精氨酸容星易方勇肖軍

1、精精 氨氨 酸酸 精氨酸英文名arginine; 縮寫：Arg 學(xué)名：2-氨基-5-胍基-戊酸 L-精氨酸是蛋白質(zhì)合成中的編碼氨基酸，哺乳動物必需氨基酸和生糖氨基酸。而D-精氨酸在自然界中尚未發(fā)現(xiàn)。 精氨酸是一種氨基酸，亦是20種普遍的自然氨基酸之一。一種復(fù)雜的氨基酸，在幼兒生長期，精氨酸是一種必需氨基酸。精氨酸結(jié)構(gòu)式L精氨酸的作用1.營養(yǎng)增補(bǔ)劑，調(diào)味劑 2.有一定的解毒作用 3.有特殊的香味物質(zhì)4.可促進(jìn)傷口的愈合 5.有免疫調(diào)節(jié)功能 L-精氨酸提取的常用兩種方法強(qiáng)酸水解提取工藝生物發(fā)酵工藝 強(qiáng)酸水解提取法： 以人、動物（主要是豬）的毛發(fā)或者豬血原料。 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、在國內(nèi)的毛發(fā)來源便宜、

2、伴有胱氨酸同時產(chǎn)出（成本低） 缺點(diǎn)：對環(huán)境污染嚴(yán)重、使用強(qiáng)酸等化學(xué)原料、有動物性來源雜質(zhì)。 我國國內(nèi)都是采用的水解法提取精氨酸 1. 特殊沉淀法 2. 電滲析法 3. 離子交換法 從毛發(fā)水解后制取的胱氨酸母液中提取L-精氨酸 生物發(fā)酵工藝： 以葡萄糖和玉米槳等為主原料 優(yōu)點(diǎn)：采用全天然農(nóng)作物為原料，不使用動物源材料、大規(guī)模生產(chǎn)具有成本優(yōu)勢。 缺點(diǎn)：技術(shù)含量高，工藝要求比較嚴(yán)格，投資相對較大。L-精氨酸的生物合成途徑及代謝調(diào)節(jié)機(jī)制 L-精氨酸代謝沒有分支途徑，從中間代謝產(chǎn)物谷氨酸直接合成終產(chǎn)物精氨酸共需8步反應(yīng)。 目前，L-精氨酸合成路徑有3條： 型途徑：在大腸桿菌、枯草芽孢桿菌中在氨基甲酰磷酸

3、和天冬氨酸作用下生成L-精氨酸。此途徑的第1個酶為關(guān)鍵酶，受L-精氨酸的反饋抑制和阻遏，其他的酶受其阻遏。 型途徑與型途徑不同處是多了1個乙?；h(huán)反應(yīng)。該途徑的關(guān)鍵酶是第2個酶N-乙酰谷氨酸激酶，受終產(chǎn)物精氨酸的反饋抑制和阻遏。 精氨酸合成途徑關(guān)鍵處是氨基甲酰磷酸合成。氨基甲酰磷酸合成的關(guān)鍵酶氨基甲酰磷酸合成酶有3個獨(dú)立的酶活位點(diǎn)，受UMP和鳥嘌呤的變構(gòu)調(diào)節(jié) 。 合成精氨酸的第3條途徑，為典型的鳥氨酸轉(zhuǎn)移酶依賴途徑。N-乙酰鳥氨酸和氨基甲酰磷酸在氨基甲酰磷酸轉(zhuǎn)移酶作用下，生成N-乙酰瓜氨酸，再經(jīng)脫乙?；晒习彼?，進(jìn)而合成精氨酸。發(fā)酵的代謝控制育種策略 高產(chǎn)菌育種要點(diǎn)： 1.解除菌體自身的反

4、饋調(diào)節(jié) 2.增加前體物的合成 3.切斷進(jìn)一步代謝的途徑由突變菌種發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸 1.好田，谷氨酸棒桿菌的突變株； 2.久保田，黃色短桿菌等抗性株； 3.木柱，枯草桿菌誘變出ArgHxr突變株 4.路志強(qiáng)，鈍齒棒桿菌誘變rx鈍齒棒桿菌的選育 材料與方法 ： 1.菌株 ，培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件 2.誘變方法和突變株的篩選 4.有機(jī)酸的測定（采用高效液相色譜儀） 5.氨基酸的測定（采用氨基酸分析儀）代謝途徑的的分析及育種策略 1.代謝途徑分析 2 .育種策略的提出 3.高產(chǎn) Arg 的突變株YDM403 的獲得 4.菌株YD8 與菌株YDM403 的發(fā)酵過程的比較 5.SMC 抗性篩選 Arg 高產(chǎn)突變株

5、的育種機(jī)制由轉(zhuǎn)導(dǎo)子發(fā)酵生產(chǎn)精氨酸 發(fā)現(xiàn)問題： 1，精氨酸生物合成酶系受阻遏 2，N-乙酰谷氨酸合成酶活性受抑制 3，乙酰鳥氨酸分解能力受阻 4， 缺陷型菌株利用性受阻 分析問題： 選育在賴氨酸存在時能夠利用乙酰賴氨酸生長的Lys菌株。則其精氨酸生物合成酶系的阻遏能解除。另外，野生菌株能夠以精氨酸或其脫羧產(chǎn)物-鯡精胺作唯一氮源生長。Sr4(野生菌種)Arg分解能力缺失PA10212(ArD)PA2028(ArD,LysA)Arg存在下，利用N乙酰賴氨酸生長PA3179（ArD， LysA，ArgR）ArgA的轉(zhuǎn)導(dǎo)LysAT404(ArD,ArgR,ArgA)RA4240(proA/B,ArgD,

