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1、关于脂类代谢与控制关于脂类代谢与控制现在学习的是第1页，共75页概述概述n n脂类，也称脂质或类脂，是一类低溶于水而高溶于非极性溶剂的生物有机分子。n n对大多数脂类而言，其化学本质是脂肪酸和醇所形成的酯类及其衍生物。n n参与脂类组成的脂肪酸多是4碳以上的长链一元羧酸，醇成分包括甘油（丙三醇）、鞘胺醇、高级一元醇和固醇。n n脂类元素组成主要是碳、氢、氧，有些含有氮、磷及硫等。现在学习的是第2页，共75页现在学习的是第3页，共75页第一节 脂类的代谢与调节一、脂肪酸的分解（一、脂肪酸的分解（-氧化作用）氧化作用）n n19041904年年年年，Franz Knoop将将将将末末末末端端端端碳
2、碳碳碳连连连连有有有有苯苯苯苯基基基基的的的的一一一一些些些些奇奇奇奇数数数数碳碳碳碳和和和和偶偶偶偶数数数数碳碳碳碳脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸衍衍衍衍生生生生物物物物喂喂喂喂狗狗狗狗，然然然然后后后后分分分分离离离离狗狗狗狗尿尿尿尿中中中中的的的的苯苯苯苯化化化化合合合合物物物物。KnoopKnoop发发发发现现现现，当当当当奇奇奇奇数数数数碳碳碳碳脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸衍衍衍衍生生生生物物物物被被被被降降降降解解解解时时时时，尿尿尿尿中中中中检检检检测测测测出出出出的的的的是是是是马马马马尿尿尿尿酸酸酸酸（苯苯苯苯甲甲甲甲酸酸酸酸和和和和甘甘甘甘氨氨氨氨酸酸酸酸的的的的结结结结合合合合物物
3、物物）；如如如如果果果果是是是是偶偶偶偶数数数数碳碳碳碳，则则则则尿尿尿尿中中中中排排排排出出出出的的的的是是是是苯苯苯苯乙乙乙乙尿尿尿尿酸酸酸酸（苯苯苯苯乙乙乙乙酸酸酸酸和和和和甘甘甘甘氨氨氨氨酸酸酸酸的的的的结结结结合合合合物物物物）。因因因因此此此此KnoopKnoop认认认认为为为为，脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸的的的的氧氧氧氧化化化化发发发发生生生生在在在在-碳碳碳碳原原原原子子子子上上上上，即即即即每每每每次次次次从从从从脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸链链链链上上上上降降降降解解解解下下下下来来来来的的的的是是是是2 2碳碳单单位位，也也就是后来所谓的脂肪酸就是后来所谓的脂肪酸-氧化。氧化。
4、氧化。氧化。现在学习的是第4页，共75页 现在学习的是第5页，共75页细胞内脂肪酸的降解过程可以分为细胞内脂肪酸的降解过程可以分为3个阶段：个阶段：n n脂肪酸在细胞质中活化为脂酰脂肪酸在细胞质中活化为脂酰CoA；n n脂酰脂酰CoA通过转运系统进入线粒体基质；通过转运系统进入线粒体基质；n n以以2碳单位降解碳单位降解-氧化。氧化。现在学习的是第6页，共75页1 1、脂肪酸的活化、脂肪酸的活化 n n长长链链脂脂肪肪酸酸氧氧化化前前必必须须进进行行活活化化，活活化化在在线线粒粒体体外外进进行行（原原核核生生物物在在细细胞胞溶溶胶胶中中进进行行），脂肪酸先与脂肪酸先与CoACoA形成硫酯键。形
5、成硫酯键。n n胞胞液液中中的的脂脂肪肪酸酸可可以以在在脂脂酰酰CoACoA合合成成酶酶的的催催化化下下，与与乙乙酰酰CoACoA酯酯化化，生生成成脂脂酰酰CoACoA。细细胞胞中中有有4 4种种不不同同的的脂脂酰酰CoACoA合合成成酶酶，它它们们分分别别对对带带有有短短的的（C C1212）和和更更长长的的（C C1616）碳碳链链的的脂脂肪肪酸酸具具有有催催化化的的特特异性。异性。现在学习的是第7页，共75页 现在学习的是第8页，共75页2 2、脂肪酸转入线粒体、脂肪酸转入线粒体 肉毒碱（肉毒碱（carnitine）穿梭机制）穿梭机制现在学习的是第9页，共75页肉毒碱穿梭机制包括以下步骤
6、：肉毒碱穿梭机制包括以下步骤：肉毒碱穿梭机制包括以下步骤：肉毒碱穿梭机制包括以下步骤：n n在在在在脂脂脂脂酰酰酰酰肉肉肉肉毒毒毒毒碱碱碱碱转转转转移移移移酶酶酶酶I I（carnitine carnitine acyltransferase acyltransferase I I，CAT CAT I I）催催催催化化化化下下下下，脂脂脂脂酰酰酰酰CoACoA中中的的脂脂酰酰基基转转移移到到L-L-肉肉肉肉毒毒毒毒碱碱碱碱上上上上，形成脂酰肉毒碱。形成脂酰肉毒碱。形成脂酰肉毒碱。形成脂酰肉毒碱。n n脂脂脂脂酰酰酰酰肉肉肉肉毒毒毒毒碱碱碱碱在在在在肉肉肉肉毒毒毒毒碱碱碱碱：脂脂脂脂酰酰酰酰肉肉
