微生物发酵法生产L-亮氨酸的研究进展.pdf

专题综述
微生物发酵法生产L一亮氨酸的研究进展
张伟国,程功
(江南大学工业生物技术教育部重点实验室,江苏无锡214122
摘要:徽生物发酵法是目前生产L-亮酸最主要的方法。选育L-亮酸高产菌株,有利于缩短
国内亮氪酸生产与国外生产之间的差距,提高我国L-亮酸市场与国际的竞争力。作者概述了
T-亮酸的生产方法、生物合成过程中酶的调节作用以及转运蛋白和亮酸响应蛋白对「-亮
氮酸的调控作用,同时概述了国内外L-亮気酸产生首育种方法的研究进展
关键词:Lー亮氨酸;生物合成;转运蛋白;Lrp
中图分类号:Q591.2文献标志码:A文章编号:1673-1689(2015)02-0113-08
Progress on Microbial Fermentation Production of L-leucine
ZHANG Weiguo, CHENG Gong
Key Laboratory of Industrial Biotechnology, Ministry of Education, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)
Abstract Microbial fermentation was the mainly method to product L-leucine presently. Improving
the strain production of Ir-leucine by breeding high-yielding strains is helpful for shortening of the
gap with foreign production and improving our international competitiveness with foreign. This paper
stalled the methods of I -leucine production, regulation of biosynthesis enzymes, transporter and
leucine responsive protein, and the research evolution of the breeding of L-leucine hyper-producter
were summarized at home and abroad
Keywords: T-leucine, biosynthesis, transporter, T rp
L-亮氨酸,又称白氨酸,即:Q-氨基-γ-甲基成料,对维持危重病人的营养需要、抢救虑者生命起
酸、Q-氨基异己酸,与缬氨酸、异亮氨酸同属于支链着积作用,如L-亮氨酸 Schiff碱Cu(I)、Ni
氨基酸。工-亮氨酸是1819年 Proust首次从奶略中(Ⅲl)、Z乙n(I)金属配合物具有抗癌、抗病毒、抑制细
分离出来,后来 Braconnot从肌肉与羊毛的酸水解菌生长等生物活性功能?;以L-亮氮酸为前体物合
物中得到其结晶,并定名为亮氨酸。1.-亮氨酸是人成的乙酰--亮氨酸和乙醇可作为头晕治疗及营
与动物自身不能合成而必需依赖外源供给的8大养滋补类药物。另外,T-亮氨酸在食品、化妆品、农
必需氮基酸之一。L-亮氨酸具有多种生理功能,是业上也具有广泛的应用,如选用L-亮氮酸作为氮基
临床选用的复合氨基酸静脉注射液不可缺少的原酸部分的Nー-稀有脂肪酸基-L-亮氮酸具有较高的
收稿日期:2014-03-20
基金项目:国家863计划项日(2008A02Z12)
作者简介:张伟国(1963-),男,江苏张家港人、工学博士,教授,博士研究生导师,主要从半工.业微生物菌种选育、生物能源和牛物新材
料等方面的研。E-mail:khanewal68@126.com
念品5わ技水学报2015年第34卷第2期113
REVIEW
ZHANG Weiguo, et al Progress on Microbial Fermentation Production of L-leucine
抗菌活性,可用作食品添加剂;L-亮氮酸与稀土配13酶法
合物是氮基酸肥料和农药的一种?,不仅能增产、防
悔法是以异成醛与乙酰胺为原料,借助于有机
止农作物病虫害,并且能被口光和微生物降解,是合成和生物化学工程相结合的合成方法合成.-亮
目前深受人们喜爱的“绿色农药”。这种农药的降解氮酸。利用异戊際与乙酰胶为原料,在PlCl/Phay
产物还可促进农作物对微量元素的吸收利用,增加 LIBR/IL,SO,催化下,合成消旋的N-乙酰基亮氮酸
产量,改善作物的品质
然后经酰基转移晦(曲霉酰基转移晦和猪肾酰基转
国内对⊥-亮氮酸的需求拉动了L-亮氮酸的生移晦)对应地水解得到I-亮氨酸和N-乙酰-D-亮
产。但日前国内大多采用毛发水解来生声L-亮氮氨酸2。此方法中酶的稳定性较差,易发生水解作
酸,环境污染严重。国内发法生产T-亮氨酸研究用,产生许多不必要的副广产物,导致-亮氨酸的产
起步较晚,技术落后,与ロ本等发达国家相比亮氨平低。
酸发酵的整体水平相比尚有一定的差距。因此,迫14微生物发酵法
切要求选育L-亮氨酸高产菌株,提高发酵产酸水
1967年 Calvo经诱変鼠伤寒沙门氏菌
平、糖酸转化率和提取收率,降低生产成本,提高与( Salmonella typhimurium)得到一株抗3-氟亮氨酸
国际市场的党争力。
突变株,始了微生物发酵法生产1-亮氨酸。微生
作者围绕L-亮氨酸的生产方法、亮氮酸的生物
物发酵法是利用做生物菌体的生物合成和代谢作
合成途径及调控机制以及「一亮氨酸产生菌的育种
用,过量积累中问代谢产物的过程。包括微生物转
研究等3个方面综述了微生物法生产1.-亮氨酸的
化法和微生物直接发酵法。
研究现状及应用前景
1)微生物转化法:又称添加前体发酵法。利用
1亮氨酸的生产方法
葡萄糖为发酵碳源、能源,再添加目的氨基酸的前
体物,经特定微生物的代谢转化作用将该前体物有
L-亮氨酸的生产方法有提取法、化学合成法、效地转化为日的氨基酸。如:1987年徳国学者
酶法、微生物发酵法等
Groecer-ll5l采用分批流亮氨酸的前体物质Q-酮某异
11提取法
已酸32gL,经谷氮酸棒菌ATCC13032发酵23
一亮氨酸在蛋自质中的含量相对较多,比如干
h,L-亮氮酸的产量达到24gL,从-基异己酸到
亮氨酸的转化是经过转氨酶的催化生成的。
酪素、人发、角蛋白、血色素等。在酸性条件下将蚩
2)微生物直接发酵法:利用微生物能自身合成
白质水解,用碱中和使亮氮酸沉淀,然后用B-縈帆
L-亮氮酸的能力,通过对原始菌株(通常用谷氮酸
酸使沉淀结晶。最后用离子交换法、层析法分离亮
产生菌如黄色短杆菌、谷氮酸棒杆菌等)的诱变处
氨酸。国内仍有一些工厂利用水解天然蛋白质分
理,选育出营斧缺陷型及氨基酸结构类似物抗性突
离提取亮氨酸,是因为提取法生产亮氨酸对设备和
变株,以解除代谢调节中的反馈抑制或阻遏作用,
技术要求不高,但是利用这种方法得到的亮氨酸
达到过量积累L-亮氨酸的目的。以微生物直接发酵
品纯度不高,不能用于药品,同时还费时、污染“法生产L-亮氮酸,在国外(如口本)已形成一定规模
重、收率低、不适合大规模工业化生产。
的工业生产能力。主要的生产菌株有:粘质赛氏杆<