代谢调控发酵习题.docVIP

课件摘要 控制细胞膜渗透的方法 1、化学控制方法 通过控制发酵培养基中的化学成分，达到控制磷脂、细胞膜的形成或阻碍细胞壁正常的生物合成，使谷氨酸向外渗透。 （1）控制磷脂合成，形成磷脂合成不足的细胞膜。 1）生物素缺陷型 作用机制：生物素作为关键酶乙酰辅酶A羧化酶的辅酶，参与脂肪的合成，进而影响磷脂的合成。 控制的关键：生物素亚适量（5~10ug/l 2）添加表面活性剂（吐温60)或饱和脂肪酸 清除渗透障碍物，积累谷氨酸。 3)油酸缺陷型 由于油酸缺陷型突变株切断了油酸的后期合成，即丧失脂肪酸合成能力，直接影响磷脂的合成和细胞膜的渗透性 控制关键：必须控制油酸亚适量 4)甘油缺陷型 作用机制：丧失a-磷酸脱氢酶。不能合成a-磷酸甘油和磷脂。必须由外界供给甘油才能生长。 控制方法：甘油限量供应（添加亚适量的甘油或甘油衍生物），间接控制磷脂合成。 （2）阻碍谷氨酸菌细胞壁的合成，形成不完全细胞壁，进而导致形成不完全细胞膜。像在对数生长期添加青霉素或头孢霉素C等抗生素抑制谷氨酸生产菌细胞壁后期合成 乳糖操纵子：大肠杆菌（E.coli)的一种操纵子，由启动子(promoter,P)、活化蛋白结合位点(CAP)、操纵基因(operator,O )、及与乳糖代谢相关的几种酶的结构基因(structural gene)组成 调节酶包括3个种类： ⑴变构酶； ⑵同功酶：具有同一种酶的底物专一性，但分子结构不同； ⑶多功能酶：能够催化两种以上不同反应的酶。 反馈阻遏（feedback repression）是由代谢终点产物抑制酶 合成的负反馈作用。 3. 反馈抑制与反馈阻遏的比较 反馈抑制的效果比较直接而快速，因为不涉及蛋白质的合成过程， 当终产物浓度达到一定水平时，立即使酶的活力丧失，待最终产 物的浓度降低后，酶的活力又重新恢复。 反馈抑制的物质基础是变构酶，通过酶的变构作用改变酶的活性。 变构酶的结构为基因所决定。 反馈阻遏是调节基因作用的结果，这是生物不通过基因而适 应于环境改变的一种“措施”，这种“措施”对于环境的改变反 应比较迟缓。 速，但可以节约原料，对生物有一定的优点 1、谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等中的天冬氨酸族氨基酸的代谢调节机制 （1）天冬氨酸激酶是关键酶，受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。 （2）优先合成，蛋氨酸比苏氨酸、赖氨酸优先合成，苏氨酸比赖氨酸优先合成。 （3)代谢互锁 在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸分支途径的初始酶二氢吡啶-2、6-二羧酸合成酶受亮氨酸的反馈阻遏 （4）平衡合成，天冬氨酸和乙酰CoA形成平衡，乙酰CoA合成过量时，能解除天冬氨酸对磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的反馈抑制。 （5）天冬氨酸与谷氨酸之间的调节机制 谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后，反馈抑制谷氨酸脱氢酶使生物合成转向合成天冬氨酸。 苏氨酸发酵机制 根据天冬氨酸氨基酸的生物合成途径及代谢调节机制，首先要切断支路代谢，选育蛋氨酸缺陷型（met-),赖氨酸缺陷型（lys-),异亮氨酸缺陷型（ile-)的突变株，使天冬氨酸族氨基酸专一地转向苏氨酸；再选育抗苏氨酸结构类似物（如AHV,)抗赖氨酸结构类似物（AEC)等突变株，遗传性地解除苏氨酸对关键酶高丝氨酸脱氢酶的反馈调节及苏氨酸和赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制；使苏氨酸得以大量生成和积累。 2、选育苏氨酸产生菌的方法 （1)切断或削弱枝路代谢 （！）切断或削弱蛋氨酸的合成支路 （！！）切断或削弱赖氨酸合成支路 （！！！）切断苏氨酸到异亮氨酸的反应 （2）解除反馈控制 苏氨酸发酵不但要解除终产物对关键酶天冬氨酸激酶的反馈抑制，还必须解除终产物对高丝氨酸脱氢酶的反馈调节 （！）选育苏氨酸结构类似物抗性突变株 （！！）选育赖氨酸结构类似物抗性突变株。 （3）增加前体物天冬氨酸的合成 （！）强化CO2固定反应 选育高丝氨酸高产菌的方法 （1）切断支路代谢 选育赖氨酸缺陷型（Lys-)突变株，使天冬氨酸全部生成高丝氨酸，而不副产赖氨酸 （2）切断高丝氨酸向下反应的代谢 （！）选育苏氨酸缺陷型菌株（Thr-) (!!)选育蛋氨酸缺陷型菌株（Met-) （！！！）选育高丝氨酸脱氨酶缺陷型菌株(HAD-) (3)解除反馈调节 （！）解除苏氨酸和赖氨酸对关键酶天冬氨酸激酶的反馈控制 A选育赖氨酸结构类似物抗性突变株 B选育苏氨酸结构类似物抗性突变株 （！！）解除蛋氨酸对高丝氨酸脱氢酶的反馈阻遏，选育蛋氨酸结构类似物抗性突变株 （4）增加前体物的合成 2、蛋氨酸高产菌定向育种方法 1）解除反馈调节 （！）首先考虑解除蛋氨酸自身的反馈调节，主要通过选育抗蛋氨酸结构类似物突变株 （！！）选育SAM结构类似物抗性突变株 ！！！）解除苏氨酸和赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制