微生物代谢调节和代谢工程新.pptx

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1、 微生物的生长过程中机体内的复杂代谢过程是微生物的生长过程中机体内的复杂代谢过程是相互协调和高度有序的，并对外环境的改变能迅相互协调和高度有序的，并对外环境的改变能迅速作出适应反应。速作出适应反应。我们的目的：我们的目的：让微生物建立新的代谢方式，高让微生物建立新的代谢方式，高浓度的积累人们所期望的产品。浓度的积累人们所期望的产品。第1页/共69页 u代谢调节u代谢工程第2页/共69页代谢调节代谢调节1 1、微生物的代谢类型和自我调节、微生物的代谢类型和自我调节2 2、酶活性调节、酶活性调节3 3、酶合成调节、酶合成调节4 4、分支生物合成途径调节、分支生物合成途径调节5 5、能荷调节、能荷调

2、节6 6、代谢调控（人为）、代谢调控（人为）7 7、次级代谢与次级代谢调节、次级代谢与次级代谢调节第3页/共69页微生物的自我调节 微生物体内物质的合成和降解是由其自我调控微生物体内物质的合成和降解是由其自我调控的。的。在单一有机化合物碳源的培养基中，大分子在单一有机化合物碳源的培养基中，大分子合成途径中各个环节配合的很好，效率高。合成途径中各个环节配合的很好，效率高。存在多种不同的碳源时，细胞会优先吸收某存在多种不同的碳源时，细胞会优先吸收某一碳源，在体内合成大量与代谢相关的酶类。一碳源，在体内合成大量与代谢相关的酶类。第4页/共69页分解途径合成代谢葡萄糖合成培养基中葡萄糖培养基中甘露糖抑

3、制？阻遏？第5页/共69页自我调节的部位自我调节的部位膜系统的选择性吸收。膜系统的选择性吸收。核内相关基因的调控表达。核内相关基因的调控表达。酶系在细胞基质内被分隔。酶系在细胞基质内被分隔。第6页/共69页酶活性的调节酶活性的调节调节的是已有酶的活性，是在调节的是已有酶的活性，是在酶化学酶化学水平水平上发生的调节。上发生的调节。包括酶活性的包括酶活性的激活激活和和抑制抑制两个方面。两个方面。酶合成的调节酶合成的调节调节的是酶分子的合成量，调节的是酶分子的合成量，是在是在遗传水平遗传水平上发生的调节上发生的调节包括酶合成的包括酶合成的诱导诱导和和阻遏阻遏二种水平上的重要的两种方式：二种水平上的重

4、要的两种方式：反馈抑制和反馈阻遏反馈抑制和反馈阻遏第7页/共69页酶活性调节酶的激活作用酶的激活作用酶的抑制作用酶的抑制作用第8页/共69页酶活性的调节机制酶活性的调节机制别构调节（变构调节）别构调节（变构调节）别构效应别构效应 ：底物或底物以外的物质底物或底物以外的物质和别构酶分子上的相应部位和别构酶分子上的相应部位可逆地非共价可逆地非共价结合后，结合后，通过酶分子构象的变化影响酶的催化活性，这种效应称为别构效应通过酶分子构象的变化影响酶的催化活性，这种效应称为别构效应 别构效应剂别构效应剂 ：引起别构效应的物质称为效应物：引起别构效应的物质称为效应物 别构激活剂别构激活剂：凡是和酶分子结合

5、后使酶反应速度加快的别构效应剂就称为别构激活剂：凡是和酶分子结合后使酶反应速度加快的别构效应剂就称为别构激活剂（正效应剂）（正效应剂）别构抑制剂：（负效应剂）别构抑制剂：（负效应剂）第9页/共69页 别构酶：具有别构效应的酶称之为别构酶：具有别构效应的酶称之为别构酶别构酶 别构酶通常能对反应起调节作用，是调节酶的一种。别构酶通常能对反应起调节作用，是调节酶的一种。第10页/共69页别构酶举例别构酶举例大肠杆菌（大肠杆菌（E.coli）天天冬氨酸转氨甲酰酶冬氨酸转氨甲酰酶（简称（简称ATCase）ATCase有二个底物和有二个底物和CTP、ATP二个别构效应剂二个别构效应剂Asp、ATP是别构激

