途径受到阻遏。
P27 (注：根据葡萄糖效应理解)5、突破微生物的自我调节控制机制，使代谢产物大量积累的有效措施：P31 （1）、应用营养缺陷型菌株。
氨基酸在发酵中的作用
氨基酸在发酵中的作用一、引言发酵是一种利用微生物代谢产物进行生物转化的过程，广泛应用于食品工业、饲料工业和生物制药等领域。
而氨基酸作为生物体内重要的有机物，也在发酵过程中发挥着重要的作用。
本文将从氨基酸在发酵中的作用机制、应用及前景等方面进行探讨。
二、氨基酸在发酵中的作用机制1.提供碳源和能源：氨基酸是微生物合成蛋白质的基本单元，可以被微生物利用作为碳源和能源。
在发酵过程中，微生物通过代谢氨基酸产生能量，并将其转化为所需的代谢产物。
2.调节酶活性：氨基酸可以作为酶的辅因子，调节酶的活性。
在发酵过程中，一些关键酶的活性会受到氨基酸的调节，从而影响代谢途径的进行。
3.调节细胞内pH值：氨基酸在细胞内可离子化，释放出氢离子或吸收氢离子，从而调节细胞内的pH值。
适宜的pH值对微生物的生长和代谢具有重要的影响，氨基酸可以在发酵过程中维持适宜的pH值，提高发酵效率。
4.提供氮源：氨基酸中的氨基团含有丰富的氮元素，可以作为微生物合成蛋白质和其他氮化合物的氮源。
发酵过程中，微生物利用氨基酸中的氨基团合成所需的氮化合物，促进代谢产物的合成。
三、氨基酸在发酵中的应用1.食品工业：氨基酸可以作为发酵食品中的营养添加剂，提供微生物生长所需的营养物质，促进发酵过程。
例如，在酱油、酱料和味精等食品的发酵中，氨基酸作为调味品添加剂，不仅能够提高食品的口感和风味，还能够增强食品的营养价值。
2.饲料工业：氨基酸作为饲料添加剂，可以提高动物的生长性能和免疫力。
在畜禽饲料中添加适量的氨基酸，有助于提高饲料的利用率，降低环境污染，达到绿色养殖的目的。
3.生物制药：氨基酸在生物制药中的应用十分广泛。
一方面，氨基酸可以作为生物药物的原料，通过发酵合成所需的蛋白质药物；另一方面，氨基酸也可以作为生物药物的稳定剂，保护药物的活性和稳定性，提高药物的疗效。
四、氨基酸在发酵中的前景随着生物技术的不断发展，发酵工艺在各个领域中的应用越来越广泛。
而氨基酸作为重要的发酵辅助剂，其应用前景也日益广阔。
发酵过程控制
3搅拌热：液体之间 液体和设备之间的摩 擦
（4）蒸发热：发酵过程中以蒸汽形式散发 到发酵罐的液面;由排气管带走的热量
（5）辐射热：罐内外温差，使发酵液中有 部分热通过罐体向外辐射。
2 温度对微生物生长的影响
dx x x dt
1 dx x dt
当μ>>α时;α可忽略，微生物处于生长状态 μ α皆与T有关， 其关系均可用阿累尼乌斯公式描述：
3 参数检测
❖ 参数检测方法 细胞浓度的测量
化学法：如DNA RNA分析等 物理法：如重量分析、分光光度分析、
浊度分析等
➢ 新技术：以电容法为测量原理的在线 活细胞浓度测量传感器
原位活细胞在线检测仪
二 代谢调控在发酵过程控制中的应用 1 初级代谢物的生产调节
初级代谢物：指一类低分子量的终点产物及这些 终点产物的生物合成途径中的中间体
3 参数检测
参数的测量形式 ➢ 离线测量：基质糖 脂类、无机盐等、前体和代谢产物
（抗生素、酶、有机酸、氨基酸等） ➢ 在线测量：如T 、pH、DO、溶解CO2、尾气CO2、黏度、
搅拌转速等 优点：及时、省力;可从繁琐操作中解脱出来，便于
计算机控制 困难：传感器要求较高。
3 参数检测
❖ 对传感器的要求 能经受高压蒸汽灭菌； 传感器及其二次仪表具有长期稳定性； 最好能在过程中随时校正;灵敏度好； 探头材料不易老化，使用寿命长； 安装使用和维修方便； 解决探头敏感部位被物料反应液粘住 堵塞
2发酵过程中pH的变化规律
生长阶段：pH相对于起始pH有上升或下降的 趋势
生产阶段：pH趋于稳定;维持在最适于产物合 成的范围
