L-酪氨酸

中文名稱：L-酪氨酸

中文別名：L-β-對羥苯基-β-丙氨酸;(2S,3R)-2-氨基-3-對羥苯基丙酸

英文別名：3-(4-Hydroxyphenyl)-L-alanine; H-Tyr-OH; L-tyrosine,99+% (98% ee/glc); L-tyrosine free base cell culture*tested; L-tyrosine plant cell culture tested; L-Tyrosine, Free Base; tyrosine usp; Tyr

CAS：60-18-4

分子量：181.19

L-酪氨酸早期的生產主要依靠蛋白質水解法。但是蛋白質水解法存在着材料來源有限、工藝與產品複雜、週期長等缺點，因而已經被淘汰。L-酪氨酸主要由酶法、微生物發酵法、提取法和化學法等四種方法來生產 ^[1-2]  。

酶法也稱為微生物轉化法，主要是利用微生物細胞內酪氨酸酚裂解酶（tyrosine phenol-lyase，TPL，EC 4.1.99.2）將苯酚、丙酮酸和氨或者苯酚、L-絲氨酸轉化為L-酪氨酸。研究較多的、具有較高酶活的TPL主要來自於微生物草生歐文氏菌（Erwinia herbicola）、中間檸檬酸菌（Citrobacter intermedius）、弗氏檸檬酸菌（Citrobacter freundii）以及嗜熱菌（Symbiobacterium toebii）等。Genex公司的Lee和Hsiao於1986年最早利用產氣克雷伯氏菌（Klebsiellaaerogenes）絲氨酸羥甲基轉移酶和Erwinia herbicola ATCC 21434酪氨酸酚裂解酶，將以甘氨酸為底物合成L-絲氨酸的反應和以L-絲氨酸為底物合成L-酪氨酸的反應相偶聯。在500mL反應體系中加入0.32%苯酚、0.25 M 甘氨酸、0.5 mM 5-磷酸吡哆醛、0.056 M β-巰基乙醇、1.7 mM 四氫葉酸。在pH為7.0、37℃條件下以37%甲醛啓動反應，16 h後可產生L-酪氨酸26.3 g/L，甘氨酸轉化率達到61.4%。但該工藝穩定性較差而且甘氨酸對TPL活性有很強的抑制作用。考慮反應過程中酶活性和穩定性差等缺點，近年來利用DNA改組技術提高TPL穩定性也受到關注。韓國KRIBB的Eugene等人通過對Symbiobacteriumtoebii中的TPL進行隨機突變篩選和交錯延伸DNA shuffling得到了催化活性提高三倍，同時半失活温度提高了11.2 ℃的AS6突變體。測序結果顯示在催化活性區域其存在T129I或者T451A突變，而包含A13V，E83K和T407A在內的三個突變則對提高熱穩定性有極大幫助。而此課題組的Kim等人在E. coliBL21(DE3)中過表達此催化活性和熱穩定提高的TPL，並製備成催化粗提液。在2.5 L的流加式反應器系統中通過分批補加2.2 M的苯酚、2.4 M的丙酮酸鈉、0.4 mM 5-磷酸吡哆醛和4 M的氯化銨並在反應罐上方充滿氮氣以降低底物的氧化作用，40 ℃反應30 h後可積累130 g/L的L-酪氨酸，苯酚的轉化率最高可達94%。

