文 献 综 述

1.1 丁二酸的简介

丁二酸(Succinic acid)是一种重要的”C4 平台化合物”，广泛应用于食品、医药、农业领域，可作为合成 1,4-丁二醇、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮及可降解生物高分子材料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)等的原料，具有广阔的应用前景^[1,2]。丁二酸是微生物三羧酸循环中重要的代谢中间产物，广泛用于生物高分子、食品与医药等行业，市场潜在需求量巨大^[3]。

1.2 传统丁二酸的生物合成

1.2.1丁二酸发酵生产

大肠杆菌具有生长速度快，营养要求简单，和广泛研究的遗传背景的特点。因此，基因工程技术已应用大肠杆菌来生产丁二酸。 用大肠杆菌生产丁二酸是基因工程的一个突破，是NZN111自发突变的一个菌的分离（pflab ldhA 双突变体^[4]),afp111，能使发酵葡萄糖在双相发酵过程中产生大量的丁二酸^[5]。然而，有机酸可以抑制细胞生长和大肠杆菌的生产力^[6]，并维持最初的高生产力，似乎对从细胞中产生丁二酸必不可少的。

通过对 AFP111重悬细胞，在100小时发酵生产的丁二酸的量增加60%以上。即使在一个简单的介质（只含有葡萄糖、碳酸镁和水），该细胞也能够从双相丁二酸发酵液恢复生产丁二酸。虽然利用代谢性大肠杆菌对丁二酸的重复生产可以延长厌氧发酵，但是具体的生产力和产量均随着重复发酵的增加数而减少^[7]。除了细胞活力下降，为丁二酸生产供应的低水平的ATP也可能是产量和生产力下降的一个原因。

据报道，在AFP111的每份葡萄糖的ATP净收益是0mol mol ^-1,在最大的琥珀酸产量的期间^[8]。此外，有机酸已被认为是由不同的机制运出细胞的，取决于细胞内外的酸浓度的比值^[9]。在细胞外高浓度的酸的情况下，被动或促进扩散可能是不可能的，由于没有一个集中的驱动力；相反，主动运输反对一个使用ATP驱动排泄的浓度梯度是必要的。这表明在最大量持续生产丁二酸的时候 ，AFP111不能提供足够的ATP给产量出口。

同样的，据报道酿酒酵母工程生产的乳酸，在厌氧条件下无法维持生长，是由于乳酸出口系统的能量需求和设计的菌无法产生足够的厌氧的ATP^[10]。