Производство на аминокиселини


Категория на документа: Други



Отбелязванена ауксотрофи - например Micrococcus glutanicum-Ala,-Met.

Други продуценти, които се използват за получаване на АК са регулаторни мутанти. Това са култури, получени при използване на аналози на съответните АК, които имат токсично действие в по- големи количества. Някои култури превъзмогват токсичното действие на аналозите и произвеждат АК в значително по-голямо количество. Като структурен аналог на Lys, по-известен е 2-аминоетилцистеин (2-AECs).
Получаване на регулаторни мутанти.

1. Клетките на дивия щам се обработват с мутагенен фактор в средата на логаритмичната фаза;
2. Отстранява се мутагенният фактор;
3. Клетките се поставят в минимална хранителна среда, към която се прибавя известно количество аналог;
4. Клетките се култивират няколко дни до прорастване на колонии. В средата с аналозите се развиват само устойчивите към тях мутанти. След това колониите се поставят в богати хранителни среди и се изпитват за биосинтез на АК в подходящи хранителни среди при подходящи условия. Трябва да се подчертае, че аналозите нямат мутагенно действие, а изпълняват ролята на селективен фактор. В тяхно присъствие умират само чувсвителните клетки.

Обикновено устойчивостта кореспондира с изменение на контролните механизми при ензимите, упражнявани чрез крайния продукт. Ценно свойство на тези мутанти е, че растат в прости среди без добавка на растежни фактори, тъй като селекцията се провежда в минимални хранителни среди. Регулаторните мутанти запазват своята прототрофност. Структурните аналози оказват токсично действие като се включват в структурата на белтъка и го инактивират функционално. Наред с регулаторната мутация в аналого-устойчивите мутанти може да се индуцират допълнителни ауксотрофни мутации. Подобни двойни мутанти, регулаторно-ауксотрофни, проявяват по-високи биосинтетични възможности.

Други продуценти на АК са получени на база генно инженерство. Тези продуценти имат ограничено производство на АК, защото:
1. Синтезата е многостъпален процес. Извършва се с участието на много ензими, а за конструирането на продуцент трябва да се вкарат всички гени, кодиращи синтезата на необходимите ензими;
2. Синтезата на АК се регулира по механизма на обратната връзка чрез концентрацията на крайния продукт. При свръхпродукция крайните продукти водят до репресия;
3. Спор за използването на генно-модифицирани микроорганизми

Мускулен ревматизъм - L-Trp ( внос от Испания, 90-те години) - заболяването се получило от генно-модифициран щам; не е спазена технологичната дисциплина (в културалната течност е имало много странични продукти).

Производството на АК с ензими започва през 1969г. в Япония. Ензимът аспартаза, който катализира разграждането на аспаргина до фумарова киселина и амоняк, е способен да катализира и обратната реакция при определени условия. Днес с ензими се произвежда и Lys (лизин). Изходната суровина е D-, L-амино капролактам (нефтено производно). Засега производство с ензими има само в Япония.

Получаване на Lys (лизин)

Лизинът бива диамино карбоксилова киселина от аспаргиновото? семейство, незаменима АК, съществува във вид на две оптически активни форми - D- и L-форма и рацемична D-L-форма. Природният лизин е изключително L-форма. L-лизинът е кристално вещество, с Mw=146,19 Da; Tm (melting) 224-225°C с разлагане. Кристализира, добре се разтваря във вода, киселини и основи, трудно се разтваря в алкохол и не се разтваря в етер.

Лизинът е втората АК по обем на производство и първа по отношение на изхранване на животните. Най-голямото производство в Света е в Япония, а най-голям потребител е САЩ. Лизинът влиза в състава на почти всички белтъци от животински, растителен и микробен произход. Той определя не само биологичната ценност на белтъците, но изпълнява и други биохимични функции. Спомага за секрецията на храносмилателни ензими, за транспорта на Са2+ в клетката, подобрява общия баланс на азота в организма. Намира приложение в животновъдството, храниелната и фармацефтичната промишленост. Използването му като добавка към растителни протеини повишава биологичната стойност и намалява разхода за фураж.
Към настоящия момент лизин се получава по БТХ метод чрез два варианта:
* Директна ферментация на лизин-продуциращи култури;
* Ензимен метод (аспартаза от E. coli ). Този метод е реализиран в Япония и се характеризира със следните предимства:
1. Малки обеми на използваните ферментори;
2. Строго определени количествени съотношения между субстрата, ензима и крайния продукт;
3. Не е необходима стерилизация;
4. С използването на имобилизирани катализатори производителността се увеличава и прави метода икономически изгоден;

Недостатък на метода е ниската цена на лизина, която трудно компенсира цената на използваните субстрати и ензими. Ето защо този метод е по-скъп.

Основната суровина при ензимния метод е D-,L-α-амино капролактам (от нефт). Процесът е двустъпален.
1 стъпало: Ензимна хидролиза на субстрата. Реакцията се катализира от хидролаза от дрожди от р.Cryptococcus. Получава се L-лизин и D-α-амино капролактам.
2 стъпало: Модифициране на D-α-амино капролактама от рацемаза от бактерии от р.Achromobacter. - изомеризира в L-форма. Модифицираният субстрат се прехвърля в първия реактор, където се трансформира в L-лизин.

Механизъм и регулация на биосинтезата на лизин.

Протича по два различни биохимични пътя. Единият минава през аминоадипинова киселина (аминоадипинов път). Вторият минава през диаминопимелинова киселина (диаминопимелинов път). Някои фикомицети, всички аско- и базидиомицети, и някои водорасли синтезират лизин по аминоадипиновия път. Бактериите, актиномицетите и синьо-зелените водорасли синтезират по диаминопимелиновия път.

Аспарагиновата киселина под действие на ензима аспартат киназа се превръща в аспартил фосфат, а след това в полуалдехид на аспарагиновата киселина. Този междинен метаболит е много важен тъй като от него се получават лизин и хомосерин. Хомосеринът е междинен продукт за синтезата на треонин и изолевцин от една страна, и на метионин от друга. При нарушаване на синтезата на синтезата на треонин, метионин и изолевцин на етапа на образуването на хомосерин, превръщането на аспарагиновата киселина се насочва по посока за получаване на лизин. Така е при E.coli.

За разлика от E.coli, регулацията на синтезата на лизин от Brevibacterium flavum и Corynebacterium glutanicum е по-проста. Ключов ензим в синтезата на лизин е аспартат киназата, която се инхибира от съвместното действие на треонин и лизин. Освен това треонинът инхибира и хомосерин дехидрогеназата, а репресор на ензима е метионин. От тук следва, че метаболитите, инхибиращи ензимите, участващи в синтезата на лизин не трябва да се съдържат в средата.

Синтезата на треонин зависи от активността на ензима хомосерин дехидрогеназа и хомосерин киназа, а синтезата на лизин се катализира от ензима дихидропиколинат синтетаза. При дивите щамове Corynebacterium активността на хомосерин дехидрогеназата е 15 пъти по-висока от тази на дихидропиколинат синтетазата, което означава, че фактическият биосинтез на лизин в клетката започва едва след насищането с другите три АК от аспаргиновото семейство. Следователно, за да се получат свръхпродуценти на лизин е нужно да се подтисне хомосерин дехидрогеназата и хомосерин киназата. Това се постига чрез въздействие с мутагенни фактори върху прототрофни култури.




Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Производство на аминокиселини 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.