化學(xué)性質(zhì)
中文名稱:L-色氨酸
中文別名:L-2-氨基-3-吲哚基丙酸;(+/-)-2-氨基-3-(3-吲哚基)丙酸;L-2-氨基-3-吲哚基-1-丙酸;L-氨基吲哚丙酸;L-色氨基酸;L-胰化蛋白氨基酸;L-2-氨基-3-吲哚基-丙酸;L-色胺酸
英文別名:H-Trp-OH; L-Tryptophane; L-Tryptohan,99%; 2,4,5,6-Tetrachloropyrimidine; TRP; (S)-2-Amino-3-(3-indolyl)propionic acid; 2-Amino-3-(1H-indol-3-yl)propanoic acid
性質(zhì)與穩(wěn)定性
1.長時間光照則著色。與水共熱產(chǎn)生少量吲哚，如在氫氧化鈉、硫酸銅存在下加熱，則產(chǎn)生多量吲哚。與酸在暗處加熱較穩(wěn)定。與其他氨基酸、糖類、醛類共存時極易分解。
2. 存在于白肋煙煙葉、煙氣中。
性狀
長時間光照則著色。與水共熱產(chǎn)生少量吲哚。如在氫氧化鈉、硫酸銅存在下加熱，則產(chǎn)生多量吲哚。色氨酸與酸在暗處加熱，較穩(wěn)定。與其他氨基酸、糖類、醛類共存時極易分解。如無烴類共存，與5mol/L氫氧化鈉共熱至125℃仍穩(wěn)定 。用酸分解蛋白質(zhì)時，色氨酸完全分解，生成腐黑物。
用酸分解蛋白質(zhì)時,色氨酸完全分解,生成腐黑物。色氨酸是雜環(huán)氨基酸,是一種必需氨基酸。在體內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)?-羥色胺、煙酸、黑素緊張素、松果體激素和黃尿酸等多種生理活性物質(zhì)。當(dāng)人體缺乏色氨酸時,不僅會引起一般低蛋白癥,還會產(chǎn)生皮膚疾患、白內(nèi)障、玻璃體退化及心肌纖維化等特殊病癥。它還能增強(qiáng)機(jī)體對γ射線的抵抗力。人體每日最低需要量為0.2g。
質(zhì)量指標(biāo)
含量/%≥98.5比旋光度(10mg/mL H 2O)－30.0°～－32.5°溶液的澄清度(0.1g/5mL H 2O)澄清酸度(pH值)5.4～6.4指標(biāo)名稱指標(biāo)氯化物/%≤0.02硫酸鹽/%≤0.02銨鹽/%≤0.02溶液的透光度(0.5g/20mL,≥95.0 HCl,430nm)/%其他氨基酸/%0.5干燥失重/%≤0.2熾灼殘?jiān)?%≤0.1鐵鹽/%≤0.002重金屬/10-6 ≤10砷鹽≤0.0001細(xì)菌內(nèi)毒素/(EU/g)(供注射用)50.