自溶阶段：pH又上升或下降
发酵液pH的改变对发酵的影响 1会导致微生物细胞原生质体膜的电荷改变;
氨基酸在发酵中的作用(一)
氨基酸在发酵中的作用(一)氨基酸在发酵中的作用导语氨基酸在发酵过程中扮演着重要的角色。
本文将从以下几个方面介绍氨基酸在发酵中的作用。
1. 提供营养物质•氨基酸是构成细胞和蛋白质的基本组成部分，可以为发酵微生物提供必需的营养物质。
•发酵过程中，微生物会利用氨基酸构建细胞壁、合成酶和代谢产物等，从而促进发酵反应的进行。
2. 调节发酵反应•氨基酸在发酵过程中起到调节pH值和维持稳定温度的作用。
•氨基酸可以通过与酸碱物质反应，调节发酵液的酸碱度，提供适宜的环境条件。
•同时，某些氨基酸具有缓冲作用，能够稳定发酵液的温度，保证反应的均衡进行。
3. 促进物质转化•氨基酸对发酵微生物代谢途径中的多种物质转化具有促进作用。
•例如，氨基酸可以被分解为胺和酸，进而与其他物质反应，产生独特的香味、色泽和口感等特征。
4. 提高产量和质量•适量添加氨基酸可以提高发酵反应的产量和质量。
•氨基酸作为微生物的重要营养源，可以增加微生物的生长速度和代谢活性，从而提高产酸、产酶等发酵反应的效率。
5. 其他应用领域•氨基酸在发酵工业以外的领域也有广泛应用。
•在食品工业中，氨基酸可以增强食品的营养价值和口感。
•在药物生产中，氨基酸可以作为药物结构的组成部分，影响药物的活性和稳定性。
结语氨基酸在发酵过程中具有多重作用，既能为微生物提供营养物质，又能调节环境条件和促进物质转化。
在发酵工业和其他应用领域中，氨基酸的重要性不可忽视。
通过进一步的研究和应用，我们可以更好地利用氨基酸的功能，推动发酵工艺和产品的改进和创新。
6. 氨基酸的优化利用•随着科学技术的进步，氨基酸的优化利用在发酵工业中变得越来越重要。
•通过研究氨基酸的结构、功能和作用机制，可以精确地设计和调控发酵过程中的氨基酸供应和代谢途径。
•这样的优化利用可以提高发酵反应的产量、速度和效率，从而实现发酵工艺的可持续发展。
7. 氨基酸的未来发展•氨基酸作为一类重要的生物活性分子，在未来的发展中将发挥更多的潜力。
微生物在食品中的氨基酸代谢和转化
微生物在食品中的氨基酸代谢和转化食品是人们日常生活中不可或缺的一部分，而食品中的氨基酸是构成蛋白质的重要组成成分。
微生物作为一类重要的生物体，在食品中扮演着至关重要的角色。
它们不仅参与氨基酸的代谢过程，还能对氨基酸进行各种转化。
本文将探讨微生物在食品中的氨基酸代谢和转化的重要性及其影响。
一、微生物氨基酸代谢的重要性氨基酸是构成蛋白质的基本单元，对于人体维持正常的生理功能起着关键作用。
在食品加工和发酵过程中，微生物参与到氨基酸的代谢过程中，对食品质量和口感产生重要影响。
1.1 氨基酸降解某些微生物可以通过分解食品中的氨基酸来释放出能量，并将其转化为其他有用的化合物。
例如，乳酸菌能够降解鱼类和畜禽肉中的氨基酸，产生具有芳香味的化合物，提升食品的风味品质。
1.2 氨基酸合成除了降解氨基酸外，某些微生物还能够通过合成氨基酸来改善食品质量。
比如，发酵过程中的酵母菌可以合成出一种名为谷氨酸的氨基酸，它可以增加食品的鲜味和香气。
二、微生物氨基酸转化的影响微生物在食品中的氨基酸代谢和转化过程中，会对食品的品质和营养价值产生一定的影响。
2.1 食品质量微生物的代谢和转化能力可以影响食品的风味、香气和口感。
例如，酵母在发酵面包的过程中会将氨基酸转化为含有丰富香气的芳香化合物，使面包具有特殊的风味和香味。
2.2 营养价值微生物通过代谢和转化过程可以改变食品中氨基酸的含量和组成，从而影响其营养价值。
某些微生物可以合成出人体必需的氨基酸，增加食品的营养价值。
三、应用前景和挑战微生物在食品中的氨基酸代谢和转化具有广阔的应用前景，但也存在一些挑战。
