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1、微生物代谢调控微生物代谢调控第一页，讲稿共十四页哦第二页，讲稿共十四页哦第三页，讲稿共十四页哦 1956年，报道了年，报道了二步发酵法二步发酵法进行工业生产赖氨酸进行工业生产赖氨酸的专利，首先是培养大肠杆菌的赖氨酸营养缺陷的专利，首先是培养大肠杆菌的赖氨酸营养缺陷型，使之产生二氨基庚二酸，然后再以产期杆菌型，使之产生二氨基庚二酸，然后再以产期杆菌或不要求赖氨酸的大肠杆菌野生型所产生的二氨或不要求赖氨酸的大肠杆菌野生型所产生的二氨基庚二酸脱羧酶，将二氨基庚二酸脱去羧基形成基庚二酸脱羧酶，将二氨基庚二酸脱去羧基形成赖氨酸。赖氨酸。二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸赖氨酸第四页，讲稿共十四页哦一步发酵法
2、一步发酵法第五页，讲稿共十四页哦谷氨酸棒状杆菌高丝氨酸缺陷型赖氨酸的发酵机制谷氨酸棒状杆菌高丝氨酸缺陷型赖氨酸的发酵机制 末端产物对生长乃是必需的，所以，应在培养基中限末端产物对生长乃是必需的，所以，应在培养基中限量供给，使之足以维持菌株生长，但又不至于造成反馈调量供给，使之足以维持菌株生长，但又不至于造成反馈调节（阻遏或抑制），这样才能有利于菌株积累中间产物。节（阻遏或抑制），这样才能有利于菌株积累中间产物。在高丝氨酸缺陷型中，由在高丝氨酸缺陷型中，由于缺乏催化天冬氨酸于缺乏催化天冬氨酸-B-B-半醛半醛为高丝氨酸的高丝氨酸脱氢酶，为高丝氨酸的高丝氨酸脱氢酶，因而丧失了合成高丝氨酸的能因而丧
3、失了合成高丝氨酸的能力。这就一方面切断了生物合力。这就一方面切断了生物合成苏氨酸和蛋氨酸的支路代谢，成苏氨酸和蛋氨酸的支路代谢，使天冬氨酸半醛这一中间产物使天冬氨酸半醛这一中间产物全部转入赖氨酸的合成。全部转入赖氨酸的合成。另一方面通过限量添加高另一方面通过限量添加高丝氨酸，可使蛋氨酸、苏氨酸丝氨酸，可使蛋氨酸、苏氨酸生成有限，因而解除了苏氨酸、生成有限，因而解除了苏氨酸、赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制，使赖氨酸得以积累。反馈抑制，使赖氨酸得以积累。第六页，讲稿共十四页哦该突变是使酶的活性下降而不是完全丧失。该突变是使酶的活性下降而不是完全丧失。因此，渗漏缺因此，
4、渗漏缺陷型能够少量地合成某一种代谢最终产物，能在基本培陷型能够少量地合成某一种代谢最终产物，能在基本培养基上进行少量的生长。由于渗漏缺陷型不能合成过量养基上进行少量的生长。由于渗漏缺陷型不能合成过量的最终产物，所以不会造成反馈抑制而影响中间代谢产的最终产物，所以不会造成反馈抑制而影响中间代谢产物的积累。物的积累。第七页，讲稿共十四页哦一、选育拮抗类似物突变株一、选育拮抗类似物突变株 拮抗类似物突变株也称为代谢拮抗物抗性突变拮抗类似物突变株也称为代谢拮抗物抗性突变株。选育抗类似物突变株，是目前微生物代谢控制株。选育抗类似物突变株，是目前微生物代谢控制育种的主流。因为代谢调节可被遗传性地解除，在育
5、种的主流。因为代谢调节可被遗传性地解除，在发酵时可不再受培养基成分的影响，生产较为稳定。发酵时可不再受培养基成分的影响，生产较为稳定。另外，拮抗类似突变株不易发生回复突变，因另外，拮抗类似突变株不易发生回复突变，因此在发酵生产上被广泛采用。此在发酵生产上被广泛采用。第八页，讲稿共十四页哦 我们知道正常的合成代谢的最终产物能与阻遏蛋白以我们知道正常的合成代谢的最终产物能与阻遏蛋白以及变构酶相结合，对于有关酶的合成具有阻遏作用，对于合及变构酶相结合，对于有关酶的合成具有阻遏作用，对于合成途径的第一个酶具有反馈抑制作用。成途径的第一个酶具有反馈抑制作用。由于这种结合是可逆的，所以当代谢最终产物例由于