理化指標(biāo)
白色結(jié)晶或結(jié)晶性粉末，微臭，味微苦，比旋光度：-31.1 o (c=1, H20)
安全信息
注意事項(xiàng)
1 貯藏條件：密閉、避光貯藏于通風(fēng)、陰涼、干燥、無污染物、無有毒有害物處；
2 貯藏時間：在規(guī)定貯藏條件下，原包裝可貯藏兩年；
L-色氨酸
L-色氨酸(3張)
3劑量：成人經(jīng)口耐受量是20～50mg/kg,對實(shí)驗(yàn)動物有致癌性；有惡心、厭食、思睡等不良反應(yīng)。忌同單胺氧化酶抑制劑合用。避光,密閉保存。
合成方法
L-色氨酸的生產(chǎn)最早主要是依靠化學(xué)合成法和蛋白質(zhì)水解法制造。隨著對微生物法生產(chǎn)色氨酸的研究的不斷發(fā)展，人們開始利用微生物法發(fā)酵生產(chǎn)色氨酸?，F(xiàn)已走向?qū)嵱貌⑶姨幱谥鲗?dǎo)地位。微生物法大體可分為微生物發(fā)酵法和酶促轉(zhuǎn)化法。近年來還出現(xiàn)了直接發(fā)酵法和化學(xué)合成法，直接發(fā)酵法和轉(zhuǎn)化法相結(jié)合生產(chǎn)色氨酸的研究。另外，基因工程、酶的固定化和高密度培養(yǎng)等技術(shù)在微生物育種和酶工業(yè)上的應(yīng)用極大地推動了直接發(fā)酵法和酶法生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化進(jìn)程。
蛋白質(zhì)水解法
L-色氨酸的生產(chǎn)最早主要是依靠蛋白質(zhì)水解法和化學(xué)合成法制造。蛋白質(zhì)水解法是以毛發(fā)、血粉及廢蠶絲等蛋白質(zhì)為原科，通過堿水解法和酶水解法生產(chǎn)L-色氨酸。隨著氨基酸生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，已很少使用該法生產(chǎn)L-色氨酸。
化學(xué)合成法
化學(xué)合成法就是利用有機(jī)合成和化學(xué)工程相結(jié)合的技術(shù)生產(chǎn)或制備氨基酸的方法。DL-色氨酸的化學(xué)法合成，大致可分為以吲哚為原料的合成法和以苯肼為原料的合成法兩種。Snydcr和MacDonald研究出了一種簡單的合成DL-色氨酸的方法，即在乙酸和乙酸酐的存在下利用吲哚和α-乙酰氨基丙烯酸直接縮合，得到N-乙酞-DL-色氨酸，此物質(zhì)在氫氧化鈉溶液中水解即可得到DL-色氨酸，收率為57．7%。Moe和MacDonald報(bào)道以苯肼為原料合成色氨酸，即在乙酸鈉存在下，將丙烯醛和乙酰氨基丙二酸二乙酯縮合，縮合體再與苯肼反應(yīng)而生成苯腙，苯腙在H2S04或BF3水溶液中回流水解，環(huán)化得到化合物3-吲哚基-甲基-乙酰氨基-丙二酸二乙酯，將此化合物水解脫羧可得DL-色氨酸。
化學(xué)合成法的最大優(yōu)點(diǎn)是在氨基酸品種上不受限制，既可制備天然氨基酸，又可制備各種特殊結(jié)構(gòu)的非天然氨基酸。但這并不意味著具有工業(yè)生產(chǎn)價(jià)值，由于合成得到的氨基酸都是DL-型外消旋體，必須經(jīng)過拆分才能得到人體能夠利用的L-氨基酸。故用化學(xué)合成法生產(chǎn)DL-色氨酸時，除需考慮合成工藝條件外，還要考慮異構(gòu)體的拆分與D-色氨酸異構(gòu)體的消旋利用，三者缺一不可。因此，化學(xué)法合成L-色氨酸在工業(yè)上的應(yīng)用也受到一定的限制。
酶促轉(zhuǎn)化法
酶法是利用微生物中L-色氨酸生物合成酶系的催化功能生產(chǎn)L-色氨酸的，能夠利用化工合成的前體物為原料，既充分發(fā)揮了有機(jī)合成技術(shù)的優(yōu)勢，又具有產(chǎn)物濃度高、收率高、純度高、副產(chǎn)物少、精制操作容易等優(yōu)點(diǎn)，是一種成本較低的生產(chǎn)色氨酸的工業(yè)化生產(chǎn)方法。在L-色氨酸的生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛。這些酶包括色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等。根據(jù)提供這些酶的微生物種類數(shù)，可以分為雙菌酶法和單菌酶法兩種類型。
