l絲氨酸合成方法(L)
1.L
L-色氨酸的生產(chǎn)最早主要是依靠化學合成法和蛋白質(zhì)水解法制造。
隨對微生物法生產(chǎn)色氨酸的研究的不斷發(fā)展，人們開始利用微生物法發(fā)酵生產(chǎn)色氨酸。現(xiàn)已走向?qū)嵱貌⑶姨幱谥鲗У匚弧?/p>
微生物法大體可分為微生物發(fā)酵法和酶促轉(zhuǎn)化法。近年來還出現(xiàn)了直接發(fā)酵法和化學合成法，直接發(fā)酵法和轉(zhuǎn)化法相結(jié)合生產(chǎn)色氨酸的研究。
另外，基因工程、酶的固定化和高密度培養(yǎng)等技術(shù)在微生物育種和酶工業(yè)上的應用極大地推動了直接發(fā)酵法和酶法生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化進程。 化學合成法就是利用有機合成和化學工程相結(jié)合的技術(shù)生產(chǎn)或制備氨基酸的方法。
DL-色氨酸的化學法合成，大致可分為以吲哚為原料的合成法和以苯肼為原料的合成法兩種。Snydcr和MacDonald研究出了一種簡單的合成DL-色氨酸的方法，即在乙酸和乙酸酐的存在下利用吲哚和α-乙酰氨基丙烯酸直接縮合，得到N-乙酞-DL-色氨酸，此物質(zhì)在氫氧化鈉溶液中水解即可得到DL-色氨酸，收率為57.7%。
Moe和MacDonald報道以苯肼為原料合成色氨酸，即在乙酸鈉存在下，將丙烯醛和乙酰氨基丙二酸二乙酯縮合，縮合體再與苯肼反應而生成苯腙，苯腙在H2S04或BF3水溶液中回流水解，環(huán)化得到化合物3-吲哚基-甲基-乙酰氨基-丙二酸二乙酯，將此化合物水解脫羧可得DL-色氨酸。化學合成法的最大優(yōu)點是在氨基酸品種上不受限制，既可制備天然氨基酸，又可制備各種特殊結(jié)構(gòu)的非天然氨基酸。
但這并不意味著具有工業(yè)生產(chǎn)價值，由于合成得到的氨基酸都是DL-型外消旋體，必須經(jīng)過拆分才能得到人體能夠利用的L-氨基酸。故用化學合成法生產(chǎn)DL-色氨酸時，除需考慮合成工藝條件外，還要考慮異構(gòu)體的拆分與D-色氨酸異構(gòu)體的消旋利用，三者缺一不可。
因此，化學法合成L-色氨酸在工業(yè)上的應用也受到一定的限制。 酶法是利用微生物中L-色氨酸生物合成酶系的催化功能生產(chǎn)L-色氨酸的，能夠利用化工合成的前體物為原料，既充分發(fā)揮了有機合成技術(shù)的優(yōu)勢，又具有產(chǎn)物濃度高、收率高、純度高、副產(chǎn)物少、精制操作容易等優(yōu)點，是一種成本較低的生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法。
目前在L-色氨酸的生產(chǎn)中應用較為廣泛。這些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等。
根據(jù)提供這些酶的微生物種類數(shù)，可以分為雙菌酶法和單菌酶法兩種類型。雙菌酶法是利用兩種菌分別提供酶促反應所需的色氨酸合成酶（TS）、絲氨酸消旋酶（SR），以吲哚和DL-絲氨酸為底物酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。
這種方法可以將具有不同高活性的酶促轉(zhuǎn)化色氨酸所需的酶結(jié)合在一起，實現(xiàn)菌種的優(yōu)勢互補，提高底物的轉(zhuǎn)化率。Makiguchi等用大腸桿菌的色氨酸合成酶和惡臭假單胞菌的絲氨酸消旋酶，以吲哚和DL-絲氨酸為底物，在200L反應罐中反應24h,L-色氨酸產(chǎn)量可達到110g/L，對吲哚吸收率為100%（摩爾比，下同），對DL-絲氨酸收率為91%。
