异亮氨酸、亮氨酸与缬氨酸发酵

《异亮氨酸、亮氨酸与缬氨酸发酵》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第十三章异亮氨酸、亮氨酸与缬氨酸发酵第十三章异亮氨酸、亮氨酸与缬氨酸发酵第一节分支链氨基酸的生物合成途径和代谢调节机制在L型异亮氨酸（Ile）、亮氨酸（Leu）和缬氨酸（Val）的分子中，都具有由甲基侧链形成的分枝结构（见表13-1），故称上述三种氨基酸为分枝链氨基酸（branchedchainaminoacids）。分枝链氨基酸是合成蛋白质的素材，可以作为生物体的能源，也作为生物体成分的前体。但是，高等动物不能合成这三种氨基酸，故Ile、Leu、Val称为必需氨基酸。目前，分枝链氨基酸主要用作氨基酸输液的原料。表13-1分枝链

2、氨基酸的结构名称结构式分子式分子量异亮氨酸（Ile）C6H13O2N131.18亮氨酸（Leu）C6H13O2N131.18缬氨酸（Val）C5H11O2N117.15Ile分子内有两个不对称碳原子，因而，Ile存在着D、L、D别、L别四种光异构体（表13-2）。很难用化学合成法，或用化学合成法与酶法相组合的方法，廉价制造纯度高的L型Ile。Leu与Val分别只有两个光学异构体，能够用化工合成、酶法分割的方法，较廉价地制造。要廉价生产高纯度的L型Ile，只有采用发酵法，因此，Ile发酵就成了分枝链氨基酸发酵的中心问题。然而，从自

3、然界中，只找到了分泌Leu或Val的菌株，却找不到分泌Ile的菌株。直到20世纪60年代后半期，随着氨基酸生物合成系反馈调节机制的全部搞清，可以通过选育目的氨基酸代谢拮抗物抗性株的方法，从遗传上解除原菌株的反馈调节机制，从而可以利用这种抗性菌株，由糖直接发酵生产Ile（Leu或Val）。表13-2Ile的四种光学异构体L-IleD-IleD-别IleL-别Ile一、生物合成途径23第十三章异亮氨酸、亮氨酸与缬氨酸发酵1960年，经过用粗糙链孢霉、大肠杆菌的营养缺陷型突变株，及用放射性同位素标记的前体，进行研究的结果，确定了Ile

4、、Leu及Val的生物合成途径（图13-1）。出于VaI和Leu的所有碳原子，都来自于丙酮酸，所以，Val及Leu亦称丙酮酸族氨基酸。Ile的六个碳原子中的四个碳原子来自于ASP，所以，Ile与Thr、Lys、Met一起，亦称作ASP族氨甚酸。Umbarger等研究的结果，清楚地说明，不仅L-Thr是Ile的前体，D-Thr及α-氨基丁酸也是Ile的前体。并且指明，由D-Thr等物质生成α-酮基丁酸的酶，不受反馈抑制。因此，可以用D-Thr或α-氨基丁酸发酵制造Ile。分支链氨基酸的生物合成途径如图13-1所示。图13-1分支链

5、氨酸生物合成途径及其调节机制由图13-1可以看出，异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸这3种分支链氨基酸是从苏氨酸、丙酮酸经过若干步酶促反应而合成的。可以看出，L-苏氨酸是异亮氨酸的直接前体，丙酮酸是缬氨酸的直接前体，由缬氨酸合成途径的中间体α-乙酰异戊酸分支合成亮氨酸。在合成异亮氨酸、缬氨酸的途径中，有4步反应的酶是共用的，即乙酰乳酸合成酶、乙酰乳酸异构还原酶、二羟基脱水酶及分支链氨基酸转氨酶。它们分别催化异亮氨酸及缬氨酸生物合成途径中互相对应的反应。例如，乙酰乳酸合成酶既催化异亮氨酸合成途径中由α-酮丁酸生成，α-乙酰-α-羟基丁酸的反

6、应，又催化缬氨酸合成途径中由活性乙醛和丙酮酸生成α-乙酰乳酸的反应。此外，分支链氨基酸转氨酶不仅能催化异亮氨酸和缬氨酸的合成，而且也能催化亮氨酸的合成，也就是说，异亮氨酸、缬氨酸和亮氨酸生物合成途径中的最后一步转氨基反应，都是由同一种转氨酶催化完成的。23第十三章异亮氨酸、亮氨酸与缬氨酸发酵二、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13-2所示。图13-2粘质赛氏杆菌中分支链氨基酸生物合成的调节机制由图13-2可以看出，Ile合成中的第一个限速酶是L-Thr脱氨基酶，第二个限速酶则是乙酰羟

7、基酸合成酶。Va1合成中的限速酶是乙酰基酸合成酶，也就是Ile合成中的第二个限速酶。Leu合成中的限速酶是α-异丙基苹果酸合成酶。限速酶的不同，就意味着目的产物合成所受的代谢调节不同。然而，随着微生物种类的不同，限速酶的调节因子也不同，就现有的研究情况来说，粘质赛氏杆菌的代谢情况了解得较为全面，这种细菌的分枝链氨基酸合成的代谢调节方式，跟大肠杆菌相类似。其他菌种的代谢调节方式只是部分地了解。分支链氨基酸生物合成的代谢调节机制如下。(1)苏氛酸脱氨酶受异亮氨酸的反馈抑制。(2)α-乙酰乳酸合成酶受缬氨酸的反馈抑制。(3)α-异丙基

8、苹果酸合成酶受亮氨酸的反馈抑制。(4)分支链氨基酸合成酶系的各个酶的生成，受这3种末端氨基酸——异亮氨酸+缬氨酸+亮氨酸的多价阻遏。编码3个分支链氨基酸合成酶系的基因组成两个主要的操纵子：ilv(左)和1eu(右)操纵子（图13-3)。位于图距85min的ilv