L-色氨酸生物合成的代谢流量分析

建立了谷氨酸棒杆菌合成L-色氨酸(L-Try)的代谢流量平衡模型,应用该模型计算出发酵中后期的代谢流分布并通过MATLAB软件线性规划得到Try理想代谢流分布。结果表明75．15％的碳架进入糖酵解,24．85％的碳架进入HMP途径;但与理想代谢流相比,应从遗传改造和发酵控制方面降低TCA循环的代谢流,减少副产氨基酸的生成,摸索最适的溶氧控制对提高Try产率至关重要。     

L-色氨酸生物合成的代谢流量分析

建立了谷氨酸棒杆菌合成L色氨酸(LTry)的代谢流量平衡模型,应用该模型计算出发酵中后期的代谢流分布并通过MATLAB软件线性规划得到Try理想代谢流分布。结果表明75.15%的碳架进入糖酵解,24.85%的碳架进入HMP途径;但与理想代谢流相比,应从遗传改造和发酵控制方面降低 TCA循环的代谢流,减少副产氨基酸的生成,摸索最适的溶氧控制对提高Try产率至关重要。     

柠檬酸钠对L-组氨酸发酵代谢流分布的影响

目的：建立谷氨酸棒杆菌TL1105生物合成L-组氨酸的代谢网络模型,并进行代谢网络计量分析。方法：通过所构建的L-组氨酸代谢网络模型,利用MATLAB软件计算出添加柠檬酸钠和不添加柠檬酸钠发酵中后期代谢网络的代谢流分布。结果：在L-组氨酸分批发酵过程中,在发酵初期未添加柠檬酸钠的条件下流向戊糖磷酸途径（HMP）的代谢流为9.59,合成组氨酸的代谢流为8.91;在发酵初期添加2g/L柠檬酸钠的条件下流向HMP的代谢流为12.74,合成组氨酸的代谢流为9.61。结论：在发酵初期添加柠檬酸钠能够改变L-组氨酸生物合成途径的关键节点6-磷酸葡萄糖、丙酮酸及乙酰辅酶A的代谢流分布,保持糖酵解途径、三羧酸循环与HMP之间代谢流量平衡,有利于提高L-组氨酸生物合成途径的代谢流量,最终使流向组氨酸的代谢流增加了7.86%。     

L-缬氨酸生物合成中的代谢流量分析

应用流量平衡模型 ,通过物料衡算和MATLAB线性规划方法得到了发酵中后期L 缬氨酸合成过程的代谢流量分步。代谢流分析结果表明 ,在分批培养生成L 缬氨酸的过程中 ,有62 8%的葡萄糖进入糖酵解途径生成L 缬氨酸 ,38 2 %进入HMP途径 ,仅 9 2 %的碳架进入TCA循环。实验条件下的代谢流 (58)与理想代谢流 (92 31 )相比 ,仍应从遗传改造和发酵控制方面降低TCA循环的代谢流 ,减少副产氨基酸的生成来进一步提高缬氨酸的产率。     

产生L-异亮氨酸的黄色短杆菌的代谢途径分析

目的:代谢工程要解决的主要问题是改变某些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质流在不同途径中的流量分布,其目标就是修饰初级代谢,将碳架物质流导入目的产物的载流途径,以获得产物的最大转化率。方法:利用途径分析方法对黄色短杆菌生产L-异亮氨酸的途径进行了分析。结果:建立了9种基础模型,确定L-异亮氨酸理论最高摩尔产率是1;确定了黄色短杆菌生产L-异亮氨酸的最佳途径的通量分布,并以此为依据进行发酵溶氧控制优化,溶氧分阶段控制发酵生产L-异亮氨酸比溶氧恒定控制方式发酵的产率提高了8.2%。结论:根据途径分析结果,通过改变发酵过程有关参数,可使目的产物产率得到提高。     

从代谢流量分析角度探讨培养条件改变下对放射型根瘤菌WSH2601合成辅酶Q10的影响

分析了放射型根瘤菌(R. radiobacter) WSH2601生物合成辅酶Q10的代谢途径网络,并在溶氧条件改变和培养基中添加玉米浆条件下对辅酶Q10发酵细胞内代谢途径流量变化作定量的分析,结果表明：提高溶氧浓度（20%）5_磷酸核酮糖（Ru5P）物流（r7）增加26.6,即糖酵解途径（EMP）途径向磷酸戊糖途径（HMP）转移;添加1%玉米浆r7增加17.2,EMP与HMP途径物流比值与三羧酸循环（TCA）途径物流都下降,而癸异戊烯基焦磷酸（DPP）生成物流通量（绝对值）变化都较小,即辅酶Q10的生物合成更大程度地取决于辅酶Q10生物合成途径中催化DPP的合成和4_羟基苯甲酸（PHB）与DPP的缩合反应的两种关键酶活性。6_磷酸葡萄糖（G6P）节点是辅酶Q10生物合成代谢途径的柔性节点,而丙酮酸节点是半柔性节点。细胞生物量的提高与HMP途径物流增加有关。     