7、肉肉毒毒毒毒碱碱碱碱转转转转运运运运酶酶酶酶的的的的作作作作用用用用下下下下，与游离的肉毒碱交换后进入线粒体基质。与游离的肉毒碱交换后进入线粒体基质。与游离的肉毒碱交换后进入线粒体基质。与游离的肉毒碱交换后进入线粒体基质。n n在在在在线线线线粒粒粒粒体体体体基基基基质质质质中中中中，脂脂脂脂酰酰酰酰肉肉肉肉毒毒毒毒碱碱碱碱在在在在与与与与膜膜膜膜结结结结合合合合的的的的脂脂脂脂酰酰酰酰肉肉肉肉毒毒毒毒碱碱碱碱转转转转移移移移酶酶酶酶IIII（CAT CAT IIII是是是是CAT I的的的的同同同同功功功功酶酶酶酶）的的的的催催催催化化化化下下下下，重重重重新生成脂酰新生成脂酰新生成脂酰新生
8、成脂酰CoACoA和肉毒碱（和肉毒碱（CAT I催化反应的逆反应）。催化反应的逆反应）。催化反应的逆反应）。催化反应的逆反应）。现在学习的是第10页，共75页现在学习的是第11页，共75页3 3、脂肪酸的、脂肪酸的-氧化氧化 n n脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸的的的的-氧氧化化发发生生于于线线粒粒体体中中，脂脂酰酰CoACoA氧氧化化生成乙酰生成乙酰CoACoA涉及涉及涉及涉及4 4个基本反应：个基本反应：n n第一次氧化反应（第一次氧化反应（oxidation）；）；n n水化反应（水化反应（水化反应（水化反应（hydration）；）；n n第二次氧化反应（第二次氧化反应（oxidation）
9、；）；n n硫解反应（硫解反应（cleavagecleavage）。）。现在学习的是第12页，共75页现在学习的是第13页，共75页现在学习的是第14页，共75页现在学习的是第15页，共75页现在学习的是第16页，共75页现在学习的是第17页，共75页4、脂肪酸的其他氧化分解方式、脂肪酸的其他氧化分解方式n n奇数碳链脂肪酸的分解 氧化产生n-1个乙酰CoA和1个丙酰CoA，丙酰CoA与ATP、CO2反应，生成甲基丙二酸单酰CoA，经分子重排成琥珀酰CoA，进入TCA循环。n n脂肪酸的-氧化脂肪酸位的碳原子首先氧化，生成二羧酸，再通过-氧化作用脱下二碳化合物。现在学习的是第18页，共75页现
10、在学习的是第19页，共75页5 5、能量代谢、能量代谢 脂肪酸代谢的能量产生分为三个阶段：脂肪酸代谢的能量产生分为三个阶段：脂肪酸代谢的能量产生分为三个阶段：脂肪酸代谢的能量产生分为三个阶段：n n长链脂肪酸经长链脂肪酸经长链脂肪酸经长链脂肪酸经-氧化降解为乙酰基（乙酰氧化降解为乙酰基（乙酰CoACoACoACoA）。）。）。）。n n乙酰基经柠檬酸循环氧化为乙酰基经柠檬酸循环氧化为乙酰基经柠檬酸循环氧化为乙酰基经柠檬酸循环氧化为COCOCOCO2 2 2 2。n n前面两个阶段产生的前面两个阶段产生的前面两个阶段产生的前面两个阶段产生的NADHNADHNADHNADH和和和和FADHFADH
11、FADHFADH2 2 2 2经呼吸链氧化，合成经呼吸链氧化，合成经呼吸链氧化，合成经呼吸链氧化，合成ATPATPATPATP。现在学习的是第20页，共75页现在学习的是第21页，共75页二、脂肪酸的生物合成二、脂肪酸的生物合成n n对对微微生生物物、动动植植物物细细胞胞合合成成脂脂肪肪酸酸的的研研究究证证明明，脂脂肪肪酸酸的的合合成成并并不不是是脂脂肪肪酸酸-氧氧化化的的逆逆反反应应，而而是是通过另外的途径合成。通过另外的途径合成。n n在在脂脂肪肪酸酸氧氧化化途途径径中中，中中间间产产物物都都是是辅辅酶酶A A（CoASHCoASHCoASHCoASH）的的衍衍生生物物；在在脂脂肪肪酸酸的
12、的生生物物合合成成途途径径中中，则则都都是是酰酰基基载载体体蛋蛋白白（ACPACP）的的衍衍生生物物。这这是是两者之间的根本性区别。两者之间的根本性区别。现在学习的是第22页，共75页ACP：不同生物体中的ACP十分相似，E.coli中的ACP是一个由77个aa组成的热稳定蛋白质，在第36位Ser的侧链上，连有辅基4-磷酸泛酰巯基乙胺。现在学习的是第23页，共75页 脂脂肪肪酸酸的的生生物物合合成成是是在在细细胞胞液液中中进进行行，需需要要COCO2 2和和柠柠檬檬酸酸参参加加；而而氧氧化化降降解解是是在在线线粒粒体体中中进进行的。行的。真核生物中脂肪酸的生物合成包括三个过程：真核生物中脂肪酸
13、的生物合成包括三个过程：n n乙酰乙酰CoACoA的转运（柠檬酸转运系统）。的转运（柠檬酸转运系统）。n n丙二酸单酰丙二酸单酰CoACoA的生成的生成 。n n脂肪酸的合成。脂肪酸的合成。现在学习的是第24页，共75页1 1、乙酰、乙酰CoACoA的转运（柠檬酸转运系统）的转运（柠檬酸转运系统）n n由由糖糖代代谢谢产产生生的的乙乙酰酰CoACoA可可以以通通过过柠柠檬檬酸酸转转运运系系统，从线粒体转运到胞质中，供给脂肪酸的合成。统，从线粒体转运到胞质中，供给脂肪酸的合成。n n首首先先在在柠柠檬檬酸酸合合成成酶酶催催化化下下，线线粒粒体体中中的的乙乙酰酰CoACoA和草酰乙酸缩合形成柠檬酸
