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发酵机制发酵机制9-10微生物的代谢控制微生物的代谢控制代谢的人工控制：代谢的人工控制：人为地打破微生物细胞内代谢的自动调节，使细胞过量积累目的代谢产物。代谢控制发酵：代谢控制发酵：利用生物化学和遗传学的原理，控制培养条件（原料成分、氧、pH、温度等），使微生物代谢朝向人们希望的方向进行，过量积累代谢产物。代谢控制育种：代谢控制育种：通过遗传变异来改变微生物的正常代谢，使某种代谢产物形成和积累。3 3、应用抗反馈调节突变株解除反馈调节、应用抗反馈调节突变株解除反馈调节 （结构类似物抗性突变株）（结构类似物抗性突变株）抗反馈调节突变株：是指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型突变株，或兼而有之的突变株。结构类似物 analog（抗代谢物antimetabolite） 是一种与初级代谢产物结构类似但缺乏生理功能的化合物。例1：黄色短杆菌AHVr突变株可解除苏氨酸（Thr）的反馈抑制而积累苏氨酸 (AK) Threonine AHV a-Amino-b-hydroxyvaleric acid 苏氨酸结构类似物 a-氨基-b-羟戊酸突变前 突变后 Lys AEC S-(2-氨基-乙基）-L-半胱氨酸例2：谷氨酸棒杆菌的(Thr+AEC)r突变株可解除（Thr+Lys)对（天冬氨酸激酶）AK的协同反馈抑制而积累Lys高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶(Thr+AEC)r抗结构类似物突变株抗结构类似物突变株(Thr+AEC)(Thr+AEC)r r的筛选的筛选将诱变以后的菌悬液涂布在特定的基本培养基上（加入致死量的AEC+Thr)，在此平板上长出的菌落即为(Thr+AEC)r菌株。验证长出的突变株是否真正解除的反馈调节-能否过量积累过量积累LysLys。其它可能出现AECr突变的情况细胞膜对AEC透性的改变细胞内出现分解AEC的酶筛选突变株中常用的几种结构类似物积累的物质积累的物质 结构类似物结构类似物 Arg 刀豆氨酸 Phe 对-氟苯丙氨酸、噻恩基丙氨酸 Trp 5-甲基色氨酸、6-甲基色氨酸 Val a-氨基丁酸盐 Ile Val Met a-氨基-4-乙硫基丁酸 腺嘌呤 2,6-二氨基嘌呤 尿嘧啶 5-氟尿嘌呤关于结构类似物抗性突变株的筛选关于结构类似物抗性突变株的筛选测定致死浓度致死浓度用相应的氨基酸解除反馈作用抗药性逐渐提高效果好4 4、应用营养缺陷型回复突变营养缺陷型回复突变解除反馈抑制营养缺陷型的机制之一酶的催化部位发生改变，失去催化活性酶的催化部位和调节部位同时改变酶的催化部位和调节部位同时改变营养缺陷型回复突变株的机制催化部位和调节部位同时发生回复突变催化部位回复但调节部位没有回复催化部位回复但调节部位没有回复 野生型 营养缺陷型 回复突变营养缺陷型回复突变解除反馈抑制营养缺陷型回复突变解除反馈抑制（二）（二）提高细胞对目的产物的通透性提高细胞对目的产物的通透性发酵工业上用的菌株对细胞透性的要求发酵工业上用的菌株对细胞透性的要求 容许营养物质进入细胞 对中间产物的透性不大形成目的产物可尽快透过细胞膜进入环境1 1、应用营养缺陷型突变株条件控制细胞膜、应用营养缺陷型突变株条件控制细胞膜的透性的透性-代谢控制育种代谢控制育种例：C. glutamicum的谷氨酸发酵，细胞膜对产物的通透性不好，从而影响产物的分泌和积累。生物素缺陷型突变株生物素缺陷型突变株（VH- ） ：添加亚适量亚适量的生物素：减弱脂肪酸的合成，提高细胞膜细胞膜的透性。即一定量合成主体膜，但不足。油酸缺陷型突变株：限量限量添加油酸可提高膜（不完整）的对谷氨酸的透性。2、控制细胞壁的生物合成，提高细胞对目的产物的透性-代谢控制发酵例：谷氨酸发酵中添加亚致死量的青霉素：部分抑制肽聚糖的合成，造成细胞壁的不完全合成，使细胞对谷氨酸的透性加大。如：生物素，油酸，青霉素等如：生物素，油酸，青霉素等（三）添加前体绕过调节点（三）添加前体绕过调节点 -代谢控制发酵 D A B C E F通过添加C，可大量积累D25 结束语结束语