L-酪氨酸

一种营养必需氨基酸

酪氨酸（L-tyrosine，Tyr）是一种重要的营养必需氨基酸，对人和动物的新陈代谢、生长发育起着重要的作用，广泛应用在食品、饲料、医药和化工等行业。其常作为苯丙酮尿症患者的营养补充剂，以及多肽类激素、抗生素、L-多巴、黑色素、对羟基肉桂酸、对羟基苯乙烯等医药化工产品的制备原料。而随着更多高附加值L-酪氨酸衍生物如丹参素、白藜芦醇、羟基酪醇等在生物体内发现，L-酪氨酸越来越朝着平台型化合物的方向发展。

理化性质

中文名称：L-酪氨酸

中文别名：L-β-对羟苯基-β-丙氨酸;(2S,3R)-2-氨基-3-对羟苯基丙酸

英文别名：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

生产方法

L-酪氨酸早期的生产主要依靠蛋白质水解法。但是蛋白质水解法存在着材料来源有限、工艺与产品复杂、周期长等缺点，因而已经被淘汰。L-酪氨酸主要由酶法、微生物发酵法、提取法和化学法等四种方法来生产。

酶法

酶法也称为微生物转化法，主要是利用微生物细胞内酪氨酸酚裂解酶（tyrosine phenol-lyase，TPL，EC 4.1.99.2）将苯酚、丙酮酸和氨或者苯酚、L-丝氨酸转化为L-酪氨酸。研究较多的、具有较高酶活的TPL主要来自于微生物草生欧文氏菌（Erwinia herbicola）、中间柠檬酸菌（Citrobacter intermedius）、弗氏柠檬酸菌（Citrobacter freundii）以及嗜热菌（Symbiobacterium toebii）等。Genex公司的Lee和Hsiao于1986年最早利用产气克雷伯氏菌（Klebsiellaaerogenes）丝氨酸羟甲基转移酶和Erwinia herbicola ATCC 21434酪氨酸酚裂解酶，将以甘氨酸为底物合成L-丝氨酸的反应和以L-丝氨酸为底物合成L-酪氨酸的反应相偶联。在500mL反应体系中加入0.32%苯酚、0.25 M 甘氨酸、0.5 mM 5-磷酸吡哆醛、0.056 M β-巯基乙醇、1.7 mM 四氢叶酸。在pH为7.0、37℃条件下以37%甲醛启动反应，16 h后可产生L-酪氨酸26.3 g/L，甘氨酸转化率达到61.4%。但该工艺稳定性较差而且甘氨酸对TPL活性有很强的抑制作用。考虑反应过程中酶活性和稳定性差等缺点，近年来利用DNA改组技术提高TPL稳定性也受到关注。韩国KRIBB的Eugene等人通过对Symbiobacteriumtoebii中的TPL进行随机突变筛选和交错延伸DNA shuffling得到了催化活性提高三倍，同时半失活温度提高了11.2 ℃的AS6突变体。测序结果显示在催化活性区域其存在T129I或者T451A突变，而包含A13V，E83K和T407A在内的三个突变则对提高热稳定性有极大帮助。而此课题组的Kim等人在E. coliBL21(DE3)中过表达此催化活性和热稳定提高的TPL，并制备成催化粗提液。在2.5 L的流加式反应器系统中通过分批补加2.2 M的苯酚、2.4 M的丙酮酸钠、0.4 mM 5-磷酸吡哆醛和4 M的氯化铵并在反应罐上方充满氮气以降低底物的氧化作用，40 ℃反应30 h后可积累130 g/L的L-酪氨酸，苯酚的转化率最高可达94%。

