丙酮酸的作用及合成方法

丙酮酸的作用及合成方法  

丙酮酸，又稱a-氧代丙酸，是一種有機物，化學式為C3H4O3，結構為CH3COCOOH，是所有生物細胞糖代謝及體內多種物質相互轉化的重要中間體，因分子中包含活化酮和羧基基團，所以作為一種基本化工原料廣泛應用于化學、制藥、食品、農業及環保等各個領域中，可通過化學合成和生物技術多種方法制備。

化學性質：

在空氣中顏色變暗。加熱時緩慢聚合，富有反應性，容易與氮化物、醛、鹵化物、磷化物等反應，參與生物體的糖代謝、膠質、氨基酸、蛋白質等的生化合成、代謝、醇的發酵等。當用力時，在肌肉中被還原為乳酸，休息時再次氧化并部分轉變為糖原。大鼠經口LD502100mg/kg。丙酮酸是人體的一種成分，在人體內主要參與糖、脂肪等的代謝，也是碳水化合物代謝的中間產物之一。

在代謝中的作用

利用基因重組技術構建高表達乙醇酸氧化酶、過氧化氫酶等的基因工程菌，用于生產丙酮酸的技術。這些酶能催化乳酸與氧反應生成丙酮酸。其技術是先將乙醇酸氧化酶基因和過氧化氫酶基因分別與DNA載體重組，構成重組子，并分別轉入宿主細胞，分別獲得兩種酶高表達的基因工程酵母，按0.713mol/LL-乳酸鈉溶液每100ml加濕重轉化體5g,同時加一定量滲透劑,在5個大氣壓下,以70psig氧壓通入氧氣,5℃攪拌轉化4小時，丙酮酸產率大97.7%。本技術底物轉化率高，但技術難度大。

微生物發酵法

微生物代謝過程中,利用葡萄糖積累丙酮酸的過程稱為微生物發酵法。微生物發酵法生產丙酮酸研究已有50年歷史，但因丙酮酸高產菌株選育十分困難，雖有一些微生物能夠積累丙酮酸，但其產量無法達到工業化要求。該法生產丙酮酸真正取得突破，是在1988年時,日本東麗工業株式會社的研究人員宮田令子和米原轍選育出一系列丙酮酸產量超過50g/L的球擬酵母菌株,使微生物發酵法生產丙酮酸的工業化成為可能。1992年,日本開始采用微生物發酵法生產丙酮酸。產量為400噸每年,成本約為2-3萬元每噸。

與化學合成法和酶轉化法相比,微生物發酵法因原料來源廣,能耗低,污染少,成本低而更具有優越性。但微生物發酵法缺點是轉化率比較低,這是因為丙酮酸是糖酵解途徑的關鍵中間產物,在細胞中,丙酮酸作為一種重要的中間代謝產物連接了EMP和TCA中心代謝途徑，又與多條分支代謝途徑相關聯，可轉化為多種發酵產物而無法在體內積累。因此需要切斷或弱化其進一步代謝,才能使其在細胞中大量積累。即加快葡萄糖向丙酮酸的轉化率，減弱向TCA循環的通量，切斷或減弱其分支代謝途徑，促進分泌，減弱丙酮酸的再利用，最終實現丙酮酸的大量積累。為達此目的，就必須對微生物發酵法生產丙酮酸的影響因素進行研究。

微生物發酵法生產丙酮酸的影響因素有：菌種選育，營養條件，維生素水平，供氧模式，葡萄糖的質量濃度等等,其最關鍵的是菌種選育和營養條件。