芦楠,李宇虹,陈宁,张成林

(天津科技大学 生物工程学院,天津,300457)

L-异亮氨酸(L-isoleucine)又称“异白氨酸”,因具有分支的甲基基团,故与L-缬氨酸和L-亮氨酸通称为“分支链氨基酸”[1]。L-异亮氨酸属于高附加值氨基酸,具有修复肌肉的功能,常被制成氨基酸输液或口服液,用于治疗肝硬化、肥胖症、昏迷等病症[2-4]。近年来,L-异亮氨酸作为抗血糖药物4-羟基异亮氨酸的合成前体受到广泛关注[5-6]。L-异亮氨酸的生产方法主要包括化学合成法、毛发提取法和发酵法[7-9],目前发酵法是其工业化生产的主要方法,生产菌株通常为谷氨酸棒杆菌,大肠杆菌亦有研究报道[10]。本文从L-异亮氨酸的生物合成途径及其代谢调控机制、L-异亮氨酸及其衍生物的代谢工程改造策略进展进行了综述,旨在为其代谢工程研究提供参考。

1 L-异亮氨酸的生物合成途径及其代谢调控机制

1.1 L-异亮氨酸的生物合成途径

由于L-异亮氨酸、L-苏氨酸、L-甲硫氨酸、L-赖氨酸等氨基酸均来源于L-天冬氨酸,故合称为天冬氨酸族氨基酸[2]。L-异亮氨酸的生物合成途径涵盖了中心代谢和分支代谢途径：葡萄糖进入细胞后经糖酵解途径(Embden-Meyerhof-Parnas pathway,EMP)和磷酸戊糖途径(hexose monophophate pathway,HMP)生成磷酸烯醇式丙酮酸和丙酮酸,在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶或(和)丙酮酸羧化酶的作用下发生羧化反应,生成草酰乙酸；后者在转氨酶的作用下生成L-天冬氨酸；L-天冬氨酸经10步催化反应生成L-异亮氨酸,其中涉及5个限速酶(天冬氨酸激酶、高丝氨酸脱氢酶、高丝氨酸激酶、苏氨酸脱氢酶和乙酰羟基酸合成酶)；……