最新天冬氨酸族氨基酸发酵机制赖氨酸补充材料PPT课件.ppt

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1、进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩

2、子们却在周下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇强子，别跑了，快来我给你扇扇”。孩。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑什么？你看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！蒲扇是中国传统工艺品，在是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味

3、道！蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，圆，轻巧又便宜的蒲扇。蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人

4、生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅长的时间隧道，袅天冬氨酸族氨基酸发酵机制赖氨酸补充材料第一节第一节 生物合成途径（天冬氨酸族）生物合成途径（天冬氨酸族）及代谢调控机制及代谢调控机制一、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、异亮氨酸、或天冬氨酸为原料，合成苏氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸和赖氨酸。蛋氨酸和赖氨酸。2.2.黄色短杆菌黄色短杆菌 其赖氨酸生物合成调节机制比大肠杆菌其赖氨酸生物合成调节机制比大肠杆菌简单

5、，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有简单，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有两个变构部位，可以与终产物结合，当只有两个变构部位，可以与终产物结合，当只有一种终产物（赖氨酸或苏氨酸）与酶结合，一种终产物（赖氨酸或苏氨酸）与酶结合，酶活性不受影响。当两种终产物（赖氨酸和酶活性不受影响。当两种终产物（赖氨酸和苏氨酸）同时过量时，与酶的两个变构部位苏氨酸）同时过量时，与酶的两个变构部位结合，该酶活性受到抑制，这种终产物的反结合，该酶活性受到抑制，这种终产物的反馈抑制称为馈抑制称为协同反馈抑制协同反馈抑制。P P P P74747474图图图图6-3 6-3 6-3 6-3 3.3.乳糖发酵短杆菌赖氨酸合成

6、调节乳糖发酵短杆菌赖氨酸合成调节 P P7575，图，图6-6-5 51 1）存在代谢优先向苏氨酸和蛋氨酸方向进行。）存在代谢优先向苏氨酸和蛋氨酸方向进行。2 2）与黄色短杆菌区别：）与黄色短杆菌区别：n nAKAK受赖氨酸受赖氨酸+苏氨酸的反馈抑制苏氨酸的反馈抑制n n存在代谢互锁，存在代谢互锁，DDPDDP合成酶的合成受亮氨酸阻合成酶的合成受亮氨酸阻遏。遏。DDPDDP还原酶受半胱氨酸和丙氨酸抑制。还原酶受半胱氨酸和丙氨酸抑制。三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和三、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制调节机制 所谓同型所谓同型TCATCA循环途径进行，但生物合循环途径进行，但生物合成

7、酶与成酶与TCATCA循环酶完全两样。循环酶完全两样。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 出发菌株的选择：要求代谢比较简单的细出发菌株的选择：要求代谢比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵短杆菌等）短杆菌等）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。降低高丝氨酸脱氢酶活性，使代谢流转向优降低高丝氨酸脱氢酶活性，使代谢流转向优先合成赖氨酸。先合成赖氨酸。高丝氨酸脱氢酶渗漏缺陷型高丝氨酸脱氢酶渗漏缺陷型。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。黄色短杆菌、谷氨

8、酸棒杆菌，对天冬黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌，对天冬氨酸激酶的反馈抑制是赖氨酸氨酸激酶的反馈抑制是赖氨酸+苏氨酸的协苏氨酸的协同作用，通过诱变使同作用，通过诱变使高丝氨酸脱氢酶缺失高丝氨酸脱氢酶缺失，切断通向苏氨酸、蛋氨酸的代谢流，控制切断通向苏氨酸、蛋氨酸的代谢流，控制高丝氨酸（或苏氨酸高丝氨酸（或苏氨酸+蛋氨酸）量，降低苏蛋氨酸）量，降低苏氨酸浓度，解除协同反馈作用，过量积累氨酸浓度，解除协同反馈作用，过量积累赖氨酸。赖氨酸。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）。优点：突变株遗传性地解除了终产物对自身合成优点：突变株遗传性地解除了终产物对自

9、身合成途径的酶的调节控制，不受培养基中所要求物途径的酶的调节控制，不受培养基中所要求物质浓度的影响，生产较稳定。质浓度的影响，生产较稳定。通过诱变使天冬氨酸激酶编码的结构基因通过诱变使天冬氨酸激酶编码的结构基因发生突变，对赖氨酸及结构类似物不敏感，即发生突变，对赖氨酸及结构类似物不敏感，即使有过量苏氨酸存在，该酶也不与赖氨酸或结使有过量苏氨酸存在，该酶也不与赖氨酸或结构类似物结合，但酶活性中心不变。构类似物结合，但酶活性中心不变。4.解除代谢互锁解除代谢互锁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的赖的赖氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变得到抗氨酸的生产菌为出发菌株

10、，经诱变得到抗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传上解除亮氨酸对DDPDDP合成酶的阻遏。合成酶的阻遏。选育对苯醌或喹啉衍生物敏感菌株，这是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。一种寻找亮氨酸渗漏缺陷型菌株的有效方法。5.5.5.5.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：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：方法方法方法方法：选育丙氨酸缺陷型；选育丙氨酸缺陷型；选育丙氨酸缺