6、活剂，是别构激活剂，CTP是别构抑制剂是别构抑制剂第11页/共69页ATCase（天冬氨酸转氨甲酰酶）（天冬氨酸转氨甲酰酶）ATCase的相对分子质量是的相对分子质量是310 000，由，由12条多肽链组成条多肽链组成每个调节亚基上有两个别构效应剂（每个调节亚基上有两个别构效应剂（CTP、ATP）的结合部位）的结合部位 完整有活性的酶催化亚基（三聚体）调节亚基（二聚体）第12页/共69页酶合成的调节诱导和阻遏诱导和阻遏 诱导：某种化合物作用下，导致某种酶合成或合成速率提高的现象。诱导：某种化合物作用下，导致某种酶合成或合成速率提高的现象。阻遏：某种化合物作用下，导致某种酶合成停止或合成速率降低

7、的现象。阻遏：某种化合物作用下，导致某种酶合成停止或合成速率降低的现象。第13页/共69页酶合成的诱导作用 组成酶：不依赖于酶底物或底物的结构类似物的存在二合成的酶。组成酶：不依赖于酶底物或底物的结构类似物的存在二合成的酶。诱导酶：依赖于某种底物或底物的结构类似物的存在而合成的酶。诱导酶：依赖于某种底物或底物的结构类似物的存在而合成的酶。第14页/共69页酶合成的阻遏酶合成的阻遏：在微生物代谢中，胞内某种产物酶合成的阻遏：在微生物代谢中，胞内某种产物的积累造成该产物合成途径中前面某种酶的合成的积累造成该产物合成途径中前面某种酶的合成受到阻碍。受到阻碍。末端产物阻遏：如果代谢产物是合成途径的终产

8、末端产物阻遏：如果代谢产物是合成途径的终产物，则为末端产物阻遏。物，则为末端产物阻遏。分解代谢产物阻遏：如果代谢产物是某种化合物分解代谢产物阻遏：如果代谢产物是某种化合物分解的中间产物，则为分解代谢产物阻遏。分解的中间产物，则为分解代谢产物阻遏。葡萄糖效应葡萄糖效应第15页/共69页酶合成的机制乳糖操纵子模型诱导和阻遏第16页/共69页分支生物合成途径的调节同工酶调节同工酶调节协同反馈抑制协同反馈抑制 增效（合作）反馈抑制增效（合作）反馈抑制 累积反馈抑制累积反馈抑制顺序反馈抑制顺序反馈抑制联合激活或抑制调节联合激活或抑制调节酶的共价修饰酶的共价修饰第17页/共69页天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨

9、酸半醛赖氨酸苏氨酸甲硫氨酸高丝氨酸AKHSDHAK：天冬氨酸激酶；HSDH：天冬氨酸脱氢酶第18页/共69页分支生物合成途径的调节同工酶：同工酶：E.coli 天冬氨酸族氨基酸合成，天冬氨酸激酶天冬氨酸族氨基酸合成，天冬氨酸激酶I、II、III。协同反馈调节：一种酶受到反馈调节，但需要一种以上终产物协同反馈调节：一种酶受到反馈调节，但需要一种以上终产物过量过量累加反馈调节：多个末端产物抑制第一个酶，单独只能部分抑累加反馈调节：多个末端产物抑制第一个酶，单独只能部分抑制或阻遏，总的效果是累加的制或阻遏，总的效果是累加的增效反馈调节：多个末端产物抑制第一个酶，多个末端产物抑增效反馈调节：多个末端产

