10:59:09
④适量VH激活磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 此处生物素有两个功能(利用优先合成和激活)
⑤琥珀酸生长旺盛的突变株 ⑥谷氨酸敏感型菌株 ⑦基因工程菌构建柠檬酸合成酶活力低或丙酮酸激酶缺 陷的菌株
①-⑦都是为了增加PC的活力或切断代谢之路，以 积累生成Lys的前体物质，为提高赖氨酸产量做准备。
②Thr-（或Met-）：培养基中限量添加Thr（或Met） 第一种方法最直接，最常用
10:59:09
选育高丝氨酸渗漏突变株（HomL）
高丝氨酸脱氢酶酶活力下降，但不完全丧失， 改变细胞内原有的代谢流，从而由优先合成Thr+Met 转变为先合成Lys。
实例： 黄色短杆菌Brevibacterium flavum No.2247 NTG诱变
第六章 氨基酸代谢与调
控
生命科学学院 胡庆森
6.1 天冬氨酸族氨基酸的 合成途径
6.2天冬氨酸族氨基酸的 调控机制
6.3 微生物发酵法生产赖 氨酸的育种技术
6.4微生物发酵法生产苏 氨酸的育种技术
6.1 天冬氨酸族氨基酸的合成途径
6.1.1 天冬氨酸族氨基酸主要种类
10:59:09
6.1.2天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径
丙酮酸 Ala, Val, Leu
PDH
CO2
乙酰CoA
脂肪酸
草酰乙酸
TCA循环
α-酮戊二酸
谷氨酸
切断生成丙酮酸的支路和解除Asp对磷酸烯醇式 丙酮酸羧化酶的反馈抑制，可以采取以下措施：
①选育Ala-营养缺陷型突变株
②选育AspHxr(结构类似物)突变株 天冬氨酸氧肟酸盐抗性突变株
③选育氟丙酮酸敏感突变株（FPs） 积累丙酮酸（PDH/PC代谢流的调节比例开关）
10:59:09
磷酸烯醇 式丙酮酸
AC
天冬氨酸
协同反馈抑制
AK
天冬氨酰磷酸
天冬氨酸半醛
亮氨酸
○
PS
葡萄糖
Hom- ○ ○
二轻吡啶二羧酸
高丝氨酸
AC:磷酸烯醇
式丙酮酸羧化酶；
AK:天冬氨酸激酶； 蛋氨酸
苏氨酸
赖氨酸
PS:二轻吡啶二羧酸
合成酶
异亮氨酸
α-酮
CO2
乙酰CoA
脂肪酸
草酰乙酸
TCA循环
α-酮戊二酸
谷氨酸
6.2.2 赖氨酸高产菌株选育模式简图
天冬氨酸
天冬氨酰磷酸 二氢吡啶-2,6-二羧酸 天冬氨酸半醛
L-蛋氨酸
✟
L-赖氨酸
L-高丝氨酸 L-苏氨酸
O-琥珀酰-高丝氨酸
10:59:09
L-异亮氨酸
6.2.2 微生物发酵法生产赖氨酸
赖氨酸的世界需求量
谷氨酸
葡萄糖
EMP 磷酸烯醇式丙酮酸
CO2
丙酮酸
α-酮戊二酸
CO2
乙酰CoA
TCA
草酰乙酸
转氨酶
天冬氨酸
10:59:09
天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径 天冬氨酸
天冬氨酸激酶
天冬氨酰磷酸
双氢吡啶二核酸合成酶
天冬氨酸半醛脱氢酶
二氢吡啶-2,6-二羧酸 天冬氨酸半醛
高丝氨酸脱氢酶
L-高丝氨酸 O-琥珀酰-高丝氨酸
10:59:09
3、解除代谢互锁
激活 反馈抑制
阻遏
乙酰CoA
葡萄糖
CO2
PEP ATP
丙酮酸 Ala, Val, Leu
CO2
乙酰CoA
脂肪酸
Asp
Thr
天冬氨 酰磷酸
Leu DDP合成酶
Lys
10:59:09
草酰乙酸
TCA循环
α-酮戊二酸
解除Leu对DDP合成酶代谢互锁，提高赖氨酸产量的措施：
ThrL或MetL 突变株赖氨酸产量 25 /L (Hom脱氢酶酶活仅为野生菌株3.3%)
