氨基酸合成方法课件
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氨基酸的生物有机化学
色氨酸
16
第二节 氨基酸的性质
一 等电点 二 与茚三酮反应
三 氨基酸金属盐络合物的形成 四 氨基酸的重要反应
17
第十七页，课件共62页
总述：具有胺和羧酸的共性。例如形成酰胺
+
- - 2H2O
2 H3NCH2COO
O
NH HN
2分子甘氨酸
O 2,5-二嗪哌酮
O
HOOCCH2CH2CHCOO-
- H2O
33
第三十三页，课件共62页
6.与醛反应生成西佛碱(Schiff’s base)
R1CHO
COOH
H2N R
COOH R1 N R
Schiff’sw base
34
第三十四页，课件共62页
7.叠氮反应
O R
O NHY
NH2NH2H2O
OH
R
N
O NH2
NHY
HNO2
O
R
N- N
ON
+
NHY
35
第三十五页，课件共62页
四 盖布瑞尔法
RCHCOOH Br
NH3
在封管或高 压釜内进行
RCHCOOH NH2
O
O
NK O
H3O+
+ RCHCOOCH3 Br
N CHCOOCH3
O
R
COOH COOH
+ + NH3CHCOO- + CH3OH R
应用盖布瑞尔法可以制备很纯的氨基酸。
40
第四十页，课件共62页
五 丙二酸酯法
1. 通过酰基丙二酸酯法
37
第三十七页，课件共62页
氨基酸生产工艺课件
➢
11、现今，每个人都在谈论着创意，坦白讲，我害怕我们会假创意之名犯下一切过失。21.8.1715:02:2315:02Aug-2117-Aug-21
➢
12、在购买时，你可以用任何语言；但在销售时，你必须使用购买者的语言。15:02:2315:02:2315:02Tuesday, August 17, 2021
➢ 氨基酸原料生产企业约20多家，制剂生产企业30 多家。甘氨酸3000多吨，赖氨酸及其盐酸盐约 1000吨，天门冬氨酸、缬氨酸、谷氨酸、亮氨酸、 丙氨酸等几百吨。
➢ 谷氨酸钠的生产规模最大，居世界首位。
氨基酸发酵
➢ 氨基酸发酵：就是以糖类和铵盐为主要原 料的培养基中培养微生物，积累特定的氨 基酸。
多种。
氨基酸
➢ 氨基酸（amino acid）：含有氨基和羧 基的一类有机化合物的通称。
➢ 是含有一个碱性氨基和一个酸性羧基的 有机化合物，氨基一般连在α-碳上。
➢ 侧链不同，氨基酸的性质不同。
氨基酸的用途
➢ 1.食品工业 ➢ 强化食品:赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦
中。 ➢ 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸。 ➢ 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二
菌株发酵 ➢ 营养缺陷型回复突变株发酵 ➢ 添加前体法
主要菌种：
➢ 谷氨酸棒杆菌 ➢ 黄色短杆菌 ➢ 乳糖发酵短杆菌 ➢ 短芽孢杆菌 ➢ 粘质赛式杆菌 ➢ 还有采用基因工程菌进行生产的
➢ 往往是生物素缺陷型，也有些是氨基酸缺陷型。
➢ 酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造 氨基酸。
➢ 提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨酸、 半胱氨酸和酪氨酸
肽甜味剂(α-天冬酰苯丙氨酸甲酯)，此产品 1981年获FDA批准,现在每年产量已达数万 吨。
氨基酸生产工艺课件(PPT 55页)
2.1 用野生株的方法
• 这是从自然界获得的分离菌株进行发酵 生产的一种方法。
• 典型的例子就是谷氨酸发酵。 • 改变培养条件的发酵转换法中,有变化铵
离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷 氨酰胺和缬氨酸发酵
2.2 用营养缺陷变异株的方法
• 这一方法是诱变出菌体内氨基酸生物合 成某步反应阻遏的营养缺陷型变异体， 使生物合成在中途停止，不让最终产物 起控制作用。
• 日本在美国、法国等建立了合资的氨基 酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍 生物。
• 国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司, 湖北八峰氨基酸公司,但目前无论生产规模及产 品质量还难于与国外抗衡。
• 在80年代中后期,我国从日本的味之素、协和发 酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术 和仿造产品,1991年销售量为二千万瓶,1996年达 六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞,北京费森尤斯,昆 明康普莱特,但生产原料都依赖进口。
二肽甜味剂(α-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产 品1981年获FDA批准,现在每年产量已达 数万吨。
• 2.饲料工业： • 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 • 3.医药工业：
