第三篇第五章芳香族氨基酸和其他氨基酸发酵机制
氨基酸发酵机制及过程
④沿着由柠檬酸至α–酮戊二酸的氧化途径，谷氨酸产 生菌有两种NADP专性脱氢酶，即异柠檬酸脱氢酶和L谷氨酸脱氢酶。 在谷氨酸的生物合成中，谷氨酸脱氢酶和异柠檬 酸脱氢酶在铵离子存在下，两者非常密切地偶联起 来，形成强固的氧化还原共轭体系，不与NADPH2 的末端氧化系相连接，使α–酮戊二酸还原氨基化生 成谷氨酸。
2．三羧酸循环(TCA循环)的调节
谷氨酸产生菌在代谢途径中，三羧酸循环的调节主要 是通过5种酶的调节进行的。这五种酶是磷酸烯醇式丙酮 酸羧化酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢 酶和α-酮戊二酸脱氢酶。
草酰乙酸+谷氨酸
谷氨酸转氨酶
天冬氨酸+α -酮戊二酸
谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后， 谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力并阻遏柠檬酸合成酶 的合成，使代谢转向天冬氨酸的合成。
在谷氨酸发酵生产中，生物素缺陷型菌在 NH4+存在时，葡萄糖消耗速率快而且谷氨酸收率 高； NH4+不存在时，葡萄糖消耗速率很慢，生 成物是α–酮戊二酸、丙酮酸等物质，不产生谷氨 酸。
四、细胞膜通透性的调节
对谷氨酸发酵的重要性： 当细胞膜转变为有利于谷 氨酸向膜外渗透的方式， 谷氨酸才能不断地排出细 胞外，这样既有利于细胞 内谷氨酸合成反应的优先 性、连续性，也有利于谷 氨酸在胞外的积累。
4．CO2固定反应的调节
CO2固定反应主要通过以下途径完成：
C02的固定反应的作用：补充草酰乙酸； 在谷氨酸合成过程中，糖的分解代谢途径与C02固定 的适当比例是提高谷氨酸对糖收率的关键问题。
5．NH4+的调节
谷氨酸脱氢酶也能催化谷氨酸氧化脱氨反应，脱 氨过程以NAD+作为辅酶，该酶催化的反应虽然偏向 氨合成谷氨酸一边，但是脱氢过程产生的NADH被氧 化成NAD+，同时产生的NH3很容易被除去。 脱氨反应被NH4+和α–酮戊二酸所抑制，这对于谷 氨酸的积累也起到了很好的作用。
氨基酸发酵机制PPT课件
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• ①协同（或多价）反馈抑制： • ②合作（或增效）反馈抑制： • ③同功酶控制： • ④积累反馈抑制：
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2.顺序控制：
A
B
DE
C
F
7.选育温度敏感突变株
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
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谢谢您的指导
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汇报人：XXXX 日期：20XX年XX月XX日
G
A
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3.平衡合成：
B
C
E
D×
F G
4.代谢互锁：从生物合成途径看，是受一种 完全无关的氨基酸的控制。它只是在很高浓 度下（与生理学浓度相比）才能体现抑制作 用，而且是部分性的抑制（阻遏）作用。
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第二节谷氨酸的发酵机制 一、谷氨酸的生物合成途径及调节机制
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4、解除代谢互锁 在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸的生物合成
与亮氨酸之间存在代谢互锁，赖氨酸生物合 成分支的第一个酶（DDP合成酶）受亮氨酸 的阻遏。
解除这一代谢互锁的方法:
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①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，经诱变得抗AEC兼 亮氨酸缺陷型菌株 ②选育抗亮氨酸结构类似物突变株
氨基酸产香机制
氨基酸产香机制一、引言氨基酸是构成蛋白质的基本单元，不仅在生物体内具有重要的生理功能，还能产生各种香味。
氨基酸产香机制一直是研究的热点之一，本文将从氨基酸的结构和性质、氨基酸产香机制以及应用等方面进行详细介绍。
二、氨基酸的结构和性质1. 氨基酸的结构氨基酸是由一个羧基（COOH）和一个胺基（NH2）组成的有机化合物。
它们通过一个碳原子连接在一起，形成了一个共价键。
除了这两个官能团外，每种氨基酸还有一个侧链（R），它决定了每种氨基酸的特殊性质。
2. 氨基酸的性质由于不同侧链结构的存在，每种氨基酸都具有不同的化学性质。
例如，苯丙氨酸中含有苯环结构，在碱性条件下可以发生芳香族羟化反应；赖氨酸含有两个胺基，可以与羧甲醛反应生成异噁唑状产物。
此外，氨基酸还具有光学活性，大部分氨基酸都是L型异构体。
三、氨基酸产香机制1. 氨基酸的挥发性氨基酸在一定温度下可以挥发出来，这是产生香味的必要条件之一。
不同氨基酸的挥发性不同，通常与它们的分子量、极性和侧链结构有关。
2. 氨基酸的降解氨基酸在生物体内或外部环境中会发生降解反应，其中最主要的是脱羧反应。
在这个过程中，羧基被脱去，产生一个羰基和一个游离的NH3。
这个羰基可以通过多种途径进一步转化为其他化合物。
3. 氨基酸降解产生香味化合物在氨基酸降解过程中，会产生各种各样的香味化合物。
例如，在赖氨酸脱羧反应中生成丝氨酸和异亮氨酸；苯丙氨酸脱羧后可以生成苯乙烯等。
这些化合物具有不同的香味特征，在食品、香料等领域有广泛的应用。
四、氨基酸产香的应用1. 食品氨基酸产生的香味化合物在食品中广泛应用，可以增加食品的口感和风味。
例如，赖氨酸和苯丙氨酸可以在肉类中产生独特的烤肉香味；谷氨酸可以增强汤类食品的鲜味。
2. 香料氨基酸产生的香味化合物也被广泛用于香料制造中。
例如，丝氨酸可以用于制造花香型香料；异亮氨酸可以用于制造果香型香料。
3. 化妆品一些化妆品也采用了氨基酸产生的香味化合物作为成分，以增加产品的吸引力。
发酵机制-氨基酸发酵机制11-12节
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6. 促进ATP的积累利于氨基酸合成
氨基酸生物合成需要能量，ATP的积累可促进 合成。
例如：添加高浓度ATP和谷氨酸，能够促进不 合成脯氨酸的破碎细胞，合成脯氨酸，如图。
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解释了添加ATP、前体物促进合成脯氨酸
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第五章 氨基酸发酵机制
氨基酸是典型的代谢控制发酵 因为：微生物自身不过量积累氨基酸。这
需要打破微生物的正常代谢调节途径。 氨基酸属于微生物发酵的代谢中间产物。 需要以下6种代谢途径控制方法。 1.控制旁路代谢
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1.控制旁路代谢
看：D-苏氨酸生成L-异亮氨酸的代谢机制
采用D-苏氨酸生成脱氢酶不受L-异亮氨酸 的反馈抑制。
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2 降低反馈作用物的浓度
谷氨酸棒杆菌的鸟氨酸代谢机制
采用： 瓜氨酸缺陷型 解除精氨酸的 反馈抑制。
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3.消除终产物的反馈抑制与反馈阻遏
谷氨酸棒杆菌的L-赖氨酸代谢机制 采用：
抗氨基酸
结构类似物
如赖氨酸的 结构类似物
S-（β-氨基乙基） L-半胱氨酸。 与苏氨酸协同反馈
3.2 抗反馈阻遏突变的机制
正常无活性的阻遏物（阻遏基因产生）与反 馈阻遏物结合→有活性的阻遏物→与操纵子 结合→转录无法合成mRNA
突变的无活性阻遏物无法与反馈阻遏物结合 →无活性的阻遏物→转录正常合成mRNA