3.1 应用前景微生物在发酵食品、调味品、汤汁等制品中的氨基酸代谢和转化，可以提高食品的营养价值和风味口感，满足人们对高品质食品的需求。
3.2 挑战微生物在食品中的氨基酸代谢和转化存在一定的挑战。
首先是微生物的选择和培养，需要选择适合特定食品加工的微生物品种，并进行合适的培养条件控制。
代谢控制发酵
《代谢控制发酵》复习题1．名词解释代谢控制发酵：所谓代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核苷酸的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累发酵。
关键酶：参与代谢调节的酶的总称。
作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速作用。
变构酶：有些酶在专一性的变构效应物的诱导下，结构发生变化，使催化活性改变，称为变构酶。
诱导酶：诱导酶是在环境中有诱导物（通常是酶的底物）存在的情况下，由诱导物诱导而生成的酶。
调节子：就是指接受同一调节基因所发出信号的许多操纵子。
温度敏感突变株：通过诱变可以得到在低温下生长，而在高温下却不能生长繁殖的突变株。
碳分解代谢物阻遏：可被迅速利用的碳源抑制作用于含碳底物的酶的合成，就称为碳分解代谢阻遏。
氮分解代谢物阻遏：可被迅速利用的氮源抑制作用于含氮底物的酶的合成，就称为氮分解代谢阻遏。
营养缺陷型突变菌株：原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养基中外源补加该营养物质才能生长的突变菌株。
渗漏突变株：由于遗传性障碍的不完全缺陷，使它的某一种酶的活性下降而不是完全丧失。
因此，渗漏突变菌株能少量的合成某一种代谢最终产物，能在基本培养基上进行少量的生长。
代谢互锁：从生物合成途径来看，似乎是受一种完全无关的终产物的控制，它只是在较高浓度下才发生，而受这种抑制（阻遏）作用是部分性的，不完全的。
平衡合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E与G，由于a酶活性远远大于b 酶，结果优先合成E。
E过量后就会抑制a酶，使代谢转向合成G。
G过量后，就会拮抗或逆转E的反馈抑制作用，结果代谢流转向又合成E，如此循环。
（P45图）优先合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E和G，由于a酶的活性远远大于b酶的活性，结果优先合成E。
E合成达到一定浓度时，就会抑制a酶，使代谢转向合成G。
G合成达到一定浓度时就会对c酶产生抑制作用。
氨基酸代谢控制发酵机制及育种策略
徐庆阳
中国氨基酸技术服务中心
目 录
• • • • • Chapter1 Chapter2 Chapter3 Chapter4 Chapter5 代谢机制理论基础 L-谷氨酸 L-亮氨酸 L-缬氨酸 L-异亮氨酸
Chapter1 代谢机制理论基础
氨基酸发酵机制
• 在一般情况下，微生物细胞只合成本身需要的中间代谢产 物，严格防止氨基酸、核苷酸等中间物质的大量积累。当 氨基酸或核苷酸等物质进入细胞后，微生物细胞立即停止 该物质的合成，一直到所供应的养料消耗到很低浓度，微 生物细胞才能重新开始进行该物质的合成。微生物细胞中 这种调节控制作用主要靠两个因素，即参与调节的有关酶 的活性和酶量
积累反馈抑制（Cumulative feedback inhibition）
• 在积累反馈抑制中，每一个最终产物只单独地、部分地抑制共 同步骤的第一个酶，并且各最终产物的抑制作用互不影响。所 以几个最终产物同时存在时，它们的抑制作用是积累的
