Биосинтез лизина

Микробиологический синтез лизина осуществляют мутантные штаммы бактерий, относящиеся к родам Corynebacterium и Brevibacterium.

Одним из способов получения лизина является ферментатив­ный метод, при котором субстратом служит мезо-изомер 2,6- диаминопимелиновой кислоты, а фермент — диаминопимелинат-декарбоксилаза. Практически используют суспензию микробных клеток, в частности Brevibacterium sp., предварительно выращен­ных на соответствующей среде. Иногда микробные клетки пред­варительно обрабатывают ацетоном для получения «ацетонового порошка». Однако применение такого метода не всегда возмож­но, особенно в тех случаях, когда 2,6-диаминопимелиновая кислота не способна проникать в клетки микроорганизма, где протекает ее декарбоксилирование. В этом случае рекомендуется проводить дезинтеграцию клеток в условиях, исключающих инак­тивацию фермента. Диаминопимелинат-декарбоксилаза Brevi­bacterium sp. представляет собой аллостерический фермент с несколькими активными центрами. Для ее активности необходим пиридоксальфосфат. Прежде чем произойдет реакция декарбоксилирования, субстрат (2,6-диаминопимелиновая кислота) должен быть переведен в мезо-форму из L,L-изомера благодаря актив­ности диаминопимелинат-эпимеразы.

Предложено также несколько технологических способов пер_е. вода L,L-2,6-диаминопимелиновой кислоты в мезо-форму (например, тепловая обработка при 200 °С, пропускание через сульфокатионит в Н-форме и др.).

Разработаны методы культивирования Brevibacterium sp., обеспечивающие высокую декарбоксилазную активность, участвующую в синтезе лизина. Наибольшая удельная активность фермента на полусинтетической среде наблюдается через 18- 20 ч роста культур, т. е. в конце экспоненциальной фазы, на мелассной — в середине экспоненциальной фазы роста.

Показана, кроме того, возможность конверсии в лизин DL-α- амино-ε-капролактама. Для осуществления процесса первона­чально путем химических реакций получают из циклогексана DL- -α-амино-ε-капролактам, который на стадии ферментативного гидролиза превращается в L-лизин. При этом происходит разделение оптических изомеров (наиболее сложный и дорогостоящий этап синтеза всех L-аминокислот). Этот процесс предполагает участие двух ферментативных реакций, а именно рацемизацию DL-α-амино-ε-капролактама и гидролиз L-аминолактама.

Продуцентами гидролазы α-амино-ε-капролактама служат некоторые штаммы дрожжей, относящиеся к родам Cryptococcus, Candida, Trichosporon. Культивирование их ведется в аэроб­ных условиях при 20—40 °С и рН 6—10 на среде, содержащей глюкозу и соль аммония. В среде непременно должен также присутствовать DL-α-амино-ε-капролактам (или его L-изомер).

Источником фермента для осуществления технологическог процесса гидролиза могут служить: биомасса, собранная сразу после культивирования, клетки, обработанные ацетоном, клетки после сублимационной сушки, клеточный экстракт и очишенный фермент L-α амино-ε-капролактамгидролаза. Реакция проходит в щелочной среде при 40—50 °С, при более высокой температе активность падает. Активаторами фермента являются ионы М_n²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺. По окончании процесса полученный L-лизин извлекают из реакционной смеси каким-либо известным спосо­бом. Оставшийся D-α-амин-ε-капролактам подвергается раце­мизации.

Источником рацемаз могут быть бактерии, относящиеся к родам Achromobacter, Flavobacterium и некоторым другим. Не­семейным компонентом среды для их выращивания, как и в предыдущем случае, служит DL-α-амино-ε-капролактам или его хлоргидрат. Принцип действия фермента, по-видимому, иденти­чен действию рацемаз аминокислот, требующих в качестве ко­фактора пиридоксаль-5'-фосфат.

При получении L-лизина целесообразно совместное действие на субстрат двух ферментов. Для этого в водный раствор DLα- амино-ε-капролактама вводят необходимое количество дрожже­вых и бактериальных клеток, проявляющих гидролазную и рацемазную активности. Для совместного действия двух ферментов наиболее благоприятны рН среды 8,0—8,5, температура 30— 50 °С. В результате реакции. DLα-амино-ε-капролактам количе­ственно переходит в L-лизин. Рассмотренный способ синтеза L-лизина интересен тем, что указанные ферменты можно полу­чить в иммобилизованной форме.

Помимо чистого лизина или его хлористоводородной соли, промышленность выпускает так называемый кормовой лизин. Последний представляет собой порошок, полученный путем высу­шивания на распылительной сушилке культуральной жидкости продуцента лизина. В порошке содержится лизин, другие продукты метаболизма продуцента и его клетки. Для повышения кормовой ценности препарата в ферментер, где происходит биосинтез лизи­на, предложено добавлять культуру кормовых дрожжей. Они асси­милируют компоненты среды, не используемые продуцентом лизина, быстро размножаются и тем самым вносят в препарат некоторое дополнительное количество белка, а также аминокис­лот.

Литература:

1.Аркадьева З. А., Безбородов А. М., Брохина И.Н. и др. Промышленная микробиология// Учебное пособие для вузов// Под ред. Егорова Н.С..- М.: Высш. шк., 1989.- 688с.

1. 2. http://www.biotechnolog.ru/htm