谷氨酸的代谢控制发酵育种研究.pdf

谷氨酸的代谢控制发酵育种 张克旭 (天津科技大学食品科学与生物工程学院) 摘要本文摘要从代谢工程机理上分析讲解了谷氨酸代谢控制发酵育种的五字方针， 具有比较普遍的实践意义。 关键词谷氨酸，代谢控制育种 一、谷氨酸代谢控制发酵育种 谷氨酸代谢控制发酵育种如图一、图二所示： 岭优先合成 。◇反域阻暹 葡掌糖 c◇反馈抑铡 ： 【二]中问物互变系统 磷酸烯醇式丙酮酸 黄色短杆菌中谷氨酸的代谢凋节机制 ①谷氰酸脱氧酶②口-酮戊二酸脱氧酶③磷酸 始醇式丙酮酸羧化酶④柠攘酸合成酶 图一：黄色短杆菌中谷氨酸的代谢调节机制图 ·4· 反丁烯二酸——』珀酸制 萌。一。…一一 反王一珀一口。譬酶 匠彩设法强化的代谢流． 媵渗透性 ∞帅切断或减弱的代澍流 图二：谷氨酸高产菌的代谢图示 二、根据我校多年的育种经验，归纳出五个字：“进、“通”、“节”、“堵”、“出”o (一)进：各种营养物质能自由地被摄人谷氨酸菌的细胞。 要使菌种能高产谷氨酸，首先要使菌种具备在高糖、高谷氨酸的培养基中能 正常的生长、代谢的能力。 (1)耐高糖一 ·选在20—30％葡萄糖的平板上生长好的突变株； (2)耐高浓度谷氨酸 ·选在15。20％味精的平板上生长好的突变株； (3)耐高糖、高谷氨酸 ·选在20％葡萄糖加15％味精的平板上生长好的突变株； (4)低糖流加 ·选5—8％的初糖，当糖降到1．5％以下时，用50％以上的浓缩糖连续流加， · · 直至发酵结束。 (--)通：解除终产物生物合成途径中的代谢调节及终产物谷氨酸前体物所 受的反馈调节。 (1)选育解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶反馈调节的突变株一 ①选育酮基丙二酸抗性突变株； ②选育耐高谷氨酸突变株； ③选育抗谷氨酸结构类似物突变株，如抗谷氨酸氧肟酸盐等； ④选育抗谷氨酰胺的突变株。 (2)选育强化三羧循环中从柠檬酸到a．酮戊二酸代谢的突变株 ①选育柠檬酸合成酶强的突变株； ②选育抗氟乙酸、氟化钠、氮杂丝氨酸、氟柠檬酸等突变株。 (3)选育强化能量代谢的突变株 ①抗呼吸链抑制剂突变株，如抗丙二酸、氧化丙二酸、氰化钾等的突变株； ②抗ADP磷酸化抑制剂突变株，如抗2，4。二硝基酚、羟胺、砷、胍等的突变 株； ③抗抑制能量代谢抗生素的突变株，如抗缬氨霉素、寡酶素等突变株。 (三)节：节制减弱或切断终产物合成途径上与终产物合成无关的其它支路 代谢。 (1)减弱a一酮戊二酸进一步氧化 减弱a．酮戊二酸脱氢酶复合体的活性，使代谢流向谷氨酸，从而使谷氨酸得 到积累，如选育琥珀酸渗漏缺陷型突变株。 (2)选育强化C02固定反应的突变株 ①选育以琥珀酸为唯一碳源的培养基上生长快、大的菌株； ②选育氟丙酮酸敏感性突变株。 ③发酵培养基中加入100微克／立升以上的生物素，激活磷酸烯醇式丙酮酸 羧化酶，以提高产酸和转化率。 (3)选育减弱乙醛酸循环的突变株 ①选育琥珀酸敏感突变株； ②选育不利用醋酸的突变株。 (4)选育减弱HMP途径后段酶活的突变株 ①选育莽草酸缺陷型或添加芳香族氨基酸能促进生长的突变株； ·6· ②选育抗嘌呤、嘧啶类似物突变株； ③选育抗核苷酸类抗生素突变株，如抗德夸菌素、狭霉素c等突变株。 (