顺序反馈抑制(Sequential feedback inhibition)
• 参与氨基酸生物合成的关键酶主要有12种：①磷酸果糖激 酶；②柠檬酸合成酶；③N-乙酰谷氨酸激酶；④鸟氨酸转 氨基甲酰酶；⑤天冬氨酸激酶；⑥高丝氨酸脱氢酶；⑦苏 氨酸脱水酶；⑧α-乙酰乳酸合成酶；⑨DAHP（2-酮-3-脱氧 -D-阿拉伯糖型庚糖酸-7-磷酸）合成酶；⑩分支酸变位酶； 11预苯酸脱水酶；12预苯酸脱氢酶。
入谷氨酸生成期，为了 大量生成、积累谷氨酸 ， 最好没有异柠檬酸裂解 酶催化反应，封闭乙醛 酸循环
谷氨酸生物合成的调节机制
• 优先合成与反馈调节
• 糖代谢的调节
• 氮代谢的调节
氨基酸发酵工艺学
氨基酸发酵工艺学氨基酸发酵工艺学是研究氨基酸生产过程中的发酵过程和工艺参数的科学。
氨基酸是生命体中重要的有机物质，广泛应用于医药、化工、食品等领域。
通过发酵工艺学的研究，可以优化氨基酸的生产工艺，提高产量和质量，降低生产成本。
氨基酸发酵工艺学主要包括微生物的选育与改良、发酵介质的配方和优化、发酵条件的控制等环节。
首先，通过选择适合生产目标氨基酸的微生物种类进行培养，并通过基因改造等手段提高其产酸能力和抗生素产量。
其次，合理配方发酵介质，提供微生物生长和代谢所需的营养物质，如碳源、氮源、无机盐等，并优化营养物质浓度和比例，以提高产酸效率。
同时，还需要注意控制介质的pH值、温度和氧气供应等因素，以最大程度地促进微生物生长和酸产量。
此外，还需要加入抗泡剂、抗生素等辅助物质，防止发酵过程中的杂菌污染。
在发酵过程中，通过监测微生物生长曲线、消耗和产酸速率等指标来了解反应的进程和微生物代谢状态。
根据这些数据，可以调整前述的工艺参数，如发酵温度、密度、通气量、搅拌速度等，以提高产酸效率和酸产量。
在工艺的最后阶段，通过优化酸的提取、纯化和结晶工艺，以获得高纯度的氨基酸产品。
随着生物技术的发展，氨基酸发酵工艺学还涉及到基因工程、酶工程等新技术的应用。
通过选择、改造和优化微生物的代谢途径和酶系统，可以进一步提高氨基酸的产酸效率和产量，同时降低废水和废料的排放。
总之，氨基酸发酵工艺学是一门综合知识学科，涉及到微生物学、生化学、工程学等多个领域的知识。
通过深入研究和应用，可以不断改进氨基酸生产工艺，满足市场需求，推动氨基酸产业的发展。
氨基酸发酵工艺学是一门涉及微生物学、生化学、生物工程学等多学科的综合学科，旨在通过研究发酵过程和优化工艺参数，提高氨基酸的产量和质量，降低生产成本，促进氨基酸产业的发展。
在氨基酸发酵工艺学中，微生物的选育与改良是一个重要的环节。
微生物是氨基酸发酵的生产工具，不同的微生物对于氨基酸的产量和产物特性有着不同的影响。
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谷氨酸
磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸 柠檬酸 α-酮戊二酸
天冬氨酸 赖氨酸 天冬氨酸半醛
谷氨酸
高丝氨酸
苏氨酸
蛋氨酸
遗传缺陷
代谢减弱
解除反馈调节
• • • • • •
(二)天冬氨酸高产菌的育种方法 （1）解除反馈调节 （2）切断高丝氨酸向下反应的代谢 （3）逆转优先合成 （4）切断生成丙氨酸的支路 （5）强化二氧化碳固定反应
第二节 芳香族氨基酸的代谢控制育种
• 一、芳香族氨基酸的生物合成途径及代谢调节机制 • （一）芳香族氨基酸的生物合成途径
磷酸烯醇式丙酮酸+4磷酸赤藓糖
DAHP合成酶
3脱氧-D-阿拉伯糖型庚酮糖酸- -磷酸(DAHP) CoQ 莽草酸
氨茴酸合成酶
Vk
分支酸变位酶
分支酸 预本酸(PPA)
PPA脱水酶
