高絲氨酸缺陷型谷氨酸棒桿菌的賴氨酸發(fā)酵的主要代謝調(diào)控機(jī)制是什么？

一種人體必需的氨基酸。學(xué)名二氨基己酸。賴氨酸含有2個(gè)氨基(-NH2)和1個(gè)羧基(-COOH)，是一種具有明顯堿性的氨基羧酸。按光學(xué)活性分,賴氨酸有L型（左旋）、D型（右旋）和DL型(消旋)3種構(gòu)型。只有 L型才能為生物所利用。通常所說(shuō)的賴氨酸均指L型。L型賴氨酸呈針狀晶體，在210℃變暗，在224.5℃下分解,易溶于水,微溶于醇，不溶于醚。 　　1889年德萊賽爾首先用酸水解法從酪蛋白水解物中分離出賴氨酸和精氨酸混合物。1891年弗雪及德萊賽爾分別從上述混合物中分離到純的賴氨酸。1902年弗雪與韋特用合成法制成賴氨酸并確定了賴氨酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)。1957年加拿大理查德等人從 600株霉菌中篩選得到兩株黑粉菌。這兩株黑粉菌能發(fā)酵生成 0.2～0.3g/l賴氨酸。同時(shí)都倫納用同一菌進(jìn)行培養(yǎng)研究，使賴氨酸生成量提高至 0.7 ～ 0.8 g/l；其后,漢斯肯又將生成量提高至1.95g/l。這是最早有關(guān)發(fā)酵法生成賴氨酸的研究。賴氨酸的工業(yè)生產(chǎn)始于1958年。日本木下祝郎、中山清等采用紫外線照射谷氨酸棒桿菌得到了一株高絲氨酸（或蘇氨酸＋蛋氨酸）的營(yíng)養(yǎng)缺陷型變異株，使賴氨酸生成量達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)水平。 　　自然界中動(dòng)物蛋白質(zhì)的賴氨酸含量較高，谷類則較低。對(duì)谷類補(bǔ)充L-賴氨酸可提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。由于賴氨酸有促進(jìn)家禽、家畜生長(zhǎng)發(fā)育，改善肉質(zhì)，提高產(chǎn)蛋率等作用，因此被大量用作飼料添加劑。賴氨酸在食品工業(yè)中被廣泛用作某些食品和飲料的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。在醫(yī)藥工業(yè)中，L-賴氨酸是復(fù)方氨基酸輸液的一種成分。賴氨酸泛酸鹽可用于治療白細(xì)胞減少癥。據(jù)統(tǒng)計(jì)，賴氨酸應(yīng)用比例為：動(dòng)物飼料95％、食品強(qiáng)化3％、醫(yī)藥工業(yè)2％。 　　賴氨酸的制備最初采用蛋白質(zhì)水解法從血干粉、酪蛋白、脫脂大豆蛋白質(zhì)抽提制取。20世紀(jì)80年代大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中主要用發(fā)酵法和酶法兩種工藝生產(chǎn)賴氨酸。至1985年，賴氨酸世界年產(chǎn)量發(fā)酵法為 7400t，酶法為4000t，并有大幅度增加的趨勢(shì)。 　　賴氨酸發(fā)酵法分為二步發(fā)酵法（又稱前體添加法）和直接發(fā)酵法兩種。 　　二步發(fā)酵法 　50年代初開發(fā)的二步發(fā)酵法以賴氨酸的前體二氨基庚二酸為原料，借助微生物生產(chǎn)的酶（二氨基庚二酸脫羧酶），使其脫羧后轉(zhuǎn)變?yōu)橘嚢彼帷Ｓ捎诙被嵋彩怯冒l(fā)酵法生產(chǎn)的，所以稱二步發(fā)酵法。70年代后，日本采用固定化二氨基庚二酸脫羧酶或含此酶的菌體,使內(nèi)消旋2，6-二氨基庚二酸脫羧連續(xù)生產(chǎn)賴氨酸，改進(jìn)了這一工藝。盡管這樣,該工藝仍較復(fù)雜,現(xiàn)已被直接發(fā)酵法取代。 　　直接發(fā)酵法 　廣泛采用的賴氨酸生產(chǎn)法。常用的原料為甘蔗或甜菜制糖后的廢糖蜜、淀粉水解液等廉價(jià)糖質(zhì)原料。此外，醋酸、乙醇等也是可供選用的原料。直接發(fā)酵法生產(chǎn)賴氨酸的主要微生物有谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌、乳糖發(fā)酵短桿菌的突變株等 3種。這種方法是在50年代后期開發(fā)的。70年代以來(lái)，由于育種技術(shù)的進(jìn)展，選育出一些具有多重遺傳標(biāo)記的突變株，使工藝日趨成熟，賴氨酸的產(chǎn)量也得到成倍增長(zhǎng)。工業(yè)生產(chǎn)中最高產(chǎn)酸率已提高到每升發(fā)酵液100～120g,提取率達(dá)到80～90％左右。直接發(fā)酵生產(chǎn)賴氨酸的工藝流程如圖所示。 　　用糖蜜作原料時(shí)，除先要對(duì)糖蜜進(jìn)行預(yù)處理以去掉雜質(zhì)外，其他工序與用淀粉原料相似。 　　酶法 　主要用生產(chǎn)尼龍?jiān)霞簝?nèi)酰胺時(shí)生成的大量副產(chǎn)物環(huán)己烯為起始原料，用化學(xué)方法合成 DL-氨基己內(nèi)酰胺，然后以此作為酶反應(yīng)的底物，經(jīng)羅倫氏隱球酵母生產(chǎn)的L-氨基己內(nèi)酰胺水解酶，和從奧巴無(wú)色桿菌菌體中分離到的α-氨基己內(nèi)酰胺外消旋酶共同作用,轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)-賴氨酸。該工藝由于反應(yīng)速度快，原料便宜，產(chǎn)酸率高，已投入工業(yè)生產(chǎn)。