Aminokwasy
ednogenne
Aminokwasy
egzogenne
Alanina
Fenyloalanina
Arginina
Histydyna
Asparagina
Izoleucyna
Aspraginian
Leucyna
Cysteina
Lizyna
Glicyna
Metionina
Glutamina
Treonina
Glutaminian
Tryptofan
Prolina
Walina
Seryna
Tyrozyna
Aminokwasy
ednogenne
Aminokwasy
egzogenne
Alanina
Fenyloalanina
Arginina
Histydyna
Asparagina
Izoleucyna
Aspraginian
Leucyna
Cysteina
Lizyna
Glicyna
Metionina
Glutamina
Treonina
Glutaminian
Tryptofan
Prolina
Walina
Seryna
Tyrozyna
Nadprodukcja aminokwasów
• 2-oksoglutaran + NH4= aminokwas
• NH4< 2 mmol/ l
• Enzym: Syntetaza glutaminowa
szczawiooctan
asparaginian
treonin
a
Rodziny biosyntetyczne
aspragina
metioni
na
izoleucyn
a
lizyna
pirogronian
alanina
Rodziny biosyntetyczne
walina
leucyna
Rodziny biosyntetyczne
α-ketoglutaran
glutaminia
n
glutami
na
prolina
arginina
Mechanizm kontroli
• Normalne stężenie aminokwasu
powoduje represję genów syntezy
enzymów uczestniczących w jego
wytwarzaniu
• Nadmiar aminokwasu powoduje
zahamowanie aktywności enzymów
uczestniczących w jego wytwarzaniu
Warunki nadprodukcji
• Przepuszczalność błony cytoplazmatycznej
• Stężenie biotyny
• Zmiana preferencji metabolicznych przez hamowanie
jednego z odgałęzień szlaku metabolicznego
• Dodatek prekursorów przeciwdziałających regulacji
metabolicznej szlaku ( np. 2-oksomaślan –
nadprodukcja Ile)
• Regulacja aktywności enzymów w obrębie szlaku
metabolicznego
• Mutanty ( auksotrofy) nie syntezujące enzymu i
blokada odgałęzienia szlaku metabolicznego
• Mutanty regulatorowe ( układ sprzężenia zwrotnego)
Warunki nadprodukcji
• Mutanty ( auksotrofy) nie syntezujące enzymu i
blokada odgałęzienia szlaku metabolicznego
• Mutanty regulatorowe ( zakłócony układ sprzężenia
zwrotnego)
• Mutanty konstytutywne : depresja genów syntezy
enzymów wybranych odgałęzień szlaku
metabolicznego
• Mutanty syntezujące enzymy szlaku produkcyjnego
niewrażliwe na inhibicję produktem
• Projektowanie i konstrukcja szczepów metodami
inżynierii genetycznej. Mutacja genetyczna z uzyciem
technologii rekombinowanego DNA.
Mutanty żywieniowe
Kwas glutaminowy
Otrzymywanie kwasu
L-glutaminowego
• W postaci glutaminianu sodu
tradycyjnie był otrzymywany metodą
kwaśnej hydrolizy bogatych w ten
aminokwas białek pszenicy.
Opracowanie jednostopniowej
syntezy praktycznie wyeliminowało
tą metodę. Obecnie glutaminian sodu
produkowany jest wyłącznie metodą
mikrobiologiczną.
Kwas glutaminowy… czym
właściwie jest?
To aminokwas endogenny o kwaśnym
odczynie,
obecny prawie we wszystkich
białkach.
Jest on ważnym neuroprzekaźnikiem
pobudzającym
w korze mózgowej ssaków.
Uczestniczy w
przemianach
azotowych, poprzez przemianę w
glutaminę. Kwas glutaminowy jest stosowany w
leczeniu układu nerwowego.
Zdolność do wytwarzania tego
metabolitu wykazują m.in.:
Corynebacterium
Brevibacterium
Microbacterium
Kwas L-glutaminowy
przykładem nadprodukcji
przy zastosowaniu
bakterii z rodzaju
Corynebacterium oraz
Brevibacterium
Dlaczego właśnie te
mikroorganizmy?