• (2)高丝氨酸脱氢酶有2种同功酶。高丝氨酸脱氢 酶I受苏氨酸的反馈抑制，受苏氨酸和异亮氨酸 的多价阻遏；高丝氨酸脱氢酶Ⅱ对苏氨酸不敏感， 受蛋氨酸的反馈阻遏。 • (3)二氢吡啶—2，6—二羧酸还原酶受赖氨酸的反 馈抑制。 • (4)O—琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶和半胱氨酸脱 硫化氢酶受蛋氨酸的反馈阻遏。 • (5)高丝氨酸激酶受苏氨酸的反馈阻遏。 • (6)苏氨酸脱氨酶受异亮氨酸的反馈抑制。
L-天冬氨酸
天冬氨酸激酶
天冬酰氨磷酸
二氢吡啶—2，6— 二羧酸还原酶 天冬氨酸半醛脱氨酶
天冬氨酸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ醛
二氢吡啶—2，6—二羧酸
二氢吡啶— 2，6—二羧 酸合成酶 高丝氨酸脱氢酶 O—琥珀酰高丝 氨酸转琥珀酰酶
L-高丝氨酸
高丝氨酸激酶
O—琥珀酰高丝氨酸
半胱氨酸脱硫化氢酶
L-苏氨酸 L-赖氨酸
苏氨酸脱氨酶
• • • • • •
(二)选育苏氨酸生产菌的方法 （1）切断支路代谢 （2）解除反馈调节 （3）增加前体物天冬氨酸的合成 （4）切断苏氨酸进一步代谢途径 （5）利用现代生物技术选育苏氨酸生产菌株
• • • • • • •
• • • •
四、蛋氨酸发酵 (一)蛋氨酸高产菌应具备的生化特征 (1)二氧化碳固定反应能力强。 (2)天冬氨酸合成能力强。 (3) 天冬氨酸激酶活力强。 (4)高丝氨酸脱氢酶活力强。 (5)二氢吡啶—2，6—二羧酸合成酶活力微弱或丧 失。 (6)O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶活力强。 (7)谷氨酸脱氢酶活力弱。 (8)高丝氨酸激酶活力微弱或丧失。 (9)S-腺 苷蛋氨酸合成酶丧失
L-蛋氨酸
L-异亮氨酸
• (二)天冬氨酸族氢基酸生物合成的代谢调节机制 • 1 ．大肠杆菌中天冬氨酸族氨基酸生物合成的调 节机制 • 大肠杆菌中天冬氨酸族氨基酸生物合成途径的代 谢调节机制较复杂。 • (1) 天冬氨酸激酶有3种同功酶。天冬氨酸激酶Ⅰ 受苏氨酸氨酸的反馈抑制，受苏氨酸和异亮氨酸 的多价阻遏；天冬氨酸激酶Ⅱ对苏氨酸不敏感， 为蛋氨酸所阻遏，但不受蛋氨酸的反馈抑制；天 冬氨酸激酶Ⅲ受赖氨酸的反馈抑制与阻遏。
• • • • •
(二)高丝氨酸高产菌定向育种方法 （1）切断支路代谢 （2）解除反馈调节 （3）切断高丝氨酸向下反应的通路 （4）增加前体物天冬氨酸的合成
• 六、天冬氨酸发酵
• • • • • • • (一)天冬氨酸高产菌应具备的生化特征 (1)天冬氨酸激酶丧失。 (2)谷氨酸脱氢酶活力弱。 (3) 丙酮酸氨化酶活力微弱或丧失。 (4)二氧化碳固定反应能力强。 (5) 柠檬酸合成酶活力微弱。 (6)草酰乙酶氨基化反应强。
• 2．谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等中的 天冬氨酸族氨基酸的代谢调节机制
• (1)关键酶 天冬氨酸激酶是关键酶，受赖氨酸和 苏氨酸的协同反馈抑制。 • (2)优先合成 蛋氨酸比苏氨酸、赖氨酸优先合成， 苏氨酸比赖氨酸优先合成。 • (3)代谢互锁 在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸分支 途径的初始酶二氢吡啶—2，6—二羧酸合成酶受 亮氨酸的反馈阻遏。
• (4)平衡合成 天冬氨酸和乙酰CoA形成平衡合成。 当乙酰CoA合成过量时，能解除天冬氨酸对磷酸 烯醇式丙酮酸羧化酶的反馈抑制。 • (5)天冬氨酸与谷氨酸之间的调节机制 谷氨酸比 天冬氨酸优先合成。当谷氨酸合成过量时，反馈 抑制谷氨酸脱氢酶，使生物合成转向合成天冬氨 酸。当天冬氨酸合成过量时 , 反馈抑制磷酸烯醇 式丙酮酸羧化酶，使整个生物合成停止。
