第五单元代谢控制发酵的基本思想.pptVIP

代谢控制发酵 Chapter 5 代谢控制发酵的基本思想 ——（微生物代谢的人工控制） 微生物在正常情况下，通过细胞内自我调节，维持各个代谢途径的相互协调，使其代谢产物既不少又不会过多的积累，而人类利用微生物进行发酵则需要微生物积累较多的代谢产物，为此对微生物的代谢必须进行人工控制 。 人工控制微生物代谢的方法主要有两种： 一、改变微生物的遗传特征 二、控制发酵条件 第一节 微生物生物合成途径的遗传控制 图3-1　谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径 ①乙酰谷氨酸合成酶 ②乙酰谷氨酸激酶 ③NO乙酰谷氨酸醛脱氢酶 ④乙酰鸟氨酸转氨酶 ⑤NO乙酰谷氨酸O乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶 ⑥鸟氨酸氨甲酰基转移酶 ⑦精氨琥珀酸合成酶 ⑧精氨琥珀酸酶 Arg对N-乙酰谷氨酸合成酶和N-乙酰谷氨酸激酶有反馈调节作用。当选育瓜氨酸缺陷突变株 （ Cit- ），亚适量添加瓜氨酸（ Cit ），就会积累大量的鸟氨酸 。 2、分支途径 例如：谷氨酸棒杆菌 、产氨短杆菌、黄色短杆菌的选育高丝氨酸脱氢酶缺陷型（hom-）来积累大量Lys。 二、选育抗反馈调节突变株 所谓抗反馈调节突变株就是已解除了反馈调节作用的突变株 。在这些突变株中，因为反馈抑制或阻遏，或两者引起的自动调节作用已被削弱或解除，所以能合成较多的最终产物。 （一）选育抗代谢类似物的突变株（Analogue Resistance Mutant） 通常微生物生长需要各种代谢物。如维生素、嘌呤、氨基酸等。在正常情况下，代谢终产物如氨基酸A过量存在时，就会抑制或阻遏它自身生物合成酶。同时也能整合到蛋白质中去。只有当氨基酸A 浓度足够高时，A与调节酶的调节部位或调节基因编码的阻遏蛋白结合，产生反馈抑制或阻遏作用。当细胞中的A参与蛋白质合成，而使细胞中A的浓度下降到一定程度时，A就会从调节酶的调节部位或阻遏蛋白上脱落下来，从而解除反馈调节，又重新可以合成新的A。当A的浓度再次上升到一定值时，反馈调节再次发生…….。 我们说代谢物和调节酶的变构部位或阻遏蛋白的结合是可逆的。而代谢类似物，结构类似物，即A′则不同，在培养基中添加A′其空间结构与A相似。当细胞中大量存在A′时，它也能和A一样与调节酶的调节部位或调节基因编码的阻遏蛋白结合，发生反馈抑制与阻遏作用。由于A′不能整合到蛋白质分子中去，细胞中的A′浓度不会自行下降。只要A′结合到调节酶的调节部位或阻遏蛋白上就不能脱落下来，这种结合是不可逆的。这样也就没有A的生物合成，氨基酸缺乏的细胞会因饥饿而死亡。因此代谢结构类似物对微生物细胞来说是有毒的，只要有结构类似物存在，菌种不会存活。 若我们通过诱导等手段获得突变株，已解除了终产物对酶的反馈调节，也就是说终产物 A不再与调节酶的调节部位或阻遏蛋白结合。那么A的结构类似物A′也同样不再与调节酶的调节部位或胞质阻遏蛋白结合，也就是A′对菌株的毒害作用表现不出来，我们就说该菌株对A′有抗性。（resistance）我们常常将经过各种手段诱变的突变株放到含有终产物结构类似物A′的培养基上，挑出长出来的抗性菌株。若突变株抗A′性能越强（在含高浓度A′上长出来），则说明该菌株解除A对其生物合成系统的反馈调节就越彻底，那么A积累就越多。 根据上述原理，只要选取结构类似物抗性突变株，就有可能得到解除反馈抑制或阻遏的突变株。在这个意义上结构类似物抗性可以作为解除反馈调节菌株的“筛子”。 除了氨基酸外还有嘌呤、嘧啶、维生素等的结构类似物。通过选育这些结构类似物菌株 ，已获得氨基酸、核苷酸、核苷、维生素等各种代谢产物的高产菌株。 （二）从营养缺陷型回复突变株中获得对途径中调节酶解除反馈抑制的突变株 调节酶的变构特性是由它的结构基因决定的，若调节酶因编码它的基因发生突变而失活，则有两种可能： 1、是编码为催化亚基与调节亚基的基因发生了变化。 2、仅仅是编码催化亚基（或活性部位）的基因发生变化。 若通过再次突变，使调节酶的活性恢复，这时又有两种可能： 一是催化亚基和调节亚基恢复（或大体恢复）到第一次突变前那样的状态。另一种是催化亚基得到恢复，而调节亚基却丧失了调节作用，这情况实质上是编码调节亚基的DNA突变，解除了反馈抑制作用。 调节酶的失活与否，可能直接表现为某种营养缺陷型。可以采用营养缺陷型的回复突变的方法，从营养缺陷型回复突变株中获得对途径中的调节酶解除反馈调节的调节突变株。 三、产物降解酶缺失突变株 为了使产物在发酵液中稳定地存在，以提高发酵单位，可通过诱变获得缺乏