10、物抑制第一个酶，多个末端产物抑制第一个酶，单独只能部分抑制或阻遏，总的效果是增效的制第一个酶，单独只能部分抑制或阻遏，总的效果是增效的第19页/共69页分支生物合成途径的调节顺序反馈调节：依次反馈调节顺序反馈调节：依次反馈调节联合激活或抑制调节：一种生物合成的中间产联合激活或抑制调节：一种生物合成的中间产物参与两个完全独立的、不交叉的合成途径的物参与两个完全独立的、不交叉的合成途径的控制。这种中间体物质浓度的变化会影响这两控制。这种中间体物质浓度的变化会影响这两个独立代谢途径的代谢效率。个独立代谢途径的代谢效率。如：肠细菌氨甲如：肠细菌氨甲酰磷酸合成酶的联合激活和抑制调节酰磷酸合成酶的联合激活

11、和抑制调节 第20页/共69页分支生物合成途径的调节酶的共价修饰酶的共价修饰 大肠杆菌谷胺酰胺合成酶大肠杆菌谷胺酰胺合成酶 由于共价修饰引起活力的改变由于共价修饰引起活力的改变 有无腺苷酰基有无腺苷酰基第21页/共69页中间产物中间产物 U V W末端产物末端产物t u v w 反馈抑制末端产物直线式抑制ABCDEFGHab c同工酶调节第22页/共69页能荷代谢 能荷：细胞中能荷：细胞中ATP、ADP、AMP系统中可为代谢反应功能的高能磷酸键的量度。系统中可为代谢反应功能的高能磷酸键的量度。表示式：表示式：P64（35）大肠杆菌的能荷在生长期间为大肠杆菌的能荷在生长期间为0.8，静止期为，静

12、止期为0.5。第23页/共69页代谢调控在人为条件的控制下，可以使微生物过量产在人为条件的控制下，可以使微生物过量产生各级初级代谢产物和次级代谢产物。生各级初级代谢产物和次级代谢产物。一般可以根据代谢调节理论，通过改变发酵一般可以根据代谢调节理论，通过改变发酵工艺条件如工艺条件如pH、温度、通气量、培养基的组、温度、通气量、培养基的组成和微生物遗传特性等，达到改变菌体内的成和微生物遗传特性等，达到改变菌体内的代代 谢平衡，过量产生所需要产物的目的。谢平衡，过量产生所需要产物的目的。第24页/共69页代谢调控代谢调控发酵条件的控制发酵条件的控制改变细胞的透性改变细胞的透性菌种遗传特性的改变菌种遗

13、传特性的改变第25页/共69页在生产中，如果发酵的条件不同，可能生成的主要在生产中，如果发酵的条件不同，可能生成的主要产物也不同。产物也不同。控制不同的发酵条件，影响微生物的代谢调节系统，控制不同的发酵条件，影响微生物的代谢调节系统，使其体内代谢按人们设想的方向进行。使其体内代谢按人们设想的方向进行。(一）发酵条件的控制一）发酵条件的控制第26页/共69页1.1.以谷氨酸生产工艺为例以谷氨酸生产工艺为例 各种发酵条件改变的影响各种发酵条件改变的影响 工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质而制取。质而制取。1957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并年

14、，日本率先采用微生物发酵法生产，并投入大规模工业化生产，这是被誉为现代发酵投入大规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业的重大创举，使发酵工业进入调节代谢的工业的重大创举，使发酵工业进入调节代谢的调控阶段。调控阶段。第27页/共69页产生菌株特点：产生菌株特点：革兰氏阳性革兰氏阳性不形成芽胞不形成芽胞没有鞭毛，不能运动没有鞭毛，不能运动需要生物素作为生长因子需要生物素作为生长因子在通气条件下才能产生谷氨酸。在通气条件下才能产生谷氨酸。第28页/共69页谷氨酸生物合成机理：谷氨酸生物合成机理：由三羧酸循环中产生的由三羧酸循环中产生的-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶和氢供体存在下进行还原酮戊二酸，在谷氨酸

