第五章第二节.pdfVIP

第二节 微生物代谢产物的过量产生 工业发酵的目的就是大量地积累人们所需要的微生物代谢产物。在正常生理条件下, 微 生物总是通过其代谢调节系统最经济地吸收利用营养物质用于合成细胞结构，进行生长 和繁殖，它们通常不浪费原料和能量，也不积累中间代谢产物。人为地打破微生物的代 谢控制体系，就有可能使代谢朝着人们希望的方向进行，这就是所谓代谢控制发酵。虽 然微生物代谢调节的理论目前还有很大的局限性，但它已在微生物育种和发酵工艺的优 化中发挥了重要的作用。随着代谢调节理论的不断充实和完善，代谢的人工控制将对发 酵工业发挥更加重要的作用。 第一部分 提高初级代谢产物产量的方法 一、对诱导调节的控制 1. —— 1. —— 11..提供诱导————添加底物类似物 与糖类和蛋白质降解有关的水解酶类大都属诱导酶类，因此向培养基中加入诱导物就 会增加胞外酶的产量。如加入槐糖(1，2—β—D—葡二糖)诱导木霉菌的纤维素酶的生成， 木糖诱导半纤维素酶和葡萄糖异构酶的生成等。 底物类似物不易被所形成的酶分解，始终保持较高的浓度，能够持续地诱导酶的合成， 获得较高浓度的酶。如用异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)可诱导β-半乳糖苷酶的合成。 底物易被所形成的酶分解，使底物浓度逐渐下降，诱导强度也逐渐降低。 需要不断 补加底物（分批补料或流加补料），增加发酵工艺的复杂性。 底物能被迅速利用时，会发生酶合成的阻遏。底物能被迅速利用时，会发生酶合成的 阻遏，这在纤维二糖对纤维素酶的产生，木二糖对半纤维素酶产生中都己观察到，这也 是使用诱导物时应予注意的。 2. / 2. / 22..解除诱导//选育组成型突变株 在发酵工业中，要选择到一种廉价、高效的诱导物是不容易的，分批限量加入诱导物 在工艺上也多不便，更为有效的方法是改变菌株的遗传特性，除去对诱导物的需要，即 选育组成型突变株。 组成型突变株：操纵基因或调节基因突变引起酶合成诱导机制失灵，菌株不经诱导也 能正常合成诱导酶的调节突变型，称为组成型突变株。 通过诱变处理，使调节基因发生突变，不产生有活性的阻遏蛋白，或者操纵基因发生 突变不再能与阻遏物相结合，都可达到此目的。组成型突变株在没有诱导物存在的情况 下就能正常地合成诱导酶。故可以利用一些易同化碳源或价廉易得的碳源为基质生产所 需的诱导酶类。 已设计出多种选育组成型突变株的方法，其主要原则是创造一种利于组成型菌株生长 而不利于诱导型菌株生长的培养条件，造成对组成型的选择优势以及适当的识别两类菌 落的方法，从而把产生的组成型突变株选择出来。 1—— 1—— 筛选方法11————限量诱导物恒化培养 1 将野生型的菌种经诱变后移接到低浓度诱导物的恒化器中连续培养。 2 由于该培养基中底物浓度低到对野生型菌株不发生诱导作用，所以诱导型的野生 型菌株不能生长。 3 组成型突变株由于不经诱导就可以产生诱导酶而利用底物，因而很快得以生长。 2—— 2—— 筛选方法22————利用鉴别性培养基 在平板上识别组成型突变株的方法，主要是利用在无诱导物存在时进行培养，它能产 生酶，加入适当的底物进行反应显示酶活加以识别。使用酶解后可以有颜色变化的底物， 便于迅速捡出组成型菌落。如甘油培养基平板中培养大肠杆菌时，诱导型菌株不产酶， 组成型菌株可产生半乳糖苷酶。菌落长出后喷布邻硝基苯半乳糖苷，组成型菌株的菌落 由于能水解它而呈现硝基苯的黄色，诱导型则无颜色变化。另如羧甲基纤维素被内切纤 维素酶水解后，由于暴露出更多的还原性末端而能被刚果红所染色。可由此方便地检出 纤维素酶产生菌。 二、解除反馈调节 1. / 1. / 11..降低末端产物浓度//选育营养缺陷型突变株 营养缺陷型菌株中，由于合成途径中某一步骤发生缺陷，终产物不能积累，因此可以 解除终产物的反馈调节。直线式的合成途径中，选育末端产物营养缺陷型的突变株，只 能累积中间代谢物。分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使另一分支途径 的末端产物得到累积。 1 1 （11）利用营养缺陷型积累直链代谢途径中间产物： ? 诱变获得E 的营养缺陷型(诱变使EC失活)。 ? 中间产物C不再转变成中间物D和末端产物E ? E