單菌酶法是利用一種菌提供色氨酸合成所需的色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等酶類酶促轉(zhuǎn)化色氨酸。Won-giBang等對單酶菌法生產(chǎn)色氨酸進行了研究，利用大腸桿菌B10的高Ts活性轉(zhuǎn)化吲哚和DL-絲氨酸，添加非離子表面活性Triton X-100,37℃反應60h，色氨酸產(chǎn)量可達至141.4g/L，對吲哚收率為93.2%，對DL-絲氨酸收率為93.6%.由于底物吲哚對色氨酸合成酶抑制強烈，而對色氨酸酶抑制較弱，所以近年來人們更為傾向于將色氨酸酶用于L-色氨酸的生物合成。
色氨酸酶正常情況下降解L-色氨酸生成丙酮酸、吲哚和氨，但在高濃度的丙酮酸和氨條件下也能有效地催化丙酮酸、吲哚和氨合成L-色氨酸。該酶還能催化L-絲氨酸或L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸。
Nakazawa等以20g吲哚、30g丙酮酸鈉、50g乙酸銨和4gProteus rettgeri（雷氏變形桿菌）菌體作為色氨酸酶源，37℃反應48h可積累23gL-色氨酸。Ujimaru等用Achromabacterliquidum（液形無色桿菌）色氨酸酶催化L-絲氨酸和吲哚合成L-色氨酸，L-絲氨酸轉(zhuǎn)化率為82.4%，吲哚轉(zhuǎn)化率為92.4%。
國內(nèi)也有研究以L-半胱氨酸和吲哚為原料酶法生產(chǎn)L-色氨酸。韋平和等用色氨酸酶基因工程菌WWW-4催化L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸，80mL反應液（L-半胱氨酸0.75g，吲哚0.75g）37℃反應48h，可積累L-色氨酸1.18g,L-半胱氨酸轉(zhuǎn)化率為93.2%，吲哚轉(zhuǎn)化率為90.1%，產(chǎn)品總回收率達70%。
另外，也有報道利用具有丙酮酸高產(chǎn)率和高活性色氨酸酶的菌株酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。酶促轉(zhuǎn)化法既可以直接利用高活性色氨酸合成酶、色氨酸酶，或者具有高活性色氨酸合成酶或色氨酸酶的菌體催化L色氨酸的合成，也可以將酶或菌體固定化后進行L-色氨酸的合成。
菌體和酶固定化后具有提高酶的穩(wěn)定性便于反復使用，便于實現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動化等優(yōu)點。Won—Bang等利用聚丙烯酰胺固定具有高活性色氨酸合成酶的大腸桿菌Escherichia coli B10菌體細胞，在連續(xù)攪拌槽反應器中連續(xù)使用50天，色氨酸合成酶活性保持80%，最高產(chǎn)酸0.12g.L-1h-1。
還有利用其它固定化技術(shù)進行酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。Eggers等報道了一種利用有機脂膜系統(tǒng)利用色氨酸酶酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。
它是以環(huán)己烷作為有機相，有機脂膜將兩水相和有機相分開，其中一水相構(gòu)成酶促反應體。
2.絲氨酸的功能應用有哪些
主要功能1.合成嘌呤、胸腺嘧啶、膽堿的前體；2.L-絲氨酸羥基經(jīng)磷酸化作用后能衍生出具重要生理功能的磷絲氨酸，是磷脂的主要成分之一；3.具有穩(wěn)定滴眼液pH值的作用，且滴眼后無刺激性；重要的自然保濕因子（NMF）之一，皮膚角質(zhì)層保持水分的主要角色，高級化妝品中的關(guān)鍵添加劑。
應用1.醫(yī)藥原料：L-絲氨酸廣泛用于配置第三代復方氨基酸輸液和營養(yǎng)增補劑，并用于合成多種絲氨基酸衍生物，如心血管、抗癌、艾滋病新藥及基因工程用保護氨基酸等；2.食品：L-絲氨酸用于運動飲料、氨基酸減肥飲料等；3.飼料：L-絲氨酸用于動物飼料，可促進動物生長發(fā)育。
3.L
1. L-賴氨酸一般以L-賴氨酸鹽酸鹽[657-27-2]供應市場，游離的L-賴氨酸極易潮解，因具有游離氨基而易發(fā)黃變質(zhì)，并有刺激腥味，難于長期保存。L-賴氨酸鹽酸鹽則比較穩(wěn)定，不易潮解，便于保存。但L-賴氨酸在有些用途上的需求也在增加，例如多肽合成化學、生化研究、賴氨酸衍生物制備等。游離L-賴氨酸可由L-賴氨酸鹽酸鹽制備。