U bakterii kwasu glutaminowego istnieje silna preferencja
syntezy L-glutaminianu do innych aminokwasów:
- duża aktywność syntazy cytrynianowej (powstaje cytrynian),
- bardzo niska aktywność dehydrogenazy 2-oksoglutaranowej,
• - duża aktywność dehydrogenazy glutaminowej (70*silniejsze
powinowactwo do 2-oksoglutaranu niż dehydrogenaza 2-
oksoglutaranowa)
Duża aktywność dehydrogenazy glutaminowej, zależnej od
NADPH,
Wytworzenie dostatecznej ilości NADPH, podczas przemiany
cukru w szlaku HMP,
Przy czym największe
znaczenie praktyczne mają:
B.Favum
C.glutamicum
Dlaczego dochodzi do
zahamowania syntezy L-
glutaminy w komórkach?
• Głównym czynnikiem ograniczającym
nadprodukcję kwasu glutaminowego
jest wewnątrzkomórkowe stężenie
tego produktu, które w sprzężeniu
zwrotnym powoduje zahamowanie
syntezy tego aminokwasu.
BIOGENEZA KWASU
GLUTAMINOWEGO
C.glutamicum:
1. Dehydrogenaza glutaminowa
2. Dehydrogenaza
2-oksoglutaranowa
3. Liaza cytrynianowa
4. Syntaza jabłczanowa
5. Karboksylaza
fosfoenylopirogronianowa
6. Układ dehydrogenazy
pirogronianowej
Jak zwiększyć
przepuszczalność błony?
• Kontrola zawartości biotyny w
pożywce
Inne sposoby
przepuszczalności błony
komórkowej
• Poddanie błony działaniu
detergentów,
• Dodatek penicylin i cefalosporyn,
• Zahamowanie syntezy
nienasyconych kwasów tłuszczowych
oraz fosfolipidów
• Otrzymanie zależnych od glicerolu
mutantów auksotroficznych
Pozostałe warunki kontrolujące
biosyntezę L-glutaminianu
• Źródło węgla stanowi melasa burczana,
powinna być uboga w biotynę
- Może tez być glukoza, octan, sacharoza
bądź etanol
• Źródłe azotu jest gazowy amoniak lub
mocznik
• Temp. 30-36
0
C
• pH poczatkowe 7-8
• Intensywne nawietrzanie (3-5mmoli
O
2
/ml hodowli/1 min)
•
Wydajność konwersji substratu do
Wydajność konwersji substratu do
kwasu glutaminowego w
kwasu glutaminowego w
optymalnych warunkach wynosi 50%,
optymalnych warunkach wynosi 50%,
czyli ze 100 g cukru można uzyskać
czyli ze 100 g cukru można uzyskać
50 g aminokwasu.
50 g aminokwasu.
Wydzielanie kwasu L-
glutaminowego
z komórki
1 – detergenty
2 – antybiotyki (penicylina, cefalosporyny)
• Oddzielenie biomasy za pomocą wirówki
ślimakowej
• ZALETY:
- Ciągłość odprowadzania osadu
- Dla zawiesin o stężeniu 2-50%obj
- Wydajność 0,4-60 m
3
/h
Oddzielenie płynu
pohodowlanego od biomasy
Frakcjonowanie, zatężanie,
oczyszczanie
Percypitacja do pH
izoelektr
=
3.2
Kwas solny HCl
Przesącz
Filtrac
ja
Przemywanie kryształów
Stabilizacja
produktu
• Wydajność konwersji substratu do
kwasu glutaminowego w
optymalnych warunkach wynosi 50%,
czyli ze 100g cukru można uzyskać
50 g aminokwasu.
Stabilizacja produktu
Suszenie sublimacyjne jest powszechnie
stosowana metoda utrwalania biopreparatów.
Proces ten zawiera kilka etapów:
•Zamrażanie produktów w komorze
sublimacyjnej, gdzie przy stopniowo
obniżanym ciśnieniu następuje intensywne
parowanie części wody, a następnie
samozamrożenie
•Suszenie sublimacyjne (sublimacja lodu)
•Usuwanie pary wodnej z sublimatora
Dystrybucja produktu
• Światowa produkcja kwasu L-
glutaminowego, jako glutaminianu
monosodowego, szacowana jest na
blisko 400 00ton rocznie.
• 100g produktu kosztuje około 90zł