Регуляция биосинтеза аминокислот

При микробиологическом синтезе аминокислот широкое распространение в качестве компонентов сред для культивирования продуцентов имеют поверхностно-активные вещества, биотин и некоторые антибиотики. Биотин содержат многие растительные продукты, часто входящие в состав ферментационных сред. На­глее богата биотином меласса, являющаяся во многих случаях одним из основных ингредиентов производственных сред, но избыток биотина отрицательно сказывается на накоплении глутаминовой кислоты. Количество биотина в среде должно быть ми­нимально. Например, для С. glutamicum при 10%-ной концентрации глюкозы оптимальное содержание биотина на литр среды должно превышать 2—4 мкг. Оптимум концентрации биотин в известных пределах находится в зависимости от содержания глюкозы. Количество биотина, необходимого для максимального накопления глутаминовой кислоты С. glutamicum, должно быть меньше концентрации, необходимой для максимального роста бактерии. При получении лизина и α-аланина оптимальные концентрации биотина в среде обычно в 5—10 раз выше, чем при по­лучении глутаминовой кислоты. Биотин в ряде случаев оказывается фактором, регулирующим процесс биосинтеза: один и тот же микроорганизм при низких концентрациях биотина может накапливать глутаминовую кислоту, а при высоких—лизин. Функция биотина в этом процессе получила объяснение при изучении метаболизма продуцентов. Аминокислоты первоначально накап­ливаются в клетке, составляя пул, или фонд. Отмечено, что аминокислотный фонд клеток Brevibacterium flavum, выросших на бедной биотином среде, ниже, чем при росте на среде, где его много. Этот факт связывают с повышенной проницаемостью бак­терий, выросших на среде, бедной биотином. Показано, что кле­точная мембрана бактерий, бедных по биотину и способных на­капливать глутаминовую кислоту, содержит больше насыщенных жирных кислот, чем ненасыщенных, в противоположность «бога­тым» по биотину клеткам, ее не накапливающих. Кроме того, в мембране клеток, «бедных» биотином, меньше фосфолипидов, чем у «богатых» биотином. Таким образом, одна из функций био­тина сводится к синтезу ненасыщенных жирных кислот, снижа­ющих проницаемость клеточной мембраны для глутаминовой кислоты. Избыток биотина в среде может также привести к повышению активности 2-кетоглутаратдегидрогеназы, т. е. напра­вить течение реакции в сторону синтеза сукцинил-КоА. В этом случае выход глутаминовой кислоты понижается.

С целью повышения проницаемости микроорганизмов реко­мендуется вводить в среды некоторые антибиотики, в частности калиевую соль бензилпенициллина. Увеличение проницаемости происходит, по-видимому, за счет нарушения структуры пептидогликанового слоя клеточной стенки. Известно, что пенициллин нарушает образование «мостиков» пептидной части структуры.

Повышение степени проницаемости клеточной стенки также возможно при введении в среды поверхностно-активных веществ. Некоторые из детергентов, будучи добавленными к бактериаль­ным суспензиям, вызывали интенсивную утечку из клеток амино­кислот, нуклеотидов и других низкомолекулярных метаболитов. Изучение механизма взаимодействия ионных детергентов с клеточными структурами показало, что поверхностно-активные вещества анионного типа взаимодействуют, по-видимому, с кетоимидными группами мембранных белков и иминогруппами аминополисахаридов. Вещества катионного типа — с карбоксильными группами белка. Из наиболее известных агентов, влияющих на проницаемость клеток и выход глутаминовой кислоты, следует назвать твин-40 (полиоксиэтилен-сорбитан-монопальмитат), твин-60 (полиоксиэтилен-сорбитан-стеарат), полиэтиленгликоль моностеарат, N-миристоил-глицин. Рекомендуется совместное применение пенициллина с поверхностно-активными веществами.