微生物代谢调控.ppt

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1、微生物代谢调控微生物代谢调控现在学习的是第1页，共14页现在学习的是第2页，共14页现在学习的是第3页，共14页 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型的专利，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，然后再以产期杆菌或不，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基庚二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赖氨酸。酸脱羧酶，将二氨基庚二酸脱去羧基形成赖氨酸。二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸赖氨酸现在学习的是第

2、4页，共14页一步发酵法一步发酵法现在学习的是第5页，共14页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，但又不至于造成反限量供给，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馈调节（阻遏或抑制），这样才能有利于菌株积累中间产物。产物。在高丝氨酸缺陷型中，由于在高丝氨酸缺陷型中，由于缺乏催化天冬氨酸缺乏催化天冬氨酸-B-B-半醛为高半醛为高丝氨酸的高丝氨酸脱氢酶，因丝氨酸的高丝氨酸脱氢酶，

3、因而丧失了合成高丝氨酸的能力而丧失了合成高丝氨酸的能力。这就一方面切断了生物合成。这就一方面切断了生物合成苏氨酸和蛋氨酸的支路代谢，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、赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制，使赖氨酸得以积同反馈抑制，使赖氨酸得以积累。累。现在学习的是第6页，共14页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

4、降而不是完全丧失。因此，渗漏因此，渗漏缺陷型能够少量地合成某一种代谢最终产物，能在基缺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的最终产物，所以不会造成反馈抑制而影响中成过量的最终产物，所以不会造成反馈抑制而影响中间代谢产物的积累。间代谢产物的积累。现在学习的是第7页，共14页一、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株。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育种的主选育抗类似物突变株，是目前微生物代谢

5、控制育种的主流。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。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，因此在另外，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。发酵生产上被广泛采用。现在学习的是第8页，共14页 我们知道正常的合成代谢的最终产物能与阻遏蛋白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，以及变构酶相结合，对于有关酶的合成具有阻遏作用，对于合成途径的第一个酶具有反馈抑制作用。对于合成途径的第一个酶具有反馈抑制作用

6、。由于这种结合是可逆的，所以当代谢最终产物例如由于这种结合是可逆的，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，它就不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，这时有关的酶合成以及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。它们的催化作用便又可继续进行。现在学习的是第9页，共14页 代谢拮抗物的作用机制是代谢拮抗物由于与代谢产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，物结构相似，所以同样能与阻遏物以及变构酶相结合，可是它们往往不能代替正常的氨基酸而合成为蛋白

7、质，可是它们往往不能代替正常的氨基酸而合成为蛋白质，也就是说它们在细胞中的浓度不会降低，因此与阻遏物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合是不可逆的。这就使得有关的酶不可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，或是酶的催化作用不可逆地被抑制。逆地停止了合成，或是酶的催化作用不可逆地被抑制。现在学习的是第10页，共14页 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，使变构酶调节发生突变，使变构酶调节部位不再能与代谢拮抗物相结合。这种突

8、变型就是一个抗反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变的变构酶相结似，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最终产物，但仍能继合。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。续不断地合成。现在学习的是第11页，共14页 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，使阻遏物不能发生突变，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抗再与代谢拮抗物结合，

9、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。在这一物的抗性突变株，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变突变型中，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产的阻遏蛋白相结合，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。物，仍能不断地合成有关的酶。现在学习的是第12页，共14页 选用抗代谢拮抗物突变株是应用代谢调节控制理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，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。故首故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。突变的菌株，产量才会大幅度提高。现在学习的是第13页，共14页现在学习的是第14页，共14页