雙菌酶法是利用兩種菌分別提供酶促反應(yīng)所需的色氨酸合成酶(TS)、絲氨酸消旋酶(SR)，以吲哚和DL-絲氨酸為底物酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。這種方法可以將具有不同高活性的酶促轉(zhuǎn)化色氨酸所需的酶結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)菌種的優(yōu)勢互補(bǔ)，提高底物的轉(zhuǎn)化率。Makiguchi等用大腸桿菌的色氨酸合成酶和惡臭假單胞菌的絲氨酸消旋酶，以吲哚和DL-絲氨酸為底物，在200L反應(yīng)罐中反應(yīng)24h，L-色氨酸產(chǎn)量可達(dá)到110g/L，對吲哚吸收率為100%(摩爾比，下同)，對DL-絲氨酸收率為91%。單菌酶法是利用一種菌提供色氨酸合成所需的色氨酸酶、色氨酸合成酶、絲氨酸消旋酶等酶類酶促轉(zhuǎn)化色氨酸。Won-giBang等對單酶菌法生產(chǎn)色氨酸進(jìn)行了研究，利用大腸桿菌B10的高Ts活性轉(zhuǎn)化吲哚和DL-絲氨酸，添加非離子表面活性Triton X-100，37℃反應(yīng)60h，色氨酸產(chǎn)量可達(dá)至141．4g/L，對吲哚收率為93．2%，對DL-絲氨酸收率為93．6%．
由于底物吲哚對色氨酸合成酶抑制強(qiáng)烈，而對色氨酸酶抑制較弱，所以近年來人們更為傾向于將色氨酸酶用于L-色氨酸的生物合成。色氨酸酶正常情況下降解L-色氨酸生成丙酮酸、吲哚和氨，但在高濃度的丙酮酸和氨條件下也能有效地催化丙酮酸、吲哚和氨合成L-色氨酸。該酶還能催化L-絲氨酸或L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸。Nakazawa等以20g吲哚、30g丙酮酸鈉、50g乙酸銨和4gProteus rettgeri(雷氏變形桿菌)菌體作為色氨酸酶源，37℃反應(yīng)48h可積累23gL-色氨酸。Ujimaru等用Achromabacterliquidum(液形無色桿菌)色氨酸酶催化L-絲氨酸和吲哚合成L-色氨酸，L-絲氨酸轉(zhuǎn)化率為82．4%，吲哚轉(zhuǎn)化率為92．4%。
國內(nèi)也有研究以L-半胱氨酸和吲哚為原料酶法生產(chǎn)L-色氨酸。韋平和等用色氨酸酶基因工程菌WWW-4催化L-半胱氨酸和吲哚合成L-色氨酸，80mL反應(yīng)液(L-半胱氨酸0．75g，吲哚0．75g)37℃反應(yīng)48h，可積累L-色氨酸1．18g，L-半胱氨酸轉(zhuǎn)化率為93．2%，吲哚轉(zhuǎn)化率為90．1%，產(chǎn)品總回收率達(dá)70%。另外，也有報(bào)道利用具有丙酮酸高產(chǎn)率和高活性色氨酸酶的菌株酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。
酶促轉(zhuǎn)化法既可以直接利用高活性色氨酸合成酶、色氨酸酶，或者具有高活性色氨酸合成酶或色氨酸酶的菌體催化L色氨酸的合成，也可以將酶或菌體固定化后進(jìn)行L-色氨酸的合成。菌體和酶固定化后具有提高酶的穩(wěn)定性便于反復(fù)使用，便于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)連續(xù)化和自動化等優(yōu)點(diǎn)。Won—Bang等利用聚丙烯酰胺固定具有高活性色氨酸合成酶的大腸桿菌Escherichia coli B10菌體細(xì)胞，在連續(xù)攪拌槽反應(yīng)器中連續(xù)使用50天，色氨酸合成酶活性保持80%，最高產(chǎn)酸0.12g.L-1h-1。