14、。和草酰乙酸缩合形成柠檬酸。n n生生成成的的柠柠檬檬酸酸经经柠柠檬檬酸酸二二羧羧酸酸载载体体转转运运出出线线粒体。粒体。现在学习的是第25页，共75页现在学习的是第26页，共75页n n进进入入到到胞胞液液内内的的柠柠檬檬酸酸经经柠柠檬檬酸酸裂裂解解酶酶催催化化，裂裂解解生生成成乙乙酰酰CoACoA和和草草酰酰乙乙酸酸，裂裂解解反反应应需需要要CoA-SHCoA-SH和消耗和消耗ATPATP。n n柠柠檬檬酸酸裂裂解解生生成成的的草草酰酰乙乙酸酸在在细细胞胞质质中中的的苹苹果果酸酸脱脱氢氢酶酶催催化化下下还还原原为为苹苹果果酸酸，同同时时NADHNADH氧氧化化为为NADNAD。n n苹苹果
15、果酸酸在在苹苹果果酸酸酶酶催催化化下下脱脱羧羧生生成成丙丙酮酮酸酸，NADPNADP还原为还原为NADPHNADPH。现在学习的是第27页，共75页2 2、丙二酸单酰、丙二酸单酰CoACoA的生成的生成 n n细细胞胞质质中中的的乙乙酰酰CoACoA在在在在乙乙乙乙酰酰酰酰CoACoACoACoA羧羧化化酶酶催催化化下下羧羧化化，形形成成丙丙二二酸酸单单酰酰CoACoA。乙乙乙乙酰酰酰酰CoACoA羧羧化化酶酶的的辅辅基基是是生生物物素，其反应机理类似丙酮酸羧化酶。素，其反应机理类似丙酮酸羧化酶。现在学习的是第28页，共75页3 3、脂肪酸的合成、脂肪酸的合成n n脂脂肪肪酸酸的的合合成成是是
16、在在脂脂肪肪酸酸合合成成酶酶复复合合体体的的作作用用下下完完成成的的。E.coli的的脂脂肪肪酸酸合合成成酶酶复复合合体体包包含含7种种酶酶，而而哺哺乳乳动动物物的的脂脂肪肪酸酸合合成成酶酶只只有有一一条条肽肽链链，但但具具有有多多种种催催化化活活性性。另另外外，脂脂肪肪酸酸的的合合成成还还需需要要酰酰基基载载体体蛋蛋白白（ACP：acyl carrier protein）来来转移酰基基团。转移酰基基团。现在学习的是第29页，共75页 包包包包括括括括5 5个个反反应应步步骤骤：前前体体负负载载，前前体体缩缩合合，还还原原，脱水和进一步还原。脱水和进一步还原。负载负载n n乙乙乙乙酰酰酰酰Co
17、ACoACoACoA在在乙乙酰酰CoA-ACPCoA-ACP转转酰酰基基酶酶的的催催化化下下，将将其其乙乙酰基转移到酰基转移到ACPACP上，形成乙酰上，形成乙酰上，形成乙酰上，形成乙酰-ACP-ACP。n n丙丙丙丙二二二二酸酸酸酸单单单单酰酰酰酰CoACoA在在丙丙二二酸酸单单酰酰-ACP-ACP-ACP-ACP转转酰酰基基酶酶的的催催化化下下，将将丙丙二二酸酸单单酰酰基基转转移移到到ACPACPACPACP上上，形形成成丙丙二二酸酸单单酰酰-ACP-ACP-ACP-ACP。E.Coli中脂肪酸的合成中脂肪酸的合成现在学习的是第30页，共75页缩合缩合n n酮酮酰酰基基-ACP-ACP合合
18、成成酶酶接接受受乙乙酰酰-ACP-ACP的的乙乙酰酰基基，释释放放HS-ACPHS-ACP。酮酮酰酰基基-ACP-ACP合合成成酶酶催催化化乙乙酰酰基基转转移移到到丙丙二二酸酸单单酰酰-ACP-ACP上上，形形成成乙乙酰酰乙乙酰酰-ACP-ACP，并并释释放一分子放一分子COCO2 2。还原还原n n在在酮酮酰酰基基ACPACP还还原原酶酶催催化化下下，乙乙酰酰乙乙酰酰-ACP-ACP中中的的b-b-酮酮基基被被NADPHNADPHH H还还原原为为醇醇，形形成成D-b-D-b-羟羟丁酰丁酰-ACP-ACP。现在学习的是第31页，共75页脱水脱水n n在在b-b-羟羟酰酰基基-ACP-ACP脱
19、脱水水酶酶的的催催化化下下，D-b-D-b-羟羟丁丁酰酰-ACPACP脱水，生成带有双键的反式丁烯酰脱水，生成带有双键的反式丁烯酰-ACP-ACP。还原还原n n烯烯酰酰基基-ACP-ACP还还原原酶酶催催化化反反式式丁丁烯烯酰酰-ACP-ACP还还原原为为丁酰丁酰-ACP-ACP，NADPHNADPH为辅酶。为辅酶。现在学习的是第32页，共75页现在学习的是第33页，共75页现在学习的是第34页，共75页4 4、脂肪酸、脂肪酸-氧化和合成的主要区别氧化和合成的主要区别n n从从从从上上上上述述述述脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸合合合合成成成成途途途途径径径径可可可可以以以以看看看看出出出出，脂脂脂
