分支链氨基酸发酵的代谢控制育种.ppt

分支链氨基酸发酵的代谢控制育种 制作人：毕新煜 主讲人：曹甜 第三节 分支链氨基酸发酵的代谢控制育种 分支链氨基酸包括异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）、缬氨酸（Val），由于这些氨基酸的分子中都具有由甲基侧链形成的分支结构，故称为分支链氨基酸。 一、分支链氨基酸的生物合成途径及代谢调节机制 1、生物合成途径 分支链氨基酸的生物合成途径如下图所示。 由上图可见，Ile的合成是以Thr为前体，由苏氨酸脱氨酶和以后四种酶催化合成。Val是从Pyr开始，由乙酰乳酸合成酶、二羟基酸还原异构酶、二羟基酸脱水酶和分支链氨基酸转氨酶等四种酶催化合成，这四种酶与催化Ile合成的四种酶是相同的。Leu是从Val生物合成的前体物α-酮基异戊酸开始分支，由α-异丙基苹果酸合成酶及以后三种酶催化合成。催化三种氨基酸生物合成的最后一步反应的酶是同一种酶，即分支链氨基酸转氨基酶。可见，三种氨基酸的生物合成是相互发生影响的。 2、分支链氨基酸生物合成的代谢调节机制 研究表明，在粘质赛氏杆菌中，分支链氨基酸生物合成的代谢调节机制如图所示。 由上图可以看出，分支链氨基酸生物合成的代谢调节机制如下。 ⑴苏氨酸脱氨酶受Ile的反馈抑制。 ⑵α-乙酰乳酸合成酶受Val的反馈抑制。 ⑶α-异丙基苹果酸合成酶受Leu的反馈抑制。 ⑷分支链氨酸合成酶系的各个酶的生成，受这3种末端氨基酸——Ile+Val+Leu的多价阻遏。 二、分支链氨基酸发酵的代谢控制育种 1、异亮氨酸发酵 ⑴切断或减弱支路代谢 选育Lys-、LysL突变株。 选育Met-、MetL突变株。 选育Leu-突变株，避免副产氨基酸（正缬氨酸和高异亮氨酸）的生成，对产物的提纯造成困难。 ⑵解除菌体自身的反馈调节 苏氨酸脱氨酶（TD）是异亮氨酸生物合成途径中的关键酶，受异亮氨酸的反馈抑制。选育异亮氨酸结构类似物抗性突变株，如α-氨基丁酸抗性（α-ABr）、IleHxr、三氟代亮氨酸抗性（TFLr）、α-噻唑丙氨酸抗性（α-TAr）、邻甲基-L-苏氨酸抗性（OMTr）等抗性突变株。 ⑶增加前体物的合成 苏氨酸是异亮氨酸的前体物。为了大量积累异亮氨酸，除了设法解除对异亮氨酸生物合成的反馈调节外，还应设法解除对其前体物苏氨酸生物合成的反馈控制。选育苏氨酸结构类似物（如AHVr、抗β-羟基缬氨酸）突变株。 ⑷切断进一步代谢途径 要大量积累异亮氨酸，需切断或减弱异亮氨酸进一步向下代谢的途径，使积累的异亮氨酸不再被消耗。 如选育不能以异亮氨酸为唯一碳源生长，即丧失异亮氨酸分解能力的突变株，有助于异亮氨酸的大量积累。