从代谢流量分析角度探讨培养条件改变下对放射型根瘤茵WSH2601合成辅酶Q10的影响

分析了放射型根瘤菌(R．radiobacter)WSH2601生物合成辅酶Q10的代谢途径网络,并在溶氧条件改变和培养基中添加玉米浆条件下对辅酶Q10发酵细胞内代谢途径流量变化作定量的分析,结果表明：提高溶氧浓度(20％)5-磷酸核酮糖(RuSP)物流(r7)增加26．6,即糖酵解途径(EMP)途径向磷酸戊糖途径(HMP)转移;添加1％玉米浆r7增加17．2,EMP与HMP途径物流比值与三羧酸循环(TCA)途径物流都下降,而癸异戊烯基焦磷酸(DPP)生成物流通量(绝对值)变化都较小,即辅酶Q10的生物合成更大程度地取决于辅酶Q10生物合成途径中催化DPP的合成和4-羟基苯甲酸(PHB)与DPP的缩合反应的两种关键酶活性。6-磷酸葡萄糖(G6P)节点是辅酶Q10生物合成代谢途径的柔性节点,而丙酮酸节点是半柔性节点。细胞生物量的提高与HMP途径物流增加有关。     

溶氧对L-苏氨酸发酵的影响

探索溶氧对L-苏氨酸发酵过程的影响及其控制方法。通过摇瓶装液量试验、不同溶氧控制方式考察发酵过程中溶氧对L-苏氨酸合成的影响。采用补料分批发酵工艺发酵L-苏氨酸,利用氨基酸分析仪测定发酵液中L-苏氨酸的产量,通过10L罐补料分批发酵36h,产酸可达118.9g/L,糖酸转化率为47.6%。可以得出溶氧对L-苏氨酸生物合成有重要影响,并建立了最佳溶氧控制条件。     

苹果酸对L-谷氨酸发酵代谢流迁移的影响

为更全面深入地理解细胞内谷氨酸代谢的调控机制,以黄色短杆菌GDK-9为供试菌株,应用MATLAB软件和代谢流分析方法定量研究添加苹果酸后L-谷氨酸发酵中、后期胞内的代谢流迁移。在L-谷氨酸发酵中、后期添加2．0g／L苹果酸后,合成副产物L-丙氨酸和乳酸的代谢流量明显减少,分别降低了22．1％和16．5％,EMP途径和乙醛酸循环的代谢流分别减少了2．26％和9．09％,HMP途径的代谢流增加了2．26％,而L-谷氨酸生物合成的代谢流从73．59％增长至79．92％,较未添加前提高了6．33％。添加适量苹果酸能使关键节点发生代谢流迁移,提高了L-谷氨酸合成中心代谢途径的代谢流量。     

玉米浆在产甘油假丝酵母甘油发酵中的作用机理

以复合培养基和合成培养基进行比较发酵,研究了玉米浆在产甘油假丝酵母甘油发酵过程中的作用机理。结果表明:玉米浆中的磷、氮和微量元素是影响产甘油假丝酵母甘油发酵的3个关键因素。当玉米浆磷浓度为121·75mg/L(玉米浆浓度为14g/L),最大甘油转化率达到53·44%。玉米浆磷可以调节EMP途径与HMP途径之间碳架代谢流的分布,随着玉米浆浓度进一步增加,过量磷能抑制HMP途径而激活EMP途径,因而复合培养基各项发酵参数的变化非常显著。玉米浆氮对磷的调节功能有协同作用,但并不是产甘油假丝酵母甘油发酵的理想氮源。玉米浆中的微量元素能够显著提高葡萄糖的消耗速率、促进菌体的生长和增加甘油的产量。     

葡萄糖和麦芽糖碳源底物对粪产碱杆菌合成凝胶多糖的胞内代谢流影响*

麦芽糖和葡萄糖对粪产碱杆菌发酵合成凝胶多糖有着显著的影响,为了详细分析两种底物对凝胶多糖合成的影响机制,利用恒化培养实验及稳态碳平衡代谢分析,研究发现在稀释速率为0.1h^-1时,利用麦芽糖和葡萄糖为碳源底物的条件下粪产碱杆菌的微观代谢途径通量有较大的差异。以麦芽糖为底物时凝胶多糖的摩尔得率为53.8%,比葡萄糖为碳源时的摩尔得率(36.9%)高出了45.8%以上。同时以麦芽糖为碳源时HMP途径的绝对代谢通量比葡萄糖时的通量提升了40%以上。这条途径通量的增加,提升了NADPH还原力供给速率,促进了依赖于还原力NADPH的凝胶多糖合成途径通量,提升了碳源底物向产物的摩尔转化速率。而且代谢流分析结果显示ED途径通量和能量提供也是影响粪产碱杆菌凝胶多糖合成效率的关键因素。麦芽糖作为碳源底物过程中维持的较低的残留葡萄糖浓度解除了高葡萄糖浓度条件下对凝胶多糖合成的抑制,能够实现更高通量的ATP能量提供效率,更加促进了凝胶多糖合成通量。     

