l絲氨酸合成方法(L)

1.L

L-色氨酸的生產(chǎn)最早主要是依靠化學(xué)合成法和蛋白質(zhì)水解法制造。

隨對(duì)微生物法生產(chǎn)色氨酸的研究的不斷發(fā)展，人們開(kāi)始利用微生物法發(fā)酵生產(chǎn)色氨酸。現(xiàn)已走向?qū)嵱貌⑶姨幱谥鲗?dǎo)地位。

微生物法大體可分為微生物發(fā)酵法和酶促轉(zhuǎn)化法。近年來(lái)還出現(xiàn)了直接發(fā)酵法和化學(xué)合成法，直接發(fā)酵法和轉(zhuǎn)化法相結(jié)合生產(chǎn)色氨酸的研究。

另外，基因工程、酶的固定化和高密度培養(yǎng)等技術(shù)在微生物育種和酶工業(yè)上的應(yīng)用極大地推動(dòng)了直接發(fā)酵法和酶法生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化進(jìn)程。 化學(xué)合成法就是利用有機(jī)合成和化學(xué)工程相結(jié)合的技術(shù)生產(chǎn)或制備氨基酸的方法。

DL-色氨酸的化學(xué)法合成，大致可分為以吲哚為原料的合成法和以苯肼為原料的合成法兩種。Snydcr和MacDonald研究出了一種簡(jiǎn)單的合成DL-色氨酸的方法，即在乙酸和乙酸酐的存在下利用吲哚和α-乙酰氨基丙烯酸直接縮合，得到N-乙酞-DL-色氨酸，此物質(zhì)在氫氧化鈉溶液中水解即可得到DL-色氨酸，收率為57.7%。

Moe和MacDonald報(bào)道以苯肼為原料合成色氨酸，即在乙酸鈉存在下，將丙烯醛和乙酰氨基丙二酸二乙酯縮合，縮合體再與苯肼反應(yīng)而生成苯腙，苯腙在H2S04或BF3水溶液中回流水解，環(huán)化得到化合物3-吲哚基-甲基-乙酰氨基-丙二酸二乙酯，將此化合物水解脫羧可得DL-色氨酸。化學(xué)合成法的最大優(yōu)點(diǎn)是在氨基酸品種上不受限制，既可制備天然氨基酸，又可制備各種特殊結(jié)構(gòu)的非天然氨基酸。

但這并不意味著具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值，由于合成得到的氨基酸都是DL-型外消旋體，必須經(jīng)過(guò)拆分才能得到人體能夠利用的L-氨基酸。故用化學(xué)合成法生產(chǎn)DL-色氨酸時(shí)，除需考慮合成工藝條件外，還要考慮異構(gòu)體的拆分與D-色氨酸異構(gòu)體的消旋利用，三者缺一不可。

因此，化學(xué)法合成L-色氨酸在工業(yè)上的應(yīng)用也受到一定的限制。 酶法是利用微生物中L-色氨酸生物合成酶系的催化功能生產(chǎn)L-色氨酸的，能夠利用化工合成的前體物為原料，既充分發(fā)揮了有機(jī)合成技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，又具有產(chǎn)物濃度高、收率高、純度高、副產(chǎn)物少、精制操作容易等優(yōu)點(diǎn)，是一種成本較低的生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法。

目前在L-色氨酸的生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。這些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等。

根據(jù)提供這些酶的微生物種類(lèi)數(shù)，可以分為雙菌酶法和單菌酶法兩種類(lèi)型。雙菌酶法是利用兩種菌分別提供酶促反應(yīng)所需的色氨酸合成酶（TS）、絲氨酸消旋酶（SR），以吲哚和DL-絲氨酸為底物酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。