微生物发酵法

微生物发酵法通常以甘油、葡萄糖等生物质碳源为原料，通过优良的微生物菌种在合适的条件下发酵来累积L-酪氨酸。早期研究常通过人工诱变来选育L-酪氨酸高产菌株，如筛选L-苯丙氨酸或L-色氨酸缺陷或抗反馈抑制的菌株等。然而大多数微生物积累芳香氨基酸的能力很低，且其代谢途径的调控机制十分复杂，传统的诱变育种方法往往只能对局部代谢途径或者关键酶作用，难以对全局的L-酪氨酸代谢流造成很大的影响。近年来随着代谢工程和各种先进生物技术的迅猛发展，重新合理设计微生物的代谢途径来更好地实现L-酪氨酸的发酵生产逐渐成为研究热点。研究较多的L-酪氨酸代谢工程菌主要有大肠杆菌（Escherichia coli）、谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）、黄色短杆菌（Brevibacterium flavum）和枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）等。其中以大肠杆菌和谷氨酸棒杆菌中 L-酪氨酸的合成途径和调控机制研究的最多并阐释的最为清楚。

L-酪氨酸生物合成途径属于芳香族氨基酸合成途径。其合成的前体物4-磷酸赤藓糖（Erythrose-4-phosphate， E4P）和磷酸烯醇式丙酮酸（Phosphoenol pyruvate，PEP）在DAHP合成酶（DS）的催化下缩合生成3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖酸-7-磷酸（DAHP），该反应也是L-酪氨酸生物合成途径的第一个限速步骤。在大肠杆菌中DAHP合成酶包含AroG、AroF和AroH三个同工酶，其表达和酶活分别受产物L-苯丙氨酸、L-酪氨酸和L-色氨酸的反馈阻遏和反馈抑制。从DAHP到分支酸的7步反应对于所有芳香氨基酸是共同途径。而分支酸是芳香族氨基酸合成途径的分支点，一个分支途径用于合成L-色氨酸，另一部分则在分支酸变位酶（Chorism mutase，CM）和预苯酸脱水酶（Prephenatedehydratase，PD）双功能酶TyrA的作用下生成对羟基苯丙酮酸（4HPP），后者通过与L-谷氨酸的转氨作用生成L-酪氨酸，而TyrA的表达和酶活同样受到产物L-酪氨酸的反馈阻遏和反馈抑制。

提取法

提取法在1820年首先由Braconnot发明，他将甘氨酸和亮氨酸从明胶羊色和肌肉水解液中提取得到，那之后，Bopp等人又逐渐在蛋白质中将酪氨酸和丝氨酸水解出来。最古老的氨基酸生产的工艺，即进白质水解提取法。蛋白质可W进行酶、酸或巧的水解，其产物最终为氨基酸。常用6 M盐酸在110 ℃水解进行12—24 h，去掉多余的酸后，提取出各种氨基酸的混合物。最后使用溶度差法或离子交换树脂的方法提取，得到相对纯度的氨基酸。

至20世纪三四十年代，使用提取法己经可以获得20多种氨基酸，最著名的氨基酸产业就是味精，发展到今天，虽然氨基酸大部分都可从各种资源中提取，但由于资源成本高、低收率、污染环境等方面原因，并不适合继续大规模生产。提取法生产心酪氨酸，一般是利用天然蛋白资源为原料，将其进行水解、浓缩、结晶、脱色等步骤的处理，分离提取心酪氨酸。但因为提取所得产品中L-酪氨度的含量较低，实际上提取法的收率较低，所以并不适合大规模生产。

化学合成法

虽然19世纪化学合成法就已经开始用来合成氨基酸，但直到本世纪50年代才将化学法合成氨基酸，这种方法是利用有机合成和化学工程结合的技术，生产氨基酸。其最大的优势是不受氨基酸品种上限制，在制备天然氨基酸外，还可生产非天然氨基酸，包括一些非常特殊结构的氨基酸，并且可以大规模生产。但化学方法也有缺点，主要问题是工艺较复杂，只能合成氨基酸的D、L-型外消旋体，只有经过了光学拆分，才可获得具有光学活性的氨基酸。至今，多种氨基酸仍用化学合成法生产，特别是在饲料中用量很大的D、L-蛋氨酸，生产方法仅有化学合成法，其产量约为几十万吨/年。另外，药用和食用甘氨酸，其大规模的生产方法也是采用化学合成法。

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