化学微生物学第六章氨基酸+谷发酵.ppt

氨基酸发酵 氨基酸简介 氨基酸是构成蛋白成分 大约20种L-氨基酸构成了数目庞大的各种肽类和蛋白质，以及生命体。其中8种氨基酸是人体所必需，它们分别是L-赖氨酸、 L-苏氨政、 L-异亮氨酸、 L-蛋氨酸、 L-苯丙氨酸、L-色氨酸、 L-亮氨酸和L-缬氨酸；另一方面，D-氨基酸也在细菌细胞壁、肤类抗生素和植物中发现。 目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20多种。 氨基酸 α 碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基和氨基及侧链。侧链不同，氨基酸的性质不同。 上述氨基酸结构通式具有两个特点：①具有酸性的一COOH和碱性的一NH2，为两性电解质；①如果R≠H，则具有不对称碳原子，因此是光学活性物质。甘氨酸(分子式中R＝H)无不对称碳原子，因而无D-型及L-型之分，其余α-氨基酸的α-碳原子皆为不对称碳，故都有D-型及L-型2种异构体。氨基酸的D—则或L别是以L-甘油醛或L-乳酸为参考的。凡α-位上的构型与L-甘油醛(或L-乳酸)相同的氨基酸皆为L-型，相反者为D-型。 氨基酸的用途 1.食品工业： 强化食品(赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦中) 增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸 苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二肽甜味剂(α-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产品1981年获FDA批准,现在每年产量已达数万吨。 2.饲料工业： 甲硫氨酸等必需氨基酸可用于制造动物饲料 3.医药工业： 多种复合氨基酸制剂可通过输液治疗营养或代谢失调 苯丙氨酸与氮芥子气合成的苯丙氨酸氮芥子气对骨髓肿瘤治疗有效,且副作用低。 4.化学工业：谷氨基钠作洗涤剂,丙氨酸制造丙氨酸纤维。 氨基酸的生产方法 发酵法： 直接发酵法：野生菌株发酵、营养缺陷型突变发酵、抗氨基酸结构类似物突变株发酵、抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型菌株发酵和营养缺陷型回复突变株发酵。 添加前体法 酶法：利用微生物细胞或微生物产生的酶来制造氨基酸。 提取法：蛋白质水解，从水解液中提取。胱氨酸、半胱氨酸和酪氨酸 合成法：DL-蛋氨酸、丙氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸。 传统的提取法、酶法和化学合成法由于前体物的成本高,工艺复杂,难以达到工业化生产的目的。 生产氨基酸的大国为日本和德国。 日本的味之素、协和发酵及德国的德固沙是世界氨基酸生产的三巨头。它们能生产高品质的氨基酸,可直接用于输液制剂的生产。 日本在美国、法国等建立了合资的氨基酸生产厂家,生产氨基酸和天冬甜精等衍生物。 国内生产氨基酸的厂家主要是天津氨基酸公司,湖北八峰氨基酸公司,但目前无论生产规模及产品质量还难于与国外抗衡。 在80年代中后期,我国从日本的味之素、协和发酵以技贸合作的方式引进输液制剂的制造技术和仿造产品,1991年销售量为二千万瓶,1996年达六千万瓶,主要厂家有无锡华瑞,北京费森尤斯,昆明康普莱特,但生产原料都依赖进口。 据专家估计,到2000年,世界氨基酸产值可达45亿美元,占生物技术市场的7%,国内的氨基酸产值可达40亿元,占全国发酵产业总产值的12%。 氨基酸发酵生产发展的历史回顾 所谓氨基酸发酵,就是以糖类和铵盐为主要原料的培养基中培养微生物,积累特定的氨基酸。 这些方法成立的一个重要原因是使用选育成的氨基酸生物合成高能力的菌株。 菌株的育种 从自然界中筛选有产酸能力的菌株,并建立其培养条件. 在确立突变技术和阐明氨基酸生物合成系统调节机制的基础上发展为营养缺陷变异株、抗药性菌株的育种。 随着重组DNA技术的发展,接合、转导、转染、细胞融合等手段首先用于体内基因重组,是早期用基因重组方法构建生产菌株的尝试。 随着载体、受体系统的构建及体外基因重组技术的日益完善,氨基酸生物工程菌的构建有了长足的发展。 苏氨酸等的生产菌株被成功地构建并应用于工业化生产。 2.1　用野生株的方法 这是从自然界获得的分离菌株进行发酵生产的一种方法。 典型的例子就是谷氨酸发酵。 改变培养条件的发酵转换法中,有变化铵离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷氨酰胺和缬氨酸发酵 2.2　用营养缺陷变异株的方法 这一方法是诱变出菌体内氨基酸生物合成某步反应阻遏的营养缺陷型变异体，使生物合成在中途停止，不让最终产物起控制作用。 这种方法中有用高丝氨酸缺陷株的赖氨酸发酵，有用精氨酸缺陷株的鸟氨酸发酵，还有用异亮氨酸缺陷株的脯氨酸发酵。 2.3　类似物抗性变异株的方法 用一种与自己想获得的氨基酸结构相类似的化合物加入培养基内，使其发生控制作用，从而抑制微生物的生长。这样，就可以得到在这种培养基中能够生长的变异株，而这种变异株正是解除了调控机制的，能够生成过量的氨基酸。 利用此方法发酵的有:苏氨酸、赖氨酸、异亮氨酸、组氨酸和精氨酸。 2.4 体内