微生物發酵法通常以甘油、葡萄糖等生物質碳源為原料，通過優良的微生物菌種在合適的條件下發酵來累積L-酪氨酸。早期研究常通過人工誘變來選育L-酪氨酸高產菌株，如篩選L-苯丙氨酸或L-色氨酸缺陷或抗反饋抑制的菌株等。然而大多數微生物積累芳香氨基酸的能力很低，且其代謝途徑的調控機制十分複雜，傳統的誘變育種方法往往只能對局部代謝途徑或者關鍵酶作用，難以對全局的L-酪氨酸代謝流造成很大的影響。近年來隨着代謝工程和各種先進生物技術的迅猛發展，重新合理設計微生物的代謝途徑來更好地實現L-酪氨酸的發酵生產逐漸成為研究熱點。研究較多的L-酪氨酸代謝工程菌主要有大腸桿菌（Escherichia coli）、穀氨酸棒桿菌（Corynebacterium glutamicum）、黃色短桿菌（Brevibacterium flavum）和枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）等。其中以大腸桿菌和穀氨酸棒桿菌中 L-酪氨酸的合成途徑和調控機制研究的最多並闡釋的最為清楚。

L-酪氨酸生物合成途徑屬於芳香族氨基酸合成途徑。其合成的前體物4-磷酸赤蘚糖（Erythrose-4-phosphate， E4P）和磷酸烯醇式丙酮酸（Phosphoenol pyruvate，PEP）在DAHP合成酶（DS）的催化下縮合生成3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸（DAHP），該反應也是L-酪氨酸生物合成途徑的第一個限速步驟。在大腸桿菌中DAHP合成酶包含AroG、AroF和AroH三個同工酶，其表達和酶活分別受產物L-苯丙氨酸、L-酪氨酸和L-色氨酸的反饋阻遏和反饋抑制。從DAHP到分支酸的7步反應對於所有芳香氨基酸是共同途徑。而分支酸是芳香族氨基酸合成途徑的分支點，一個分支途徑用於合成L-色氨酸，另一部分則在分支酸變位酶（Chorism mutase，CM）和預苯酸脱水酶（Prephenatedehydratase，PD）雙功能酶TyrA的作用下生成對羥基苯丙酮酸（4HPP），後者通過與L-穀氨酸的轉氨作用生成L-酪氨酸，而TyrA的表達和酶活同樣受到產物L-酪氨酸的反饋阻遏和反饋抑制。

提取法在1820年首先由Braconnot發明，他將甘氨酸和亮氨酸從明膠羊色和肌肉水解液中提取得到，那之後，Bopp等人又逐漸在蛋白質中將酪氨酸和絲氨酸水解出來。最古老的氨基酸生產的工藝，即進白質水解提取法。蛋白質可W進行酶、酸或巧的水解，其產物最終為氨基酸。常用6 M鹽酸在110 ℃水解進行12—24 h，去掉多餘的酸後，提取出各種氨基酸的混合物。最後使用溶度差法或離子交換樹脂的方法提取，得到相對純度的氨基酸。

至20世紀三四十年代，使用提取法己經可以獲得20多種氨基酸，最著名的氨基酸產業就是味精，發展到今天，雖然氨基酸大部分都可從各種資源中提取，但由於資源成本高、低收率、污染環境等方面原因，並不適合繼續大規模生產。提取法生產心酪氨酸，一般是利用天然蛋白資源為原料，將其進行水解、濃縮、結晶、脱色等步驟的處理，分離提取心酪氨酸。但因為提取所得產品中L-酪氨度的含量較低，實際上提取法的收率較低，所以並不適合大規模生產。

雖然19世紀化學合成法就已經開始用來合成氨基酸，但直到本世紀50年代才將化學法合成氨基酸，這種方法是利用有機合成和化學工程結合的技術，生產氨基酸。其最大的優勢是不受氨基酸品種上限制，在製備天然氨基酸外，還可生產非天然氨基酸，包括一些非常特殊結構的氨基酸，並且可以大規模生產。但化學方法也有缺點，主要問題是工藝較複雜，只能合成氨基酸的D、L-型外消旋體，只有經過了光學拆分，才可獲得具有光學活性的氨基酸。至今，多種氨基酸仍用化學合成法生產，特別是在飼料中用量很大的D、L-蛋氨酸，生產方法僅有化學合成法，其產量約為幾十萬噸/年。另外，藥用和食用甘氨酸，其大規模的生產方法也是採用化學合成法。