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L-高苯丙氨酸是一种具有重要医药价值的中间体,用于合成血管紧张素转换酶抑制剂如依那普利、西拉普利、地拉普利、喹那普利,还可用于合成β内酰胺抗生素、乙酰胆碱酯酶抑制剂等多种药物的,治疗重症肌无力、青光眼、阿尔兹海默症等疾病的。化学合成路线是首先合成2-氧代-4-苯基丁酸,然后进行酶促转氨反应,生成L-高苯丙氨酸。最近,从微生物多肽生物合成途径中发现了L-高苯丙氨酸的生物合成基因簇,由3个基因构成。生化反应过程是,在L-高苯丙氨酸合成酶HphA催化苯丙酮酸与乙酰辅酶A缩合,自发水解脱去辅酶A生成2-苄基苹果酸,在异构酶HphC D催化下转换为3-苄基苹果酸。氧化酶HphB氧化脱缩,生成2-氧代-4-苯基丁酸。最后,2-氧代-4-苯基丁酸被氨基转移酶催化为产物L-高苯丙氨酸。这为异源生物合成L-高苯丙氨酸提供了依据。我们通过生物信息学对数据库进行检索和筛选,把用生物合成取代化学合成和生物转化,挖掘了不同生物来源基因设计构建了L-高苯丙氨酸生物合成途径,在大肠杆菌中从葡萄糖出发合成L-高苯丙氨酸。为此,过表达天冬氨酸转氨酶、酪氨酸转氨酶、谷氨酸脱氢酶,以评估对L-高苯丙氨酸的影响。同时研究了初始糖、载体拷贝数、温度等对微生物培养的影响,优化了发酵条件。在L-高苯丙氨酸合成途径的工程大肠杆菌中,在添加前体苯丙氨酸的条件下,过表达酪氨酸转氨酶基因tyrB基因与天冬氨酸转氨酶基因aspC基因,促进了L-高苯丙氨酸的合成,具有显著效果。而且,aspC基因明显优于tyrB基因。初始10g/L以上葡萄糖、30℃培养,有利于发酵过程pH的稳定维持,提高了L-高苯丙氨酸发酵产量。在利用葡萄糖从头合成L-高苯丙氨酸的工程大肠杆菌中,表达特异性脱氢酶基因突变体gdh Amut,L-高苯丙氨酸产量提高19.4%。初始添加20 g/L葡萄糖、30℃培养,相较于15g/L条件,产量提高32%。高糖浓度和较低温度有利于大肠杆菌发酵合成L-高苯丙氨酸。本研究工作为转氨反应酶的合理使用和进一步改造工程大肠杆菌高效合成L-高苯丙氨酸提供了依据。