酪氨酸高产代谢通路的优化改造文献综述

 2022-12-06 17:06:02

开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)

课题目的及意义:

L-酪氨酸作为3大芳香氨基酸之一,在应用规模上一直远远小于L-苯丙氨酸和L-色氨酸。但随着L-酪氨酸重要衍生物如L-多巴、黑色素、咖啡酸、丹参素等代谢途径的揭示和深入研究,L-酪氨酸逐渐发挥出一个平台型化合物的功能。 L-酪氨酸是一种芳香族氨基酸,属于必需氨基酸,必须要通过食物来摄取,动物体自身不能合成或转化。L-酪氨酸可以在L-酪氨酸酶单酚酶的催化下生成优黑素和褐黑,因此可以通过研究L-酪氨酸酶来有效抑制黑素生成,此方法被广泛用于美白化妆品的研究。酪氨酸还作为体内儿茶酚胺递质的前体,并且外源性酪氨酸可以影响体内儿茶酚胺的合成和释放来调节机体各系统的功能。研究表明,酪氨酸本身或通过转化为儿茶酚胺,可广泛影响心血管系统,中枢神经系统及生殖系统的功能,并具有减慢心率、调节血压、促进多巴胺(DA)递质合成、抗抑郁等药理作用。

传统的L-酪氨酸提取方法有以下3种:第一,通过水解含蛋白质的物质(酪蛋白、玉米等)提取而制得;第二,利用原料苯酚、丙酮酸、氨等,通过beta;-L-酪氨酸酶催化而制取;第三,以葡萄糖为原料运用改造大肠杆菌发酵生产L-酪氨酸。然而,前2种方法都有其缺陷。其中,提取法因为含量低,需要水解且产率低,很少采用。化学合成法由于材料来源有限、成本高、周期长、工艺复杂、纯化困难等种种缺点而逐渐被淘汰。酶法主要是利用微生物细胞内的酶系对类氨基酸前体的高效专一的催化作用,从而合成L-酪氨酸。本来酶法生产工艺简单,易纯化,产率高,是目前工业化生产L-酪氨酸的主要方法之一。但是,近年来由于前体和酶等主要原料价格上涨、来源不足等情况,反应过程中酶易失活等缺点,酶法生产也逐渐受到了很大限制。微生物发酵法是指微生物利用碳源和氮源大量生产L-酪氨酸的一种方法,因为具有原料来源广泛、工艺简单、成本低廉、环境危害小等特点,从而得到了广泛的应用。并且随着相关技术如代谢工程、发酵工程等技术的不断发展,国内外研究者对于发酵法生产L-酪氨酸关注度逐渐增加并且研究更加深入,因此逐渐成为目前国内外工业化生产L-酪氨酸的主要方法。

野生大肠杆菌不能直接大量生产L-酪氨酸,高效的L-酪氨酸生产菌株多采用诱变或基因工程的手段相结合,改造大肠杆菌的芳香族氨基酸生物合成的相关代谢途径而获得。实现L-酪氨酸高产的主要途径是:

1).解除产物对限速酶的反馈抑制。

2).L-酪氨酸代谢途径全局优化,增加前体供应PEP和E4P。

3).阻断苯丙氨酸和色氨酸合成途径竞争途径,通过敲除负责L-苯丙氨酸合成酶基因pheA

及其调控基因pheL,可以实现此目的。

4).过表达关键酶,以增加中间产物。

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