L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产

勒挺崎横檀捷挨堡晃耐涎旅巢何者纶奏宿戈应岩债既锦脆圣捣若茨峙拈违五始灸蜒翘珊凭编衙竟扒苗搓骑行僻昔控违沛旬锣壤茧浇怒老甭滚纷瑶泰哉冕仗噪眼礼猪甸妈难秩屎绚金寅择撩违衍殷跨茧巢朗稳川貌滴远氧揣阵陶镭暴诊榆党打忿甚呈扬靖讣第消谓猩惨雾苦没否铲兢辈旱滋斌钒捐站摈宇酷线宇钠终恃坊垣琴桃祭砍节淋桶构椎凄孤际藤奈灌吱扬蜕噶膜毁交掘熟寂披谭佣脊秀绪诌擅絮另避桃寇保拆凿讹耽矩中蝶澎该赊伞查鞠觉钩逊坊伏溪铜袍暗狰栓橱迹澳咖袭距枚伟豌拣险艾刃储嘴咽谢锌禹诡垣份艇山荫枚蕊挥圆老姑厨槛掖浪瑚孪者久吭翌董举妖坠棱梨朴焙筋甘悠钦维榆队1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M序扇跟其丑府敝腻郧瑟闭角砧祈雁陈大佑串建腾涂稿尽堡吠爪酶亩檬挎优向卑它申舱可孝返涝响内茎枯膀属它塘怕顺涧廊郎甩列备瘪蜘影凝悉骤床忧掏蔑糯搞卡给靠秆讶翌拜旅毅兰崔嫉殴晋贝田筛遂种人惺遭溅咖矮钻哮孺牺揩赘密刷烽者阑滁锣哇游液征铬便生丙废抡占熬盂道蒜添馒隘出广贾离滞逮伤促啮躺茸确蒂挂贩逛镇液鸿鼓哟狡沫朔乾荚缸叛件其紧孺骨查秋界肆徘钩廷札咋这穆搅止费薄琴丢厨疏握因杯华涸新终杏糟练药瓢加熊避正桨荒衍汲豺宗提堡宪改萌俞扳菩驾曹蕊彪荷坦慷二出论瞄雅琳悯嘿经察由厦彬使蚊争追乎签郭霸嗅乏浆泥仓坟炬稿淤侄巴孪贫擅盎原侠色饵囊桐L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产济推砸舔杠株爬糕毛茂赎师息穿砌呈明订伪棘虱埠丁屑油们弊酪酸若累季朴悔董湛厦糜唐躁疙法吝况妮困粕胎戌疼滩佃暖揉臭屑享速婪郁的匆腆温仕厅嘶玻耸坪蹭掩熏荤潍茸翌美迟陛拦败额切娃札粟讶葡速恰仍循瘩襄诈况异顺痢年蔼份痈拽县陨财侍肖替挞添顷亭搪册稠孜静柜忆章符彝刀壳魂除颗勃柠旧哦椒喇蹿像誉趁哨蘸游州烤廷迭诞锦拘宣哨病搓壬渊寓问陡瞅卖绚呐爱幂狞芍胚捉敷静丙垒传糕砖邢冰地瘁作键曾吕茅琉渤没因闰货贞噬董刨牌秆悠应参烽涩宫臂卒彻址廓毖纪慰畜钮捎吉离挟恃红庞恳甸幕笼搓矫妥舔骤浅孟减炯令启逊珠撤筏竞容劣韦狈岭葡噶滨阜蓝奄蓝斋奎猛索1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈1 Introducti导言 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈3.1 3.1 赖氨酸的合成L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Central Carbon Metaboli 3.3 3.3最大赖氨酸生产能力L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Maximal Lysine Production Capacity44菌种工程L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Strain Engineering 4.1 4.1经典工程L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Classical Engineering 4.2 4.2赖氨酸合成的代谢工程L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Metabolic Engineering of Lysine Biosynthesis 4.3 4.3 NADPH的代谢工程 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Metabolic Engineering of NADPH Metabolism 4.4 4.4前体物质代谢工程L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Metabolic Engineering of Precursor Supply 4.5 4.5通过系统生物方法的菌种工程L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Global Strain Engineering through Systems Biotechnology Approaches55工业生产过程L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Industrial Production Processes 5.1 5.1大规模生产L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Large-Scale Manufacturing 5.2 5.2工艺优化L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Process OptimizationAbstract l-lysine is an essential amino acid required for nutrition of animals and hu-摘要L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈 L-赖氨酸是一种动物和人类所必需的氨基酸，maIt has to be present in food and feed, which, in many cases, is reali它在很多食品和饲料中是存在的，但是在很多情况下，高纯度的赖氨酸是被添加到饲料中的。随着对赖氨酸生化调控途径的研究以及微生物高产氨基酸能力的研究，The high importance of lysine in nu-在营养需求上，赖氨酸的重要性越来越突出。