15、脱氢酶和氢供体存在下进行还原性氨化作用而得到。性氨化作用而得到。第29页/共69页Production Process of L-Glutamic acid Sketch of main reaction in Corynebacterium glutamicumConnected with the citric acid cycly第30页/共69页不通发酵条件对谷氨酸产生菌代谢方向的影响不通发酵条件对谷氨酸产生菌代谢方向的影响发酵条件发酵条件 代谢方向代谢方向 通气通气 乳酸或琥珀酸乳酸或琥珀酸 谷氨酸谷氨酸NH4+a-酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸 谷氨酰胺谷氨酰胺生物素生物素 乳酸或琥

16、珀酸乳酸或琥珀酸 谷氨酸谷氨酸适量适量适量适量适量适量不足不足不足不足不足不足不足不足适量适量第31页/共69页2添加生物合成的前体添加生物合成的前体合成途径中增加其中一个前体的量，可以大幅度提高发酵产量。合成途径中增加其中一个前体的量，可以大幅度提高发酵产量。前体：前体：某些化合物在加入培养基后，能够直某些化合物在加入培养基后，能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去，接在生物合成过程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化，这类小分而自身的结构并未发生太大变化，这类小分子物质称为前体。子物质称为前体。第32页/共69页PEP色氨酸合成途径色氨酸合成途径邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸色

17、氨酸色氨酸邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸反反馈馈抑抑制制3-脱氧脱氧-2-酮酮-D-阿阿拉伯庚酮糖酸拉伯庚酮糖酸-7-P4-P-赤藓糖赤藓糖第33页/共69页3、其他条件的控制、其他条件的控制使用诱导物使用诱导物-生产相关酶类时，可以加入相应生产相关酶类时，可以加入相应的底物作为诱导物，可以有效增加这些酶的产量。的底物作为诱导物，可以有效增加这些酶的产量。培养基成分和浓度的控制培养基成分和浓度的控制-尽量避免由于培尽量避免由于培养基的不当使用引起的分解代谢阻遏。在发酵培养基的不当使用引起的分解代谢阻遏。在发酵培养基中通常采用适量的速效和迟效碳源、氮源的养基中通常采用适量的速效和迟效碳源、氮源的配比。

18、配比。第34页/共69页（二）改变细胞透性（二）改变细胞透性 发酵过程中，可以控制使用那些影响细胞发酵过程中，可以控制使用那些影响细胞膜通透性的物质作为培养基的成分，有利于膜通透性的物质作为培养基的成分，有利于代谢产物分泌出来，从而避免了末端产物的代谢产物分泌出来，从而避免了末端产物的反馈抑制调节。反馈抑制调节。第35页/共69页1.通过生理学手段控制细胞膜渗透性通过生理学手段控制细胞膜渗透性2.通过细胞膜缺损突变控制细胞膜渗透性通过细胞膜缺损突变控制细胞膜渗透性生物素谷氨酸细胞膜渗透性青霉素谷氨酸油酸缺陷型油酸第36页/共69页（三）菌种遗传特性的改变（三）菌种遗传特性的改变 改变微生物的遗

19、传特性，即改变酶的活性改变微生物的遗传特性，即改变酶的活性或酶的合成系统，使之对反馈调节不敏感，或酶的合成系统，使之对反馈调节不敏感，达到过量生产代谢产物的目的。达到过量生产代谢产物的目的。用于这样生产的菌株多为用于这样生产的菌株多为抗反馈调节突变抗反馈调节突变株株和和营养缺陷型菌株营养缺陷型菌株。第37页/共69页天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸半醛赖氨酸苏氨酸甲硫氨酸高丝氨酸AKHSDH第38页/共69页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抗反馈调节突变株：抗反馈调节突变株：对反馈抑制不敏感或对阻对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性或兼而有之的菌株。遏有抗性或兼而有之的菌

