支链氨基酸生物合成途径

来源: 发布时间：2015-01-04  

支链氨基酸包括L-缬氨酸（L-valine）、L-亮氨酸（L-leuine）和L-异亮氨酸（L-isoleuine），因其疏水脂质链都具有分支的甲基集团，又称之为分支链氨基酸。支链氨基酸作为人体必需氨基酸，不仅是蛋白质的合成原料，而且还具有特殊的生理和生物学功能，亦可作为生物体能源。目前，支链氨基酸广泛应用于氨基酸输液、营养强化剂等医药行业、洗涤剂、以及除草剂领域。由于支链氨基酸具有广泛的用途，其需求量逐年增高。L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-缬氨酸的需求量分别为4000、1000、2500t/年，并且都以15%~20%的速率快速递增。支链氨基酸可以通过蛋白水解提取法和酶催化法获得，但是由于提取工艺复杂，污染严重以及与异构体拆分困难等缺点，导致目前生产支链氨基酸的方法主要为微生物发酵法。支链氨基酸生产菌种主要为谷氨酸棒杆菌Corynebacteriumglutamicum（包括其亚种黄色短杆菌Brevibacteriumflavum和乳糖发酵短杆菌Brevibacteriumlactofermentum等）和大肠杆菌Escherichiacoli。现在大多数企业所采用的生产菌种主要是通过常规诱变选育的，其遗传背景不清晰，很难再提高产量。

作者主要介绍Corynebacteriumglutamicum中支链氨基酸的生物合成途径及其代谢调控，并对支链氨基酸代谢工程育种情况进行了综述。
　　支链氨基酸生物合成途径及其酶活性调节。

　　支链氨基酸生物合成途径见图1。三种支链氨基酸的生物合成途径是紧密相连的，其中，L-异亮氨酸和L-缬氨酸经由同一平行途径，由相同的酶催化合成的，而L-亮氨酸是从L-缬氨酸前体物质α-酮基异戊酸分支，并由一系列特殊的酶催化合成。支链氨基酸生物合成途径中有4个公共酶系（分别为：乙酰羟酸合成酶AHAS、乙酰羟酸异构还原酶AHAIR、二羟酸脱水酶DHAD和支链氨基酸转氨酶TAs）以及各自独特的合成酶系，但正是因为生物合成途径中的这些公共酶系，导致三种支链氨基酸在生物合成过程中相互作用，从而使某一支链氨基酸生产中常常副生另外两种支链氨基酸，进而导致产酸水平下降和提取精制困难；而且由于三种氨基酸分子结构相似，只是合成途径中各种酶对底物亲和性的不同，酶与底物存在着一种模糊的识别关系，从而导致三种支链氨基酸的代谢拮抗作用。

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