1.苏氨酸脱水酶

苏氨酸脱水酶（threoninedehydratase，TD）是L-异亮氨酸合成的个关键酶，由ilvA基因编码，利用5-磷酸吡哆醛（PLP）为辅因子，催化L-苏氨酸转化为2-酮丁酸（2-ketobutyrate）。在C.glutamicum中，TD由4个完全一样47000大小的亚基组成，与Nocardia属TD有较高的相似性，但与E.coli属TD的相似度就比较低。TD的活性在一定程度上决定了L-异亮氨酸和L-缬氨酸、L-亮氨酸的生物合成的分布流向，因为2-酮丁酸存在时，乙酰羟酸合酶优先催化1分子丙酮酸和1分子2-酮丁酸脱羧合成1分子乙酰羟基丁酸而非催化2分子丙酮酸脱羧合成1分子乙酰乳酸。因此，TD特异性地催化L-异亮氨酸的合成。在C.glutamicum和E.coli中，其终产物L-异亮氨酸作为异构效应物抑制TD活性。对于L-苏氨酸、L-异亮氨酸、L-缬氨酸，TD的K0.5分别为21、78、12mmol/L。对TDC-端调节区域266-349进行定点突变可以解除这些反馈抑制。

2.乙酰羟酸合酶

乙酰羟酸合酶（acetohydroxyacidsynthase，AHAS），也叫乙酰乳酸合酶，由ilvBN编码，是支链氨基酸合成途径上的个共用酶也是关键酶，既可以催化2分子丙酮酸脱羧合成1分子乙酰乳酸（acetolactate），即L-缬氨酸和L-亮氨酸的前体；也可以催化1分子丙酮酸和1分子2-酮丁酸脱羧合成1分子乙酰羟基丁酸（acetohydroxybutyrate），即L-异亮氨酸的前体。AHAS由两个亚基组成，大亚基由ilvB编码，具有催化功能；小亚基由ilvN编码，具有调节功能，突变小亚基上的三个连续氨基酸可以解除三种支链氨基酸的反馈抑制。同样，E.coli中同工酶AHASII、III对2-酮丁酸的亲和性远高于丙酮酸。在2-酮丁酸存在时，优先合成L-异亮氨酸，此时L-缬氨酸和L-亮氨酸的合成减弱，高浓度的2-酮丁酸（100mmol/L）会导致L-缬氨酸和L-亮氨酸匮乏。
　　3.乙酰羟酸异构还原酶

乙酰羟酸异构还原酶（AcetohydroxyacidIsomeroreductase，AHAIR）是支链氨基酸合成途径上的第二个公共酶，该酶由ilvC基因编码。在L-缬氨酸和L-亮氨酸合成途径中，催化乙酰乳酸生成2，3-二羟基异戊酸；在L-异亮氨酸合成途径中，催化乙酰羟基丁酸生成2，3-二羟基-3-甲基戊酸（dihydroxymethylvalerate）。反应包括烷基的异构和还原，同时该反应还需要Mg2+（激活剂）和NADPH（氢供体）进行辅助。在E.coli中活跃的乙酰羟酸异构还原酶是由相同的4个亚基所组成的四聚体，而在C.glutamicum中ilvC基因编码的产物一直还未被描述。在C.glutamicum中，AHAIR被L-缬氨酸和L-亮氨酸所抑制。对于L-缬氨酸和L-亮氨酸，其IC50值都为7mmol/L。