20、脂肪肪肪肪酸酸酸酸合合合合成成成成和和和和降降降降解解解解是是是是通通通通过过过过完完完完全全全全不不不不同同同同的的的的两两两两条条条条途途途途径径径径进进进进行行行行的的的的。下下下下表表表表归归归归纳纳纳纳了了了了软软软软脂脂脂脂酸酸酸酸-氧化和合成的主要区别。氧化和合成的主要区别。现在学习的是第35页，共75页为增加脂肪酸生物合成，可从以下几方面考虑：为增加脂肪酸生物合成，可从以下几方面考虑：选选育育乙乙酰酰-CoA-CoA-CoA-CoA羧羧化化酶酶活活力力强强的的菌菌株株，设设法法解解除除终终产物（脂酰产物（脂酰CoACoACoACoA及脂肪酸）的反馈抑制。及脂肪酸）的反馈抑制。n
21、 n选选选选育育育育抗抗抗抗代代代代谢谢谢谢产产产产物物物物结结结结构构构构类类类类似似似似物物物物突突突突变变变变株株株株（抗抗抗抗脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸结结结结构构构构类类类类似物），即抗反馈调节突变株。似物），即抗反馈调节突变株。似物），即抗反馈调节突变株。似物），即抗反馈调节突变株。n n选选育育营营养养缺缺陷陷型型的的回回复复突突变变株株或或选选育育条条件件突突变变株株，解解除除微微生生物物细细胞胞正正常常的的自自我我调调节节，使使脂脂肪肪酸酸得得以以积积累。累。三、脂肪酸生物合成的代谢控制育种三、脂肪酸生物合成的代谢控制育种现在学习的是第36页，共75页选选育育易易生生成成并并大
22、大量量积积累累柠柠檬檬酸酸的的菌菌株株或或有有利利于柠檬酸合成而不利于柠檬酸降解的突变株。于柠檬酸合成而不利于柠檬酸降解的突变株。选选育育丧丧失失或或只只具具有有微微弱弱柠柠檬檬酸酸脱脱氢氢酶酶活活力力的的突突变株。如异柠檬酸脱氢酶的渗漏突变株等。变株。如异柠檬酸脱氢酶的渗漏突变株等。现在学习的是第37页，共75页 第二节 多不饱和脂肪酸发酵 的代谢控制育种n n多多多多不不不不饱饱饱饱和和和和脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸（polyunsaturated polyunsaturated fatty fatty acids,acids,PUFAsPUFAs）是是是是指指指指含含含含2 2个个个个或或
23、或或2 2个个以以上上双双键键且且碳碳原原子子数数为为162222的的直直链链脂脂肪肪酸酸，包包括括-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸、花花花花生生生生四四四四烯烯烯烯酸酸酸酸、二二二二十十十十碳碳碳碳五五五五烯烯烯烯酸酸酸酸（EPAEPA）、二十二碳六烯酸（）、二十二碳六烯酸（）、二十二碳六烯酸（）、二十二碳六烯酸（DHADHA）等。）等。）等。）等。n n由由由由于于于于多多多多不不不不饱饱饱饱和和和和脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸可可可可广广广广泛泛泛泛用用用用于于于于医医医医药药药药、食食食食品品品品、化化化化妆妆妆妆品品品品、饲饲饲饲料料料料等等等等领领领领域域域域，因因因因此此此此世世世世界界界
24、界各各各各国国国国开开开开展展展展了了了了多多多多饱饱饱饱和和和和脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸的的的的微微微微生生生生物物物物育育育育种种种种、发酵提取工艺以及发酵动力学等方面的研究。发酵提取工艺以及发酵动力学等方面的研究。发酵提取工艺以及发酵动力学等方面的研究。发酵提取工艺以及发酵动力学等方面的研究。现在学习的是第38页，共75页n n多不饱和脂肪酸的自然来源主要是动植物，但含量最丰富的是微生物，特别是藻类、真菌、细菌等，且主要以储存油和膜脂的形式存在，尤其是-3多不饱和脂肪酸。n n藻类、真菌、细菌拥有重新合成多种-3多不饱和脂肪酸所需的系列脱饱和酶和连接酶，它们是自然界中这些化合物的初始生产
25、者，而高等植物和动物则很少含有-3多不饱和脂肪酸。现在学习的是第39页，共75页n n目目前前商商业业上上-3多不饱和脂肪酸主要是从深海鱼油中提取，工艺复杂、成本高、稳定性差，还受气候条件和资源的限制。n n微微生生物物具具有有适适应应性性强强、生生长长繁繁殖殖迅迅速速、生生长长周周期期短短、易易培培养养、不不受受原原料料产产地地限限制制等等特特点点，所所以以利利用用微微生生物物生产多不饱和脂肪酸是一条重要途径。生产多不饱和脂肪酸是一条重要途径。n n目目前前，日日本本、英英国国等等国国家家已已先先后后问问世世了了-亚亚麻麻酸酸、双双高高-亚亚麻麻酸酸、花花生生四四烯烯酸酸等等发发酵酵产产品品