• 多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代 谢失调
• 苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气 对骨髓肿瘤治疗有效,且副作用低。
第二节 氨基酸生产工艺
• 氨基酸是构成蛋白成分
• 目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20 多种。
氨基酸
• α 碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基 和氨基及侧链。侧链不同，氨基酸的性 质不同。
氨基酸的用途
• 1.食品工业： • 强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小
麦中) • 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 • 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量
氨基酸合成蛋白质ppt课件
6
1
5
5
6
2
4
4
6
3
3
3
假如n个氨基酸脱水缩合,形成m 条肽链，上表该怎么填呢？
规律总结：
假如n个氨基酸脱水缩合,形成m条 肽链，那么产生的水分子数=肽键 数=（n-m）
随堂练习：
某蛋白质分子共有4条肽链，300个肽键， 则形成这个蛋白质分子所需氨基酸分子 数以及它们在缩合过程中生成的水分子
的数分别（ ）C。
规律总结：
假如n个氨基酸脱水缩合，形成一条 肽链，形成的多肽叫n肽，则失去的 水分子数=肽键数=（n-1)
假如n个氨基酸脱水缩合,形成m条肽 链，那么产生的水分子和肽键数会 是多少？
规律总结：
6
1
5
5
6
2
形成一条肽链：
5分子水和5个肽键
形成两条肽链：
肽链1:
肽链2:
4分子水和4个肽键
规律总结：
肽键
R1
R2
二肽
H2O
H2O
H C COOH R2
三肽的合成
HOH
NH2 C C N 肽键
R1
HOH
CCN 肽键
R2
H
三
C COOH 肽
R2
二肽
H2O H2O
由氨基酸形成蛋白质的示意图
氨基酸
脱水缩合
二肽
脱水缩合
三肽
脱水缩合
一条多肽 链折叠形 成蛋白质
几条多肽 链折叠形 成蛋白质
折叠盘曲成 多肽 空间结构
一个氨基酸分子的氨基 （-NH2）相连接，同时脱去 一个水，这种结合方式叫做脱水缩合。
肽键：连接两个氨基酸分子的化学键（-NHCO-）。
高中化学《氨基酸》公开课PPT课件
氨基酸
你知道氨基酸与蛋白质的关系？
蛋白质在一定条件下水解生成氨基酸； 氨基酸通过肽键相互连接成蛋白质。
迄今人类在自然界已发现数百种氨基酸，但是从
蛋白质水解得到的氨常基见酸，的最氨常基见酸的大约有20种
(1) 甘氨酸
(2) 丙氨酸
CH2—COOH
CH3—CH—COOH
NH2 (3) 谷氨酸 HOOC—(CH2)2—CH—COOH
NH2
CH2—COO- + H2O NH2
●碱性 CH2—COOH + H+
NH2
CH2—COOH NH3+
通常 氨基酸分子中的氨基和羧基相互作用，
使氨基酸成为带有正电荷和负电荷的两性离 子（称为内盐）形式存在
R–CH–COO － NH3 ＋
R–CH–COO－ H＋ R–CH–COOH H＋ R–CH–COOH
结构分析：
官能团分析： 氨基典型反应
羧基典型反应
R–CH–COOH NH2 相互影响的特性
二、氨基酸的性质
1、物理性质： 无色晶体，熔点较高（200℃以上），不易挥发， 能溶于强酸或强碱溶液中，一般能溶于水，难溶于 有机溶剂如乙醇、乙醚。
？ 2—COOH + OH-
NH2
NH2
CH3 O H
O
NH2—CH—C—N—CH2—C—OH + H2O
两个氨基酸分子脱去一个水分子而形成二肽, 多个氨基酸分子脱去水分子而形成多肽.
n个氨基酸分子间通过缩聚(一个氨基酸分子 中氨基上的氢原子与相邻氨基酸分子羧基中的羟 基结合成水分子)后可得n肽，过程中形成了(n－1) 个肽键和 (n－1)个水。
（2）成肽反应（脱水缩合）
你知道氨基酸与蛋白质的关系？
蛋白质在一定条件下水解生成氨基酸； 氨基酸通过肽键相互连接成蛋白质。
迄今人类在自然界已发现数百种氨基酸，但是从
蛋白质水解得到的氨常基见酸，的最氨常基见酸的大约有20种
(1) 甘氨酸
(2) 丙氨酸
CH2—COOH
CH3—CH—COOH
NH2 (3) 谷氨酸 HOOC—(CH2)2—CH—COOH
NH2
CH2—COO- + H2O NH2
●碱性 CH2—COOH + H+
NH2
CH2—COOH NH3+
通常 氨基酸分子中的氨基和羧基相互作用，
使氨基酸成为带有正电荷和负电荷的两性离 子（称为内盐）形式存在
R–CH–COO － NH3 ＋
R–CH–COO－ H＋ R–CH–COOH H＋ R–CH–COOH
结构分析：
官能团分析： 氨基典型反应
羧基典型反应
R–CH–COOH NH2 相互影响的特性
二、氨基酸的性质
1、物理性质： 无色晶体，熔点较高（200℃以上），不易挥发， 能溶于强酸或强碱溶液中，一般能溶于水，难溶于 有机溶剂如乙醇、乙醚。
？ 2—COOH + OH-
NH2
NH2
CH3 O H
O
NH2—CH—C—N—CH2—C—OH + H2O
两个氨基酸分子脱去一个水分子而形成二肽, 多个氨基酸分子脱去水分子而形成多肽.
