氨基酸工业代谢控制发酵

精选PPT
5
氨基酸发酵的现状
自从发酵法生产谷氨酸成功以后，世界各国纷纷 开展氨基酸发酵的研究与生产，产量增长很快。 2000年氨基酸产量达237万吨，销售额接近45亿 美元，占生物技术产品销售额的7％。
目前氨基酸产业发展较快的国家是美国、日本和 中国。
精选PPT
6
我国氨基酸发酵的发展
我国氨基酸生产最早在1922年用酸法水解面筋生产谷氨 酸钠即味精，在上海开办了天厨味精厂，该味精的制造方 法曾向美、英、法申请专利，并取得了专利权。并先后建 立了沈阳味精厂、青岛味精厂和天津味精厂，规模均很小， 1949年全国味精总产量不到500吨。
过量A作用效应物位点，酶构型变化，影响酶活性中心而失活
精选PPT
13
反馈阻遏与反馈抑制比较
反馈阻遏
反馈抑制
控制对象 控制量 控制水平 控制装置
酶合成 终产物浓度
转录水平 终产物与阻遏蛋白亲和
控制装置的 动作
形成控制
控制反应
细胞经济
阻遏蛋白与操纵子基因结合,不 转录mRNA 开关控制
迟缓，粗控制
超高效益
氨基酸工业代谢控制发酵
精选PPT
1
课程教学的基本要求
了解氨基酸发酵行业发展现状与中国氨基酸行业存 在问题，氨基酸发酵行业发展方向
掌握谷氨酸的生物合成途径和谷氨酸发酵调节机制， 掌握谷氨酸细胞膜渗透性的控制方法
了解谷氨酸生产菌的主要特征以及谷氨酸生产菌在 发酵过程中的形态变化，掌握谷氨酸发酵的代谢控 制育种策略
精选PPT
酶活性
终产物浓度
酶构象变化
终产物与控制酶构 象的部位亲和
酶构型变化，活性 中心失活
酶活性大小
迅速，精控制
高效益
14
2、解除反馈阻遏、反馈抑制突变株的选育
诱变
野生型菌株
解除反馈调节突变株
AR-或AOAR-＋AO酶基因突变
解除反馈调节突变株可以大量积累末端产物 筛选方法：
解除Lys反馈调节突变株筛选
精选PPT
2
第一节 氨基酸工业现状及发展方向
➢ 近40多年来，国内外在研究、开发和应用氨基酸方面
均取得重大进展，新发现的氨基酸种类和数量已由20 世纪60年代50种左右，发展到20世纪80年代的400种， 目前已达1000多种。其中用于药物的氨基酸及氨基酸 衍生物的品种达100多种。
➢ 氨基酸分为两大类，即蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基
酸。
➢ 氨基酸中有8种氨基酸人体本身不能合成，只能从食
物的蛋白质中摄取，称为必需氨基酸，它们是L-赖氨 酸、L-色氨酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L异亮氨酸、L-苯丙氨酸和L-蛋氨酸。
➢ 还有两种半必需氨基酸，即精氨酸和酪氨酸。
精选PPT
3
氨基酸的生产方法
抽提法（水解蛋白质） 化学合成法 生物法（包括直接发酵法和酶转化） 目前绝大多数氨基酸是以发酵法或酶法生产的
发酵法L-赖氨酸生产起步于20世纪70年代，当时仅有上 海天厨味精厂少量生产，以实用为主，1981年在广西建 成年产100吨食品级L-赖氨酸试验工厂，于1987年投产。
精选PPT
7
氨基酸发酵的发展动向
新技术和工艺的开发应用 1.现代生物技术在氨基酸工业中的应用 2.生物化工技术在氨基酸工业中的应用 新产品的开发、新应用领域的拓展 1.医药中间体 2.肽类 3.多聚氨基酸 4.氨基酸系表面活性剂
精选PPT
4
谷氨酸发酵的历史
1866年德国化学家里豪森利用硫酸水解小麦面筋， 分离到一种酸性氨基酸，依据原料的取材，将此氨基 酸命名为谷氨酸
1872年赫拉西维茨等用酪蛋白也制取了谷氨酸 1890年沃尔夫利用α-酮戊酸经溴化后合成DL-谷氨
酸。日本池田菊苗教授在探讨海带汁的鲜味时，提取 了谷氨酸，并在1908年开始制造商品味之素 1910年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。1936 年美国从甜菜废液(司蒂芬废液)中提取谷氨酸。
Telenomic （合目的性）：微生物按需要有目的进行物
质合成的能力
精选PPT
9
一、代谢控制发酵的定义
代谢控制发酵：微生物正常代谢调节，不过量积累 初级代谢产物；人为解除正常代谢调节，而大量积 累初级代谢产物的发酵方式。
代谢控制发酵方法： 1、发酵条件控制 2、菌种遗传改造
精选PPT
10
二、分解代谢降解物阻遏
精选PPT
8
第二节 微生物代谢控制发酵
微生物代谢调节
1、时序调节(temporal regulation)
微生物对生长、发育、分化不同生理时期的代谢调节
2、适应调节
微生物对细胞内外环境的变化作出应答性调节
微生物的经济化学与合目的性
Economic Biochemistry（经济化学）：微生物利于 生存发生的所有生化反应皆有精确计算，有很高经济效 益
1965年发酵法生产味精取得成功，带动了其他氨基酸的 研究开发。
1965年以后，我国味精生产全部采用以淀粉质或糖蜜为 原料的微生物发酵工艺，大大的促进了生产的发展，到 1985年全国味精生产企业达到140家。随着酶制剂的应 用和生产工艺及装备的改进，技术水平不断提高，进一步 推动了味精生产的快速发展。
1、分解代谢降解物阻遏
分解代谢降解物阻遏：几种底物同时存在时，易利用对难 利用或利用快对利用慢底物分解的抑制作用。
2、解除分解代谢降解物阻遏的技术与方法
发酵条件控制 加入安慰诱导物：如Lac结构类似物IPLeabharlann BaiduG
抗降解物阻遏突变株的选育 加入高浓度底物筛选仍产生大量目的产物的突变株
精选PPT
11
反馈调节作用
野生型菌株 诱变
正常反馈调节型 菌细胞
解除反馈调节突变型
精选PPT
15
第三节 谷氨酸的生物合成途径
生产谷氨酸的主要菌株 生成谷氨酸的主要酶反应 谷氨酸生物合成的理想途径 谷氨酸发酵的代谢途径
精选PPT
16
Glu发酵常用菌种
谷氨酸棒杆菌(C.glutamicum) 北京棒杆菌(C.peiking AS.1229) 黄色短杆菌(Brevibacterium flavum) 乳糖发酵短杆菌(B.lactofermentum)
1、终产物反馈阻遏和反馈抑制 野生型菌株“A”氨基酸合成操纵子模型
AR
P
O
A结构基因
RNA聚合酶
反馈阻遏
无活性 repressor
A
活性 超过生理需要量
A合成酶系（E1,E2…） 反馈抑制
A
野生型菌株酶合精成选PP水T 平的反馈阻遏
12
野生型菌株酶活性水平的反馈抑制
Gene编码酶
效应物位点 过量A 酶活中心