Pathway kinetics and metabolic control analysis of a high-yielding strain of Penicillium chrysogenum during fed batch cultivations

A kinetic model representing the pathway for the biosynthesis of penicillin by P. chrysogenum has been developed. The model is capable of describing the flux through the biosynthetic pathway, and model simulations correspond well with measurements of intermediates and end products. One feature of the present model structure is that it assumes the kinetics of the enzyme isopenicillin N synthetase (IPNS) to be first order with respect to the dissolved oxygen concentration in the range of 0.070 to 0.18 mM (25% to 70% saturation with air). Thus, it indicates the importance that molecular oxygen has on the rate of the reaction catalyzed by this enzyme, and consequently as an enhancer of the specific rate of penicillin production. Using the kinetic model, metabolic control analysis (MCA) of the pathway was performed. The determined flux control coefficients suggested that, during the production phase, the flux is controlled by IPNS as this enzyme becomes saturated with tripeptide delta-(L-alpha-amino-adipyl)-L-cysteinyl-D-valine (LLD-ACV). In the simulations, oxygen was shown to be a bottleneck alleviator by stimulating the rate of IPNS which prevents the accumulation of LLD-ACV. As a consequence of this stimulation, the rate-controlling step was moved to another place in the pathway. (c) 1996 John Wiley & Sons, Inc.     

重组毕赤酵母表达工程植酸酶发酵过渡相参数相关分析

微生物发酵是一个涉及不同尺度的互相关联的复杂生物系统的过程 ,将重组毕赤酵母表达工程植酸酶过渡相的在线和离线参数进行了相关分析研究。通过对发酵过程的在线细胞代谢生理参数 (OUR)和环境参数 (DO)的变化进行相关分析表明 :甘油和葡萄糖碳源对AOX合成的阻遏强度不同 ,葡萄糖的阻遏性明显强于甘油 ,相对于醇氧化酶启动子 ,葡萄糖为强阻遏性底物。根据甲醇代谢途径关键酶酶活性变化 ,推测出各代谢途径流量分布的变化 ,即甲醇诱导后糖酵解途径和三羧酸循环途径代谢流比例下降 ,而磷酸戊糖途径中代谢流通量上升 ,甲醇完全氧化代谢流成为主要代谢流 ,与过渡相在线参数pH、OUR(CER)和RQ等相关分析的甲醇代谢途径的变化结果一致。此外 ,建立了生产过程在线控制与分析的标准 :当OUR和CER逐渐增大 ,则可判断甲醇已被利用和启动子已被甲醇成功诱导 ,即工程植酸酶开始启动表达.     

A metabolic model of cellular energetics and carbon flux during aerobic Escherichia coli fermentation

An integrated metabolic model for the production of acetate by Escherichia coli growing on glucose under aerobic conditions was presented previously (Ko et al., 1993). The resulting model equations can be used to explain phenomena often observed with industrial fermentations, i.e., increased acetate production which follows from high glucose uptake rate, a low dissolved oxygen concentration, a high specific growth rate, or a combination of these conditions. However, several questions still need to be addressed. First, cell composition is growth rate and media dependent. Second, the macromolecular composition varied between E. coli strains. And finally, a model that represents the carbon fluxes between the Embden-Meyerhof-Parnas (EMP) and the hexose monophosphate (HMP) pathways when cells are subject to internal and/or external stresses is still not well defined. In the present work, we have made an effort to account for these effects, and the resulting model equations show good agreement for wild-type and recombinant E. coli experimental data for the acetate concentration, the onset of acetate secretion, and cell yield based on glucose. These results are useful for optimizing aerobic E. coli fermentation processes. More specifically, we have determined the EMP pathway carbon flux profiles required by the integrated metabolic model for an accurate fit of the acetic acid profile data from a wild-type E. coli strain ML308. These EMP carbon flux profiles were correlated with a dimensionless measurement of biomass and then used to predict the acetic acid profiles for E. coli strain F-122 expressing human immunodeficiency virus-(HIV(528)) beta-galactosidase fusion protein. The effect of different macromolecular compositions and growth rates between these two E. coli strains required a constant scaling factor for improved quantitative predictions.     

谷氨酸棒状杆菌厌氧产丁二酸的发酵条件

考察谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh厌氧产丁二酸的发酵条件。结果发现:补加NaHCO3的效果最好,并且考察了NaHCO3浓度对葡萄糖转化速率及丁二酸生成速率的影响。运用代谢流分析方法分析了乳酸脱氢酶基因敲除对谷氨酸棒状杆菌厌氧代谢的影响,发现乳酸脱氢酶基因敲除导致磷酸烯醇式丙酮酸生成丁二酸的流量提高了214.3%,流向乳酸的流量变为0;分批厌氧转化36 h生成41.2 g/L丁二酸,产率45.0%。