Biotechnologie 2

Weiße Biotechnologie, 2021-06-30

Wozu wird Mono-Na-Glutamat verwendet, mit welchen Organismus wird es produziert? Beschreiben sie die biochemische Voraussetzungen für die Produktion

Verwendung:
  • Geschmacksverstärker
  • Kann durch Nucleotide IMP und GMP verstärkt werden
 
Produzierender Organismus:
  • Corynebacterium glutamicum (gram positive Bakterien)
  • Stammverbesserungen: bis 150 g/L
 
Biochemische Voraussetzungen:
  • Entsteht im CS Zyklus durch Transaminierung von α-Ketoglutarat.

  • Corynebacterium glutamicum stellt Citrat via 2 Carboxylasen zur Verfügung (hochreguliert):
    • Pyruvat-Carboxylase
    • Phosphoenolpyruvat-Carboxylase
  • Ebenfalls hochreguliert:
    • Pyruvat Dehydrogenase (oxidative Decayrboxylierung)

  • α-Ketoglutarat wird durch die Glutamatdehydrogenase reduktiv mit Ammonium zu L-Glutamat umgesetzt.
    • α-Ketoglutarat ist Intermediat des Tricarbonsäurezyklus
 
  • Hemmung der α-Ketoglutaratdehydrogenase (ODH) durch das unphosphorylierte Protein OdhI führt zur vermehrten Bildung von Glutamat
  • Zur Ausscheidung von Glutamat aus der Zelle wird der mechanosensitive Kanal YggB verwendet
    • Reguliert Zellinnendruck und Osmoregulation
    • Reagiert auf Membranspannung



Schema zur Biosynthese und Ausscheidung von L-Glutamat bei Corynebacterium glutamicum. Bei Hemmung der Ketoglutarat-Dehydrogenase (ODH) durch das unphosphorylierte Protein OdhI wird vermehrt Glutamat gebildet, welches über den mechanosensitiven Kanal YggB ausgeschieden wird. Der Phosphorylierungszustand von OdhI wird durch die Proteine Pkn (Proteinkinase N) und Ppp (Phospho-Proteinphosphatase) kontrolliert.

Anmerkungen (hier nicht gefragt):
Fermentation:
  • Bis zu 500 m3
  • Ausbeuten von 60 - 70%

  • Kritische Prozessparameter
    • Biotinkonzentration
    • pH-Wert (7,8)
    • Temperatur
    • Sauerstoff- und Ammoniumversorgung
      • Sauerstoff hoch: sonst Milchsäurebildung (Dosierte Zugabe von Surfactant (= Antischaum?)
      • Ammoniak: hohe Menge benötigt, aber hohe Konzentration hemmt Produktion.
Aufarbeitung:
  • Erleichterung der Ausscheidung von Glutamat durch Störung der Plasmamembran / Zellwand
    • Mangel an Biotin: wichtig für Enzyme in FS Synthese, führt zu veränderten Lipiden in Membran
    • Zusatz von Penicillin
    • Verwendung von Ölsäure/Glycerin auxotrophe Stämme
    • Zugabe von Oberflächenaktive Substanzen oder Proteinen (Lysozym)
    • Membranprotein YggB ist für Ausscheidung jedoch wichtig
      • --> Deletion führt zu drastisch reduzierter Ausscheidung

  • Ammoniumglutamat über Basischen Anionentauscher
    • Glutamat wird gebunden
    • Ammoniak wird frei, kann mit Destillation rückgewonnen werden
    • Elution und Tauscher-Regenation mit NaOH

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