n个氨基酸分子间通过缩聚(一个氨基酸分子 中氨基上的氢原子与相邻氨基酸分子羧基中的羟 基结合成水分子)后可得n肽，过程中形成了(n－1) 个肽键和 (n－1)个水。
（2）成肽反应（脱水缩合）
动物医学《基础生物化学-氨基酸》课件
1. 非极性疏水性氨基酸
甘氨酸 glycine Gly G 5.97
丙氨酸 alanine Ala A 6.00
缬氨酸 valine
Val V 5.96
亮氨酸 leucine Leu L 5.98
异亮氨酸 isoleucine Ile I 6.02
苯丙氨酸 phenylalanine Phe F 5.48
提问：为什么偏酸性？
答案： -COOH解离程度略大于-NH2的得电子能力
提问：酸性氨基酸的pI(更偏酸、更偏碱）？
答案：更酸（3.0 左 右）
碱 性 氨 基 酸pI 更 碱（7.6—10.7)( 只 有 三 种）
提问：大 多 数 氨 基 酸 在 中 性（pH=7）
时， 带
负 电？
提问：等电点时的氨基酸特点是？
脯氨酸 proline
Pro P
6.30
目录
2. 极性中性氨基酸
色氨酸 tryptophan Try W 5.89
丝氨酸 serine
Ser S 5.68
酪氨酸 tyrosine
Try Y 5.66
半胱氨酸 cysteine
Cys C 5.07
蛋氨酸 methionine Met M 5.74
天冬酰胺 asparagine Asn N 5.41
第三章 氨基酸
Chapter 3 Amino acid
本章重点内容
§3-2 氨基酸的结构和分类 §3-3 氨基酸的酸碱化学 §3-4 氨基酸的物理和化学性质
一、氨基酸——蛋白质的构件分子
★ 组成蛋白质的基本单位是氨基酸（amino acid）。
如将天然的蛋白质完全水解，最后都可得到约20种不同 的氨基酸。
氨基酸工艺学课件
1936年美国人开始从甜菜废液制取味精。
1957年日本发酵法生产味精。
编辑版ppt
15
绪论
氨基酸发酵的现状 1.谷氨酸 1964年发酵法生产味精才获得成功并
在上海工业化生产。 2006年我国味精总产量130多万吨，居
世界首位。
编辑版ppt
16
绪论
编辑版ppt
17
绪论
编辑版ppt
பைடு நூலகம்
18
绪论
编辑版ppt
19
绪论
➢2006年我国味精行业经济技术指标
1）味精精制成本：山东齐鲁味精集团公司 5223.00元/t
2）糖化收率：山东齐鲁味精集团公司 99.99 % 3）平均产酸：河南莲花味精集团 15.10 % 4）发酵转化率：山东齐鲁味精集团公司 65.70
% 5）提取收率：江苏菊花味精集团公司 99.90 % 6）精制收率：山东铃兰味精工业公司 99.10 %
编辑版ppt
6
氨基酸的种类：
– ⑴蛋白质氨基酸：蛋白质组成成分，只有 20种。
– ⑵非蛋白质氨基酸：不参与蛋白质构成的 氨基酸，种类繁多，机构不一。
– 工业生产的主要为蛋白质氨基酸。
编辑版ppt
7
蛋白质氨基酸的种类：
根据营养学
– 必须氨基酸：赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯 丙氨酸8种氨基酸，人体不能自己制造， 需要由食物提供。
– 半必须氨基酸：精氨酸、组氨酸，人体合 成的力不足于满足自身的需要，需要从食 物中摄取一部分。
– 其余的十种氨基酸人体能够自己制造，我 们称之为非必须氨基酸。
编辑版ppt
8
根据化学结构 1、 脂肪族氨基酸：丙、缬、亮、异亮、
1957年日本发酵法生产味精。
编辑版ppt
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绪论
氨基酸发酵的现状 1.谷氨酸 1964年发酵法生产味精才获得成功并
在上海工业化生产。 2006年我国味精总产量130多万吨，居
世界首位。
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绪论
