γ-聚谷氨酸的代謝機(jī)理及代謝通量分析.pdf

1、由于石油資源的儲量有限以及人類生存對環(huán)境、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的要求，來自生物質(zhì)的綠色高分子材料正成為當(dāng)今世界各國競相研究的熱點(diǎn)，其中就包括在環(huán)境、醫(yī)藥、食品和化妝品等領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用前景的γ-聚谷氨酸(γ-PGA)，但是對其生物合成的機(jī)理和代謝調(diào)控的研究目前并不充分。
　　 本研究利用13C標(biāo)記葡萄糖對γ-PGA的合成途徑進(jìn)行了研究，結(jié)果表明Bacillus subtilis NX-2在合成γ-PGA過程中同時以葡萄糖和谷氨酸作為碳

2、源。其中葡萄糖大部分用于能量代謝和菌體合成，只有少部分參與γ-PGA的合成，而谷氨酸為γ-PGA單體的主要來源。
　　 在了解代謝途徑的基礎(chǔ)上成功建立了B.subtilis NX-2代謝合成γ-PGA的網(wǎng)絡(luò)模型，模型的誤差小于10％，能較好的模擬細(xì)胞的代謝通量分布。從得到的代謝通量分布可以看出，在α-酮戊二酸節(jié)點(diǎn)處流向谷氨酸的流量比例較小，不利于γ-PGA的大量合成。另外由于高粘度發(fā)酵體系的性質(zhì)，O2的攝取率低，影響了菌體的生成

3、和產(chǎn)物的積累。
　　 在研究中發(fā)現(xiàn)甘油及某些表面活性劑對B.subtilis NX-2發(fā)酵生產(chǎn)γ-PGA有促進(jìn)作用，其中添加2％(w/v)的甘油、0.3％(w/v)的Tween-80及0.1％(w/v)DMSO能有效的提高γ-PGA的產(chǎn)量，分別使γ-PGA產(chǎn)量提高了27.2％、28.4％和27.4％。通過代謝通量分析和細(xì)胞膜成分分析發(fā)現(xiàn)，這些添加劑對γ-PGA的發(fā)酵過程的影響機(jī)理是不同的。甘油使生物量提高而發(fā)酵液粘度降低，從而改

4、善了O2的攝取，但對細(xì)胞膜脂肪酸成分影響不大，因此對葡萄糖和谷氨酸的消耗速率影響不明顯，主要通過加大從α-酮戊二酸流向谷氨酸的代謝流的比例提高了γ-PGA的產(chǎn)率；而添加Tween-80和DMSO可使發(fā)酵時間明顯縮短，發(fā)酵液粘度提高，并且通過改變細(xì)胞膜磷脂脂肪酸成分并且抑制磷脂生成提高了細(xì)胞膜的透性，因此葡萄糖和谷氨酸的消耗速率有所提高，而進(jìn)入α-酮戊二酸節(jié)點(diǎn)的代謝流也明顯增加，從而提高了γ-PGA合成的代謝流。
　　 表面活性劑