• • • • • • • • • • •
二、赖氨酸发酵 1、赖氨酸发酵代谢调节机制 2、赖氨酸发酵菌种选育 （1）切断或减弱支路代谢 （2）解除反馈调节 （3）解除代谢互锁 （4）改善膜的通透性 （5）增加前体物的合成 （6）选育温度敏感突变株 （7）选育脲酶回复突变株 （8）利用基因工程技术构建赖氨酸工程菌株
第九章氨基酸的代谢控制与发酵
• 目的 了解各类氨基酸的代谢调节机制,掌握氨 基酸发酵的代谢控制育种方法。 • 内容 各类氨基酸的代谢调节机制，各类氨基 酸发酵的代谢控制育种方法 • 重点 各类氨基酸发酵的代谢控制育种方法 • 难点 各类氨基酸发酵的代谢控制育种方法 • 学时 3
第一节 天冬氨酸族氨基酸的代谢控制育种 • 天冬氨酸族氨基酸包括天冬氨酸、赖氨酸、高丝 氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸。本节主要介 绍赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸、高丝氨酸、天冬氨 酸发酵。 • 一 . 天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径及代谢调 节机制 • (一)天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径 • 葡萄糖经糖酵解途径生成丙酮酸，丙酮酸经CO2 固定反应生成四碳二羧酸，后经氨基化反应生成 天冬氨酸
L-蛋氨酸
L-异亮氨酸
• • • • •
(二)蛋氨酸高产菌定向育种方法 （1）解除反馈调节 （2）切断支路代谢 （3）切断蛋氨酸向下反应的通路 （4）增加前体物天冬氨酸的合成
• • • • • • •
五、高丝氨酸 发酵 (一)高丝氨酸高产菌应具备的生化特征 (1)二氧化碳固定反应能力强。 (2)天冬氨酸合成能力强。 (3) 天冬氨酸激酶活力强。 (4)高丝氨酸脱氢酶活力强。 (5)二氢吡啶—2，6—二羧酸合成酶活力微弱或丧 失。 • (6)高丝氨酸-转乙酰酶活力丧失。 • (7)高丝氨酸激酶活力丧失。 • (8)谷氨酸脱氢酶活力弱。
L-天冬氨酸
天冬氨酸激酶
天冬酰氨磷酸
二氢吡啶—2，6— 二羧酸还原酶 天冬氨酸半醛脱氨酶
天冬氨酸半醛
二氢吡啶—2，6—二羧酸
二氢吡啶— 2，6—二羧 酸合成酶 高丝氨酸脱氢酶 O—琥珀酰高丝 氨酸转琥珀酰酶
L-高丝氨酸
高丝氨酸激酶
O—琥珀酰高丝氨酸
半胱氨酸脱硫化氢酶
L-苏氨酸 L-赖氨酸
苏氨酸脱氨酶
L-蛋氨酸
L-异亮氨酸
• • • • • • •
三、苏氨酸发酵 (一)苏氨酸高产茵应具备的生化特征 (1)二氧化碳固定反应能力强。 (2)天冬氨酸合成能力强。 (3) 天冬氨酸激酶活力强。 (4)高丝氨酸脱氢酶活力强。 (5)二氢吡啶—2，6—二羧酸合成酶活力微弱或丧 失。 • (6)琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶活力微弱或丧失。 • (7)谷氨酸脱氢酶活力弱。 • (8)苏氨酸脱氨团活力微弱或丧失。
氨茴酸
色氨酸
PPA脱氢酶
苯丙氨酸
苯丙酮酸
对羟基丙酮酸
酪氨酸
芳香族氨基酸的生物合成途径
• （二）芳香族氨基酸的代谢调节机制
L-天冬氨酸
天冬氨酸激酶
天冬酰氨磷酸
二氢吡啶—2，6— 二羧酸还原酶 天冬氨酸半醛脱氨酶
天冬氨酸半醛
二氢吡啶—2，6—二羧酸
二氢吡啶— 2，6—二羧 酸合成酶 高丝氨酸脱氢酶 O—琥珀酰高丝 氨酸转琥珀酰酶
L-高丝氨酸
高丝氨酸激酶
O—琥珀酰高丝氨酸
半胱氨酸脱硫化氢酶
L-苏氨酸 L-赖氨酸
苏氨酸脱氨酶