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4. 控制细胞渗透性
例如：谷氨酸大量合成需要增加细胞 膜通透性，
方法：1）生物素缺乏 2）加入表面活性剂 3）添加青霉素 4）油酸缺陷型菌株？
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5. 控制发酵环境
第三篇第五章芳香族氨基酸和其他氨基酸发酵机制
芳香族氨基酸和其他氨基酸发酵机制一、芳香族氨基酸生物合成途径与发酵机制芳香族氨基酸---------分子中都含有苯环色氨酸Trp苯丙氨酸Phe酪氨酸Tyr二、芳香族氨基酸的生物合成途径合成途径特点：•从4-磷酸赤藓糖与磷酸烯醇丙酮酸合成3-脱氧-D-阿拉伯糖型庚酮糖-7-磷酸（DAHP）到分支酸，是Phe、Tyr和Trp的共同途径；•从分支酸到预苯酸（PPA），是Phe和Tyr的共同途径；•在分枝酸处，倾向于优先合成氨茴酸；在预苯酸处，倾向于优先合成对羟苯丙酮酸。
即优先合成顺序是：Trp- Tyr- Phe。
•三、芳香族氨基酸的代谢调控机制•大肠杆菌中有三种DAHP合成酶•谷氨酸棒杆菌中，在芳香族氨基酸生物合成途径中受调节控制的关键酶：DAHP合成酶（DS）、分枝酸变位酶（CM）、预苯酸脱氢酶（PD）、预苯酸脱水酶（PT）和氨茴酸合成酶（AS）•黄色短杆菌中有一种DAHP合成酶，代谢调节较易控制1、大肠杆菌中芳香族氨基酸生物合成途径与代谢控制①DAHP合成酶②分支酸变位酶③PPA脱氢酶④PPA脱水酶⑤氨茴酸合成酶2、在黄色短杆菌中芳香族氨基酸生物合成的调节机制DS－DAHP合成酶CM－分支酸变位酶PD－预苯酸脱氢酶PT－预苯酸脱水酶AS－氨茴酸合成酶四、色氨酸发酵机制色氨酸生产菌的遗传标记位置色氨酸代谢调控机制（大量生成和积累色氨酸）切断支路代谢，选育苯丙氨酸和酪氨酸双重缺陷型（phe-+tyr-）的突变株；然后遗传性的解除色氨酸自身的反馈抑制和阻遏及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸对DAHP合成酶的反馈调节；选育色氨酸多重结构类似物抗性突变株；在发酵过程中限量添加苯丙氨酸和酪氨酸。
苯丙氨酸和酪氨酸发酵机制苯丙氨酸代谢调控机制▪首先切断芳香族氨基酸生物合成向酪氨酸和色氨酸的代谢支路，选育色氨酸和酪氨酸双重缺陷型（tyr-+trp-）突变株；▪然后遗传性的解除苯丙氨酸自身对预苯酸脱水酶和分支酸变位酶的反馈抑制和阻遏，及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸对DAHP合成酶的反馈调节；▪选育苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸多重结构类似物抗性突变株；▪发酵中限量添加酪氨酸和色氨酸，使苯丙氨酸大量积累。
微生物工程工艺原理第五章氨基酸发酵机制
微生物细胞的代谢调节方式很多，其中以调 节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面 ，一是“粗调”，即调节酶的合成量；二是“细 调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者密 切配合和协调，以达到最佳调节效果。
第二篇 发酵机制
2.选育油酸缺陷型
3.选育甘油缺陷型
4.选育温度敏感型突变株
由于磷脂结构复杂，又是细胞膜的必要成 分，所以磷脂合成障碍必须是条件型突变 ，如温度敏感型突变株才能存活，反之， 从温度敏感型突变株中可以找到细胞膜合 成有缺陷的突变株。
5其他，如营养缺陷型；药物抗性突变株 ；敏感型突变株等
第五章 氨基酸发酵机制
第二篇 发酵机制
1957年发酵法生产谷氨酸在日本协和发酵公 司投产。 日本在谷氨酸发酵生产方面居世界领先地位 。味之素、协和等均是其中代表。我国近年 的发展也比较快;如河南的莲花味精公司，目 前味精产量已从1983年的400吨上升到目前拥 有30万吨味精的年生产能力。
第五章 氨基酸发酵机制
第五章 氨基酸发酵机制
第二篇 发酵机制
二、细胞膜通透性控制
谷氨酸生产菌的主要生化特点： ①α-酮戊二酸脱氢酶活性极低或缺失 ②谷氨酸脱氢酶活性很高，不被低浓度的谷 氨酸抑制 ③ 细胞膜对谷氨酸的通透性高
