精氨酸容星易方勇肖军

1、精精 氨氨 酸酸 精氨酸英文名arginine; 缩写：Arg 学名：2-氨基-5-胍基-戊酸 L-精氨酸是蛋白质合成中的编码氨基酸，哺乳动物必需氨基酸和生糖氨基酸。而D-精氨酸在自然界中尚未发现。 精氨酸是一种氨基酸，亦是20种普遍的自然氨基酸之一。一种复杂的氨基酸，在幼儿生长期，精氨酸是一种必需氨基酸。精氨酸结构式L精氨酸的作用1.营养增补剂，调味剂 2.有一定的解毒作用 3.有特殊的香味物质4.可促进伤口的愈合 5.有免疫调节功能 L-精氨酸提取的常用两种方法强酸水解提取工艺生物发酵工艺 强酸水解提取法： 以人、动物（主要是猪）的毛发或者猪血原料。 优点：技术成熟、在国内的毛发来源便宜、

2、伴有胱氨酸同时产出（成本低） 缺点：对环境污染严重、使用强酸等化学原料、有动物性来源杂质。 我国国内都是采用的水解法提取精氨酸 1. 特殊沉淀法 2. 电渗析法 3. 离子交换法 从毛发水解后制取的胱氨酸母液中提取L-精氨酸 生物发酵工艺： 以葡萄糖和玉米桨等为主原料 优点：采用全天然农作物为原料，不使用动物源材料、大规模生产具有成本优势。 缺点：技术含量高，工艺要求比较严格，投资相对较大。L-精氨酸的生物合成途径及代谢调节机制 L-精氨酸代谢没有分支途径，从中间代谢产物谷氨酸直接合成终产物精氨酸共需8步反应。 目前，L-精氨酸合成路径有3条： 型途径：在大肠杆菌、枯草芽孢杆菌中在氨基甲酰磷酸

3、和天冬氨酸作用下生成L-精氨酸。此途径的第1个酶为关键酶，受L-精氨酸的反馈抑制和阻遏，其他的酶受其阻遏。 型途径与型途径不同处是多了1个乙酰基循环反应。该途径的关键酶是第2个酶N-乙酰谷氨酸激酶，受终产物精氨酸的反馈抑制和阻遏。 精氨酸合成途径关键处是氨基甲酰磷酸合成。氨基甲酰磷酸合成的关键酶氨基甲酰磷酸合成酶有3个独立的酶活位点，受UMP和鸟嘌呤的变构调节 。 合成精氨酸的第3条途径，为典型的鸟氨酸转移酶依赖途径。N-乙酰鸟氨酸和氨基甲酰磷酸在氨基甲酰磷酸转移酶作用下，生成N-乙酰瓜氨酸，再经脱乙酰化生成瓜氨酸，进而合成精氨酸。发酵的代谢控制育种策略 高产菌育种要点： 1.解除菌体自身的反

4、馈调节 2.增加前体物的合成 3.切断进一步代谢的途径由突变菌种发酵生产氨基酸 1.好田，谷氨酸棒杆菌的突变株； 2.久保田，黄色短杆菌等抗性株； 3.木柱，枯草杆菌诱变出ArgHxr突变株 4.路志强，钝齿棒杆菌诱变rx钝齿棒杆菌的选育 材料与方法 ： 1.菌株 ，培养基及培养条件 2.诱变方法和突变株的筛选 4.有机酸的测定（采用高效液相色谱仪） 5.氨基酸的测定（采用氨基酸分析仪）代谢途径的的分析及育种策略 1.代谢途径分析 2 .育种策略的提出 3.高产 Arg 的突变株YDM403 的获得 4.菌株YD8 与菌株YDM403 的发酵过程的比较 5.SMC 抗性筛选 Arg 高产突变株

