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1、天冬氨酸族氨基酸发酵,天冬氨酸族氨基酸包括：,赖氨酸 苏氨酸 蛋氨酸 异亮氨酸 天冬氨酸 高丝氨酸,天冬氨酸族氨基酸生物合成途径,天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，合成苏氨酸、异亮氨酸、蛋氨酸和赖氨酸。,天冬氨酸族氨基酸生产菌的选育及发酵机制,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。, 天冬氨酸激酶（ AK）有3种同功酶 AK:受苏氨酸的反馈抑制，受苏氨酸和异亮氨酸的多价阻遏 天冬氨酸激酶 AK：对苏氨酸不敏感，为蛋氨酸所阻遏 AK：受赖氨酸反馈抑制和阻遏,高丝氨酸脱氢酶（HD）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的第一个酶）有2种同功酶 HD
2、：受苏氨酸反馈抑制，受苏氨酸和异亮氨酸的多价阻遏 高丝氨酸脱氢酶 HD：受蛋氨酸阻遏,1.大肠杆菌中天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制,二氢吡啶-2,6-二羧酸还原酶 受赖氨酸的反馈抑制。 O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶和半胱氨酸脱硫化氢酶受的受蛋氨酸的反馈阻遏 高丝氨酸激酶受苏氨酸的反馈阻遏 苏氨酸脱氨酶受异亮氨酸的反馈抑制,在大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸生物合成中，当某一终产物如苏氨酸过量时，只能抑制Ak和HD及自身分支点的高丝氨酸激酶，限制苏氨酸的合成，并不影响蛋氨酸和赖氨酸的合成。因此，大肠杆菌中这样的调节模式对氨基酸生产菌的选育是不利的。,2.谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等菌中的天冬氨酸
3、族氨基酸的代谢调节机制,谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等菌中的天冬氨酸族氨基酸的代谢调节机制主要包括： （1）关键酶 （2）优先合成 （3）代谢互锁 （4）平衡合成 （5）天冬氨酸和谷氨酸之间的调节机制,影响天冬氨酸族氨基酸发酵的主要因素,发酵培养基中生物素添加量对产酸的影响 发酵培养基中营养缺陷型营养物添加量对产酸的影响 天冬氨酸族氨基酸发酵溶解氧的控制 天冬氨酸族氨基酸发酵中的回复突变,赖氨酸发酵,根据天冬氨酸族氨基酸的代谢调节机制，选育赖氨酸产生菌应从以下几方面着手：,切断或减弱支路代谢 解除反馈调节 解除代谢互锁 改善膜的通透性 增加前体物的合成 选育温度敏感突变株 选育脲酶回复突变株 利用
4、基因工程技术构建赖氨酸工程菌株,一、切断或减弱支路代谢,在赖氨酸发酵育种中，选育营养缺陷型或渗漏突变型（即切断或减弱合成蛋氨酸和苏氨酸的分支途径），可达到积累赖氨酸的目的。,二、解除反馈调节,天冬氨酸激酶反馈调节的解除（AK脱敏） 磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的脱敏与激活,三、解除代谢互锁,四、改善膜的通透性 五、增加前体物的合成 六、选育温度敏感突变株 七、选育脲酶回复突变株 八、利用基因工程技术构建赖氨酸工程菌株,苏氨酸发酵,一 、苏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 5.二氧吡啶-2,6-二羧酸合成酶
5、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.苏氨酸脱氨酶活力微弱或丧失,二、选育苏氨酸生产菌的方法,1.切断支路代谢 在苏氨酸发酵代谢控制育种上，切断或减弱除苏氨酸以外的能控制共同酶的赖氨酸和蛋氨酸的合成途径，一方面降低了这些物质的浓度，解除了它们对代谢途径中关键酶的反馈调节作用，另一方面还可以节省碳源，使代谢流高效地转向所需的目的产物苏氨酸，并使之得以大量合成。因此，选育和利用营养缺陷型突变株（或营养渗漏型突变株、营养缺陷回复突变株）是生产苏氨酸的有效措施。,2.解除反馈调节 在苏氨酸发酵中，必须解除终产物对关键酶天冬氨酸激酶和高丝氨酸脱氢酶的反馈
6、调节。选育抗赖氨酸、抗苏氨酸结构类似物突变株，可以得到关键酶天冬氨酸激酶对苏氨酸、赖氨酸协同反馈抑制脱敏的突变株（例如选育编码天冬氨酸激酶的结构基因发生突变的菌株）。选育抗苏氨酸结构类似物突变株，可遗传性地解除苏氨酸对高丝氨酸脱氢酶的反馈抑制，这是苏氨酸发酵育种的重要手段，也是目前氨基酸发酵育种的主要方法。,3.增加前体物天冬氨酸的合成 天冬氨酸是苏氨酸生物合成的前体物，增加天冬氨酸的合成，是苏氨酸得以大量积累的必要条件。 （1）选育天冬氨酸结构类似物抗性突变株 （2）选育丙氨酸缺陷突变株 措施（3）强化从丙酮酸得到苏氨酸的代谢流 （4）谷氨酸优先合成转换 （5）利用平衡合成,5.利用现代生物
7、技术选育苏氨酸生产菌 (1)利用转导和原生质体转化法选育苏氨酸生产菌 (2)利用原生质体融合技术选育苏氨酸生产菌 (3)利用基因工程技术构建苏氨酸工程菌,蛋氨酸发酵,一、蛋氨酸高产菌应具备的生化特征,二氧化碳固定能力强 天冬氨酸合成能力强 天冬氨酸激酶活力强 高丝氨酸脱氢酶活力强 二氧吡啶-2,6-二羧酸合成酶活力微弱或丧失 高丝氨基酸激酶活力微弱或丧失 谷氨酸脱氢酶活力弱 O-琥珀酰高丝氨基酸转琥珀酰酶活力强 S-腺苷蛋氨酸（SAM）合成酶丧失,二、蛋氨酸高产菌定向育种策略,4.增加前体物的合成,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
8、力强 3.天冬氨酸激酶活力强 4.高丝氨酸脱氢酶活力强 5.二氧吡啶-2,6-二羧酸合成酶活力微弱或丧失 6.高丝氨酸-O-转乙酰酶丧失 7.高丝氨酸激酶丧失 8.谷氨酸脱氢酶活力弱,二、高丝氨酸高产菌的定向育种策略,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.谷氨酸脱氢酶活力微弱 3.丙酮酸氨化酶微弱或丧失 4.二氧化碳固定反应能力强 5.柠檬酸合成酶活力弱 6.草酰乙酸氨基反应强,二、天冬氨酸高产菌的育种策略,1.解除反馈调节 天冬氨酸对磷酸烯醇丙酮酸羧化酶存在着反馈抑制作用，天冬氨酸合成过量后反馈抑制磷酸烯醇丙酮酸羧化酶的活性，是天冬氨酸生物合成的速度减慢或停止，所以，必须解除天冬氨酸对磷酸烯醇丙酮酸羧化酶的反馈抑制。选育天冬氨酸结构类似物抗性突变株。,