10:59:09
天冬氨酸 协同反馈抑制 天冬氨酰磷酸
天冬氨酸半醛
○
Hom- ○ ○
高丝氨酸
二氨基庚二酸
蛋氨酸
苏氨酸 赖氨酸
异亮氨酸
α-酮丁酸
10:59:09
2、解除反馈调节
解除代谢产物对关键酶的关键抑制和阻遏。 从葡萄糖到合成Lys过程中，有三个关键的酶起限速 反应，要设法解除这些关键酶对Lys的消极影响。
10:59:09
Corynebacterium glutamicum
10:59:09
选育高产赖氨酸生产菌株，应采取的措施：
10:59:09
1、切断或削弱支路代谢
选育营养缺陷型：
①Hom- ：培养基中限量添加高丝氨酸（或Met+ Thr)可 解除苏氨酸、赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制 使赖氨酸得以积累。
选育Thr或Lys的结构类似物抗性突变株
Lys的结构类似物： S-(2-氨乙基)-L-半胱氨酸(AEC)
Thr的结构类似物： α-氨基-β-羟基戊酸 (AHV)
10:59:09
⑵磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的激活 葡萄糖
CO2
PEP
ATP
✄ ✄
乙酰CoA
PC
Asp
Thr
天冬氨 酰磷酸
Lys
10:59:09
⑴选育Leu缺陷突变株（或Leu渗漏突变株）
Leu- + AECr 产量变化18 g/L→41 g/L
⑵选育抗Leu结构类似物突变株
乳糖发酵短杆菌Ala- + AECr
70 g/L
↓
Ala- + AECr +2-TAr
110 g/L
Leu
2-噻唑丙氨酸 (2-TA)
10:59:09
⑶选育Leu温度敏感突变株 ⑷选育对苯醌或喹啉衍生物敏感的菌株
L-赖氨酸
L-苏氨酸
L-异亮氨酸
10:59:09
L-蛋氨酸
6.2.1 天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调控机制 大肠杆菌与谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌代谢调节
机制不同，本课程以谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌为 例讲解。
10:59:09
代谢调控机制
Leu
二氢吡啶2,6-二羧酸
L-赖氨酸
天冬氨酸 天冬氨酰磷酸
①关键酶 ②优先合成 ③代谢互锁 ④平衡合成 ⑤Asp与Glu之间调节机制
天冬氨酸半醛
L-高丝氨酸
O-琥珀酰-高丝氨酸
L-苏氨酸
L-异亮氨酸
10:59:09
L-蛋氨酸
激活 反馈抑制
阻遏
乙酰CoA
Asp
Thr
天冬氨 酰磷酸
Leu
Lys
10:59:09
葡萄糖
CO2
PEP ATP
丙酮酸 Ala, Val, Leu
10:59:09
4、改变细胞膜的通透性
乳糖发酵短杆菌（AECr ）发酵产生的Lys是通过主动 运输系统排出细胞内的产物。
当外界环境出现高浓度Lys时（5倍），乳糖发酵短杆菌还 能排出产物，比酵母菌和大肠杆菌具有发酵Lys的优势。
实际上是筛选Leu渗漏突变株
Cl CCL
6’-(S)-羧基-3’-硫-7-氮-2,3-环庚酸萘-4,4-苯醌（PX） PX是生物合成Leu酶系抑制剂
AJ11091（AECr+CCLr+Ala-+PXs）47 g/L
AJ11097（AECr+Ala-+PXs）42g/L CCL:α-氯已内酰胺
⑸筛选萘乙酸(生长素)缺陷突变株