第二篇 发酵机制
n-石蜡
油酸C18 (限量)
C18酸 C16酸
磷脂质 脂肪酸
心磷脂
青霉素
磷脂酰ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ油
第二篇 发酵机制
谷氨酸生产菌能够在体外积累菌体最大生长 需要量300多倍的谷氨酸，研究发现：大量积 累是由于： ①代谢调节控制； ②细胞膜通透性的特异调节； ③发酵条件的适合；
芳香族氨基酸生物合成代谢途径调控研究
芳香族氨基酸生物合成代谢途径调控研究芳香族氨基酸生物合成代谢途径是指通过生物合成途径产生芳香族氨基酸（Tyr、Phe、Trp）这三种氨基酸的过程。
这三种氨基酸因其独特的结构与生物活性，具有重要的生物学功能，如参与蛋白质的合成、激素的合成等，对维持生命体的代谢过程具有重要作用。
因此，对其生物合成代谢途径的调控研究具有重要的生物学意义。
芳香族氨基酸的生物合成途径主要分为三个步骤：第一步是前体物质的合成，第二步是核心酶催化的中间化合物的合成，第三步是具有芳香嗪核心结构的氨基酸的合成过程。
在前体物质的合成阶段中，糖酵解途径提供了部分生物合成必须的前体 R-5-P、E4P、华氏酰辅酶A等，而糖原合成途径则直接合成了另一种前体 PEP。
这些前体受到环境因素和生理状态的影响，在代谢产物积累或减少时，这些反应酶的合成或降解受到调控。
在核心酶催化的中间化合物的合成阶段中，各个反应酶在不同的组织和生理状况下表现出不同的活性。
例如，调控各种氨基酸合成途径中的关键酶活性是调节芳香族氨基酸生物合成的一个重要途径。
特别是，主要在细胞中调节 Trp 合成的反应酶 3-hydroxylationase 含有多种调节机制，包括底物与产品抑制、反馈抑制、分子伴侣的调节等。
在芳香族氨基酸的合成阶段，各个反应酶的表达水平也受到复杂的调控。
通常，芳香族氨基酸生物合成途径中的各种反应酶基因会受到细胞内的调控，包括底物诱导、影响酶活性的分子伴侣的调节等。
例如，通过基因突变、转座子插入等方法获得的变异细胞株可以证明这些基因对生物合成途径的响应至关重要，进一步启示了利用遗传和基因工程方法来探究芳香族氨基酸生物合成调节机制的新途径。
总之，芳香族氨基酸生物合成代谢途径的调控是一个复杂的生物学过程。
对其的深入研究既可以增强我们对咱们身体机能的认知，也为新物质的发现和生命科学研究提供了潜在的应用价值。
芳香族氨基酸
芳香族氨基酸
芳香族氨基酸是一类结构复杂的有机化合物，它们在生命过程中发挥着重要的作用，因此被称为“生命的基础”。
研究表明，芳香族氨基酸对于维持人体健康具有重要意义，它们可以增强免疫力，促进毒素代谢，改善消化功能，降低体液中的水分，减少炎症反应，增加胃肠道膜通透性以及调节血液中的氧化还原反应等。
芳香族氨基酸由三种类型的氨基酸组成：芳香族酸性氨基酸，芳香族中性氨基酸和芳香族碱性氨基酸。
这三类氨基酸在人体中作用不同，但是共同维持了机体的健康状态。
芳香族酸性氨基酸是最常用的氨基酸，其能够增强人体免疫力，促进消化系统代谢，抑制肿瘤细胞生长，减少炎症反应以及抗菌。
另外，芳香族酸性氨基酸还能提高血液中的血糖水平，降低血液中的血脂水平以及降低血管壁的抗球蛋白物质的含量。
芳香族中性氨基酸的主要作用是调节蛋白质的合成，维持机体代谢的均衡，具有抗氧化和抗炎的作用。
另外，芳香族中性氨基酸还可以促进消化系统的功能，改善肠道膜的通透性，减少肠蠕动的减弱，促进营养物质的吸收。
芳香族碱性氨基酸参与抗氧化过程，减少自由基的产生，减少机体细胞损伤，抑制肿瘤细胞的生长，防止癌症的发生，抑制炎症反应，增强免疫力，以及改善血液循环。
此外，芳香族碱性氨基酸还能增加人体内的能量，提高人体的精力和活力，促进肌肉的生长和修复和保护神经系统。
总而言之，芳香族氨基酸是人体健康保持的重要因素，它们可以改善机体的免疫功能，使消化系统更加高效，降低血液中的水分，减少炎症反应，增加胃肠道膜通透性以及调节血液中的氧化还原反应。
因此，摄入充足的芳香族氨基酸是保持健康的重要环节。
此外，在进食的时候，应该注意食物的营养平衡，以免摄入不足或者摄入过多的食物，造成身体健康的损害。