26、，而而EPAEPA、DHADHA等仍处于研究阶段。等仍处于研究阶段。现在学习的是第40页，共75页一、一、-亚麻酸发酵的代谢控制育种亚麻酸发酵的代谢控制育种n n1919191919191919年年德德国国的的药药理理学学家家Hei-duschKaHei-duschKaHei-duschKaHei-duschKa博博博博士士士士从从从从月月月月见见见见草草草草中中中中发发发发现现现现与亚油酸相似的高级多不饱和脂肪酸，被命名为与亚油酸相似的高级多不饱和脂肪酸，被命名为与亚油酸相似的高级多不饱和脂肪酸，被命名为与亚油酸相似的高级多不饱和脂肪酸，被命名为-亚麻酸。亚麻酸。亚麻酸。亚麻酸。n n-亚亚
27、亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸是是是是人人人人体体体体内内内内所所所所必必必必需需需需的的的的必必必必需需需需脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸。如如如如果果果果人人人人体体体体一一一一旦旦旦旦缺缺缺缺乏乏乏乏了了了了必必必必需需需需脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸，心心心心脑脑脑脑血血血血管管管管、生生生生殖殖殖殖、内内内内分分分分泌泌泌泌等等等等系系系系统统统统就就就就会会会会出出出出现现现现异异异异常常常常，发发发发生生生生紊紊紊紊乱乱乱乱，从从从从而而而而引引引引起起起起高高高高血血血血脂脂脂脂，高高高高血血血血压压压压，血血血血栓栓栓栓病病病病、动动动动脉脉脉脉粥粥粥粥样样样样硬硬硬硬化化化化、糖糖糖糖尿尿尿尿
28、病病病病、加加加加速速速速衰衰衰衰老老老老等等等等一一一一系系系系列列列列疾疾疾疾病病病病，-亚麻酸特别对脑组织的生长发育至关重要。亚麻酸特别对脑组织的生长发育至关重要。亚麻酸特别对脑组织的生长发育至关重要。亚麻酸特别对脑组织的生长发育至关重要。现在学习的是第41页，共75页现在学习的是第42页，共75页n n当当当当-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸的的的的生生生生物物物物活活活活性性性性含含含含量量量量达达达达到到到到15%15%15%15%以以以以上上上上，就就就就能能能能起起起起到到到到显显显显著著著著的的的的药药药药理理理理治治治治疗疗疗疗作作作作用用用用。由由由由此此此此可可可可见见见见，
29、-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸是是是是人人人人类类类类的的的的生生生生命之宝。命之宝。命之宝。命之宝。n n从从从从植植植植物物物物中中中中提提提提取取取取-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸受受受受到到到到诸诸诸诸多多多多因因因因素素素素的的的的限限限限制制制制，植植植植物物物物生生生生长长长长周周周周期期期期长长长长，种种种种子子子子采采采采集集集集较较较较难难难难，油油油油含含含含量量量量不不不不稳稳稳稳定定定定，难难难难以以以以满满满满足足足足人人人人们们们们日日日日益增长的需求。益增长的需求。益增长的需求。益增长的需求。n n1948194819481948年年年年，BernhardBernhar
30、dBernhardBernhard和和和和AlberchAlberchAlberchAlberch首首次次从从布布拉拉克克须须霉霉的的菌菌体体脂脂肪肪中中鉴鉴定定出出含含有有-亚亚麻麻酸酸，揭揭开开了了微微生生物物发发酵酵-亚麻酸的序幕，大量的研究随之展开。亚麻酸的序幕，大量的研究随之展开。亚麻酸的序幕，大量的研究随之展开。亚麻酸的序幕，大量的研究随之展开。现在学习的是第43页，共75页n n亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸（GLAGLAGLAGLA）为为为为全全全全顺顺顺顺式式式式6 6 6 6，9 9，1212十十十十八八八八碳碳碳碳三三三三烯烯烯烯酸酸酸酸，非非非非共共共共轭轭轭轭立立立立体体体
31、体构构构构型型型型，分分分分子子子子式式式式为为为为C C C C18181818H H H H30303030O O O O2 2 2 2，由由于于其其高高度度的的不不饱饱和和性性在在空空气气中中不不稳稳定定，在在碱碱性性条条件件下下易易发发生生双双键键位置及构型的异构化反应，形成共轭多烯酸。位置及构型的异构化反应，形成共轭多烯酸。现在学习的是第44页，共75页发酵法生产发酵法生产亚麻酸的菌种亚麻酸的菌种n n目目前前发发现现能能积积累累亚亚麻麻酸酸的的微微生生物物主主要要是是一一些些真真菌菌和和微微藻藻，其其中中真真菌菌研研究究较较多多的的有有被被孢孢霉霉属属、毛毛霉霉属属、枝枝酶酶属属、