這種方法可以將具有不同高活性的酶促轉(zhuǎn)化色氨酸所需的酶結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)菌種的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提高底物的轉(zhuǎn)化率。Makiguchi等用大腸桿菌的色氨酸合成酶和惡臭假單胞菌的絲氨酸消旋酶，以吲哚和DL-絲氨酸為底物，在200L反應(yīng)罐中反應(yīng)24h,L-色氨酸產(chǎn)量可達(dá)到110g/L，對(duì)吲哚吸收率為100%（摩爾比，下同），對(duì)DL-絲氨酸收率為91%。

單菌酶法是利用一種菌提供色氨酸合成所需的色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等酶類(lèi)酶促轉(zhuǎn)化色氨酸。Won-giBang等對(duì)單酶菌法生產(chǎn)色氨酸進(jìn)行了研究，利用大腸桿菌B10的高Ts活性轉(zhuǎn)化吲哚和DL-絲氨酸，添加非離子表面活性Triton X-100,37℃反應(yīng)60h，色氨酸產(chǎn)量可達(dá)至141.4g/L，對(duì)吲哚收率為93.2%，對(duì)DL-絲氨酸收率為93.6%.由于底物吲哚對(duì)色氨酸合成酶抑制強(qiáng)烈，而對(duì)色氨酸酶抑制較弱，所以近年來(lái)人們更為傾向于將色氨酸酶用于L-色氨酸的生物合成。

色氨酸酶正常情況下降解L-色氨酸生成丙酮酸、吲哚和氨，但在高濃度的丙酮酸和氨條件下也能有效地催化丙酮酸、吲哚和氨合成L-色氨酸。該酶還能催化L-絲氨酸或L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸。

Nakazawa等以20g吲哚、30g丙酮酸鈉、50g乙酸銨和4gProteus rettgeri（雷氏變形桿菌）菌體作為色氨酸酶源，37℃反應(yīng)48h可積累23gL-色氨酸。Ujimaru等用Achromabacterliquidum（液形無(wú)色桿菌）色氨酸酶催化L-絲氨酸和吲哚合成L-色氨酸，L-絲氨酸轉(zhuǎn)化率為82.4%，吲哚轉(zhuǎn)化率為92.4%。

國(guó)內(nèi)也有研究以L-半胱氨酸和吲哚為原料酶法生產(chǎn)L-色氨酸。韋平和等用色氨酸酶基因工程菌WWW-4催化L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸，80mL反應(yīng)液（L-半胱氨酸0.75g，吲哚0.75g）37℃反應(yīng)48h，可積累L-色氨酸1.18g,L-半胱氨酸轉(zhuǎn)化率為93.2%，吲哚轉(zhuǎn)化率為90.1%，產(chǎn)品總回收率達(dá)70%。

另外，也有報(bào)道利用具有丙酮酸高產(chǎn)率和高活性色氨酸酶的菌株酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。酶促轉(zhuǎn)化法既可以直接利用高活性色氨酸合成酶、色氨酸酶，或者具有高活性色氨酸合成酶或色氨酸酶的菌體催化L色氨酸的合成，也可以將酶或菌體固定化后進(jìn)行L-色氨酸的合成。

菌體和酶固定化后具有提高酶的穩(wěn)定性便于反復(fù)使用，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。Won—Bang等利用聚丙烯酰胺固定具有高活性色氨酸合成酶的大腸桿菌Escherichia coli B10菌體細(xì)胞，在連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器中連續(xù)使用50天，色氨酸合成酶活性保持80%，最高產(chǎn)酸0.12g.L-1h-1。

還有利用其它固定化技術(shù)進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。Eggers等報(bào)道了一種利用有機(jī)脂膜系統(tǒng)利用色氨酸酶酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。