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芳香族氨基酸和其他氨基酸发酵机制
一、芳香族氨基酸生物合成途径与发酵机制
芳香族氨基酸---------分子中都含有苯环
色氨酸Trp
苯丙氨酸Phe
酪氨酸Tyr
二、芳香族氨基酸的生物合成途径
合成途径特点：
•从4-磷酸赤藓糖与磷酸烯醇丙酮酸合成3-脱氧-D-阿拉伯糖型庚酮糖-7-磷酸（DAHP）到分支酸，是Phe、Tyr和Trp的共同途径；
•从分支酸到预苯酸（PPA），是Phe和Tyr的共同途径；
•在分枝酸处，倾向于优先合成氨茴酸；在预苯酸处，倾向于优先合成对羟苯丙酮酸。
即优先合成顺序是：Trp- Tyr- Phe。
•
三、芳香族氨基酸的代谢调控机制
•大肠杆菌中有三种DAHP合成酶
•谷氨酸棒杆菌中，在芳香族氨基酸生物合成途径中受调节控制的关
键酶：DAHP合成酶（DS）、分枝酸变位酶（CM）、预苯酸脱氢酶
（PD）、预苯酸脱水酶（PT）和氨茴酸合成酶（AS）•黄色短杆菌中有一种DAHP合成酶，代谢调节较易控制
1、大肠杆菌中芳香族氨基酸生物合成途径与代谢控制
①DAHP合成酶
②分支酸变位酶
③PPA脱氢酶
④PPA脱水酶
⑤氨茴酸合成酶
2、在黄色短杆菌中芳香族氨基酸生物合成的调节机制
DS－DAHP合成酶
CM－分支酸变位酶
PD－预苯酸脱氢酶
PT－预苯酸脱水酶
AS－氨茴酸合成酶
四、色氨酸发酵机制
色氨酸生产菌的遗传标记位置
色氨酸代谢调控机制（大量生成和积累色氨酸）
切断支路代谢，选育苯丙氨酸和酪氨酸双重缺陷型（phe-+tyr-）的突变株；然后遗传性的解除色氨酸自身的反馈抑制和阻遏及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸对DAHP合成酶的反馈调节；
选育色氨酸多重结构类似物抗性突变株；
在发酵过程中限量添加苯丙氨酸和酪氨酸。
苯丙氨酸和酪氨酸发酵机制
苯丙氨酸代谢调控机制
▪首先切断芳香族氨基酸生物合成向酪氨酸和色氨酸的代谢支路，选育色氨酸和酪氨酸双重缺陷型（tyr-+trp-）突变株；
▪然后遗传性的解除苯丙氨酸自身对预苯酸脱水酶和分支酸变位酶的反馈抑制和阻遏，及苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸对DAHP合成
酶的反馈调节；
▪选育苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸多重结构类似物抗性突变株；
▪发酵中限量添加酪氨酸和色氨酸，使苯丙氨酸大量积累。
▪
五、分支链氨基酸族氨基酸生物合成途径发酵机制
亮氨酸Leu，C6H13O2N
异亮氨酸Ile，C6H13O2N
缬氨酸Val，C5H11O2N
分支链氨基酸族氨基酸生物合成途径和代谢调节机制
分枝链氨基酸生物合成途径和自我调节的特点
分枝链氨基酸生物合成的优先顺序为：
Ile、Leu、Val
2）TD受Ile的强烈反馈抑制；
3）AS受Val的反馈抑制；
4） -异丙基苹果酸合成酶受Leu的反馈抑制；
5）分枝链氨基酸合成酶系的各个酶的生成，受这三种末端
氨基酸——Ile+Val+Leu的多价阻遏。
添加D-苏氨酸、α-溴丁酸、α-氨基丁酸等前提物，绕过反馈调节；
添加的D-苏氨酸脱氢酶是诱导酶，不受反馈抑制，并选育Ile结构类似物抗性突变株，从而解除Ile对TD和对AS的反馈调节；
由于添加D-苏氨酸，则会使Ile、Val、Leu在菌体内的贮存平衡受到破坏，使Ile大量积累；
意控制培养基中Val和Ｇ亚适量，并选育Leu－突变株；
增加前体物质的生成量。
缬氨酸育种机制（讨论）
（“共系的生物合成途径”——分别为共同的酶所催化）切断支路代谢，选育Ile－＋Leu－突变株；
•解除Ile、Val、Leu对合成酶系（AS）的多价阻遏（筛选结构类似物突变株）；
•解除Val对α-乙酰乳酸合成酶的反馈抑制。
Val生产菌的遗传标记：
Ile－＋Leu－＋α-ABr＋2-TAr＋CMr
（α-氨基丁酸）（2-噻唑丙氨酸）
亮氨酸发酵机制（讨论）
首先必须解除Leu对α-异丙基苹果酸合成酶的反馈抑制，
选育抗Leu结构类似物(如2-TA)突变株；
选育抗Val结构类似物(如2-AB)的突变株；
切断支路代谢，选育Ile－突变株。