L-精氨酸的代谢生产研究

精氨酸的研究进展发表时间：2013-10-24T15:09:30.873Z 来源：《医药前沿》2013年第28期供稿作者：耿晓华[导读] 精氨酸是一氧化氮、尿素、鸟氨酸及肌丁胺的直接前体，是合成肌肉素的重要原素，且被用作聚胺、瓜氨酸及谷氨酰胺的合成。

耿晓华（山西焦煤西山煤电职工总医院药剂科 030053）【摘要】精氨酸在体内发挥着非常重要的生作用。

在动物细胞内，精氨酸是目前发现的功能最多的一种氨基酸，其不仅是合成蛋白质的重要原料，也是机体内一氧化氮（NO）、多胺和肌酸等重要物质的合成前体，近年来，有关精氨酸营养和生理功能的研究取得了许多突破性的进展。

它不仅可以作为氮源提供者，改善氮平衡、也包括刺激内分泌腺分泌、拮抗分解代谢。

还可以改善机体免疫功能，为淋巴细胞增殖、分化及合成细胞因子所必需，在维护肠黏膜完整性方面发挥重要作用。

精氨酸能够通过影响肿瘤的生长，明显地增强巨噬细胞、自然杀伤细胞以及细胞毒T淋巴细胞的活性。

研究表明精氨酸具有多种独特的生理作用，已广泛应用于临床营养治疗。

【关键词】精氨酸功能营养增补剂抗肿瘤免疫调节【中图分类号】R3 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2013）28-0094-02 概述精氨酸，学名：2-氨基-5-胍基-戊酸。

一种脂肪族的碱性的含有胍基的极性α氨基酸，在生理条件下带正电荷。

L-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。

D-精氨酸在自然界中尚未发现。

符号：R。

1.1 合成精氨酸，是由瓜氨酸透个胞质酵素精氨基琥珀酸合成酶（ASS）及精氨基琥珀酸裂解酶（ASL）合成。

这个过程所要求较大的能量，这是因要将每一个分子合成精氨基需要将三磷酸腺苷（ATP）水解成一磷酸腺苷（AMP），即两个三磷酸腺苷当量。

瓜氨酸能从以下各种来源生成：从精氨酸经由一氧化氮合酶（NOS）催成；从鸟氨酸经由脯氨酸或谷氨酰胺/谷氨酸的分解代借催成；从非对称性二甲基精氨酸（ADMA）经由二甲基精氨酸二甲胺水解酶（DDAH）催成。

代谢工程之利用谷氨酸棒状杆菌来生产L-精氨酸精氨酸是一种为不同工业和医疗产品所应用的重要的氨基酸。

这里我们报道了代谢工程中利用谷氨酸棒状杆菌来生产精氨酸的改进方法。

首先进行的是随机诱变，来增加谷氨酸棒状杆菌对精氨酸类似物的耐受性。

接下来进行是系统性的代谢工程来进一步对菌株进行改良。

涉及精氨酸操纵子调控阻遏物的去除，NADPH水平的最优化，破坏L-谷氨酸的生成来增加精氨酸的前体物质还有限制精氨酸合成反应的通量优化。

最终菌株的流加培养发酵在5L和大规模1500L的生物反应器中进行，分别允许生产92.5g/L和81.2g/L的精氨酸，产量为每g 碳源（葡萄糖加蔗糖）可分别产出0.40g和0.35g精氨酸。