32、根根霉霉属属等等；藻藻类类的的研研究究主要集中在螺旋藻。主要集中在螺旋藻。n n藻藻类类的的培培养养受受外外界界条条件件的的影影响响较较大大，生生产产多多不不饱饱和和脂脂肪肪酸酸有有一一定定难难度度，真真菌菌在在自自然然界界分分别别广广且且易易培培养养，目目前前利利用用真真菌菌发发酵酵生生产产亚亚麻麻酸酸已成为国内外研究热点。已成为国内外研究热点。现在学习的是第45页，共75页n n丝丝状状真真菌菌利利用用葡葡萄萄糖糖合合成成-亚亚麻麻酸酸的的代代谢谢途途径径如下图所示。如下图所示。n n从从图图中中可可以以看看出出，-亚亚麻麻酸酸的的生生物物合合成成机机制制比比较较复复杂杂，从从葡葡萄萄糖糖
33、到到-亚亚麻麻酸酸需需涉涉及及2020多多多多步步步步酶酶酶酶促促促促反应。关于其代谢调节机制，目前尚不清楚。反应。关于其代谢调节机制，目前尚不清楚。反应。关于其代谢调节机制，目前尚不清楚。反应。关于其代谢调节机制，目前尚不清楚。-亚麻酸的代谢途径分析亚麻酸的代谢途径分析现在学习的是第46页，共75页现在学习的是第47页，共75页n n脂肪酸合成的前体物质，一是乙酰CoA，为脂肪酸的合成提供碳骨架；二是NADPH，为脂肪酸的合成提供还原力。n nNADPHNADPH主要由胞质转氢酶循环产生，限速酶为苹果酸酶。当苹果酸酶的活性受到抑制或者表达上被削弱时，胞质中的NADPHNADPH将减少，脂肪酸
34、的合成也将随之减少。n n因此，胞内NADPH与乙酰CoACoA的的水水平平对对微微生生物物合合成成GLA至关重要。现在学习的是第48页，共75页现在学习的是第49页，共75页-亚亚麻麻酸酸产产生生菌菌的的育育种种思思路路可可归归纳纳如如下下：现在学习的是第50页，共75页 根根据据上上述述育育种种思思路路，要要选选育育-亚亚麻麻酸酸高高产产菌菌株株，可可以从以下几方面着手：以从以下几方面着手：1、出发菌株的选择、出发菌株的选择n n-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸产产产产生生生生菌菌菌菌多多多多采采采采用用用用被被被被孢孢孢孢霉霉霉霉（Mortierella）、毛毛霉霉（Mucor）、红红酵酵母母
35、（Rhodotorula）、小小克克银银汉汉霉霉（CunninghamellaCunninghamella）等等产产油油脂脂较较高高的的真真菌菌作作为为出出发菌株。发菌株。现在学习的是第51页，共75页诱变育种及其筛选方法诱变育种及其筛选方法n n目目前前，用用于于产产GLAGLA微微生生物物诱诱变变的的方方法法主主要要有有物物理理诱诱变变和和化化学学诱诱变变，物物理理诱诱变变包包括括：紫紫外外诱诱变变、激激光光诱诱变变、低低能能离离子子注注入入等等；常常用用的的化化学学诱诱变变方方法法有有：硫硫酸酸二二乙乙酯酯、亚硝基胍、氯化锂和亚硝酸盐诱变等。亚硝基胍、氯化锂和亚硝酸盐诱变等。n n然然而
36、而，产产生生正正突突变变的的概概率率通通常常较较小小，因因此此需需要要一一种种简简单单易易行行的的筛筛选选方方法法不不仅仅可可以以减减轻轻工工作作量量，还还可可以以提提高高筛筛选选效效率率，减减小盲目性。小盲目性。现在学习的是第52页，共75页n n苏苏丹丹黑黑染染色色法法筛筛选选：其其原原理理是是菌菌体体用用苏苏丹丹黑黑染染色色后后，油油脂脂被被染染成成蓝蓝黑黑色色，原原生生质质为为淡淡红红色色，在在显显微微镜镜下下观观察察菌菌体体的的颜色，蓝黑色深者说明菌体内的油脂含量较多。颜色，蓝黑色深者说明菌体内的油脂含量较多。n n于于爱爱群群等等利利用用苏苏丹丹黑黑染染色色法法筛筛选选获获得得株株
37、GLAGLA产产生生菌菌EM10EM10，通通过过摇摇瓶瓶培培养养，其其生生物物量量达达11.882gL11.882gL，菌菌丝丝体体油油脂脂含含量量达达18.8618.86，进一步鉴定该菌株，表明该菌为毛霉属。，进一步鉴定该菌株，表明该菌为毛霉属。n n刘刘阳阳等等通通过过紫紫外外-硫硫酸酸二二乙乙酯酯复复合合诱诱变变深深黄黄被被孢孢霉霉AS3.3410AS3.3410，用用苏苏丹丹黑黑染染色色初初筛筛，得得到到突突变变株株H3.3410-5H3.3410-5，其，其GLAGLA含量较原始菌株提高了含量较原始菌株提高了14.414.4。现在学习的是第53页，共75页2、切断或减弱支路代谢、切
38、断或减弱支路代谢n n通通过过切切断断或或减减弱弱非非-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸生生生生物物物物合合合合成成成成的的的的支支支支路路路路代代代代谢谢谢谢，使使使使更更更更多多多多的的的的磷磷磷磷酸酸酸酸烯烯烯烯醇醇醇醇式式式式丙丙丙丙酮酮酮酮酸酸酸酸、乙乙乙乙酰酰酰酰CoACoA、亚亚亚亚油油油油酸酸酸酸生生生生成成成成-亚亚亚亚油油油油酸，从而提高酸，从而提高酸，从而提高酸，从而提高-亚油酸的产量。亚油酸的产量。亚油酸的产量。亚油酸的产量。n n据据据据报报报报道道道道，采采采采用用用用-亚亚亚亚油油油油酸酸酸酸缺缺缺缺陷陷陷陷型型型型、花花花花生生生生四四四四烯烯烯烯酸酸酸酸缺缺缺缺陷陷陷