2. 煙草：BU,22;FC,21；可由動物蛋白質(zhì)經(jīng)水解精制而得。也可由苯酰哌啶合成。
4.簡述生物體合成氨基酸的主要途徑有哪些
氨基酸有必須氨基酸和非必須氨基酸，非必須氨基酸可以在人和動物體內(nèi)合成，必需氨基酸需依靠食物供給，而植物能合成自身所需的全部氨基酸。氨基酸合成的公共途徑有還原性氨基化作用、氨基轉(zhuǎn)移作用、氨基酸的相互轉(zhuǎn)化作用。
1、還原性氨基化作用
在多數(shù)機體中，NH3同化主要是經(jīng)谷氨酸和谷氨酰胺合成途徑完成的。
(1)、谷氨酸合成的主要途徑是由L-谷氨酸脫氫酶催化的α-酮戊二酸氨基化途徑
(2)、谷氨酰胺合成酶和谷氨酸合成酶聯(lián)合作用，將游離氨轉(zhuǎn)變?yōu)楣劝彼岬摩?氨基。
2、氨基轉(zhuǎn)移作用
氨基轉(zhuǎn)移作用是由一種氨基酸把它的分子上的氨基轉(zhuǎn)移至其它α-酮酸上。以形成另一種氨基酸。
植物細胞內(nèi)存在的轉(zhuǎn)氨作用主要有下列三種：
3、氨基酸的相互轉(zhuǎn)化作用
在有些情況下，氨基酸間也可以相互轉(zhuǎn)化。如由蘇氨酸或絲氨酸可生成甘氨酸，由色氨酸或胱氨酸可生成丙氨酸。
氨基酸的合成需要有氨基和碳架。氨基是由已有的氨基酸經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用提供的，許多氨基酸均可作為氨基的供體，其中主要的是谷氨酸；碳架來自于糖酵解，三羧酸循環(huán)，乙醇酸途徑和磷酸戊糖途徑的α-酮酸，如α-酮戊二酸、草酰乙酸、丙酮酸和乙醛酸。
5.絲氨酸磷脂 組成
磷脂酰絲氨酸；絲氨酸磷脂；二酰甘油酰磷酸絲氨酸；phosphatidylserine;serine phosphorglycerides
稱絲氨酸磷脂，二酰甘油酰磷酸絲氨酸。磷酯化合物中的磷酸甘油酯類，是細胞膜組分之一，如人紅細胞膜上就有磷脂酰膽堿（占19%）、鞘磷脂（占8%）、磷脂酰乙醇胺（占16%）和磷脂酰絲氨酸（占10%）。并且只有后者在細胞膜上具有凈負電荷，有助于膜的不對稱性。還能活化已損傷表面凝血酶原。并與磷脂酰膽堿、磷脂酰乙醇胺在體內(nèi)可互相轉(zhuǎn)化。由于R1和R2的各不相同而使磷脂酰絲氨酸實際成了一類化合物的總稱。產(chǎn)品呈白色或淡黃色松散粉末，能乳化于水。不溶于乙醇、甲醇；溶于氯仿、乙醚、石油醚。人工合成物僅溶于氯仿。從牛腦提取物在室溫內(nèi)，又暴露于空氣中，則每日變性約0.5%。天然物（L-α-磷脂酰-L-絲氨酸）多由牛（羊）腦或大豆等提取。由于R1和R2差異，實是諸多化合物的混合物。如牛腦制品其R1和R2的大致組成：16:0，約1%;1.8:0,40%~41%;18:1,28%~30%;18:3，約4%;18:4，約1%;20:4，約1%;20:5，約2%;22:6,9%~14%。人工合成產(chǎn)品具有很多異構(gòu)體，純化過程復雜。如合成產(chǎn)品1,2-二、二十六烷酰-rac-甘油-3-磷酸-L-絲氨酸，C38H74NO10P，分子量336.0。
6.L
1.賴氨酸的工業(yè)生產(chǎn)以直接發(fā)酵法為主，其次是酶法。直接發(fā)酵法是利用微生物突變株，以淀粉水解糖、糖蜜、乙酸、乙醇等為原料發(fā)酵生產(chǎn)L-賴氨酸。發(fā)酵培養(yǎng)基消毒后接入預培養(yǎng)的種子，經(jīng)過30℃、70h左右的培養(yǎng)，然后進行發(fā)酵，再將發(fā)酵液加熱至80℃，10min后，冷卻，過濾。清液用鹽酸調(diào)pH值為4.0，以7.5~8.0ml/min的流速通過732柱（先處理成—NH+4型），至流出液pH值至7.0。停止吸附，用蒸餾水沖洗至無色，再用2mol/L氨水洗脫，洗脫液濃縮到12°Bé左右，然后用鹽酸調(diào)pH值為4.9，再加活性炭脫色，趁熱過濾，再減壓濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾，所得的晶體即為賴氨酸鹽酸鹽，再重結(jié)晶可得到精制賴氨酸。>；糖蜜、玉米漿發(fā)酵↓斜面菌種分離菌體離子交換</p><p>；濃縮脫色→結(jié)晶→重結(jié)晶→干燥→產(chǎn)品
