Nadprodukcja aminokwasów

• 2-oksoglutaran + NH4= aminokwas
• NH4< 2 mmol/ l
• Enzym: Syntetaza glutaminowa

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