在丁二酸生产菌中过量表达耐酸原件文献综述

 2021-09-25 20:31:54

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摘要：丁二酸是一种重要的C4平台化合物，利用工程大肠杆菌生产丁二酸的发酵过程需要用缓冲液将pH控制在中性（6.6左右），因而在发酵液中的丁二酸主要以丁二酸盐的形式存在，这使得丁二酸的分离提纯过程较为复杂且成本较高。

由于谷氨酸脱羧酶的存在使大肠杆菌产生耐酸性，通过促使谷氨酸脱羧酶（GadBC）在大肠杆菌内过量表达，使工程大肠杆菌能在偏酸性环境下（pH在5.6左右）生长，发酵液中的丁二酸以酸的形式存在，相较于丁二酸盐而言更有利于分离，且可以减少发酵过程中用于稳定pH的缓冲液的用量，可大大降低成本。

关键字：丁二酸；大肠杆菌；谷氨酸脱羧酶；耐酸性；转录调节；一．工程大肠杆菌产丁二酸丁二酸(succinic acid)又称琥珀酸，是一种重要的平台化合物，在传统化工行业中主要依赖于石油炼制产生，但由于石油的不可再生性，利用生物发酵方法制备丁二酸的技术有很广阔的研究前景。

1.1 丁二酸的性质和应用丁二酸是TCA循环中的一种中间产物，同时也是厌氧发酵中碳代谢的终端还原性产物之一，纯丁二酸为无色晶体，无嗅，有酸味，可燃，易溶于水、乙醇和丙酮等极性溶剂，几乎不溶于苯、四氯化碳和石油醚等非极性有机溶剂。

丁二酸的化学结构式如图1所示。

图1 丁二酸的化学结构式1.2 大肠杆菌产丁二酸的代谢过程大肠杆菌由葡萄糖产丁二酸过程如图所示。

葡萄糖经由糖酵解过程生成磷酸烯醇式丙酮酸，在高CO2浓度下PEP能转化为草酰乙酸（oxaloacetic acid，OAA），进而生成苹果酸（Malate）再转化为富马酸（Fumarate），最后生成丁二酸。

而在低CO2浓度下则会生成乙酸或乙醇。

图2 大肠杆菌厌氧发酵途径1.4 基因水平上的代谢调控通过敲除乳酸脱氢酶的编码基因（ldhA）和丙酮酸甲酸裂解酶的编码基因（pflB）,使菌体在厌氧发酵条件下产生的主要产物为丁二酸而不产生乳酸和甲酸，但同时由于依赖于NADH的乳酸脱氢酶（LDH）无法合成而限制了糖酵解过程中NADH再生为NAD 的过程，造成辅酶不平衡使糖酵解过程无法进行，丙酮酸不能大量积累。

NAD(H)合成与分解的途径如图3。

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