還有利用其它固定化技術(shù)進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。Eggers等報(bào)道了一種利用有機(jī)脂膜系統(tǒng)利用色氨酸酶酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸。它是以環(huán)己烷作為有機(jī)相，有機(jī)脂膜將兩水相和有機(jī)相分開，其中一水相構(gòu)成酶促反應(yīng)體系，另一水相構(gòu)成反萃取體系，利用bis-tris-propane作為兩水相的緩沖劑維持兩水相的pH差值，從而影響反應(yīng)體系中各物質(zhì)在兩水相的分配常數(shù)，再通過有機(jī)相中的陰離子交換劑Aliquat-336交換兩水相中的丙酮酸和L-色氨酸。這種體系有利于L-色氨酸轉(zhuǎn)運(yùn)到反萃取水相中，而有助于色氨酸的提取和降低L-色氨酸對酶的抑制作用；而且，有機(jī)相還可以儲存吲哚，使吲哚在酶促反應(yīng)體系中的濃度低于對酶的抑制水平。Eggers等還建立了一種反膠團(tuán)酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸的反應(yīng)體系，它是將色氨酸酶溶解在含有表面活性劑Brij56的環(huán)己烷和水構(gòu)成的反膠團(tuán)的水相中，利用吲哚和絲氨酸為底物，在有機(jī)相中添加陰離子交換劑Aliquat-336轉(zhuǎn)運(yùn)水相和有機(jī)相中的L-色氨酸。以bis-tris-propane作為兩水相的緩沖劑，選擇合適的含水量和pH值等參數(shù)條件，結(jié)果在1dm反應(yīng)體積內(nèi)，每g色氨酸酶經(jīng)過lh反應(yīng)可產(chǎn)酸10g。該系統(tǒng)除了上述脂膜反應(yīng)體系的優(yōu)點(diǎn)外，還可以提高色氨酸酶的穩(wěn)定性。因此，在L-色氨酸的酶促轉(zhuǎn)化中有著廣闊的應(yīng)用前景。
微生物發(fā)酵法
微生物發(fā)酵法包括直接發(fā)酵法和添加前體發(fā)酵法。
1直接發(fā)酵法
直接發(fā)酵法是以葡萄糖、甘蔗糖蜜等廉價(jià)原料為碳源，利用優(yōu)良的色氨酸生產(chǎn)菌株，在合適的發(fā)酵條件下，直接發(fā)酵生產(chǎn)色氨酸。選育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的色氨酸優(yōu)良菌株是直接發(fā)酵法研究的中心問題．在育種技術(shù)方面，傳統(tǒng)的誘變育種國內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究。Shiio等以黃色短桿菌酪氨酸缺陷型、對氟苯丙氨酸(4FP)抗性變異株為出發(fā)菌株，選育5-氟色氨酸(5-FT)抗性變異株No．187，該菌株可產(chǎn)L-色氨酸8．0 g/L。繼續(xù)以No．187為親株選育具有鄰氨基苯甲酸結(jié)構(gòu)類似的重氯絲氨酸(AsaSer)抗性變異株A100，其產(chǎn)酸率提高到lO．3 g/L，再從A-100選育磺胺胍(SG)抗性變異株S-225，其產(chǎn)酸率進(jìn)一步提高到19g/L。國內(nèi)的張素珍等人以亞硝基胍處理北京棒桿菌AS1.299，得到CG45突變株。該菌株具有5MT，6FT，4MP抗性標(biāo)記，且以精氨酸和尿嘧啶為必需生長因子，在含12%葡萄糖的培養(yǎng)基中，30℃振蕩培養(yǎng)5天?？煞e累色氨酸8g/L。該方法研究比較早，但在相當(dāng)長的時間內(nèi)無法達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。