Билет №48

5. Аминокислоты могут быть получены химическим путем (в виде D,L- рацематов). химико-энзиматическим путем (энзиматической трансформацией химически синтезированных предшественников с образованием биологически активных L-изомеров), гидролизом белоксодержащих субстратов, а также прямым микробиологическим синтезом из простых соединений.

В производстве аминокислот используют неспорообразующие почвенные аутогрофы рода Corynebacterium, Brevibacterium и Serratia, спорообразующие клетки бацилл, например Bacillus subtilis. кишечная палочка - Escherichia coli.

Природные микроорганизмы не синтезируют аминокислоты сверх необходимого им для роста количества, поскольку этому препятствуют механизмы регуляции биосинтеза. действующие по принципу обратной связи (ретроингибирования).

Имеется два уровня регуляции синтеза. На первом - конечный продукт (аминокислота), образующийся в цепи последовательных биохимических реакций, ингибирует активность одного из начальных ферментов собственного синтеза. Если этого механизма оказывается недостаточно и аминокислота все равно присутствует в избытке, включается второй механизм регуляции и подавляется (репресеируется) образование всего комплекса ферментов соответствующей биосинтетической цепочки. Процессы биосинтеза аминокислот являются энергоемкими, в связи с чем ферментация при получении аминокислот обязательно должна проводиться в аэробных условиях при интенсивных аэрации и перемешивании, обеспечивающих скорость растворения кислорода 3-7 г Ог/л в час. В аэробных условиях клетки продуцента получают энергию за счет дыхания (окисления).

Организацию промышленного производства аминокислот с помощью микроорганизмов возможно осуществить по двум технологическим схемам. Они различаются, в основном, стадией получения культуральной жидкости.

В первой предполагается производство культуральной жидкости в две ступени (двухступенчатый способ), во второй — в одну ступень (одноступенчатый способ).

Двухступенчатый способ основан на использовании в качестве источника сырья Одного Hji предшественников протекающего в клетке биосинтеза необходимой аминокислоты, полученного химическим или биологическим методом.

Образование и подготовка необходимого предшественника является первой ступенью производства. К ней же относят и биосинтез ферментного препарата (как правило, микробного происхождения), при участии которого будет осуществляться трансформация предшественника в целевую аминокислоту. При этом в производственных условиях выращивают продуцент ферментов (биомассу микроорганизма). Биомасс) отделяют от культуральной жидкости и употребляют либо непосредственно для трансформации, либо после предварительного разрушения клеток различными доступными способами (механическими, физико- химическими. химическими).

^; Вторая стадия представляет собой ieo6cTKbini'b^w1ipbnccc трансформаций предшественника в аминокислоту с помощью ферментных систем микроорганизма, выращенного на первой стадии.

Одноступенчатый способ синтеза аминокислот с помощью микроорганизмов основан на культивировании строго определенного штамма —- продуцента целевой аминокислоты на среде заданного состава при соответствующих параметрах процесса ферментации. Используемый штамм обладает способностью к свсрхсинтезу необходимой аминокислоты. Для этой цели, как правило, выбирают полиауксотрофные мутанты, т. е. те клетки микроорганизма, которые, с одной стороны, утратили способность самостоятельно синтезировать необходимые для роста и развития различные аминокислоты, а с другой — приобрели способность к сверхсинтезу целевой аминокислоты. Такие мутанты возможно получить либо путем воздействия различных мутагенов физической и химической природы на исходную культуру микроорганизма с последующей селекцией штамма, по заранее заданным признакам, либо методом генной инженерии.

Пути синтеза большинства аминокислот взаимосвязаны. 3-фосфоглицерат является предшественником глицина: щавелево-уксусная кислота - метионина. лизина. Помимо L-лизина, аспарагиновая кислота является также предшественником для L-метионина, I.-треонина и L-изолейцина.

L-Лизин (а. е-аминокапроновая кислота): CTI2NH2 - (СН2)3 - NII2CH - СООН. Синтез L-лизина у микроорганизмов осуществляется различными путями. Дрожжи, грибы и микроводоросли синтезируют лизин из а-кетоглутаровой кислоты через а -аминоадипиновую кислоту. Высшие растения и бактерии синтезируют

лизин по другой схеме - через а-диаминопемелиновую кислоту. По этой разветвленной схеме биосинтеза L-лизина (диаминопимелиновый путь) синтез начинается с аспарагиновой кислоты и проходит через диаминопимелиновую кислоту.

Ключевым местом в синтезе лизина является аспартаткиназа: она ингибируется треонином. Присутствие лизина этот эффект усиливает. Треонин ингибирует дегидрогеназу полуальдегида аспарагиновой кислоты, а также гомосериндегидрогеназу. Метионин является репрессором по отношению к гомосериндегидрогеназе. а изолейцин ингибирует треониндегидрогеназу. Продукты обмена, угнетающие различные ферменты и участвующие в синтезе лизина, следует вывести из реакции. Именно поэтому для производства L-лизина используют различные ауксотрофные мутанты.

Производственные штаммы-продуценты лизина - это ауксотрофные штаммы глут аматпродуцирующих кори небактерий (Corynebacterium glutamaticum. В re v i bacteri u m fl a v и тп).