6、ArgR,proA)ProPA1083(proA/B)RA2090(proA/B, ArgD)RA3236(proA/B, ArgD, ArgR)Pro回復(fù)ArgArg存在下的pro分泌（由黏質(zhì)賽氏桿菌轉(zhuǎn)導(dǎo)獲得精氨酸產(chǎn)生菌）解決問題： 兩種突變菌株（PA3179，RA4240）各自具備生產(chǎn)菌株必備的部分性質(zhì)。 PA3179具有兩個性質(zhì)，精氨酸分解能力欠缺性和精氨酸合成酶系解阻遏性。 RA4240則具有對氨基酸反饋抑制脫羧的N-乙酰谷氨酸合成酶。這些特性的基因集中在一個菌株中，選育出優(yōu)良的精氨酸生產(chǎn)菌株。 于是采用轉(zhuǎn)導(dǎo)法，以PA3179作受體菌株，以作供體菌株，以賴氨酸缺陷性作為標(biāo)記，進(jìn)行結(jié)構(gòu)基

7、因Arg的轉(zhuǎn)導(dǎo)。 基因工程菌發(fā)酵生產(chǎn)精氨酸 一：克隆基因，重組質(zhì)粒，導(dǎo)入宿主 構(gòu)建出精氨酸工程菌株 二：構(gòu)建穿梭質(zhì)粒，缺陷型菌株 轉(zhuǎn)入遺傳信息國外氨基酸生產(chǎn)菌的研究 傳統(tǒng)技術(shù)選育： 日本最早開始選育精氨酸生產(chǎn)菌，以傳統(tǒng)誘變選育為主，誘變方法多為化學(xué)誘變，前期主要用亞硝基胍（NTG ）誘變，后期多用復(fù)合誘變選育。通過選育抗性結(jié)構(gòu)類似物，獲得精氨酸高產(chǎn)菌株。以黃色短桿菌或谷氨酸棒桿菌為出發(fā)菌株。國外精氨酸產(chǎn)生菌研究進(jìn)展 1 傳統(tǒng)選育技術(shù)選育： 以化學(xué)誘變?yōu)橹?，前期主要用NTG誘變，后期多用復(fù)合誘變選育。通過選育抗性就夠類似物獲得精氨酸高產(chǎn)菌株。 2 基因工程育種： （1）Caldara等利用芯片雜

8、交技術(shù)和PCR技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)的 （2）Shi等用凝膠過濾色譜分析研究NAGS，第一次從晶體結(jié)構(gòu)分析它。 （3）Ikeda等以三株谷氨酸棒桿菌突變株為出發(fā)菌株進(jìn)行基因重組，獲得高產(chǎn)精氨酸菌株。結(jié) 語 我國精氨酸生產(chǎn)菌選育以及生產(chǎn)技術(shù)研究已取得一定的進(jìn)展，獲得了性能優(yōu)良的精氨酸高產(chǎn)菌株，具有產(chǎn)量高，性能穩(wěn)定和代謝途徑簡單等優(yōu)點(diǎn)，但其產(chǎn)業(yè)化規(guī)模低，推廣程度也低。行業(yè)市場和生產(chǎn)的規(guī)范化需要進(jìn)一步改革。精氨酸結(jié)構(gòu)式 強(qiáng)酸水解提取法： 以人、動物（主要是豬）的毛發(fā)或者豬血原料。 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟、在國內(nèi)的毛發(fā)來源便宜、伴有胱氨酸同時產(chǎn)出（成本低） 缺點(diǎn)：對環(huán)境污染嚴(yán)重、使用強(qiáng)酸等化學(xué)原料、有動物性來源雜質(zhì)。L

9、-精氨酸的生物合成途徑及代謝調(diào)節(jié)機(jī)制 精氨酸合成途徑關(guān)鍵處是氨基甲酰磷酸合成。氨基甲酰磷酸合成的關(guān)鍵酶氨基甲酰磷酸合成酶有3個獨(dú)立的酶活位點(diǎn)，受UMP和鳥嘌呤的變構(gòu)調(diào)節(jié) 。 合成精氨酸的第3條途徑，為典型的鳥氨酸轉(zhuǎn)移酶依賴途徑。N-乙酰鳥氨酸和氨基甲酰磷酸在氨基甲酰磷酸轉(zhuǎn)移酶作用下，生成N-乙酰瓜氨酸，再經(jīng)脫乙酰化生成瓜氨酸，進(jìn)而合成精氨酸。Sr4(野生菌種)Arg分解能力缺失PA10212(ArD)PA2028(ArD,LysA)Arg存在下，利用N乙酰賴氨酸生長PA3179（ArD， LysA，ArgR）ArgA的轉(zhuǎn)導(dǎo)LysAT404(ArD,ArgR,ArgA)RA4240(proA/B,ArgD,ArgR,proA)ProPA1083(proA/B)RA2090(proA/B, ArgD)RA3236(proA/B, ArgD, A