它是以環(huán)己烷作為有機(jī)相，有機(jī)脂膜將兩水相和有機(jī)相分開(kāi)，其中一水相構(gòu)成酶促反應(yīng)體。

2.絲氨酸的功能應(yīng)用有哪些

主要功能1.合成嘌呤、胸腺嘧啶、膽堿的前體；2.L-絲氨酸羥基經(jīng)磷酸化作用后能衍生出具重要生理功能的磷絲氨酸，是磷脂的主要成分之一；3.具有穩(wěn)定滴眼液pH值的作用，且滴眼后無(wú)刺激性；重要的自然保濕因子（NMF）之一，皮膚角質(zhì)層保持水分的主要角色，高級(jí)化妝品中的關(guān)鍵添加劑。

應(yīng)用1.醫(yī)藥原料：L-絲氨酸廣泛用于配置第三代復(fù)方氨基酸輸液和營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑，并用于合成多種絲氨基酸衍生物，如心血管、抗癌、艾滋病新藥及基因工程用保護(hù)氨基酸等；2.食品：L-絲氨酸用于運(yùn)動(dòng)飲料、氨基酸減肥飲料等；3.飼料：L-絲氨酸用于動(dòng)物飼料，可促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育。

3.L

1. L-賴氨酸一般以L-賴氨酸鹽酸鹽[657-27-2]供應(yīng)市場(chǎng)，游離的L-賴氨酸極易潮解，因具有游離氨基而易發(fā)黃變質(zhì)，并有刺激腥味，難于長(zhǎng)期保存。L-賴氨酸鹽酸鹽則比較穩(wěn)定，不易潮解，便于保存。但L-賴氨酸在有些用途上的需求也在增加，例如多肽合成化學(xué)、生化研究、賴氨酸衍生物制備等。游離L-賴氨酸可由L-賴氨酸鹽酸鹽制備。

2. 煙草：BU,22;FC,21；可由動(dòng)物蛋白質(zhì)經(jīng)水解精制而得。也可由苯酰哌啶合成。

4.簡(jiǎn)述生物體合成氨基酸的主要途徑有哪些

氨基酸有必須氨基酸和非必須氨基酸，非必須氨基酸可以在人和動(dòng)物體內(nèi)合成，必需氨基酸需依靠食物供給，而植物能合成自身所需的全部氨基酸。氨基酸合成的公共途徑有還原性氨基化作用、氨基轉(zhuǎn)移作用、氨基酸的相互轉(zhuǎn)化作用。

1、還原性氨基化作用

在多數(shù)機(jī)體中，NH3同化主要是經(jīng)谷氨酸和谷氨酰胺合成途徑完成的。

(1)、谷氨酸合成的主要途徑是由L-谷氨酸脫氫酶催化的α-酮戊二酸氨基化途徑

(2)、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶聯(lián)合作用，將游離氨轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼岬摩?氨基。

2、氨基轉(zhuǎn)移作用

氨基轉(zhuǎn)移作用是由一種氨基酸把它的分子上的氨基轉(zhuǎn)移至其它α-酮酸上。以形成另一種氨基酸。

植物細(xì)胞內(nèi)存在的轉(zhuǎn)氨作用主要有下列三種：

3、氨基酸的相互轉(zhuǎn)化作用

在有些情況下，氨基酸間也可以相互轉(zhuǎn)化。如由蘇氨酸或絲氨酸可生成甘氨酸，由色氨酸或胱氨酸可生成丙氨酸。

氨基酸的合成需要有氨基和碳架。氨基是由已有的氨基酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用提供的，許多氨基酸均可作為氨基的供體，其中主要的是谷氨酸；碳架來(lái)自于糖酵解，三羧酸循環(huán)，乙醇酸途徑和磷酸戊糖途徑的α-酮酸，如α-酮戊二酸、草酰乙酸、丙酮酸和乙醛酸。

