II ступень по данной схеме может быть реализована культурой e.

coli, в качестве донора аминогрупп могут выступать аланин или аспара-

гиновая кислота.

Комбинированный, принципиально новый способ получения L-лизина

в 1973 г. был предложен японской фирмой «Тойо Рейон» («Торей»). Ко-

нечный продукт, получаемый по данной технологии, отличается высокой

концентрацией и чистотой. На первой стадии циклогексан в результате

химических реакций превращается в циклический ангидрид лизина (D, L-

α-амино-ε-капролактам). На второй стадии осуществляют разделение оп-

тических изомеров с помощью ферментов; происходящий при этом асим-

метрический гидролиз с участием гидролазы аминокапролактама приво-

дит к образованию L-лизина. Гидролазу L-α-амино-ε-капролактама синте-

зируют дрожжи (Candida, Trichospora, Cryptococcus), фермент стимулиру-

ется ионами марганца, магния и цинка. Источником рацемазы аминока-

пролактама могут служить бактерии (Flavobacterium, Achromobacter). Оба

эти фермента, обладающие рацемазной и гидролазной активностями, в

виде определенного количества биомассы вводят на II ступени в водный

раствор предшественника – DL-аминокапролактама. В ходе ферментатив-

ных реакций из предшественника образуется L-лизин, чистота препарата –

выше 99 %. Помимо микробной биомассы, источником превращений DL-

аминокапролактама в лизин могут служить изолированные иммобилизо-

ванные ферменты. Раствор предшественника пропускают через колонку,

содержащую оба иммобилизованных фермента: один из них (гидролаза)

гидролизует амидную связь в L-аминокапролактаме, не затрагивая D65

формы предшественника; второй (рацемаза) – превращает D-изомер в ра-

цемат с высокой скоростью. Выход L-лизина может составлять до 95 %.

L-триптафан также можно получать из предшественника – антранило-

вой кислоты. На первом этапе по традиционной микробиологической схе-

ме с использованием дрожжей Candida utilis в течение 20–24 ч проводят

процесс ферментации в условиях интенсивной (около 7 г О2/л.ч) аэрации.

Среда содержит мелассу (10.4 %), мочевину, сульфат магния, фосфаты

калия. Для пеногашения используют кашалотовый жир и синтетические

кремнеорганические соединения. Далее интенсивность аэрации снижают

вдвое, в культуру периодически вносят растворы мочевины, мелассы и

антраниловой кислоты. В течение 22–24 ч наращивают биомассу – источ-

ник ферментов; затем, в течение последующих 120 ч происходит собст-

венно трансформация антраниловой кислоты в аминокислоту. Общее вре-

мя процесса составляет около 140 ч, выход триптофана – 60 г/л.

Большие успехи в биотехнологии аминокислот были достигнуты с

формированием методов инженерной энзимологии, в частности, с разви-

тием техники иммобилизации ферментов.

Первым процессом промышленного использования иммобилизован-

ных ферментов был процесс для разделения химически синтезированных

рацемических смесей D- и L-форм аминокислот, разработанный в Японии

в 1969 г. (предыдущие 15 лет процесс проводился компанией «Танабе

Сейяку» с применением растворимых ферментов – аминоацилаз). В каче-

стве исходного материала используют раствор ацилпроизводных синтези-

рованных химическим путем LD-форм аминокислот, который пропускают

через колонку с иммобилизированной L-аминоацилазой. Последняя гид-

ролизует только ацил-L-изомеры, отщепляя от них объемную ацильную

группу и тем самым резко увеличивает растворимость образующейся L-

аминокислоты по сравнению с присутствующими в реакционной смеси

ацил-D-изомерами. Далее смесь легко разделяется обычными физико-

химическим методами. Компанией на промышленном уровне по данной

технологии реализован синтез нескольких L-аминокислот, в том числе

метионина, валина, фенилаланина, триптофана. Представляет интерес

процесс получения аспарагиновой кислоты из химических предшествен-

ников (фумаровой кислоты и аммиака) на основе фермента аспартазы,

разработанный японской фирмой «Танабе Сейяку». Фермент в одну ста-

дию присоединяет молекулу аммиака к двойной связи фумаровой кислоты

с образованием оптически активной L-аспарагиновой кислоты. Выход

продукта составляет 99 %, процесс реализуется непрерывно в колонке

объемом 1 м3. Производительность достигает 1700 кг чистой L-аспараги-

новой кислоты в день на один реактор.

Дегидрогеназы ______аминокислот (лейцин- и аланиндегидрогеназы), катали-

зирующие обратимые реакции дезаминирования, применяют в непрерыв-

ных процессах синтеза аминокислот из соответствующих кето-аналогов.

66

Глутаматсинтетаза, катализирующая АТФ-зависимую реакцию аминиро-

вания глутамата, используется для получения глутамина с 92 % выходом.

L-тирозин-фенол-лиаза, катализирующая реакцию элиминации, в которой

тирозин распадается с образованием фенола, аммиака и пирувата, исполь-

зуется для энзиматического получения последнего. L-триптофан-индол-

лиаза может быть использована для получения L-триптофана из индола,

пирувата и аммиака.

Высокая потребность в аминокислотах непрерывно стимулирует раз-

работку принципиально новых и более эффективных биотехнологических

способов их получения при наращивании темпов и объемов промышлен-

ного производства.