鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸发酵.docx

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第十二章鸟氨酸、瓜氨酸和精氨酸发酵
L-精氨酸(L-Arginine,L-Arg)是具有胍基的碱性氨基酸，是合成蛋白质和肌酸的重要原料。精氨酸是人体和动物体的半必需氨酸，在医药和食品工业上具有广泛的用途。L-鸟氨酸(L-Or酸的生成，这就解除了精氨酸对N-乙酰谷氨酸激酶的反馈抑制，也就使鸟氨酸氨甲酰基转移酶的底物——鸟氨酸大量积累。
Kinoshita等发现由谷氨酸棒杆菌选育精氨酸营养缺陷突变株，可高产L-鸟氨酸。当L-精氨酸亚适量时，10%葡萄糖可产L-鸟氨酸25g/L。
陈宁等以谷氨酸棒杆菌为出发菌株，经硫酸二乙酯和紫外线多次诱变，定向选育出一株鸟氨酸生产菌A1157，其遗传标记为Arg-+D-Argr+SGr，并能耐受咼浓度糖。该菌株切断了由鸟氨酸向精氨酸的代谢途径，并解除了精氨酸对鸟氨酸合成酶系的反馈调控，从而可以大量积累鸟氨酸。
采用乳糖发酵短杆菌、柠檬酸节杆菌等的精氨酸缺陷突变株，均可在限量供给精氨酸的培养基中大量积累L-鸟氨酸(见表12-1)。
表12-1L-鸟氨酸产生菌遗传标记及产量
菌株
遗传标记
底物L-鸟氨酸(g・L」)
乳糖发酵短杆菌
Arg-
葡萄糖
62
柠檬节杆菌
Arg-
葡萄糖
40
枯草杆菌
ArgHxr、TRAr
葡萄糖
35
谷氨酸小球菌
Arg-、ArgHxr
葡萄糖
48
注：ArgHx—精氨酸氧肟酸，TRA—1,2,4-三唑-3-丙氨酸
2．由其它菌株的突变株生产鸟氨酸
枯草杆菌、大肠杆菌、产气气杆菌、变形杆菌(Proteusreftgeri)的精氨酸缺陷型(Arg—)菌株，在适当培养条件下，可由葡萄糖发酵生产鸟氨酸。另外，解烃棒杆菌
(Corynebacteriumhydrocarbodastus)和石蜡节杆菌(Arthrobacterparaffineus)的Arg—菌株，可以在以正石蜡为主要碳源的培养基中生产鸟氨酸。
洁白链霉菌(Streptomyoesvirginiae)的赖氨酸和硫胺素双重缺陷型菌株，在适当条件下，可由糖质生产10g/L的鸟氨酸。

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—或Arg—菌株的鸟氨酸发酵时发现，为了使鸟氨酸产生菌充分生长，必需在培养基中适当添加菌株要求的物质精氨酸。如果精氨酸的添加量不断增加，则菌体增殖达到顶点，但是其所生产的氨基酸种类却发生改变。如表12-2所示，当精氨酸添加量达到300mg/L以上时，鸟氨酸生成量减少，相反地，谷氨酸生成量却增大了。
表12-2由营养源浓度引起的生成氨基酸的变化
营养源添加
生成氨基酸*（g/L）
精氨酸（mg/L）生物素（Ag/L）
鸟氨酸
谷氨酸
200
5
56

500


18
注：*把谷氨酸棒杆菌（生物素缺陷型）的Cit-菌株，培养在含有萄葡糖10%，%,NH£%的无机合成培养基申，培养3天的结果。
二、瓜氨酸发酵
瓜氨酸和鸟氨酸一样，是精氨酸生物合成的中间体，所以可采用精氨酸营养缺陷型菌株进行瓜氨酸发酵。从提高生产性和便于发酵管理出发，也可以采用精氨酸营养缺陷型、精氨酸结构类似物抗性及嘧啶抗性的营养缺陷和多重抗性突变株生产瓜氨酸。
1．由精氨酸营养缺陷型菌株生产瓜氨酸
奥村等最先报告了大量积累瓜氨酸的研究，把枯草杆菌K的精氨酸营养缺陷型菌株培养在含有葡萄糖13%的发酵培养基中，发酵3天，。在瓜氨酸发酵中，精氨酸是精氨酸营养缺陷型菌株的要求物质。只有当精氨酸亚适量时，瓜氨酸积累量才最大。。NH4C1是良好的氮源，宜在培养过程中分次添加。瓜氨酸在菌体生长进入恒定期时，急速生成。%。
荻野等报告了谷氨酸棒杆菌精氨酸营养缺陷型菌株的瓜氨酸发酵。。培养基中的磷盐浓度，对瓜氨酸生成有较大的影响。所添加的磷盐（磷酸二氢钾和磷酸氢二钾合计）%时最佳。如果磷酸钾的浓度是前述浓度数倍时，瓜氨酸生成量下降到原来的一半以下。例如，%左右时，谷氨酸生成明显增加。这说明磷盐对这些物质的生物合成的控制具有重要作用。该精氨酸营养缺陷型菌株，可由10%，对糖分子收率为11%。另外，如果在发酵培养基中添加鸟氨酸、谷氨酸或其衍生物（乙酰谷氨酸等），则可以增加瓜氨酸的生成量。这表明，添加的这类瓜氨酸前体物质，可在发酵中转变为瓜氨酸。
Okumura等由枯草杆菌K选育精氨酸缺陷型突变株，在含有13%葡萄糖的发酵培养基中发酵3