Микробиологический синтез лизина

Лизин – алифатическая незаменимая аминокислота, относится к числу соединений, которые живые организмы не производят самостоятельно. Наиболее дешевым и освоенным способом получения лизина является микробиологический метод.

В основу производства положены технологии с использованием одноступенчатого микробиологического синтеза, которые включают промышленное культивирование ауксотрофных мутантов бактерий из рода Corynebacterium, способных к синтезу лизина. В клетках бактерий лизин синтезируется из аспарагиновой кислоты через ряд промежуточных этапов, связанных с образованием полуальдегида аспарагиновой кислоты, дигидропиколиновой кислоты и α‚ε-диаминопимелиновой кислоты, являющейся непосредственным предшественником лизина. Полуальдегид аспарагиновой кислоты является также одним из предшественников в синтезе аминокислот – треонина, метионина и изолейцина. Процесс синтеза аминокислот (лизина, треонина, метионина, изолейцина) начинается фосфорилированием аспарагиновой кислоты с участием аллостерического фермента аспартаткиназы, активность которого ингибируется совместным действием двух аминокислот – лизина и треонина, если они накапливаются в клетках бактерий в избыточной концентрации. Если понизить концентрацию одной из этих аминокислот, то синтез другой будет осуществляться даже при условии, когда она накапливается в довольно высокой концентрации.

Для снятия регуляции синтеза лизина необходимо прекратить образование треонина на стадии превращения полуальдегида аспарагиновой кислоты в гомосерин, катализируемое гомосериндегидрогеназой, что достигается путем мутагенеза.

Аспарагиновая кислота Гомосерин Треонин

Полуальдегид аспарагиновой Цистотионин a-Кетомасляная кислота

кислоты

Дигидропиколиновая кислота Гомоцистеин a-Кетоизолейцин

α‚ε-Диаминопимелиновой Метионин Изолейцин

кислота

Лизин

В качестве источника углерода используют смеси, включающие уксусную кислоту и свекловичную мелассу, небольшие добавки сахара в среду (ок. 1 %) повышают выход лизина на 30–50 %; в качестве источника азота – соли аммония, мочевину, кукурузный экстракт в качестве источника биологически активных веществ (1,2–1,5 % по содержанию сухих веществ), гидролизаты дрожжей. Кроме дефицитных аминокислот, которые не синтезируются клетками мутантов, в питательную среду также добавляют необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов микро- и макроэлементы, витамины (биотин и др.).

В процессе культивирования микроорганизмов обеспечивается подача стерильного воздуха для предотвращения вспенивания субстрата и клеточной суспензии в среду культивирования добавляют пеногасители.

Посевной материал вначале выращивается в посевных аппаратах при 28–32 °C, рН 7–7,2 в течение 18–24 ч, полученная суспензия клеток подается в производственные ферментеры, в которых поддерживается постоянный режим аэрации, избыточное давление, непрерывное перемешивание. Культивирование осуществляется в строго стерильной глубинной аэробной периодической культуре. Время ферментации составляет 55–72 ч. Накопление в культуральной жидкости лизина начинается через 25–30 ч после начала выращивания промышленной культуры и к концу ферментации достигает 40–50 г/л.

Культуральную жидкость отделяют от культуры клеток продуцента фильтрованием и используют для получения лизина.

Готовый препарат получают выпариванием культуральной жидкости до концентрации 40 %. Для предотвращения деградации лизина при нагревании в культуральную жидкость добавляют бисульфит натрия и соляную кислоту до рН 4,5–5,0, в результате образуется соль – монохлоргидрат лизина.Готовый препарат – ЖКЛ не замерзает при температуре до – 18°C и сохраняет свои свойства в течение 3 мес.

Для получения очищенного высококонцентрированного препарата лизина культуральную жидкость после фильтрования подкисляют соляной кислотой до рН 1,6–2. Образовавшийся раствор монохлоргидрата лизина направляют на колонки с катионитом, где происходит сорбция аминокислоты и отделение ее от культуральной жидкости. Затем проводят десорбцию аминокислоты элюированием 0,5–5 % раствором аммиака. Элюат выпаривают под вакуумом при 60 °C до концентрации 30–50 %, после подкисленный соляной кислотой раствор монохлоргидрата высушивают. Путем перекристаллизации полученной соли можно получить препараты с содержанием монохлоргидрата лизина в количестве 97–98 %.

Синтез теонина: особенности регуляции биосинтеза треонина в клетках E.coli. У кишечной палочки нет мехпнизма согласованного ингибирования ферментативной активности. Кроме того имеет место «репрессия» всего комплекса треониновых ферментов при избытке треонина или изолейцина. самостоятельно трионин не репрессируют синтез ферментов.

Для решения задачи получения теронина нелбходимо:

1) изменить. сделать нечувствительным к треонину 1ый фермент треонина

2) снизить механизм репрессии при нелостаточном количестве изолейцина несмотря на избыток треонина

3) применить генную инженерию (выделить терониновыве гены и размножить их на плазмидах в клетке м/о, резко повысив синтез теонина клетками - продуцентами).

Синтел треонина происходит одновременно с ростом биомассы...........

Биотехнология витаминов и коферментов. Биологическая роль витаминов. Традиционные методы получения (выделение из природных источников и химический синтез). Микробиологический синтез витаминов и конструирование штаммов-продуцентов методами генетической инженерии.

Витамины представляют низкомолекулярные органические со­единения, необходимые для жизнедеятельности организма, син­тез которых в организме либо ограничен, либо отсутствует. Потребность в них для организма человека вполне достаточна в очень небольших количествах. Витамины служат активными биокатализаторами разных мета­болических процессов в организме. Почти все они являются ко-ферментами или кофакторами биохимических реакций. Витами­ны A, D, Е регулируют генетический аппарат клетки. Каждому витамину свойственна своя, специфи­ческая функция в организме. Все это указывает на незаменимость витаминов для жизнедеятельности организма.

Известно, что высокой биологической активностью обладают не сами витамины. а их производные – коферментыПолучают витамины используя химические мето­ды, биотех­нологические методы(витамины В2.В12. РР,). Кроме того, при применении био­технологических методов появляются возможности сокращения части стадий химического синтеза за счет использования высоко­активных штаммов микроорганизмов-продуцентов. Например, производство витаминов Вц, В_ъ В₃ и D (эргостерина) осуществ­ляется в одну стадию. Также микроорганизмы нашли свое приме­нение и в синтезе витамина С, убихинонов, каротиноидов.

Дата добавления: 2015-12-08