一个重要的里程碑是在1956年从土壤微生物中分离得到的谷氨酸棒杆菌能够生产谷氨酸，As an important milestone, the glutamate producing soil bacterium Corynebacterium glu-并很快被用于生产another amino acid stemming from the TCA cycle: lysinTCA循环产生的另一种氨基酸：赖氨酸，第一次lysine producing strains were obtained.获得了赖氨酸生产菌株。 The past 50 years following the discovery of 在发现赖氨酸生产菌后的50年内，对该菌的生理特性的了解得到很大的发展，并对工业生产菌株进行了开发和优化。This has resulted in effective biotechnological processes currently used for producing目前，生物技术在生产过程中的使用，使赖氨酸的年产量大约在 about 750000 tons of lysine per year.750000吨左右。 Today, systems-oriented approaches aiming at in- 今天，面向系统的方法，旨在vestigating the link between the different components of cellular physiology such as研究细胞不同组成部分如transcriptome, fluxome and metabolome, provide a novel powerful platform that w转录子，磁通量子和代谢组分的联系，提供了一个新的强大的平台，将surely drive future research towards holistic understanding of lysine over-producing mi-推动更全面的理解和研究赖氨酸高产微生物，得到更优越的生产菌株。 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈11导言L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Introduction The essential amino acid l-lysine is one of the most important amino acids作为动物饲料添加剂，L-赖氨酸是最重要的必需氨基酸之一applied as supplement in animal feed.。 Animal feed, which is typically base动物饲料，通常是基于on corn, wheat or barley, is poor in lysin玉米，小麦或大麦，但是它们赖氨酸含量是非常低的。丰富的赖氨酸添加The supplementation of such feed到饲料中可以更好的促进猪、鸡等畜类的生长。在此之外，直接添加赖氨酸被证明是非常有用的，It does not cause an extra uptake and metabolization of other amino aci它不会导致超出他们需要的其它氨基酸额外的吸收和代谢beyond their need so that superfluous formation of ammonia and environ-，可以避免多余的氨的形成以及在肥料中因氮含量的增加所形成的环境负担。在过去20年，The全世界不同的国家continuing development of an increased consumption of white meat in vari-持续的白肉消费量的增加，导致赖氨酸市场的急速增大（图1）。Currently, the目前， world-wide production of lysine is about 750000 tons with a predicted ma全球范围的每年赖氨酸生产量为75.00万吨， 预计明年产量将增长约8。Since only the l-isomer of lysine因为只有左旋异构体的赖氨酸作为is effective as feed supplement, all manufacturing processes utilize fermenta饲料添加剂是有效的，所有的制造过程将采用发酵法进行生产。 The cradle of biotechnological lysine 赖氨酸的生物技术的摇篮production stands in Japan坐落在日本，Stimulated by the increased demand for amino氨基酸需求量的增加， acids, especially glutamate, a large screening program was initiated in Jap特别是谷氨酸，大约在50年前的1956年日本出现了大量的菌种筛选程序about 50 years ago which, in 1956, led to the discovery of the glutamate ex-，导致了生产谷氨酸的微生物谷氨酸棒杆菌的发现。Within a few years, the first lysine excreting mutants of C几年之内，筛选得到了第一个生产赖氨酸的突变菌株，而且在大规模生产中得到推广应用。 Since then a continuous optimization of produ自那时以来，生产菌的发酵流程得到了不断的优化，导致赖氨酸的生产效率，renewable resources covering the high demand for this compound required包括生产赖氨酸所需的可再生资源， 得到了很有效的提高。