The Biosynthesis of Aromatic Amino Acids and its Regulation
- 作者
- F. Lingens
- 杂志
- Angewandte Chemie International Edition in English（1968）
- DOI
- 10.1002/anie.196803501
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）及其衍生化合物的生物合成途径和调控机制
研究策略
通过综述不同微生物（如大肠杆菌、酿酒酵母、粗糙脉孢菌等）中的关键酶和调控模式，结合突变体积累分析和酶学实验，阐明主途径和分支途径的调控网络
研究路线图
核心内容
该研究系统综述了芳香族氨基酸（苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸）在微生物中的生物合成途径及其调控机制，聚焦于莽草酸途径关键酶的多层次调控。通过整合大肠杆菌、酿酒酵母、粗糙脉孢菌等物种的突变体分析和酶学实验，阐明了同工酶、多价反馈抑制、阻遏与诱导等调控模式的协同作用。关键结果显示，在Aerobacter aerogenes中，L-苯丙氨酸（5×10⁻³ M）对分支酸变位酶P同工酶抑制达65%，而L-酪氨酸对预苯酸脱水酶抑制近100%，体现了分支点酶对末端氨基酸的高度特异性响应。在大肠杆菌中，DAHP合成酶由三个同工酶组成，分别受苯丙氨酸、酪氨酸别构抑制和色氨酸阻遏，确保代谢流按需分配。酿酒酵母中过量酪氨酸或苯丙氨酸可诱导相应醇类降解。该工作系统揭示了不同微生物中芳香族氨基酸调控的多样性与共性模式，为代谢工程中精准调控芳香族氨基酸产量提供了理论基础和酶学靶点。
创新点
系统总结了芳香族氨基酸生物合成中的多种调控方式（同工酶、多价反馈抑制、多价阻遏、诱导等），并比较了不同物种间的差异；提出了分支途径中主途径调控的几种可行模式
研究对象（19）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Escherichia coli | 芳香族氨基酸生物合成 | — | DAHP synthetase (tyrosine-sensitive isozyme) | 催化 | 受L-酪氨酸别构抑制和阻遏 |
| Escherichia coli | 芳香族氨基酸生物合成 | — | DAHP synthetase (phenylalanine-sensitive isozyme) | 催化 | 受L-苯丙氨酸别构抑制和阻遏 |
| Escherichia coli | 芳香族氨基酸生物合成 | — | DAHP synthetase (tryptophan-repressible isozyme) | 催化 | 被L-色氨酸阻遏，但不受别构抑制 |
| Escherichia coli / Aerobacter aerogenes | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Chorismate mutase (isozymes) | 催化 | 与预苯酸脱氢酶、预苯酸脱水酶形成复合物 |
| Aerobacter aerogenes | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Prephenate dehydratase | 催化 | 受L-苯丙氨酸抑制（5×10^-3 M时100%） |
| Aerobacter aerogenes | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Prephenate dehydrogenase | 催化 | 受L-酪氨酸抑制 |
| Bacillus subtilis | 芳香族氨基酸生物合成 | — | DAHP synthetase | 催化 | 单一酶，受预苯酸和分支酸别构抑制，不受最终氨基酸直接抑制 |
| Bacillus subtilis | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Chorismate mutase | 催化 | 不受L-酪氨酸和L-苯丙氨酸抑制 |
| Bacillus subtilis | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Anthranilate synthetase | 催化 | 受L-色氨酸负反馈抑制 |
| Saccharomyces cerevisiae | 芳香族氨基酸生物合成 | — | DAHP synthetase (tyrosine-sensitive isozyme) | 催化 | 受L-酪氨酸别构抑制 |
| Saccharomyces cerevisiae | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Chorismate mutase | 催化 | 受L-酪氨酸抑制，被L-色氨酸诱导和激活 |
| Saccharomyces cerevisiae | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Prephenate dehydratase | 催化 | 受L-苯丙氨酸抑制和阻遏 |
| Saccharomyces cerevisiae | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Prephenate dehydrogenase | 催化 | 受L-酪氨酸抑制，被L-苯丙氨酸诱导和激活 |
| Saccharomyces cerevisiae | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Anthranilate synthetase | 催化 | 受L-色氨酸抑制和阻遏 |
| Neurospora crassa | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Chorismate mutase | 催化 | 被L-色氨酸激活，被L-酪氨酸和L-苯丙氨酸抑制 |
| Pseudomonas putida | 色氨酸生物合成 | — | Tryptophan synthetase | 催化 | 被底物3-(吲哚-3-基)-甘油-1-磷酸诱导，不受L-色氨酸影响 |
| Claviceps paspali | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Anthranilate synthetase | 催化 | 在产碱菌株中不被L-色氨酸别构抑制 |
| Claviceps paspali | 芳香族氨基酸生物合成 | — | DAHP synthetase (tryptophan-sensitive) | 催化 | 色氨酸敏感同工酶占总活性的60% |
| Claviceps paspali | 芳香族氨基酸生物合成 | — | Chorismate mutase | 催化 | 被L-酪氨酸和L-苯丙氨酸抑制，被L-色氨酸激活 |
关键发现
- 在Aerobacter aerogenes中，L-苯丙氨酸（5×10^-3 M）对分支酸变位酶P同工酶抑制65%，对T同工酶抑制4%
- L-酪氨酸（5×10^-3 M）对分支酸变位酶P抑制16%、对T抑制2%，对预苯酸脱水酶抑制100%，对预苯酸脱氢酶抑制14%。在Escherichia coli中，DAHP合成酶由三个同工酶组成，分别受L-苯丙氨酸、L-酪氨酸的别构抑制和L-色氨酸的阻遏。在Claviceps paspali中，色氨酸敏感的DAHP合成酶同工酶占总活性的60%。在酿酒酵母中，过量L-酪氨酸可诱导酪醇降解，过量L-苯丙氨酸可诱导苯乙醇降解。
研究结论
芳香族氨基酸的生物合成通过莽草酸途径高度分支，其调控在不同微生物中呈现多样性，包括同工酶、别构抑制、阻遏和诱导等机制，确保代谢流按需分配。