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17
绪论
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பைடு நூலகம்
18
绪论
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19
绪论
➢2006年我国味精行业经济技术指标
1）味精精制成本：山东齐鲁味精集团公司 5223.00元/t
2）糖化收率：山东齐鲁味精集团公司 99.99 % 3）平均产酸：河南莲花味精集团 15.10 % 4）发酵转化率：山东齐鲁味精集团公司 65.70
% 5）提取收率：江苏菊花味精集团公司 99.90 % 6）精制收率：山东铃兰味精工业公司 99.10 %
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6
氨基酸的种类：
– ⑴蛋白质氨基酸：蛋白质组成成分，只有 20种。
– ⑵非蛋白质氨基酸：不参与蛋白质构成的 氨基酸，种类繁多，机构不一。
– 工业生产的主要为蛋白质氨基酸。
编辑版ppt
7
蛋白质氨基酸的种类：
根据营养学
– 必须氨基酸：赖氨酸、苏氨酸、亮氨酸、 异亮氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯 丙氨酸8种氨基酸，人体不能自己制造， 需要由食物提供。
– 半必须氨基酸：精氨酸、组氨酸，人体合 成的力不足于满足自身的需要，需要从食 物中摄取一部分。
– 其余的十种氨基酸人体能够自己制造，我 们称之为非必须氨基酸。
编辑版ppt
8
根据化学结构 1、 脂肪族氨基酸：丙、缬、亮、异亮、
氨的同化及氨基酸的生物合成课件
• Glu和Gln中的氮，通过进一步生化反应形成其他 有机含氮化合物。
1.谷氨酰胺，谷氨酸合成
• 生物体内Glu主要通过Gln合成酶和Glu合酶的双酶 途径合成。 Glu脱氢酶存在于所有生物，主要参与 AA的降解代谢。
2.氨甲酰磷酸的合成 •
组氨酸 FH4 甘氨酸
NAD+ NDAH+H+
N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶
N5， N10 = CH-FH4
参与嘌呤合成
H2O 环水化酶
H+
HCOOH FH4 N10 -CHO-FH4
参与嘌呤合成
2.固氮酶复合物
• 生物固氮过程由固氮酶复合物完成。固氮酶复合物 由还原酶（铁蛋白）和固氮酶（钼铁蛋白）组成。
生物固氮的总反应为： N2 + 8e + 16ATP + 16H2O + 8H+ →
2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi 固氮过程共有16个ATP被水解。
三、硝酸还原作用
NH2
NH2
CH3 CH2 CH COOH
Thr
OH NH2
CH3 CH2 CH CH COOH
Ile
CH3 NH2
CH3 S CH2 CH2 CH COOH
Met
NH2
• 在某些植物体内，也可通过类似于-酮戊二酸的还原性 氨基化反应, 使OAA与谷氨酰胺直接作用, 生成Asp。
在微生物体内，Asn在天冬酰胺合成酶催化下进行。 在某些高等植物中，天冬酰胺合成酶以Gln为氨基供体。
• 绝大部分植物吸收的氮素来自土壤,主要有硝酸盐 (NO3),亚硝酸盐(NO2),铵盐(NH4+)。其中最易 吸收的是硝态氮。
1.谷氨酰胺，谷氨酸合成
• 生物体内Glu主要通过Gln合成酶和Glu合酶的双酶 途径合成。 Glu脱氢酶存在于所有生物，主要参与 AA的降解代谢。
2.氨甲酰磷酸的合成 •
组氨酸 FH4 甘氨酸
NAD+ NDAH+H+
N5 ， N10 -CH2-FH4脱氢酶
N5， N10 = CH-FH4
参与嘌呤合成
H2O 环水化酶
H+
HCOOH FH4 N10 -CHO-FH4
参与嘌呤合成
2.固氮酶复合物