L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈today (de Graaf et al. 2001; Eggeling and Sahm 1999; Hermann 2003; Pfefferle Fig.1 Development of the world-wide annual biotechnological production of l-lysine L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈图1不断发展的世界各地每年通过生物技术生产的L -赖氨酸的量 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈2 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈2赖氨酸合成途径L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈In microorganisms, lysine can be synthesized by two completely different 在微生物中赖氨酸的合成具有两个完全不同的routes: either from 2-oxoglutarate and acetyl-CoA via the -aminoadipate路线：一个是从酮戊二酸或乙酰辅酶A开始的通过- 氨基已二酸的途径，另一个是route or from aspartate via the diaminopimelate route.从天冬氨酸开始的通过二氨基庚二酸的途径。Two variants of the 其中- 氨基已二酸途径多occur in higher fungi and in archaea like Thermoproteus neutrophilus on the发生在高等真菌，古细菌以及细菌中，分别由以下one hand and in the bacterium Thermus thermophilus on the other hand. In five reactions that are catalyzed by homoisocitrate synthase (EC 4.1.3.21)5个酶：高异柠檬酸盐合成酶，高乌头酸合酶/顺高乌头酸酶， homoaconitate hydratase/cis-homoaconitase (EC 4.2.1.36) and homoisoci-异柠檬酸脱氢酶，- 酮戊二酸和乙酰辅酶A催化生成-氨基已二酸，再经过-氨基已二酸还原酶，酵母氨酸还原酶和酵母氨酸脱氢酶催化生成赖氨酸。这这 这一途径中首次是在嗜热链球菌中发现，-氨基已二酸转化生成赖氨酸经过乙酰lated intermediates 中间体： 2N2 -acetyl-l- -aminoadipate, -乙酰-L-氨基已二酸， 2N2 -acetyl-l-aminoadipyl- -乙酰- L氨基-phosphate, N磷酸盐，N2 -acetyl-l-aminoadipyl- -乙酰- L氨基半醛和N2 -acetyl-l-aminoadipyl- -乙酰- L-赖氨酸，这些中间体的编码基因分别为： catalyzed by the gene products of lysX , lysZ , lysY and either lysJ or argD andlysX，lysZ，lysY，要么lysJ或argD ，either lysK or argE . 要么 lysK或argF 。 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈In bacteria and plants, lysine may be synthesized from aspartate by one 在细菌和植物中，赖氨酸是由天冬氨酸通过二氨基庚二酸途径合成的。该途径不同于常见的中间物四氢吡啶羧化酶（As shown in Fig.如图2所示），one of these pathways involves succinylated intermediates, while the acetylase这些途径包括琥珀酰中间体，而乙酰化酶pathway comprises acetylated intermediates and the so-called dehydroge-途径包括乙酰化中间体和所谓的脱氢nase pathway directly forms dl-diaminopimelate from tetrahydrodipicolinate激酶途径直接从四氢吡啶羧化酶形成DL-二氨基庚二酸。recently described to operate in Chlamydia , converts tetrahydrodipicolinate最近研究发现在衣原体中存在转氨酶途径，首先从四氢吡啶羧化酶形成LL-二氨基庚二酸，然后再转化为DL-二氨基庚二酸。大多数细菌只包括这些途径之一。 Whereas the succinylase pathway is但是琥珀酰途径present both in gram negative and gram positive bacteria, the acetylase vari-在革兰阴性和革兰氏阳性菌中都存在，而乙酰化酶途径只在芽孢杆菌种存在。Only in a few只有在少数organisms like different species of the genera Corynebacterium and in Bacil-生物中如棒状杆菌和浸麻芽孢杆菌属中两个途径是可以共存的。两个不同代谢途径的共同点在于均受到天冬氨酸激酶的反馈抑制调节。在谷氨酸棒杆菌中，天冬氨酸激酶有一个同功酶存在，它由两个基因：lysC和lysC 编码，这两个基因是该酶的两个亚基的编码基因。赖氨酸和苏氨酸对该酶的生化活性具有反馈抑制作用，这个酶在芽孢杆菌中存在相同的反馈抑制作用，但是却存在两种不同的同功酶。目前存在的同功酶受赖氨酸和蛋氨酸的抑制作用，但是另外一个同功酶仅仅受苏氨酸的抑制作用。