微生物的代谢调节与发酵生产.ppt

第四节第四节 微生物的代谢调节与发酵生产微生物的代谢调节与发酵生产本本节节提要：提要：一、微生物的代一、微生物的代谢调节谢调节二、代二、代谢调节谢调节在在发发酵工酵工业业中的中的应应用用一、微生物的代一、微生物的代谢调节谢调节 微生物细胞有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调微生物细胞有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节节(regulation of metabolism)系统，以确保上千种酶能准确无系统，以确保上千种酶能准确无误、有条不紊和高度协调地进行极其复杂的新陈代谢反应。误、有条不紊和高度协调地进行极其复杂的新陈代谢反应。在微生物的长期进化过程中，在每种微生物的基因组上，在微生物的长期进化过程中，在每种微生物的基因组上，虽然潜在着合成各种分解酶的能力，但是除了一部分是属于虽然潜在着合成各种分解酶的能力，但是除了一部分是属于经常以较高浓度存在的经常以较高浓度存在的“常规部队常规部队”即组成酶即组成酶(constitutive enzyme)外，大量的都是属于只有当其分解底物或有关诱导物外，大量的都是属于只有当其分解底物或有关诱导物存在时才会合成的存在时才会合成的“机动部队机动部队”即诱导酶即诱导酶(induced enzyme或或inducible enzyme)。据估计，诱导酶的总量约占细胞总蛋白质含量的据估计，诱导酶的总量约占细胞总蛋白质含量的10%。通过。通过代谢调节，微生物可最经济地利用其营养物，合成出能满足代谢调节，微生物可最经济地利用其营养物，合成出能满足自己生长、繁殖所需要的一切中间代谢物，并做到既不缺乏、自己生长、繁殖所需要的一切中间代谢物，并做到既不缺乏、也不剩余或浪费任何代谢物的高效也不剩余或浪费任何代谢物的高效“经济核算经济核算”。代谢调节的方式很多，例如可调节细胞膜对营养物的透代谢调节的方式很多，例如可调节细胞膜对营养物的透性，通过酶的定位以限制它与相应底物的接触，以及调节代性，通过酶的定位以限制它与相应底物的接触，以及调节代谢流等。其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括谢流等。其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括“粗调粗调”和和“细调细调”两个方面，前者指调节酶合成量的诱导或阻遏机制，两个方面，前者指调节酶合成量的诱导或阻遏机制，后者指调节现成酶催化活力的反馈抑制机制，通过上述两者后者指调节现成酶催化活力的反馈抑制机制，通过上述两者的配合与协调，可达到最佳的代谢调节效果。的配合与协调，可达到最佳的代谢调节效果。二、代二、代谢调节谢调节在在发发酵工酵工业业中的中的应应用用 工业发酵的目的是大量积累人们所需要的微生物代工业发酵的目的是大量积累人们所需要的微生物代 谢产物。谢产物。在发酵工业中，调节微生物生命活动的方法很多，包括在发酵工业中，调节微生物生命活动的方法很多，包括生理水平、代谢途径水平和基因调控水平上的各种调节。生理水平、代谢途径水平和基因调控水平上的各种调节。代谢调节是指在代谢途径水平上对酶活性和酶合成的调节，代谢调节是指在代谢途径水平上对酶活性和酶合成的调节，目的是使微生物累积更多的为人类所需的有益代谢产物。目的是使微生物累积更多的为人类所需的有益代谢产物。以下举以下举3类通过调节初生代谢途径而提高发酵生产效率的类通过调节初生代谢途径而提高发酵生产效率的实例。实例。（一）应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节的（一）应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节的1.赖氨酸发酵赖氨酸发酵2.肌苷酸发酵肌苷酸发酵抗反馈控制突变株抗反馈控制突变株是是指对反馈抑制不敏感或对阻指对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性，或两者兼有之的遏有抗性，或两者兼有之的菌株。菌株。抗反馈控制突变株可以从抗反馈控制突变株可以从终产物结构类似物抗性突变终产物结构类似物抗性突变株和营养缺陷性回复突变株株和营养缺陷性回复突变株中获得。中获得。（二）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节（二）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节使胞内的代谢产物迅速渗漏出去使胞内的代谢产物迅速渗漏出去,解除末端产物的反馈抑制。解除末端产物的反馈抑制。1.用生理学手段用生理学手段 直接抑制膜的合成或使膜受缺损直接抑制膜的合成或使膜受缺损 如如:在在Glu发酵中把生物素浓度控制在发酵中把生物素浓度控制在亚适量亚适量可大量分泌可大量分泌Glu；控制生物素的含量可改变细胞膜的成分，进而改变膜透性；控制生物素的含量可改变细胞膜的成分，进而改变膜透性；当培养液中生物素含量较高时采用当培养液中生物素含量较高时采用适量添加青霉素适量添加青霉素的方法；的方法；2.利用膜缺损突变株利用膜缺损突变株 油酸缺陷型、甘油缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型；用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型；甘甘油油缺缺陷陷型型菌菌株株的的细细胞胞膜膜中中磷磷脂脂含含量量比比野野生生型型菌菌株株低低，易易造造成谷氨酸大量渗漏。成谷氨酸大量渗漏。（三）控制细胞膜渗透性（三）控制细胞膜渗透性