6、这种结合是可逆的，所以当代谢最终产物例如某一氨基酸渗入蛋白质而在细胞中浓度降低时，它如某一氨基酸渗入蛋白质而在细胞中浓度降低时，它就不再与阻遏物以及变构酶相结合，这时有关的酶合就不再与阻遏物以及变构酶相结合，这时有关的酶合成以及它们的催化作用便又可继续进行。成以及它们的催化作用便又可继续进行。第九页，讲稿共十四页哦 代谢拮抗物的作用机制是代谢拮抗物由于与代谢产物代谢拮抗物的作用机制是代谢拮抗物由于与代谢产物结构相似，所以同样能与阻遏物以及变构酶相结合，可是它结构相似，所以同样能与阻遏物以及变构酶相结合，可是它们往往不能代替正常的氨基酸而合成为蛋白质，也就是说它们往往不能代替正常的氨基酸而合成为
7、蛋白质，也就是说它们在细胞中的浓度不会降低，因此与阻遏物以及变构酶的结们在细胞中的浓度不会降低，因此与阻遏物以及变构酶的结合是不可逆的。这就使得有关的酶不可逆地停止了合成，或合是不可逆的。这就使得有关的酶不可逆地停止了合成，或是酶的催化作用不可逆地被抑制。是酶的催化作用不可逆地被抑制。第十页，讲稿共十四页哦 一个菌株是怎样会成为代谢拮抗物的抗性菌株的。一一个菌株是怎样会成为代谢拮抗物的抗性菌株的。一个可能的途径是变构酶个可能的途径是变构酶结构基因结构基因发生突变，使变构酶调发生突变，使变构酶调节部位不再能与代谢拮抗物相结合。这种突变型就是一节部位不再能与代谢拮抗物相结合。这种突变型就是一个抗反
8、馈突变型。正常代谢最终产物由于与代谢拮抗物个抗反馈突变型。正常代谢最终产物由于与代谢拮抗物的结构相类似，所以在这一突变型中也不与结构发生改的结构相类似，所以在这一突变型中也不与结构发生改变的变构酶相结合。这样，该突变型细胞中已经有大量变的变构酶相结合。这样，该突变型细胞中已经有大量最终产物，但仍能继续不断地合成。最终产物，但仍能继续不断地合成。第十一页，讲稿共十四页哦 另一可能的途径是另一可能的途径是调节基因调节基因发生突变，使阻遏物不发生突变，使阻遏物不能再与代谢拮抗物结合，这种突变型也将是一个代谢拮能再与代谢拮抗物结合，这种突变型也将是一个代谢拮抗物的抗性突变株，同时也是一个抗阻遏突变型。
9、在这抗物的抗性突变株，同时也是一个抗阻遏突变型。在这一突变型中，由于正常代谢的最终产物不与结构发生改一突变型中，由于正常代谢的最终产物不与结构发生改变的阻遏蛋白相结合，所以在细胞尽管已经有大量最终变的阻遏蛋白相结合，所以在细胞尽管已经有大量最终产物，仍能不断地合成有关的酶。产物，仍能不断地合成有关的酶。第十二页，讲稿共十四页哦 选用抗代谢拮抗物突变株是应用代谢调节控制选用抗代谢拮抗物突变株是应用代谢调节控制理论于育种及发酵生产的另一条途径。在多数情况下，理论于育种及发酵生产的另一条途径。在多数情况下，与营养缺陷型的筛选相配合，是定向选育高产菌株的与营养缺陷型的筛选相配合，是定向选育高产菌株的有效方法。一般来说，在分支合成途径中使用抗性突有效方法。一般来说，在分支合成途径中使用抗性突变株育高产菌株往往难于达到产量提高之目的。变株育高产菌株往往难于达到产量提高之目的。故故首先必须选取合适的营养缺陷型，同时又选取具有一首先必须选取合适的营养缺陷型，同时又选取具有一定抗性突变的菌株，产量才会大幅度提高。定抗性突变的菌株，产量才会大幅度提高。第十三页，讲稿共十四页哦第十四页，讲稿共十四页哦