这里描述的系统代谢工程结构对于构建棒状杆菌菌株来进行精氨酸及相关产品的工业生产是有用的。

L-精氨酸是一种工业中重要的半必需氨基酸，它在食品和补加健康食品、制药以及化妆品中有很多应用。

与其他的氨基酸和有价值的化学物质相比，利用谷氨酸棒状杆菌作为精氨酸生产工程菌有很大优势，因为它带有强烈的面向L-谷氨酸形成的通量。

跟大肠杆菌相比，谷氨酸棒状杆菌不含有argA和argE基因，但取而代之，它含有可以编码乙酰转移酶的argJ基因，可以催化两种不同的精氨酸生物合成途径的生化反应。

重要的是，谷氨酸棒状杆菌缺乏精氨酸降解酶以及在大肠杆菌中发现的精氨酸脱氨酶，因此，细胞内生产的精氨酸不能被积极地降解。

可被谷氨酸棒状杆菌利用的碳源范围也相对广阔，包括己糖和戊糖两种。

对于精氨酸的过度生产来说，调节子对精氨酸生物合成操纵子的抑制以及精氨酸对乙酰谷氨酸激酶的反馈抑制在谷氨酸棒状杆菌中被显著地移除了。

在这次研究中，我们针对谷氨酸棒状杆菌ATCC 21831菌株进行代谢工程研究，最初经过随机诱变来增强精氨酸的产量。

逐步地合理地代谢工程建立在针对通过菌株工程步骤实现的精氨酸产量逐步增加的代谢结果的分析的基础上。

由本次研究建立的最终菌株的流加培养获得了有效的精氨酸产量，使用5L和大规模1500L生物反应器使浓度分别达到92.5和81.2g/L。

人体内一氧化氮的合成和代谢途径的研究进展一氧化氮（Nitric Oxide，NO）是一个简单的分子，分子式为NO，是一种气体，在人体中具有重要的生理作用。

NO是由氨基酸L-精氨酸在NO合酶的作用下产生的，NO的主要生理效应是通过激活鸟苷酸环化酶（soluble guanylyl cyclase），增加环磷酸鸟嘌呤（cyclic GMP，cGMP）的生成，从而导致平滑肌松弛和血管扩张。

NO在神经、心血管、免疫、消化、生殖和呼吸系统等多个系统中都发挥着重要的生理作用。

本文将从一氧化氮的合成和代谢途径分别阐述研究进展。

一、一氧化氮的合成L-精氨酸通过NO合酶氧化催化活化生成NO，目前已经发现了三种不同的NO 合酶。

1. 内皮细胞型NO合酶（endothelial NO synthase，eNOS）eNOS主要分布在内皮细胞和平滑肌细胞内，是NO的主要合酶。

eNOS通过N-甲基-L-天冬氨酸（N-methyl-L-arginine，L-NMMA）可被抑制，而且它在细胞黏附、血管放松和抑制血小板凝聚方面发挥重要作用。

2. 神经型NO合酶（neuronal NO synthase，nNOS）nNOS主要分布在神经系统中，参与了很多生理功能，如性行为、对抗炎性、屈光调节、酶促诱导和主观虚拟作用等。

3. 后生型NO合酶（inducible NO synthase，iNOS）iNOS主要由白细胞、单核细胞、巨噬细胞、内皮细胞和平滑肌细胞产生。

二、一氧化氮的代谢途径NO在血管壁内的作用可以归结为NO从内皮细胞进入平滑肌细胞后作用于贯通平滑肌细胞的cGMP。

然而，NO释放后会经过一系列的代谢，最终转化为亚硝酸和亚硝酸盐，或进一步转化成氮氧化物或到达细胞内细胞色素P450通过O_2碳氧合酶（carbon monoxide，CO）或H_2参与更进一步的代谢反应。

