三甲基甘氨酸对大肠杆菌发酵生产L-苏氨酸的影响

发布时间：2020-03-30 05:00

【摘要】：L-苏氨酸是人体必需的八种氨基酸之一,其广泛地应用于医药、食品和畜牧业,应用意义重大。大肠杆菌是L-苏氨酸的生产菌株,在其发酵过程中随着为保持pH而不断加入中和剂及L-苏氨酸的积累,发酵液渗透压持续升高,在一定程度上影响了菌体的生长和L-苏氨酸的合成与积累。三甲基甘氨酸可以增加酶的活性,提高膜通透性,提供甲基供体,还是一种重要的细胞相容性溶质,在渗透调节方面具有重要作用。本论文研究了发酵过程中添加三甲基甘氨酸对L-苏氨酸生物合成关键酶酶活性的影响,并进行了转录组学分析和蛋白质组学分析。(1)以不添加三甲基甘氨酸的葡萄糖溶液为对照,检测三甲基甘氨酸对酶活的影响。己糖激酶的酶活性提高了19.3%,6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的酶活性提高了10.8%,磷酸果糖激酶的酶活性提高了10.5%,丙酮酸脱氢酶的酶活性提高了24.3%,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的酶活性提高了16.3%,谷氨酸合酶的酶活性提高了15.6%,天冬氨酸激酶的酶活性提高了13.2%,高丝氨酸脱氢酶的酶活性提高了27.5%,二氢吡啶二羧酸合成酶的酶活性提高了14.4%,高丝氨酸激酶的酶活性提高了20.6%,琥珀酰高丝氨酸合成酶的酶活性提高了12.6%。(2)实验研究了大肠杆菌E.coli JLTHR在发酵过程中以不添加三甲基甘氨酸的葡萄糖溶液为对照,检测三甲基甘氨酸对基因转录水平的影响。结果表明,在流加三甲基甘氨酸的条件下,细胞组成成分和一些与细胞膜的合成有关的基因表达量提高。糖酵解途径、三羧酸循环、戊糖磷酸途径整体上表现为上调。此外,对氨基酸生物合成途径的分析表明,半胱氨酸和蛋氨酸生物合成途径的转录水平有一定程度下降,甘氨酸,丝氨酸和苏氨酸以及缬氨酸,亮氨酸和异亮氨酸的转录水平有一定程度的增加。(3)本实验建立了基于iTRAQ定量技术的研究方法,以不添加三甲基甘氨酸的葡萄糖溶液为对照,检测三甲基甘氨酸对蛋白质的表达水平的差异影响。整体分析蛋白质表达量有732个蛋白质发生上调,811个蛋白质发生下调。差异蛋白中主要参与的分子功能有14个功能类别,参与的细胞组分有13个功能类别,参与的生物过程有19个功能类别。
【图文】：

图1.1 L-苏氨酸生物合成调控机制在大肠杆菌中，苏氨酸及异亮氨酸等多个氨基酸中的碳原子都是来自于天冬氨酸，其共有途径的第一步是由三种不同的天冬氨酸激酶催化，分别是天冬氨酸激酶 I、天冬氨酸激酶 II 和天冬氨酸激酶 III。异亮氨酸和苏氨酸阻遏天冬氨酸激酶Ⅰ的合成，甲硫氨酸阻遏天冬氨酸激酶 II 的合成，赖氨酸能抑制天冬氨酸激酶 III 的活性，并且阻遏天冬氨酸的合成[28]。丁氨醛酸合成高丝氨酸的过程是由两种不同的高丝氨酸脱氢酶催化，即高丝氨酸脱氢酶 I 和高丝氨酸脱氢酶II。高丝氨酸脱氢酶 I 的活性受到苏氨酸的抑制。高丝氨酸脱氢酶 II 的生物合成受甲硫氨酸阻遏[29]。高丝氨酸脱氢酶和二氢吡啶二羧酸合成酶在同一底物丁醛氨酸处的流向由亲和力决定。高丝氨酸脱氢酶与二氢吡啶二羧酸合成酶的底物亲和力和转换率的比例是 25:1，所以碳源主要流向苏氨酸甲硫氨酸合成途径。当 L-苏氨酸在生产细胞中大量的积累时，，苏氨酸抑制高丝氨酸脱氢酶，使丁氨醛酸合成赖氨酸占主

实验技术路线
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ922

【参考文献】

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本文编号：2607076