Путь биосинтеза аминокислот не только играет ключевую роль в жизнедеятельности, но и способствует развитию эффективного и экологически чистого производства аминокислот и синтетической биологии в промышленной ферментации. Белки являются основой жизни, и они играют различные роли в клетках, от структурной поддержки до катализа химических реакций. Все белки состоят из 20 различных аминокислот, которые производятся внутри клеток в ходе сложных процессов биосинтеза. Открытие 20 аминокислот длилось почти столетие, начиная с первого выделения глицина французским химиком А. Браконно в 1820 году и заканчивая открытием треонина В. Розе в 1935 году. Открытие этих аминокислот включало многих ученых, чьи работы не только раскрыли структуру и свойства аминокислот, но и заложили основу для последующих исследований в области биохимии и молекулярной биологии. Биосинтез аминокислот является основным содержанием метаболизма микробного состава. В этой статье вы узнаете, как эти аминокислоты синтезируются из более простых молекул и как они классифицируются. Биосинтез всех аминокислот синтезируется разветвленными путями с использованием промежуточных продуктов центральных метаболических путей в качестве предшественников. В зависимости от типа исходного предшественника биосинтез аминокислот можно разделить на 5 групп: Группы глутамата, включая глутамат (Glu), глутамин (Gln), пролин (Pro) и аргинин (Arg). Синтез этих аминокислот начинается с глутамата, ключевой молекулы в центральном метаболическом пути. Семейство аспартата включает аспартат (Asp), аспартамид (Asn), лизин (Lys), треонин (Thr), метионин (Met) и изолейцин (Ile). Синтез аминокислот этого семейства начинается с аспарагиновой кислоты, которая также является продуктом центральных метаболических путей. Семейство ароматических аминокислот, включающее фенилаланин (Phe), тирозин (Tyr) и триптофан (Trp). Синтез этих аминокислот начинается с эритрозо-4-фосфата (E4P) и фосфоенолпирувата (PEP), двух молекул, которые также являются важными промежуточными продуктами в метаболических путях. Семейство серина включает серин (Ser), глицин (Gly) и цистеин (Cys). Синтез аминокислот этого семейства начинается с серина, который является точкой разветвления многих биосинтетических путей. Группа аланина включает аланин (Ala), валин (Val) и лейцин (Leu). Хотя эти аминокислоты принадлежат к разным семействам, они имеют схожие реакции во время синтеза, и эти реакции обычно катализируются одним и тем же классом ферментов.

Изолейцин, валин и лейцин, хотя и принадлежат к разным семействам, имеют схожие реакции, катализируемые одним и тем же ферментом. Превращение серина в цистеин является основной реакцией ассимиляционного восстановления сульфата. Биосинтез ароматической аминокислотной группы был инициирован эритрозой-4-P и PEP. Биосинтез гистидина является особым, и его углеродный каркас получен из фосфорибозопирофосфата (PRPP). Два C в рибозе PRPP используются для построения 5-членного имидазольного кольца, а остальные используются для создания боковой цепи 3C. Биосинтез аминокислот играет ключевую роль в промышленной ферментации. Они являются не только фундаментальным компонентом микробного роста и метаболической активности, но и ключевым сырьем для многих ферментированных продуктов. Производство аминокислот методом микробной ферментации позволяет добиться эффективного и недорогого производства, одновременно снижая загрязнение окружающей среды, что имеет решающее значение для пищевой, кормовой, медицинской и других отраслей промышленности.

Кроме того, биосинтез аминокислот способствовал развитию синтетической биологии и метаболической инженерии, что позволило производить определенные аминокислоты и их производные с помощью микроорганизмов. Это не только повышает эффективность производства, но и предоставляет платформу для разработки новых биотехнологических продуктов и еще больше расширяет область применения промышленной ферментации.