• 生物固氮过程由固氮酶复合物完成。固氮酶复合物 由还原酶（铁蛋白）和固氮酶（钼铁蛋白）组成。
生物固氮的总反应为： N2 + 8e + 16ATP + 16H2O + 8H+ →
2NH3 + H2 + 16ADP + 16Pi 固氮过程共有16个ATP被水解。
三、硝酸还原作用
NH2
NH2
CH3 CH2 CH COOH
Thr
OH NH2
CH3 CH2 CH CH COOH
Ile
CH3 NH2
CH3 S CH2 CH2 CH COOH
Met
NH2
• 在某些植物体内，也可通过类似于-酮戊二酸的还原性 氨基化反应, 使OAA与谷氨酰胺直接作用, 生成Asp。
在微生物体内，Asn在天冬酰胺合成酶催化下进行。 在某些高等植物中，天冬酰胺合成酶以Gln为氨基供体。
• 绝大部分植物吸收的氮素来自土壤,主要有硝酸盐 (NO3),亚硝酸盐(NO2),铵盐(NH4+)。其中最易 吸收的是硝态氮。
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谷氨酸生产工艺流程
培养基的配制
上罐实消 冷却接种
32 ℃,pH7.0, OD=1.0
三角瓶培养
32 ℃,pH7.0, 18~24h
测定菌体密度，OD值不再上升时，
固体斜面培养
菌体分裂完成，约12h
发酵 发酵液
发酵过程参数的控制
发酵过程 参数测定
还原糖的测定 菌体形态观察 菌体浓度测定
谷氨酸的测定
OD值 pH
➢丝氨酸 ➢色氨酸
➢蛋氨酸 ➢异亮氨酸
★氨基酸的工业合成
为什么
优点
★氨基酸的工业合成
★氨基酸的工业合成
一
消除终产物的反馈抑制与阻遏作用
二
控制发酵环境条件
三
控制旁路代谢
四 降低反馈作用物浓度
五
控制细胞渗透性
六
促进ATP积累，以利于氨基酸的生成
★氨基酸的工业合成
控制细胞渗透性
氨基酸发酵必须考虑的重要因素
细胞内生物素水平高，谷氨酸不能通过细 胞膜 表面活性剂增加细胞膜通透性 青霉素影响细胞壁合成
六 促进ATP积累，以利于氨基酸的生成
α-酮戊二酸
反馈抑制
谷氨酸
ATP
草酰乙酸 天冬氨酸 天冬氨酸激酶
γ-谷氨酰磷酸
ADP
天冬氨酰磷酸
赖氨酸
蛋氨酸
谷氨酸半缩醛
天冬氨酸半缩醛
苏氨酸
Δ1-吡咯啉-5-羧酸
氨基酸合成方法
氨基酸的合成方法
氨基酸的工业合成 发酵法生产氨基酸
★
一
酶 为什法么可用氮平衡描述?
应用完整菌体或自微生物细胞抽提 出酶类制造氨基酸
➢ 丙氨酸
➢ 色氨酸
蛋白酶分子结构图
➢ 天冬氨酸
➢ 5-羟基－色氨酸
➢ 酪氨酸
➢ 赖氨酸
➢ 多巴（二羟基苯丙氨酸）
★
二
抽抽 提提为什么法可法用氮平衡描述?
温度
搅拌速度、 DO值
pH7.0，流加尿素 调节（0.4～0.6％）
前期(0~12h) 33~35℃; 中后期(3~5h)36～38℃
通气比：1: (0.08~0.1) [100吨罐]
半胱氨酸、胱氨酸、酪氨酸的生
产由于没有其他适当方法，目前还是 用抽提法。
三
合
成为什么可用法氮平衡描述?
➢ 丙氨酸 ➢ 天冬酰胺 ➢ 甘氨酸 ➢ 蛋氨酸
➢ 丝氨酸 ➢ 色氨酸 ➢ 苯丙氨酸
★
四
直 接 发为什酵么可法用氮平衡描述?
按照菌株的特性，直接发酵法可分为四类
使用野生型菌株或 野生菌株的诱变株直 接由糖和铵盐发酵生
高丝氨酸
苏氨酸脱水酶 α-酮基丁酸
脯氨酸
缺失
黄色短杆菌（异亮氨酸缺陷型）的脯氨酸发酵机制 异亮氨酸
微生物生长动力学模型的建立 培养基的配制与灭菌
菌种的扩大培养
发酵过程中主要参数的检测
菌体浓度 限制性基质浓度
发酵动力学实验
建立微生物生长动力学模型 生化反应器重要参数KLa的检测
亚硫酸钠氧化法 动态法(溶氧电极法)
产氨基酸
由氨基酸结构类似 物抗性突变株直接由 糖和铵盐发酵生产氨
基酸
直接发酵法
由氨基酸结构类似物 抗性突变株直接由糖 和铵盐发酵生产氨基
酸
使用营养缺陷型兼抗 性突变株生产氨基酸
★
五
添加中间为产什物么可的用发氮平酵衡描述?
以氨基酸的中间产物为原料，用微
生物转化相应的氨基酸，这样可以 避免氨基酸生物合成途径中的反馈 抑制作用。