11、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；选育适宜的选育适宜的选育适宜的选育适宜的COCOCOCO2 2 2 2固定酶固定酶固定酶固定酶/TCA/TCA/TCA/TCA循环酶活性比突变株；循环酶活性比突变株；循环酶活性比突变株；循环酶活性比突变株；1.1.1.1.通过通过通过通过TCATCATCATCA循环循环循环循环 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸 赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸2.2.通过磷酸烯醇式丙酮酸羧

12、化反应通过磷酸烯醇式丙酮酸羧化反应 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸 赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸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 天冬氨酸系分枝代谢途径中，末端产物天冬氨酸系分枝代谢途径中，末端产物种类多，调节机制复杂，为高效率生产种类多，调节机制复杂，为高效率生产赖氨酸，可以采取顺次解除各种调节机赖氨酸，可以采取顺次解除各种调节机制的诱变育种，获得多重标记的突变株。制的诱变育种，获得多重标记的突

13、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n n选育遗传性稳定的菌株选育遗传性稳定的菌株n n定向赋加生产菌多个遗传标记定向赋加生产菌多个遗传标记n n菌种培养和保藏时，培养基要丰富，尤其有足菌种培养和保藏时，培养基要丰富，尤其有足够的要求营养物够的要求营养物n n培养时添加抗生素，抑制恢复突变株的生长，培养时添加抗生素，抑制恢复突变株的生长，达到分纯的目的。达到分纯的目的。第三节第三节 苏氨酸、蛋氨酸、高丝氨酸和天冬氨苏氨酸、蛋氨酸、高丝氨酸和天冬氨酸的育种途径酸的育种途径n n一、苏一、苏氨酸的氨酸的育种途育种途径径苏

14、氨酸高产菌株应具备的生化特征苏氨酸高产菌株应具备的生化特征n nDDP合成酶活力极弱或欠缺合成酶活力极弱或欠缺n n琥珀酰高丝氨酸合成酶酶活力极弱或欠缺琥珀酰高丝氨酸合成酶酶活力极弱或欠缺n n苏氨酸脱氨酶酶活力极弱或欠缺苏氨酸脱氨酶酶活力极弱或欠缺n nCO2固定能力强固定能力强n n天冬氨酸合成能力强天冬氨酸合成能力强n n天冬氨酸激酶活力强，对苏氨酸和赖氨酸的协天冬氨酸激酶活力强，对苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制不敏感同反馈抑制不敏感n n高丝氨酸脱氢酶活力强，不受苏氨酸反馈调节。高丝氨酸脱氢酶活力强，不受苏氨酸反馈调节。二、高丝氨酸菌种的选育途径二、高丝氨酸菌种的选育途径n nDDP合成

15、酶活力极弱或欠缺合成酶活力极弱或欠缺n n琥珀酰高丝氨酸合成酶酶活力极弱或欠缺琥珀酰高丝氨酸合成酶酶活力极弱或欠缺n n高丝氨酸激酶欠缺高丝氨酸激酶欠缺n nCO2固定能力强固定能力强n n天冬氨酸合成能力强天冬氨酸合成能力强n n天冬氨酸激酶活力强，对苏氨酸和赖氨酸的协同天冬氨酸激酶活力强，对苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制不敏感反馈抑制不敏感n n高丝氨酸脱氢酶活力强，不受苏氨酸和蛋氨酸反高丝氨酸脱氢酶活力强，不受苏氨酸和蛋氨酸反馈调节。馈调节。高产高丝氨酸菌株应具备的生化特征高产高丝氨酸菌株应具备的生化特征三、蛋氨酸育种途径三、蛋氨酸育种途径高产蛋氨酸应具备的生化特性高产蛋氨酸应具备的生化特

16、性n nDDP合成酶活力极弱或欠缺合成酶活力极弱或欠缺n nS-腺苷蛋氨酸酶活力极弱或欠缺腺苷蛋氨酸酶活力极弱或欠缺n n高丝氨酸激酶欠缺高丝氨酸激酶欠缺n nCO2固定能力强固定能力强n n天冬氨酸合成能力强天冬氨酸合成能力强n n天冬氨酸激酶活力强，对苏氨酸和赖氨酸的协同天冬氨酸激酶活力强，对苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制不敏感反馈抑制不敏感n n高丝氨酸脱氢酶活力强，苏氨酸和异亮氨酸的反高丝氨酸脱氢酶活力强，苏氨酸和异亮氨酸的反馈调节不敏感、不受蛋氨酸反馈调节。馈调节不敏感、不受蛋氨酸反馈调节。四、天冬氨酸的育种途径四、天冬氨酸的育种途径高产天冬氨酸菌株应有的生化特征高产天冬氨酸菌株应有的生化特征n n天冬氨酸激酶丧失天冬氨酸激酶丧失n n丙酮酸氨基化酶丧失丙酮酸氨基化酶丧失n nCO2固定酶系丙酮酸氧化脱羧要强固定酶系丙酮酸氧化脱羧要强n n草酰乙酸氨基化反应强。草酰乙酸氨基化反应强。