文 献 综 述

前言：

赖氨酸是人体必需氨基酸之一，能促进人体发育、增强免疫功能，并有提高中枢神经组织功能的作用。赖氨酸为碱性必需氨基酸。由于谷物食品中的赖氨酸含量甚低，而且在加工过程中易被破坏而缺乏，故称为第一限制性氨基酸。

赖氨酸的化学结构简式为H₂NCH₂CH₂CH₂CH₂CH(NH₂)COOH;

赖氨酸广泛用于饲料、添加剂、食品强化剂和医药产品等方面。目前，我国已有两三家工厂用发酵法生产L-赖氨酸，年产量1万多吨，但由于发酵产酸水平较低，生产规模较小，致使生产成本较高，难以同进口产品竞争。因此，有必要快速选育高产L-赖氨酸菌种，发展我国的赖氨酸工业。

一、赖氨酸的物理化学性质：

分子式C₆H₁₄N₂O₂，分子量146.19，又称溶氨酸。[1,2]分子中含有两个氨基，一个羧基，呈碱性，属于碱性氨基酸。存在于蛋白质中的为L-型赖氨酸。L-赖氨酸，无色晶体，熔点224.5摄氏度(分解)。易溶于水，微溶于乙醇，不溶于乙醚。[3]

二、赖氨酸生物合成途径：

微生物发酵法是目前生产L-赖氨酸最主要的方法。L-赖氨酸生物合成存在两个完全不同的途径：二氨基庚二酸途径和α-氨基己二酸途径；分别由不同的酶进行调节，控制L-赖氨酸的合成。[4,5]

二氨基庚二酸途径：

二氨基庚二酸途径又称天冬氨酸途径，是从天冬氨酸开始的通过二氨基庚二酸的代谢途径。细菌、某些真菌、一些藻类和高等植物是通过该途径生产赖氨酸。该途径又包括两个不同的代谢途径，即琥珀酰途径和乙酰途径，只有在少数生物中如棒状杆菌和浸麻芽胞杆菌属中这两个途径是可以共存的。它们的共同点在于均受天冬氨酸激酶的反馈抑制调节影响。

α-氨基己二酸途径：

该途径是从酮戊二酸或乙酰-CoA 开始的通过α-氨基已二酸的途径，其中α-氨基已二酸途径多发生在高等真菌( 如酵母菌和霉菌) ，古细菌以及细菌中。该途径首先利用高异柠檬酸合成酶、高乌头酸合酶/顺高乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶催化α-酮戊二酸和乙酰-CoA 生成α-氨基已二酸，再经过α-氨基已二酸还原酶，酵母氨酸还原酶和酵母氨酸脱氢酶催化生成赖氨酸。^[6]

三、国内外L-赖氨酸菌种选育：

国内外产L-赖氨酸菌种的选育技术包括诱变技术、基因工程如DNA重组技术和基因敲除技术等。利用基因工程方法进行选育是通过分子水平上最小限度的、最明确的基因突变来优化菌株。L-赖氨酸菌种选育的主要思路可以概括为以下几点[7]：

1) 添加结构类似物，筛选出抗结构类似物的突变株，如添加L-赖氨酸结构类似物。S-( β-氨基乙基) -L-半胱氨酸( AEC)[8]；

2) 改变生产菌细胞膜通透性，调节细胞内代谢产物的积累；

3) 添加前体物质，抑制分支代谢途径；

4) 对关键性酶的基因进行定点突变，解除反馈抑制；

5) 切断或改变平行途径，如通过基因敲除方法获得高丝氨酸脱氢酶缺失菌株。

主要方法有：诱变技术育种、基因重组技术育种和基因敲除技术育种。

四、L-赖氨酸发酵策略[9]：

初筛：从斜面培养基上取一环菌接入到15 mL的发酵培养基中(250 mL三角瓶)，32 ℃摇床培养72 h。测定发酵液中L-赖氨酸产量。

复筛:初筛得到的高产菌株经斜面活化，每株菌取一满环接入到35 mL种子培养液中(250 mL三角瓶)，摇床培养18 h，然后各取115 mL种子液加入3 个发酵瓶中，32 摄氏度摇床培养72 h。测定三角瓶中发酵液L-赖氨酸产量，取其平均值，确定不同菌株的产量稳定性，从中选出高产稳产的优良菌株。

参考文献：

[1] 张伟国，陈银芳．L-赖氨酸高产菌的选育及发酵培养基的优化[J]．生物技术，2009，19( 4) : 36-40．

[2]张伟国，顾正华. L-赖氨酸高产菌选育的研究[J]. 食品与发酵工业，2001，27: 17-20.

[3] 周骏山. 实用氨基酸手册[M] . 1989, 3-6.

[4] Wittmann C，Kim H M，Heinzle E． Metabolic network analysis of lysine producing Corynebacterium glutamicum at a miniaturized scale［J］． Biotechnol Bioeng，2004，87: 1-6．

[5] Pfefferle W，Mockel B，Bathe B，et al．Biotechnological manufacture of lysine[J]．Adv Biochem Eng Biotechnol， 2003， 79: 59-112．

[6] Hermann TIndustrial production of amino acids by coryneform bacteria［J］． J Biotechnol，2003，104( 1 /2 /3) : 155-172．

[7] 刘晓飞，高学军，刘营等．微生物产赖氨酸的研究进展［J］．东北农业大学学报，2010，41( 1) : 157-160．

[8]吴琼，唐华，宋光明. 天然食品防腐剂聚L-赖氨酸高产菌株的筛选. 山东轻工业学院食品与生物工程学院. 2005, 10: 90-96.

[9]齐秀兰，曾绍钧，周忠喜. L-赖氨酸高产菌株的选育及发酵培养基优化. 沈阳药科大学学报. 2004, 21: 311-320.

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