《研究氨基酸生产》ppt课件

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1、用遗传学与生理学相结合的方法研究氨基酸生产前言对微生物的代谢途径及代谢网络进行有目的的改造从而提高氨基酸的产量仍然是现代生物工程学的一个主攻目标。为了攻克这个目标，就有必要对尚待进一步完善的细胞生理学、生物化学、分子生物学及生物过程工程等学科的基本状况做一番描述，主要有如下几个话题:2021/9/82张星元：发酵原理（讲座）①与生物工程相关的氨基酸产生菌的相关途径的研究进展情况，其中必须包括这些途径的代谢调节以及细胞的整个调节网络的研究进展情况。2021/9/83张星元：发酵原理（讲座）②对所有的相关途径进行详细的代谢流量分析。这涉及到基质进入细胞

2、的碳架物流量，流经向心途径、中心代谢途径和离心途径的碳架物流量，以及代谢中间产物流出细胞的碳架物流量（thecentralandperipheralcarbonfluxes）。还原力的流量（redoxflux）及能量流量（energyflux）。2021/9/84张星元：发酵原理（讲座）③以协调和调节的方式对碳架流、氧化还原反应的电子流、能量流进行导向，以提高基质的吸收能力、限制前体物向支路途径的流量、减少中间产物的积累及副产物的形成，还要绕过氧化还原平衡及能量平衡中可能出现的难题。2021/9/85张星元：发酵原理（讲座）传统的设计育种（随机诱变

3、加定向筛选），以及DNA重组技术在设计育种中的应用已经大大提高了微生物对氨基酸的生产能力，但人们对于氨基酸产生菌的生理学与生物化学等主要领域的基础知识还相当匮乏。目前可从以下几方面理解氨基酸的代谢基础：2021/9/86张星元：发酵原理（讲座）①具有生物工程学重要性的微生物的基本代谢途径及其对应的酶的性质；②酶及其调节方式，途径及其调节方式；③中心代谢途径及离心途径代谢流量的定量分析；④对跨膜传送（基质吸收和产物分泌）的详尽的了解。2021/9/87张星元：发酵原理（讲座）目的产物的合成途径是理解氨基酸生产的前提和核心内容。相关的代谢途径

4、不仅包括那些直接导致某特定氨基酸的合成的专用途径，也包括提供前体碳架物的途径、从专用途径分流最终导致副产物生成的分支途径、相应氨基酸自身被降解的途径、以及那些提供还原力和代谢能量的途径。2021/9/88张星元：发酵原理（讲座）除了以上这些反映代谢途径基本信息的资料外，代谢流量的相对固定的分布以及代谢流量的动力学响应同样是至关重要的。这既涉及到中心代谢途径（提供碳架物质、还原力及代谢能）的代谢流的定量分析，又涉及到特定氨基酸专用的合成途径的代谢流的定量分析。2021/9/89张星元：发酵原理（讲座）此外，基质吸收和目的产物输出等有方向性的跨膜反应对

5、于氨基酸的生产也是极其重要的。除大肠杆菌外，一般工业微生物基质吸收方面的知识是相当欠缺的。氨基酸跨膜输出的研究领域近年才受到关注。方向性的跨膜反应的机理、微生物能学及氨基酸分泌的调节等方面的知识对于理解氨基酸生产过程也是相当重要的。2021/9/810张星元：发酵原理（讲座）我们将一起回顾发酵法生产氨基酸的代谢基础的建立过程，一起讨论代谢流量分析对于了解细胞生理的意义和氨基酸生物合成的代谢工程，还将一起讨论跨膜输送方面为数不多的研究工作，以及这方面研究对于微生物过量合成氨基酸的意义。在此基础上，讨论以氨基酸为目的产物的微生物代谢设计的新进展和新方法

6、。2021/9/811张星元：发酵原理（讲座）1.氨基酸生产的代谢基础2.氨基酸生物合成的代谢流量分析3.基质的跨膜吸收与氨基酸的跨膜输出4.氨基酸生产的代谢设计2021/9/812张星元：发酵原理（讲座）氨基酸生产的代谢基础1.1氨基酸的生物合成1.2代谢产物生产的生理学2021/9/813张星元：发酵原理（讲座）1.1氨基酸生产的代谢基础氨基酸的生物合成涉及以下5个方面：（1）基质吸收；（2）进入中心代谢途径前的准备途径；（3）经中心代谢途径产生碳架化合物（氨基酸的前体化合物）、还原力（如NADPH、NADH）和代谢能（ATP和磷酸

7、烯醇式丙酮酸等）；2021/9/814张星元：发酵原理（讲座）（4）通过同化（合成）途径将碳架化合物转化成目的氨基酸，此过程涉及到还原力与代谢能的供需平衡，同时也涉及主要载流途径与分支途径之间的关系；（5）目的氨基酸的跨膜输出等；（6）目的产物进一步代谢的途径。2021/9/815张星元：发酵原理（讲座）谷氨酸棒杆菌中赖氨酸的合成是研究得最为广泛的。图2列出了谷氨酸棒杆菌中天冬族氨基酸生物合成相关的途径及重要步骤的代谢调节情况。2021/9/816张星元：发酵原理（讲座）基质基质异化途径同化途径氨基酸副产物降解途径氨基酸全局调节系统跨膜吸收碳架

8、、还原力、代谢能跨膜输出重吸收反馈调节图1.微生物细胞合成氨基酸的相关途径及代谢调节示意图其中，各相关酶及途径水平上的代谢