2.提取法
3. 煙草：BU,22；合成：可由明膠水解、精制而得。也可用化學方法合成
7.氨基酸是怎樣合成的
氨基酸的生物合成?組成人體蛋白質(zhì)的氨基酸中，有些氨基酸只能在植物及微生物體內(nèi)合成，人體必須從食物中攝取，這些氨基酸即必需氨基酸（escential amino acids），其余的氨基酸可利用代謝中間產(chǎn)物合成，稱為非必需氨基酸（nonescential amino acids）。
（表1）除酪氨酸外，體內(nèi)非必需氨基酸由四種共同代謝中間產(chǎn)物（丙酮酸、草酰乙酸、α-酮戊二酸及3-磷酸甘油）之一作其前體簡單合成。如前所述，酪氨酸由苯丙氨酸必需氨基酸羥化生成，嚴格講酪氨酸不是非必需氨基酸，對每日膳食中苯丙氨酸的需要量同時亦反映了對酪氨酸的需要量。
?表1 人體中必需和非必需氨基酸*Although mammals synthesize arginine,they cleave most of it to form urea(Sections 24-2D and E).1.丙氨酸，天冬酰胺、天冬氨酸、谷氨酸及谷氨酰胺由丙酮酸、草酰乙酸和α-酮戊二酸合，三種α-酮酸：丙酮酸、草酰乙酸和α-酮戊二酸分別為丙氨酸，天冬氨酸和谷氨酸的前體，經(jīng)一步轉(zhuǎn)氨反應可生成相應氨基酸（圖7-22、反應1-3）。天冬酰胺和谷氨酰胺分別由天冬氨酸和谷胺酸加氨反應生成（圖1反應4,5）。
谷氨酰胺合成酶（glutamine cynthetase）催化谷氨酰胺合成，NH3為氨基供體、反應中消耗ATP生成ADP和Pi。而天冬酰胺由天冬酰胺合成酶（asparagine synthetase）催化合成，利用谷氨酰胺提供氨基、消耗ATP生成AMP+PPi。
?圖1 氨酸、天冬氨酸、谷氨酸、天冬酰胺和谷氨酰胺的合成谷氨酰胺是許多生物合成反應的氨基供體，同時也是體內(nèi)NH2的貯存形式。谷氨酰胺合成酶位于體內(nèi)氨代謝的中樞位置。
實事上，此酶由α-酮戊二酸激活，此種調(diào)控作用有利于防止谷氨酸氧化脫氨造成體內(nèi)氨的堆積。?2.谷氨酸是脯氨酸，鳥氨酸和精氨酸的前體。
谷氨酸γ?羧基還原生成醛，繼而形成中間Schiff堿，進一步還原可生成脯氨酸（圖2）。此過程中的中間產(chǎn)物5-谷氨酸半醛（glutamate-5-semialdehyde）在鳥氨酸-δ-氨基轉(zhuǎn)移酶（ornithine-δ-amino-transferase）催化下直接轉(zhuǎn)氨生成鳥氨酸。
?圖2 由谷氨酸生成脯氨酸、鳥氨酸和精氨酸3.絲氨酸、半胱氨酸和甘氨酸由三磷酸甘油生成。絲氨酸由糖代謝中間產(chǎn)物3-磷酸甘油經(jīng)三步反應生成。
（1）3-磷酸甘油酸在3-磷酸甘油酸脫氫酶催化下生成了一磷酸羥基丙酮酸（3-）。(2)由谷氨酸提供氨基經(jīng)轉(zhuǎn)氨作用生成3-磷酸絲氨酸（3-phosphoserine）。
(3)3?磷酸絲氨酸水解生成絲氨酸。?絲氨酸以兩種途徑參與甘氨酸的合成：（1）由絲氨酸羥甲酰轉(zhuǎn)移酶（serine hydroxy methyltransforese）催化直接生成甘氨酸，同時生成N5,N10-甲酰FH4。
(2)由N5,N10-CHO-FH4,CO2和NH+4在甘氨酸合成酶（glycine aynthase）催化下縮合生成。?在蛋氨酸代謝中已討論過，人體中半胱氨酸可由蛋氨酸分解代謝中間產(chǎn)物同型半胱氨酸和絲氨酸合成，半胱氨酸的巰基來源于必需氨基酸-蛋氨酸，故有人將其稱為半必需氨基酸（semiessential amino acid）。
而在植物及微生物中，半胱氨酸在絲氨酸乙酰轉(zhuǎn)移酶催化下被乙?；〈蒓-乙酰絲氨酸（O-acetyl serine）。(2)乙?；粠€基取代生成半胱氨酸。
反應中的羥基由PAPS經(jīng)PAPS還原酶及亞硫酸還原酶（sulfite reductase）催化生成。