39、陷型型型型、二二二二十十十十碳碳碳碳五五五五烯烯烯烯酸酸酸酸缺缺缺缺陷陷陷陷型型型型，均均均均有有有有助助助助于于于于-亚亚亚亚油油油油酸酸酸酸产产产产量量量量的的的的提提提提高高高高。另另另另外外外外，选选选选育育育育花花花花生生生生四四四四烯烯烯烯酸酸酸酸渗渗渗渗漏漏漏漏、二二二二十十十十碳碳碳碳五五五五烯烯烯烯酸酸酸酸渗渗渗渗漏漏漏漏突突突突变变变变株株株株，也也也也可可可可使使使使-亚麻酸的产量得到提高。亚麻酸的产量得到提高。亚麻酸的产量得到提高。亚麻酸的产量得到提高。现在学习的是第54页，共75页3、解除反馈调节、解除反馈调节n n选选育育脂脂肪肪酸酸结结构构类类似似物物抗抗性性突突
40、变变株株（如如LTBr）、耐耐高高浓浓度度-亚亚麻麻酸酸突突变变株株，均均能能不不同同程程度度地地解解除除-亚亚麻麻酸酸的的反反馈馈调调节节机机制制，使使得得代代谢谢更更加加流畅，从而提高流畅，从而提高-亚麻酸的产量。亚麻酸的产量。现在学习的是第55页，共75页4、强化能量代谢、强化能量代谢n n提提提提高高高高菌菌菌菌体体体体细细细细胞胞胞胞内内内内ATP的的水水平平，有有利利于于脂脂肪肪酸酸的的合合成成。因因此此，选选育育呼呼吸吸抑抑制制剂剂（丙丙二二酸酸、氰氰化化钾钾、亚亚砷砷酸酸等等）抗抗性性突突变变株株、ADPADP磷磷磷磷酸酸酸酸化化化化抑抑抑抑制制制制剂剂剂剂（羟羟羟羟胺胺胺胺、
41、2,4-2,4-二二硝硝基基酚酚等等）抗抗性性突突变变株株、抑抑制制能能量量代代谢谢的的抗抗生生素素（寡寡霉霉素素、缬缬氨氨霉霉素素等等）抗抗性性突突变变株株，均均有有助助于于-亚亚亚亚麻麻麻麻酸产量的提高。酸产量的提高。酸产量的提高。酸产量的提高。现在学习的是第56页，共75页5、增加前体物的合成、增加前体物的合成n n菌菌体体生生物物合合成成-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸与与与与HMPHMP、EMPEMP途途途途径径径径直直直直接接接接相相相相关关关关。增增增增加加加加HMPHMP途途途途径径径径，NADPHNADPH的的的的数数数数量量量量增增增增多多多多，有有有有利利利利于于于于-亚亚亚亚
42、麻麻麻麻酸酸酸酸产量的提高。产量的提高。产量的提高。产量的提高。n n选选选选育育育育异异异异柠柠柠柠檬檬檬檬酸酸酸酸脱脱脱脱氢氢氢氢酶酶酶酶渗渗渗渗漏漏漏漏突突突突变变变变株株株株，也也也也有有有有利利利利于于于于-亚亚麻麻酸酸产量的提高。产量的提高。现在学习的是第57页，共75页6、选育、选育6-脱氢酶活力强的突变株脱氢酶活力强的突变株n n6-脱脱氢氢酶酶是是生生物物合合成成-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸的的的的关关关关键键键键酶酶酶酶之之之之一一一一，其其其其活活活活性性性性的的的的高高高高低低低低直直直直接接接接与与与与-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸含含含含量量量量的的的的高高高高低低低低密
43、密密密切切切切相相相相关关关关，可可可可采采采采用用用用TTC酶酶酶酶活活活活测测测测定定定定法法法法来来来来反反反反映映映映6-6-脱脱脱脱氢氢氢氢酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性。TTCTTC为为为为一一一一种种种种无无无无色色色色的的的的氧氧氧氧化化化化还还还还原原原原剂剂剂剂，能能能能被被被被6-6-脱脱脱脱氢氢氢氢酶酶酶酶还还还还原原原原成成成成红红红红色色色色的的的的物物物物质质质质，红红红红色色色色越越越越深深深深，表表表表明明明明菌菌菌菌体体体体细细细细胞胞胞胞内内内内的的的的6-6-脱脱氢氢酶酶活活力力越越强强，-亚麻酸的积累量也就越多。亚麻酸的积累量也就越多。亚麻酸的积累量
44、也就越多。亚麻酸的积累量也就越多。现在学习的是第58页，共75页7、选育低温生长突变株、选育低温生长突变株n n细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜是是是是重重重重要要要要的的的的微微微微生生生生物物物物细细细细胞胞胞胞表表表表面面面面结结结结构构构构，由由由由脂脂脂脂质质质质和和和和蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质组组组组成成成成。脂脂脂脂质质质质分分分分子子子子中中中中不不不不饱饱饱饱和和和和脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸的的的的含含含含量量量量越越越越高高高高，其其其其在在在在低低低低温温温温下下下下细细细细胞胞胞胞膜膜膜膜的的的的流流流流动动动动性性性性也也也也就就就就越越越越大大大大，即即即即微微微微生生生生