主要原因是從葡萄糖到色氨酸的生物合成途徑比較長，其代謝流也比較弱，而且色氨酸的合成需要多種前體物質(zhì)(PRPP、谷氨酰胺、L-絲氨酸等)。要想進(jìn)一步提高L-色氨酸的產(chǎn)量還必須提高這些前體物的產(chǎn)量。另一方面色氨酸生物合成途徑中的調(diào)節(jié)機(jī)制比較復(fù)雜，除了存在多重反饋調(diào)節(jié)外，還存在著弱化子系統(tǒng)。這使得色氨酸成為氨基酸發(fā)酵工業(yè)中最難發(fā)酵的氨基酸之一．隨著DNA重組技術(shù)的在微生物育種中的應(yīng)用，為優(yōu)良色氨酸菌種的篩選提供了可靠的技術(shù)保證。使得產(chǎn)酸水平逐漸達(dá)到工業(yè)化生產(chǎn)的要求。Katsumata．R等將帶有DAHP合成酶(DS)和色氨酸合成酶(TS) 基因的重組質(zhì)粒引入產(chǎn)L-色氨酸43g/L的谷氨酸棒桿菌KY10-894中，使該工程菌株的L-色氨酸產(chǎn)量達(dá)到了66g/L產(chǎn)酸水平提高了54%。
2添加前體發(fā)酵法
該法又稱為微生物轉(zhuǎn)化法，它是使用葡萄糖作為碳源，同時添加合成色氨酸所需的前體物(如鄰氨基苯甲酸、吲哚、L-絲氨酸等)，利用微生物的色氨酸合成酶系轉(zhuǎn)化前體來合成L-色氨酸。這種方法很早就投入了工業(yè)化生產(chǎn)，世界上最大的色氨酸生產(chǎn)廠家日本的昭和電工公司就是采用以鄰氨基苯甲酸為前體物，利用Hansenula(漢遜氏酵母)或Bacillus(芽孢桿菌)菌種將其轉(zhuǎn)化為色氨酸的生產(chǎn)方法，Yokozcnki等以DL-5-吲哚-甲基海因?yàn)樵希命S桿菌T-523分解其為色氨酸，可產(chǎn)L-色氨酸7．1 g/L。Fukui等由枯草桿菌選育5-氟色氨酸(5-FT)抗性突變株，在含l%葡萄糖和5%可溶性淀粉培養(yǎng)基中，連續(xù)流加鄰氨基苯甲酸，可積累L-色氨酸9．6g/L。Nakayarna等進(jìn)一步改造該突變株，使其具有5-FT和8-氮鳥嘌呤(8-AG)雙重抗性，在含10%葡萄糖培養(yǎng)基中，連續(xù)流加鄰氨基苯甲酸，可積累L-色氨酸15．6g/L。
微生物轉(zhuǎn)化法的不足之處在于當(dāng)轉(zhuǎn)化液中前體物濃度較高時，轉(zhuǎn)化率有所下降，但可以通過分批次少量流加前體減少其抑制作用。另外，前體物價(jià)格比較昂貴，不利于降低成本。因此，有人研究利用發(fā)酵法廉價(jià)提供一種前體物，再結(jié)合其它方法的優(yōu)勢進(jìn)行色氨酸的生產(chǎn)。Hajimu MOrikota等利用黃色短桿菌P390直接發(fā)酵L-谷氨酸-β-半醛(GSA)達(dá)13．2g/L，然后將發(fā)酵液適當(dāng)稀釋后加入苯肼的1mol/LH2S04溶液中加熱回流1小時之后，48%的GSA可轉(zhuǎn)化為L-色氨酸。SMgeru oita等利用硫辛酸和硫胺素雙重缺陷性菌株Enterobacter aetogene LT-94，在含5%的葡萄糖培養(yǎng)中產(chǎn)丙酮酸30g/L，然后再通過添加吲哚和氯化銨，利用該菌的色氨酸酶酶促轉(zhuǎn)化L-色氨酸16．7%。
上下游產(chǎn)品信息
表征圖譜
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用途
人：營養(yǎng)增補(bǔ)劑?？寡趸瘎Ｉ彼崾侨梭w重要的神經(jīng)遞質(zhì)-5-羥色胺的前體，是人體的必需氨基酸之一；用于孕婦營養(yǎng)補(bǔ)劑和乳幼兒特殊奶粉；用于煙酸缺乏癥（糙皮?。┲委熕帲蛔鳛榘采袼?，調(diào)節(jié)精神節(jié)律、改善睡眠。
動物：促進(jìn)動物的采食、削弱應(yīng)激反應(yīng)、改善動物睡眠，還可以增加胎兒和幼仔的抗體、提高乳畜泌乳。降低日糧優(yōu)質(zhì)蛋白用量，節(jié)約飼料成本，降低日糧蛋白飼料用量，節(jié)約配方空間等。
