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1、精 氨 酸v组员：容星 易方勇 肖军v精氨酸英文名arginine; 缩写：Arg v学名：2-氨基-5-胍基-戊酸 vL-精氨酸是蛋白质合成中的编码氨基酸，哺 乳动物必需氨基酸和生糖氨基酸。而D-精氨 酸在自然界中尚未发现。v精氨酸是一种氨基酸，亦是20种普遍的自 然氨基酸之一。一种复杂的氨基酸，在幼儿 生长期，精氨酸是一种必需氨基酸。v精氨酸结构式L精氨酸的作用v1.营养增补剂，调味剂 v2.有一定的解毒作用 v3.有特殊的香味物质v4.可促进伤口的愈合 v5.有免疫调节功能 L-精氨酸提取的常用两种方法v强酸水解提取工艺v生物发酵工艺 v强酸水解提取法：v以人、动物（主要是猪）的毛发或者
2、猪血原料。v优点：技术成熟、在国内的毛发来源便宜、伴有胱 氨酸同时产出（成本低）v缺点：对环境污染严重、使用强酸等化学原料、有 动物性来源杂质。v我国国内都是采用的水解法提取精氨酸v1. 特殊沉淀法v2. 电渗析法v3. 离子交换法v从毛发水解后制取的胱氨酸母液中提取L-精 氨酸 v生物发酵工艺：v以葡萄糖和玉米桨等为主原料v优点：采用全天然农作物为原料，不使用动 物源材料、大规模生产具有成本优势。v缺点：技术含量高，工艺要求比较严格，投 资相对较大。L-精氨酸的生 物合成途径及 代谢调节机制vL-精氨酸代谢没有分支途径，从中间代谢产 物谷氨酸直接合成终产物精氨酸共需8步反应 。v目前，L-精
3、氨酸合成路径有3条：v型途径：在大肠杆菌、枯草芽孢杆菌中在 氨基甲酰磷酸和天冬氨酸作用下生成L-精氨 酸。此途径的第1个酶为关键酶，受L-精氨酸 的反馈抑制和阻遏，其他的酶受其阻遏。v型途径与型途径不同处是多了1个乙酰基 循环反应。该途径的关键酶是第2个酶N- 乙酰谷氨酸激酶，受终产物精氨酸的反馈抑 制和阻遏。v精氨酸合成途径关键处是氨基甲酰磷酸合成 。氨基甲酰磷酸合成的关键酶氨基甲酰 磷酸合成酶有3个独立的酶活位点，受UMP 和鸟嘌呤的变构调节 。v合成精氨酸的第3条途径，为典型的鸟氨酸转 移酶依赖途径。N-乙酰鸟氨酸和氨基甲酰磷 酸在氨基甲酰磷酸转移酶作用下，生成N-乙 酰瓜氨酸，再经脱乙
4、酰化生成瓜氨酸，进而 合成精氨酸。发酵的代谢控制育种策略v高产菌育种要点：v1.解除菌体自身的反馈调节v2.增加前体物的合成v3.切断进一步代谢的途径由突变菌种发酵生产氨基酸v1.好田，谷氨酸棒杆菌的突变株；v2.久保田，黄色短杆菌等抗性株；v3.木柱，枯草杆菌诱变出ArgHxr突变株v4.路志强，钝齿棒杆菌诱变钝齿棒杆菌的选育v材料与方法 ：v1.菌株 ，培养基及培养条件v2.诱变方法和突变株的筛选v4.有机酸的测定（采用高效液相色谱仪）v5.氨基酸的测定（采用氨基酸分析仪）代谢途径的的分析及育种策略v1.代谢途径分析v2 .育种策略的提出v3.高产 Arg 的突变株YDM403 的获得v4
5、.菌株YD8 与菌株YDM403 的发酵过程的比 较v5.SMC 抗性筛选 Arg 高产突变株的育种机制由转导子发酵生产精氨酸v发现问题：v 1，精氨酸生物合成酶系受阻遏v 2，N-乙酰谷氨酸合成酶活性受抑制v 3，乙酰鸟氨酸分解能力受阻v 4， 缺陷型菌株利用性受阻 v分析问题： v选育在赖氨酸存在时能够利用乙酰赖氨酸生 长的Lys菌株。则其精氨酸生物合成酶系的 阻遏能解除。另外，野生菌株能够以精氨酸 或其脱羧产物-鲱精胺作唯一氮源生长。Sr4(野生菌种)Arg分解能力缺失PA10212(ArD)PA2028(ArD,LysA)Arg存在下，利用 N乙酰赖氨酸 生长PA3179（ArD， L
6、ysA，ArgR）ArgA的转导LysAT404(ArD,ArgR,ArgA)RA4240(proA/B,ArgD,ArgR, proA)ProPA1083(proA/B)RA2090(proA/B, ArgD)RA3236(proA/B, ArgD, ArgR)Pro回复ArgArg存在下的pro分泌（由黏质赛氏杆菌转导获得精氨酸产生菌）解决问题：v 两种突变菌株（PA3179，RA4240）各自具 备生产菌株必备的部分性质。 PA3179具有两 个性质，精氨酸分解能力欠缺性和精氨酸合成 酶系解阻遏性。 RA4240则具有对氨基酸反馈 抑制脱羧的N-乙酰谷氨酸合成酶。这些特性的 基因集中在一
7、个菌株中，选育出优良的精氨酸 生产菌株。v 于是采用转导法，以PA3179作受体菌株， 以作供体菌株，以赖氨酸缺陷性作为标记，进 行结构基因Arg的转导。基因工程菌发酵生产精氨酸v一：克隆基因，重组质粒，导入宿主v 构建出精氨酸工程菌株v二：构建穿梭质粒，缺陷型菌株v 转入遗传信息国外氨基酸生产菌的研究v传统技术选育：v日本最早开始选育精氨酸生产菌，以传统诱 变选育为主，诱变方法多为化学诱变，前期 主要用亚硝基胍（NTG ）诱变，后期多用复 合诱变选育。通过选育抗性结构类似物，获 得精氨酸高产菌株。以黄色短杆菌或谷氨酸 棒杆菌为出发菌株。国外精氨酸产生菌研究进展v1 传统选育技术选育：v 以化学诱变为主，前期主要用NTG诱变 ，后期多用复合诱变选育。通过选育抗性就 够类似物获得精氨酸高产菌株。v2 基因工程育种：v （1）Caldara等利用芯片杂交技术和 PCR技术分析发现的v （2）Shi等用凝胶过滤色谱分析研究 NAGS，第一次从晶体结构分析它。v （3）Ikeda等以三株谷氨酸棒杆菌突变 株为出发菌株进行基因重组，获得高产精氨 酸菌株。结 语我国精氨酸生产菌选育以及生产技术研究已 取得一定的进展，获得了性能优良的精氨酸 高产菌株，具有产量高，性能稳定和代谢途 径简单等优点，但其产业化规模低，推广程 度也低。行业市场和生产的规范化需要进一 步改革。