45、物物物物细细细细胞胞胞胞生生生生长长长长的温度就越低。的温度就越低。的温度就越低。的温度就越低。n n据据报报道道，选选育育在在相相对对低低温温（1515）条条件件下下生生长长良良好好的突变株，其的突变株，其-亚麻酸的产量提高亚麻酸的产量提高亚麻酸的产量提高亚麻酸的产量提高1.41.4倍。倍。倍。倍。现在学习的是第59页，共75页8、选育耐高糖的突变株、选育耐高糖的突变株n n在代谢控制发酵中，常采用耐高渗透压突变株。在代谢控制发酵中，常采用耐高渗透压突变株。在代谢控制发酵中，常采用耐高渗透压突变株。在代谢控制发酵中，常采用耐高渗透压突变株。n n-亚亚麻麻酸酸发发酵酵与与培培养养基基中中糖糖
46、浓浓度度有有密密切切关关系系，在在一一定定范范围围内内，-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸的的的的产产产产量量量量随随随随糖糖糖糖浓浓浓浓度度度度的的的的增增增增加加加加而而而而增增增增加加加加，但但但但糖浓度过高就会抑制菌体生长，降低产物的积累。糖浓度过高就会抑制菌体生长，降低产物的积累。糖浓度过高就会抑制菌体生长，降低产物的积累。糖浓度过高就会抑制菌体生长，降低产物的积累。n n因因因因此此此此，通通通通过过过过选选选选育育育育耐耐耐耐高高高高糖糖糖糖的的的的突突突突变变变变株株株株，可可可可使使使使菌菌菌菌体体体体高高高高效效效效率率率率地地地地利利利利用用用用葡萄糖，从而提高葡萄糖，从而提高葡
47、萄糖，从而提高葡萄糖，从而提高-亚麻酸的产量。亚麻酸的产量。亚麻酸的产量。亚麻酸的产量。现在学习的是第60页，共75页9、基因工程育种、基因工程育种n n通通过过基基因因工工程程手手段段改改造造-亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸生生生生产产产产菌菌菌菌，能能能能大大大大幅幅幅幅度度度度提提提提高菌种的高菌种的高菌种的高菌种的-亚麻酸合成能力。亚麻酸合成能力。亚麻酸合成能力。亚麻酸合成能力。n nHuangHuang等等等等从从从从高高高高山山山山被被被被孢孢孢孢霉霉霉霉中中中中克克克克隆隆隆隆得得得得到到到到12121212和和和和6666去去去去饱饱饱饱和和和和酶酶酶酶编编编编码码码码基基基基因因因
48、因的的的的cDNAcDNAcDNAcDNA序序序序列列列列，并并并并将将将将它它它它们们们们分分分分别别别别克克克克隆隆隆隆至至至至啤啤啤啤酒酒酒酒酵酵酵酵母母母母中中中中。当当当当表表表表达达达达12121212去去去去饱饱饱饱和和和和酶酶酶酶时时时时，以以以以油油油油酸酸酸酸为为为为底底底底物物物物，发发发发酵酵酵酵终终终终点点点点时时时时其其其其亚亚亚亚油油油油酸酸酸酸的的的的含含含含量量量量达达达达到到到到了了了了2525，当当表表达达6666去去去去饱饱饱饱和和和和酶酶酶酶时时时时，以以以以亚亚亚亚麻麻麻麻酸酸酸酸为为为为底底底底物物物物，其其其其发发发发酵酵酵酵产产产产物物物物GL
49、AGLAGLAGLA含含量量为为10101010。当当当当共共共共同同同同表表表表达达达达这这这这两两两两个个个个酶酶酶酶，在在在在不不不不添添添添加加加加前前前前体体体体脂脂脂脂肪肪肪肪酸酸酸酸的的的的条条条条件件件件下下下下，GLAGLAGLAGLA的的的的含含含含量也能达到量也能达到量也能达到量也能达到8 8 8 8。现在学习的是第61页，共75页二、花生四烯酸发酵的代谢控制育种二、花生四烯酸发酵的代谢控制育种n n花花生生四四烯烯酸酸(简称AA)属人体不可缺少的多不饱和脂肪酸，作为合成人体前列腺素、凝血噁烷以及白三烯的前体物质，具有广泛的生物活性，特别对婴幼儿的脑和神经发育有重要影响，
50、对人体心血管系统和免疫系统具有重要的调节作用。n n动物组织中花生四烯酸的质量分数很低，约为0.2%，且来源非常有限；利用微生物发酵法是生产花生四烯酸的新途径。现在学习的是第62页，共75页n n利用腐霉(Pythium)通过发酵法生产的花生四烯酸(美国Martek生生物物科科学学公公司司)在1995年年已已获获得得荷荷兰兰健健康康部部法法规规办办公公室室的的安安全全认认可可，1996 1996 年年获获得得英英国国毒毒理理委委员员会会的的安安全全认认可可，对对于于食食品品工工业业的的研研究究有有重重要要价价值值，因因此此从从腐腐霉霉属属及及近近缘缘属属中中寻寻找找有有价价值值的的菌菌株株是是