1. 亚硝酸的代谢NO转化为亚硝酸后，在酸中，亚硝酸可进一步转化为亚硝酸盐，而在碱性环境中，亚硝酸盐又可进一步转化为替硝酸酯，其中NO的释放较缓慢。

L-精氨酸生产菌种和工艺技术
精氨酸（L-Arginine）是一种复杂的氨基酸，在蛋白质和酶的反应点可以发现它。

在幼儿生长期，精氨酸是一种必需氨基酸。

精氨酸是鸟氨酸循环中的一个组成成分，具有极其重要的生理功能。

多吃精氨酸，可以增加肝脏中精氨酸酶的活性，有助于将血液中的氨转变为尿素而排泄出去。

所以，精氨酸对高氨血症、肝脏机能障碍等疾病颇有效果。

精氨酸是一种双基氨基酸，对成人来说虽然不是必需氨基酸，但在有些情况如机体发育不成熟或在严重应激条件下，如果缺乏精氨酸，机体便不能维持正氮平衡与正常的生理功能。

病人若缺乏精氨酸会导致血氨过高，甚至昏迷。

婴儿若先天性缺乏尿素循环的某些酶，精氨酸对其也是必需的，否则不能维持其正常的生长与发育。

精氨酸的重要代谢功能是促进伤口的愈合作用，它可促进胶原组织的合成，故能修复伤口。

在伤口分泌液中可观察到精氨酸酶活性的升高，这也表明伤口附近的精氨酸需要量大增。

精氨酸能促进伤口周围的微循环而促使伤口早日痊愈。

精氨酸的免疫调节功能，可防止胸腺的退化（尤其是受伤后的退化），补充精氨酸能增加胸腺的重量，促进胸腺中淋巴细胞的生长。

补充精氨酸还能减少患肿瘤动物的体积，降低肿瘤的转移率，提高动物的活存时间与存活率。

在免疫系统中，除淋巴细胞外，吞噬细胞的活力也与精氨酸有关。

加入精氨酸后，可活化其酶系统，使之更能杀死肿瘤细胞或细菌等靶细胞。

我们的技术水平：
发酵水平：60-70g/L
发酵时间：60-65小时
糖酸转化率：20-25%
提取得率：70-80%。

精氨酸代谢途径在健康与疾病中的作用精氨酸是一种非常重要的氨基酸，它在身体内参与多种生理过程，如蛋白质合成、能量代谢和氮代谢等。

在精氨酸代谢途径中，精氨酸可以被合成、降解或转化为其他物质，这些过程在健康和疾病中都起着关键作用。

精氨酸代谢途径简介精氨酸代谢途径包括合成、降解和转化等多个过程，主要涉及到以下几种物质：1. 精氨酸：是一种重要的氨基酸，可以被合成、降解和转化为其他物质；2. 羟基精氨酸：是精氨酸的代谢产物，可以被细菌和酵母等微生物发酵生成；3. 精氨酸酰胺：是精氨酸和ATP合成的产物；4. 色氨酸：可以转化为羟基精氨酸。

精氨酸的合成途径主要包括二氢叶酸途径和L-精氨酸合成途径。

二氢叶酸途径中，精氨酸和甲基四氢叶酸通过多步反应合成。

L-精氨酸合成途径中，精氨酸可从谷氨酸、天门冬氨酸和丙酮酸等前体物质合成。

精氨酸的降解途径主要包括精氨酸酶途径和精胺酸途径。

精氨酸酶途径中，精氨酸可以被精氨酸酶降解为丙酮酸、谷氨酸和尿素等物质。

精胺酸途径中，精氨酸可以被转化成精胺酸，然后再被转化成脯氨酸和尿素等物质。

精氨酸代谢途径在健康中的作用精氨酸代谢途径是保持身体健康的一个重要因素。

以下是精氨酸代谢途径在健康中的几个方面：1. 支持肌肉生长：精氨酸可以促进肌肉生长，并有助于改善疲劳和恢复肌肉损伤。

2. 促进蛋白质合成：精氨酸是细胞内重要的氮源，可以促进蛋白质合成和肌肉修复等过程。

3. 维持氮平衡：精氨酸代谢途径可以帮助维持氮平衡，防止氮平衡失调导致的肾脏和心脏等器官疾病。

4. 降低血压：精氨酸可以转化成血管扩张剂一氧化氮，从而降低血压和预防心血管疾病。

5. 增强免疫力：精氨酸可以增强免疫力，预防和治疗感染等疾病。

精氨酸代谢途径在疾病中的作用精氨酸代谢途径在某些疾病中也会发挥作用。

以下是几个常见的例子：1. 癌症：癌症患者常常会出现精氨酸代谢的异常。

一些研究表明，精氨酸代谢在肿瘤的发生和发展中起着重要作用。

2. 肝脏疾病：肝脏是精氨酸代谢的主要器官之一，许多肝脏疾病会导致精氨酸代谢异常，如乙醇性肝硬化和脂肪肝等。