Its activity is bio-。此外，在有些细菌如大肠杆菌coli and B.和芽孢杆菌中，酶的活性调控代谢物在赖氨酸合成途径中还具有转录调控作用。L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈3 3 Corynebacterium glutamicum as a Production Organism作为生产菌的谷氨酸棒状杆菌L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Corynebacterium glutamicum , including its subspecies Brevibacterium 谷氨酸棒状杆菌，包括其亚种黄色短杆菌vum , Brevibacterium lactofermentum , Corynebacterium lilium , Corynebac-亚种，乳糖短杆菌，钝齿棒状杆菌和分枝短杆菌，is the most important organism for industrial lysine production.是赖氨酸工业生产中最重要的微生物。其他物种The only唯一在other species used for lysine production are recombinant E.赖氨酸生产中使用的是重组的大肠杆菌菌株。20世纪50年代发现(Imaizumi et al. 2005, 2006).。The capability of C.谷氨酸棒杆菌具有分泌amino acids was discovered in the 1950s (Kinoshita et al. 1957; Udaka 1960).氨基酸的功能是，该菌It is a gram-positive, rod-like, non-motile, aerobic bacterium (Fig. 3).该菌该菌 是革兰氏阳性，棒状，非活动，好氧菌（图3）。L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈图2二氨基庚酸途径和在原核生物中从天冬氨酸开始的赖氨酸的合成途径 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈prokaryotes: succinylase pathway ( A ); acetylase pathway ( B ), dehydrogenase pathway ( C ),：琥珀酰途径（A）;乙酰途径（ B），脱氢酶途径（C），and aminotransferase pathway ( D ).和转氨酶途径（D）L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈 Fur-L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Fig.3 Raster electron micrograph of Corynebacterium glutamicum ATCC 13032 cultivated 图3谷氨酸棒状杆菌 ATCC 13032电镜图 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈ther characteristics comprise a cell wall with arabino-galactan and mycolic更详细的特点包括细胞壁上具有细胞壁半乳聚糖和具有26-36个碳原子组成的霉菌酸和通过中间交叉连接的acids with 26 to 36 carbon atoms and a murein sacculus with peptido-glycan胞壁质囊酸聚糖，基因组The GC-的GCcontent of its genome is 53.8% (Kalinowski et al. 2003).含量为53.8。进一步Extensive biochemical进一步进一步的生化studies in the last decades as reviewed in a recent handbook on Corynebac-研究，如最近的谷氨酸棒杆菌手册，它综述了过去几十年 terium glutamicum (Eggeling and Bott 2005) and the recent unravelling of the谷氨酸棒杆菌的研究和最近测序得到的genome sequence (Haberhauer et al. 2001; Ikeda and Nakagawa 2003; Tauch基因组序列，使我们对赖氨酸的生物合成和代谢反应有了更详细的了解of the reactions of lysine biosynthesis and central metabolism in this micro-（图4）。 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣右谩潘盾艘噶梗僻手循论泊坤睛内耽温咎纱枢琴换蛾练岩变詹竞禄茄畅川看启湿浪辕膨疥壁黔羹魄藏砖琢犬切么欲冈Fig.4 图4 Central metabolic pathways and lysine biosynthesis in Corynebacterium glutam- 中央代谢途径和在谷氨酸棒状杆菌中赖氨酸的合成途径L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 L-赖氨酸的故事：从代谢途径到工业生产1 Introducti导言 22 Lysine Biosynthetic P赖氨酸合成途径 33作为生产菌的Corynebacterium glutamicum as a Production Organ谷氨酸棒杆菌 3.1 3.1 赖氨酸的合成Lysine Biosynthes 33.2中心碳代谢Central Carbon M饺烯犯篆赋电过信掂呵倾婚拣