5、的育种机制由转导子发酵生产精氨酸 发现问题： 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，乙酰鸟氨酸分解能力受阻 4， 缺陷型菌株利用性受阻 分析问题： 选育在赖氨酸存在时能够利用乙酰赖氨酸生长的Lys菌株。则其精氨酸生物合成酶系的阻遏能解除。另外，野生菌株能够以精氨酸或其脱羧产物-鲱精胺作唯一氮源生长。Sr4(野生菌种)Arg分解能力缺失PA10212(ArD)PA2028(ArD,LysA)Arg存在下，利用N乙酰赖氨酸生长PA3179（ArD， LysA，ArgR）ArgA的转导LysAT404(ArD,ArgR,ArgA)RA4240(proA/B,ArgD,

6、ArgR,proA)ProPA1083(proA/B)RA2090(proA/B, ArgD)RA3236(proA/B, ArgD, ArgR)Pro回复ArgArg存在下的pro分泌（由黏质赛氏杆菌转导获得精氨酸产生菌）解决问题： 两种突变菌株（PA3179，RA4240）各自具备生产菌株必备的部分性质。 PA3179具有两个性质，精氨酸分解能力欠缺性和精氨酸合成酶系解阻遏性。 RA4240则具有对氨基酸反馈抑制脱羧的N-乙酰谷氨酸合成酶。这些特性的基因集中在一个菌株中，选育出优良的精氨酸生产菌株。 于是采用转导法，以PA3179作受体菌株，以作供体菌株，以赖氨酸缺陷性作为标记，进行结构基

7、因Arg的转导。 基因工程菌发酵生产精氨酸 一：克隆基因，重组质粒，导入宿主 构建出精氨酸工程菌株 二：构建穿梭质粒，缺陷型菌株 转入遗传信息国外氨基酸生产菌的研究 传统技术选育： 日本最早开始选育精氨酸生产菌，以传统诱变选育为主，诱变方法多为化学诱变，前期主要用亚硝基胍（NTG ）诱变，后期多用复合诱变选育。通过选育抗性结构类似物，获得精氨酸高产菌株。以黄色短杆菌或谷氨酸棒杆菌为出发菌株。国外精氨酸产生菌研究进展 1 传统选育技术选育： 以化学诱变为主，前期主要用NTG诱变，后期多用复合诱变选育。通过选育抗性就够类似物获得精氨酸高产菌株。 2 基因工程育种： （1）Caldara等利用芯片杂

8、交技术和PCR技术分析发现的 （2）Shi等用凝胶过滤色谱分析研究NAGS，第一次从晶体结构分析它。 （3）Ikeda等以三株谷氨酸棒杆菌突变株为出发菌株进行基因重组，获得高产精氨酸菌株。结 语 我国精氨酸生产菌选育以及生产技术研究已取得一定的进展，获得了性能优良的精氨酸高产菌株，具有产量高，性能稳定和代谢途径简单等优点，但其产业化规模低，推广程度也低。行业市场和生产的规范化需要进一步改革。精氨酸结构式 强酸水解提取法： 以人、动物（主要是猪）的毛发或者猪血原料。 优点：技术成熟、在国内的毛发来源便宜、伴有胱氨酸同时产出（成本低） 缺点：对环境污染严重、使用强酸等化学原料、有动物性来源杂质。L

9、-精氨酸的生物合成途径及代谢调节机制 精氨酸合成途径关键处是氨基甲酰磷酸合成。氨基甲酰磷酸合成的关键酶氨基甲酰磷酸合成酶有3个独立的酶活位点，受UMP和鸟嘌呤的变构调节 。 合成精氨酸的第3条途径，为典型的鸟氨酸转移酶依赖途径。N-乙酰鸟氨酸和氨基甲酰磷酸在氨基甲酰磷酸转移酶作用下，生成N-乙酰瓜氨酸，再经脱乙酰化生成瓜氨酸，进而合成精氨酸。Sr4(野生菌种)Arg分解能力缺失PA10212(ArD)PA2028(ArD,LysA)Arg存在下，利用N乙酰赖氨酸生长PA3179（ArD， LysA，ArgR）ArgA的转导LysAT404(ArD,ArgR,ArgA)RA4240(proA/B,ArgD,ArgR,proA)ProPA1083(proA/B)RA2090(proA/B, ArgD)RA3236(proA/B, ArgD, A