文 献 综 述

1 谷氨酸棒杆菌合成精氨酸系列氨基酸简介

棒杆菌菌株是可商业购买的微生物，广泛使用于氨基酸、核酸、酶和抗生素类似物的生产。在棒杆菌菌株中，可通过argCJBDFRGH组成的精氨酸操纵子基因表达的酶由谷氨酸合成L-精氨酸。在L-精氨酸的生物合成中发挥最重要作用的精氨酸操纵子基因使用细胞内合成的L-谷氨酸作为精氨酸合成的底物。在精氨酸合成途径中，ArgJ将谷氨酸转换为N-乙酰谷氨酸、ArgB将N-乙酰谷氨酸转换为N-乙酰谷酰磷酸，ArgC将N-乙酰谷酰磷酸转换为N-乙酰谷氨酸半醛，ArgD将N-乙酰谷氨酸半醛转换为N-乙酰鸟氨酸，ArgJ将N-乙酰鸟氨酸转换为鸟氨酸，ArgF将鸟氨酸转换为L-瓜氨酸，ArgG将L-瓜氨酸转换为精氨酸代琥珀酸，而ArgH将精氨酸代琥珀酸转换为精氨酸。

2 NADPH的供应渠道

精氨酸系列氨基酸合成所需的关键辅酶是NADPH，它是谷氨酸脱羧酶(Gdh)和N-乙酰谷氨酰磷酸还原酶(ArgC)的辅酶。因此，构建精氨酸系列氨基酸高产菌除了可以通过改造合成途径的关键酶之外，还可以通过调节辅酶的供应来对精氨酸系列氨基酸的合成途径进行分子改造。

NADPH是细胞重要的还原力，参与了脂肪酸、类固醇、DNA、氨基酸等一系列生物分子的合成过程，在具有这些代谢产物合成能力的菌株中，通过提高NADPH的供应，能促进产物的合成，优化菌株的性能。细胞内NADPH的主要供应渠道是NADP 依赖性氧化还原酶和NAD激酶，其中细胞内最重要的NADP 依赖性氧化还原酶主要存在于磷酸戊糖途径（PPP），它们利用氧化态辅酶Ⅱ（NADP ）作为电子受体生成还原态辅酶Ⅱ（NADPH），NAD激酶则催化辅酶Ⅰ发生磷酸化生成辅酶Ⅱ。

2.1 通过PP途径补充NADPH

磷酸戊糖途径是合成还原力NADPH的主要途径，该途径中6-磷酸葡萄糖脱氢酶（由zwf基因编码）和6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶（由gnd基因编码）是NADP 依赖性的酶，而糖酵解途径的磷酸葡萄糖异构酶（由pgi基因编码）则会消耗该途径的第一步底物6-磷酸葡萄糖，对PP途径的改造围绕这三个基因开展。

很多氨基酸的合成都依赖于NADPH为辅酶，比如合成1分子L-赖氨酸需要4分子的NADPH，通过改善磷酸戊糖途径的代谢通量来供应NADPH是提高氨基酸合成的有效手段。2005年，Ohnishi等在谷氨酸棒杆菌AHP-3中表达解除多种代谢物变构抑制的突变的6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶基因gnd^S361F，将碳流量引向戊糖磷酸通路，增加了NADPH的供应，提高了L-赖氨酸产量；2007年，Becker等也对gnd基因进行改造来高产L-赖氨酸。

2005，Georgi等在谷氨酸棒杆菌DM1730中表达解除反馈抑制的突变的zwf^A243T提高了L-赖氨酸产量。2003年，Marx等弱化了谷氨酸棒杆菌MH20-22B的磷酸葡萄糖异构酶（由pgi基因编码）的活性，来提高NADPH合成途径的流量，促进了L-赖氨酸的合成。而通过过表达糖异生途径的果糖-1,6-二磷酸酶基因fbp，能将各种碳源如醋酸、柠檬酸和谷氨酸转化为PP途径的底物，能提高胞内NADPH的供应，也有利于L-赖氨酸的合成。