5.絲氨酸磷脂 組成

磷脂酰絲氨酸；絲氨酸磷脂；二酰甘油酰磷酸絲氨酸；phosphatidylserine;serine phosphorglycerides

稱(chēng)絲氨酸磷脂，二酰甘油酰磷酸絲氨酸。磷酯化合物中的磷酸甘油酯類(lèi)，是細(xì)胞膜組分之一，如人紅細(xì)胞膜上就有磷脂酰膽堿（占19%）、鞘磷脂（占8%）、磷脂酰乙醇胺（占16%）和磷脂酰絲氨酸（占10%）。并且只有后者在細(xì)胞膜上具有凈負(fù)電荷，有助于膜的不對(duì)稱(chēng)性。還能活化已損傷表面凝血酶原。并與磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺在體內(nèi)可互相轉(zhuǎn)化。由于R1和R2的各不相同而使磷脂酰絲氨酸實(shí)際成了一類(lèi)化合物的總稱(chēng)。產(chǎn)品呈白色或淡黃色松散粉末，能乳化于水。不溶于乙醇、甲醇；溶于氯仿、乙醚、石油醚。人工合成物僅溶于氯仿。從牛腦提取物在室溫內(nèi)，又暴露于空氣中，則每日變性約0.5%。天然物（L-α-磷脂酰-L-絲氨酸）多由牛（羊）腦或大豆等提取。由于R1和R2差異，實(shí)是諸多化合物的混合物。如牛腦制品其R1和R2的大致組成：16:0，約1%;1.8:0,40%~41%;18:1,28%~30%;18:3，約4%;18:4，約1%;20:4，約1%;20:5，約2%;22:6,9%~14%。人工合成產(chǎn)品具有很多異構(gòu)體，純化過(guò)程復(fù)雜。如合成產(chǎn)品1,2-二、二十六烷酰-rac-甘油-3-磷酸-L-絲氨酸，C38H74NO10P，分子量336.0。

6.L

1.賴氨酸的工業(yè)生產(chǎn)以直接發(fā)酵法為主，其次是酶法。直接發(fā)酵法是利用微生物突變株，以淀粉水解糖、糖蜜、乙酸、乙醇等為原料發(fā)酵生產(chǎn)L-賴氨酸。發(fā)酵培養(yǎng)基消毒后接入預(yù)培養(yǎng)的種子，經(jīng)過(guò)30℃、70h左右的培養(yǎng)，然后進(jìn)行發(fā)酵，再將發(fā)酵液加熱至80℃，10min后，冷卻，過(guò)濾。清液用鹽酸調(diào)pH值為4.0，以7.5~8.0ml/min的流速通過(guò)732柱（先處理成—NH+4型），至流出液pH值至7.0。停止吸附，用蒸餾水沖洗至無(wú)色，再用2mol/L氨水洗脫，洗脫液濃縮到12°Bé左右，然后用鹽酸調(diào)pH值為4.9，再加活性炭脫色，趁熱過(guò)濾，再減壓濃縮，冷卻結(jié)晶，過(guò)濾，所得的晶體即為賴氨酸鹽酸鹽，再重結(jié)晶可得到精制賴氨酸。&gt；糖蜜、玉米漿發(fā)酵↓斜面菌種分離菌體離子交換</p><p&gt；濃縮脫色→結(jié)晶→重結(jié)晶→干燥→產(chǎn)品

2.提取法

3. 煙草：BU,22；合成：可由明膠水解、精制而得。也可用化學(xué)方法合成

7.氨基酸是怎樣合成的

氨基酸的生物合成?組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸中，有些氨基酸只能在植物及微生物體內(nèi)合成，人體必須從食物中攝取，這些氨基酸即必需氨基酸（escential amino acids），其余的氨基酸可利用代謝中間產(chǎn)物合成，稱(chēng)為非必需氨基酸（nonescential amino acids）。

（表1）除酪氨酸外，體內(nèi)非必需氨基酸由四種共同代謝中間產(chǎn)物（丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸及3-磷酸甘油）之一作其前體簡(jiǎn)單合成。如前所述，酪氨酸由苯丙氨酸必需氨基酸羥化生成，嚴(yán)格講酪氨酸不是非必需氨基酸，對(duì)每日膳食中苯丙氨酸的需要量同時(shí)亦反映了對(duì)酪氨酸的需要量。

