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。     

不同溶氧条件下L-苏氨酸生物合成菌株的代谢流量分析

[目的]探索L-苏氨酸生物合成机理及影响因素.[方法]建立了大肠杆菌L-苏氨酸的代谢流平衡模型,应用MATLAB软件计算出不同溶氧条件下发酵中后期代谢网络的代谢流分布及理想代谢流分布.[结果]5%溶氧条件下,25.5%碳架进入HMP途径,74.5%碳架进入糖酵解途径,获得33.9%质量转化率;20%溶氧条件下,58.08%碳架进入HMP途径,41.92%碳架进入糖酵解途径,获得46.5%质量转化率;[结论]与理想代谢流(88.23%质量转化率)相比,应从菌种改造和发酵控制方面通过改变6-磷酸葡萄糖异构酶借以增加HMP途径代谢流量,通过增加磷酸烯醇式丙酮酸羧化反应代谢流提高天冬氨酸族合成代谢流,减少TCA循环代谢流量,从而达到减少副产物生成,增加L-苏氨酸生物合成的目的.     

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。     

鸟苷产生菌的代谢途径分析

代谢工程要解决的主要问题就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。利用途径分析方法对枯草芽孢杆菌生产鸟苷的途径进行了分析,建立了3种基础模型,鸟苷理论摩尔产率分别是0．625、0．75和0．667,确定了枯草芽孢杆菌生产鸟苷的最佳途径的通量分布。     

利用氧化还原电位调控乳酸发酵

研究了控制不同氧化还原电位（oxidation—reduction potential,ORP）对乳酸发酵过程的影响。通过5L发酵罐分批发酵实验发现ORP水平控制在-170mV时最有利于乳酸生成,乳酸最高质量浓度达176g／L,糖酸转化率为94％,其平均乳酸产率3．7g/（L·h）,比ORP控制在-220mV和-120mV时分别高19％,37％;通过对发酵过程胞外有机酸浓度及代谢流分析发现氧化还原电位是通过影响细胞内代谢流分布来影响乳酸合成的。     

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。     

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%。     

赖氨酸流加发酵最优控制的研究

在赖氨酸发酵动力学模型和庞特里金明小值原理的基础上,得出流加发酵的最优化底物流加方式。并进一步对流加发酵的全过程进行了分析,得出了在实际控制中较为可行的流加发酵全过程的总控制策略,实际控制表明在小型反应器中赖氨酸产生菌FB42的发酵水平为81．6g／l。、转化率为0．418％、生产强度为1．16g／h·L,和分批发酵相比分别提高了45．4％、9．7％和28．4％。     

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。     

鸟苷发酵过程代谢流迁移的分析

以典型的代谢控制发酵产品鸟苷为例说明了一种基于过程参数的相关分析来研究发酵过程中代谢流迁移的方法。通过对发酵过程多参数的相关性分析,结合生物合成代谢途径、氨基酸和有机酸积累的分析,确认了发酵过程代谢流向EMP途径的迁移,认为造成这种代谢流迁移的原因可能是过程铵离子积累。在此基础上,通过对过程参数实时检测分析和及时调整EMP和HMP代谢通量使产率提高了35％。      

Glucose metabolic flux distribution of Lactobacillus amylophilus during lactic acid production using kitchen waste saccharified solution

The ¹³C isotope tracer method was used to investigate the glucose metabolic flux distribution and regulation in Lactobacillus amylophilus to improve lactic acid production using kitchen waste saccharified solution (KWSS). The results demonstrate that L. amylophilus is a homofermentative bacterium. In synthetic medium, 60.6% of the glucose entered the Embden–Meyerhof–Parnas (EMP) to produce lactic acid, whereas 36.4% of the glucose entered the pentose phosphate metabolic pathway (HMP). After solid–liquid separation of the KWSS, the addition of Fe³⁺ during fermentation enhanced the NADPH production efficiency and increased the NADH content. The flux to the EMP was also effectively increased. Compared with the control (60.6% flux to EMP without Fe³⁺ addition), the flux to the EMP with the addition of Fe³⁺ (74.3%) increased by 23.8%. In the subsequent pyruvate metabolism, Fe³⁺ also increased lactate dehydrogenase activity, and inhibited alcohol dehydrogenase, pyruvate dehydrogenase and pyruvate carboxylase, thereby increasing the lactic acid production to 9.03 g l⁻¹, an increase of 8% compared with the control. All other organic acid by-products were lower than in the control. However, the addition of Zn²⁺ showed an opposite effect, decreasing the lactic acid production. In conclusion it is feasible and effective means using GC-MS, isotope experiment and MATLAB software to integrate research the metabolic flux distribution of lactic acid bacteria, and the results provide the theoretical foundation for similar metabolic flux distribution.     

Effect of precise control of flux ratio between the glycolytic pathways on mevalonate production in Escherichia coli

Mevalonate is a useful metabolite synthesized from three molecules of acetyl-CoA, consuming two molecules of NADPH. Escherichia coli ( E. coli) catabolizes glucose to acetyl-CoA via several routes, such as the Embden–Meyerhof–Parnas (EMP) and the oxidative pentose phosphate (oxPP) pathways. Although the oxPP pathway supplies NADPH, it is disadvantageous in terms of acetyl-CoA supply, compared with the EMP pathway. In this study, the optimal flux ratio between the EMP and oxPP pathways on the mevalonate yield was investigated. Expression level of pgi was controlled by isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside (IPTG) inducible promoter in an engineered mevalonate-producing E. coli strain. The relationship between the flux ratio and mevalonate yield was evaluated by changing the flux ratio by varying IPTG concentration. At the stationary phase, the mevalonate yield was maximum at an EMP flux of 39.7%, and was increased by 25% compared with that with no flux control (EMP flux of 70.4%). The optimal flux ratio was consistent with the theoretical value based on the mass balance of NADPH. The flux ratio between EMP and oxPP pathways affects the synthesis fluxes of mevalonate and acetate from acetyl-CoA. Fine tuning of the flux ratio would be necessary to achieve an optimized production of metabolites that require NADPH.     

基于过程参数相关分析的鸟苷发酵过程优化

本文分析鸟苷产生菌枯草芽孢杆菌(Bacilus subtilis)在50L多参数自控发酵罐上的发酵过程特点,基于多种在线及离线参数的检测,通过相关分析将生理调控的工艺参数和生物合成过程中的代谢流分布相联系,发现了发酵过程中的代谢流向糖酵解和TCA循环的迁移,并初步分析了产生代谢流迁移的原因,在此基础上优化发酵过程使产苷水平稳定在30g/L。