?表1 人體中必需和非必需氨基酸*Although mammals synthesize arginine,they cleave most of it to form urea(Sections 24-2D and E).1.丙氨酸，天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸及谷氨酰胺由丙酮酸、草酰乙酸和α-酮戊二酸合，三種α-酮酸：丙酮酸、草酰乙酸和α-酮戊二酸分別為丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸的前體，經(jīng)一步轉(zhuǎn)氨反應(yīng)可生成相應(yīng)氨基酸（圖7-22、反應(yīng)1-3）。天冬酰胺和谷氨酰胺分別由天冬氨酸和谷胺酸加氨反應(yīng)生成（圖1反應(yīng)4,5）。

谷氨酰胺合成酶（glutamine cynthetase）催化谷氨酰胺合成，NH3為氨基供體、反應(yīng)中消耗ATP生成ADP和Pi。而天冬酰胺由天冬酰胺合成酶（asparagine synthetase）催化合成，利用谷氨酰胺提供氨基、消耗ATP生成AMP+PPi。

?圖1 氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺的合成谷氨酰胺是許多生物合成反應(yīng)的氨基供體，同時(shí)也是體內(nèi)NH2的貯存形式。谷氨酰胺合成酶位于體內(nèi)氨代謝的中樞位置。

實(shí)事上，此酶由α-酮戊二酸激活，此種調(diào)控作用有利于防止谷氨酸氧化脫氨造成體內(nèi)氨的堆積。?2.谷氨酸是脯氨酸，鳥(niǎo)氨酸和精氨酸的前體。

谷氨酸γ?羧基還原生成醛，繼而形成中間Schiff堿，進(jìn)一步還原可生成脯氨酸（圖2）。此過(guò)程中的中間產(chǎn)物5-谷氨酸半醛（glutamate-5-semialdehyde）在鳥(niǎo)氨酸-δ-氨基轉(zhuǎn)移酶（ornithine-δ-amino-transferase）催化下直接轉(zhuǎn)氨生成鳥(niǎo)氨酸。

?圖2 由谷氨酸生成脯氨酸、鳥(niǎo)氨酸和精氨酸3.絲氨酸、半胱氨酸和甘氨酸由三磷酸甘油生成。絲氨酸由糖代謝中間產(chǎn)物3-磷酸甘油經(jīng)三步反應(yīng)生成。

（1）3-磷酸甘油酸在3-磷酸甘油酸脫氫酶催化下生成了一磷酸羥基丙酮酸（3-）。(2)由谷氨酸提供氨基經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用生成3-磷酸絲氨酸（3-phosphoserine）。

(3)3?磷酸絲氨酸水解生成絲氨酸。?絲氨酸以兩種途徑參與甘氨酸的合成：（1）由絲氨酸羥甲酰轉(zhuǎn)移酶（serine hydroxy methyltransforese）催化直接生成甘氨酸，同時(shí)生成N5,N10-甲酰FH4。

(2)由N5,N10-CHO-FH4,CO2和NH+4在甘氨酸合成酶（glycine aynthase）催化下縮合生成。?在蛋氨酸代謝中已討論過(guò)，人體中半胱氨酸可由蛋氨酸分解代謝中間產(chǎn)物同型半胱氨酸和絲氨酸合成，半胱氨酸的巰基來(lái)源于必需氨基酸-蛋氨酸，故有人將其稱(chēng)為半必需氨基酸（semiessential amino acid）。

而在植物及微生物中，半胱氨酸在絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶催化下被乙酰基取代生成O-乙酰絲氨酸（O-acetyl serine）。(2)乙酰基被巰基取代生成半胱氨酸。

反應(yīng)中的羥基由PAPS經(jīng)PAPS還原酶及亞硫酸還原酶（sulfite reductase）催化生成。