20、株。反馈抑制或阻遏或两者解除。反馈抑制或阻遏或两者解除。第39页/共69页分解途径合成代谢苏氨酸合成培养基中苏氨酸类似物抑抑制制或或阻阻遏遏解解除除第40页/共69页 利用营养缺陷型突变株生产的氨基酸利用营养缺陷型突变株生产的氨基酸产物产物 菌株菌株 营养缺陷型营养缺陷型 基质基质 效价效价（g/L）L-瓜氨酸瓜氨酸 枯草杆菌枯草杆菌 精氨酸精氨酸 葡萄糖葡萄糖 16L-赖氨酸赖氨酸 谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌 苏氨酸，蛋氨酸苏氨酸，蛋氨酸 葡萄糖葡萄糖 50L-尿氨酸尿氨酸 谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌 精氨酸精氨酸 葡萄葡萄糖糖 25L-苯丙氨酸苯丙氨酸 石蜡棒状杆菌石蜡棒状杆菌 酪氨酸

21、酪氨酸 正烷正烷烃烃 15L-苏氨酸苏氨酸 大肠杆菌大肠杆菌 Lys,Met,ILe 葡萄糖葡萄糖 20第41页/共69页工业上利用抗反馈调节突变株生产的氨基酸工业上利用抗反馈调节突变株生产的氨基酸产物产物 菌株菌株 所抗结构类似物所抗结构类似物 L-精氨酸精氨酸 谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌 D-精氨酸精氨酸L-组氨酸组氨酸 谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌 三唑丙氨酸三唑丙氨酸L-异亮氨酸异亮氨酸 短杆菌短杆菌 -氨基氨基-羟基戊酸羟基戊酸L-苏氨酸苏氨酸 短杆菌短杆菌 -氨基氨基-羟基戊酸羟基戊酸第42页/共69页次级代谢与次级代谢调节次级代谢与次级代谢调节初级代谢和次级代谢初级代谢和次级代

22、谢次级代谢的调节类型次级代谢的调节类型第43页/共69页（一）初级代谢和次级代谢（一）初级代谢和次级代谢初级代谢：初级代谢：普遍存在于生物中的代谢类型，普遍存在于生物中的代谢类型，微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。的物质和能量的过程，称为初级代谢。初级代谢产物：初级代谢产物：单糖、核苷酸、脂肪酸等单糖、核苷酸、脂肪酸等单体，以及由他们组成的各种大分子聚合物单体，以及由他们组成的各种大分子聚合物如蛋白质、核酸等，是有机体生存必不可少如蛋白质、核酸

23、等，是有机体生存必不可少的物质。的物质。第44页/共69页次级代谢：次级代谢：某些微生物为了避免代谢过程中，某些微生物为了避免代谢过程中，某种代谢产物的积累造成的不利作用，而产生某种代谢产物的积累造成的不利作用，而产生的一类有利于生存的代谢类型。的一类有利于生存的代谢类型。次级代谢产物：次级代谢产物：在次级代谢途径中合成的产在次级代谢途径中合成的产物，不是微生物生长所必需的，种类很多，如物，不是微生物生长所必需的，种类很多，如氨基糖衍生物等。氨基糖衍生物等。第45页/共69页 次级代谢不同于初级代谢。初级代谢自始至终次级代谢不同于初级代谢。初级代谢自始至终贯穿于细胞的生活周期中，对外界环境变化

24、敏感贯穿于细胞的生活周期中，对外界环境变化敏感性小，其合成酶专一性强性小，其合成酶专一性强。而次级代谢仅在而次级代谢仅在细胞体生长的某个阶段产生，细胞体生长的某个阶段产生，对外界环境变化敏感，合成酶专一性不强对外界环境变化敏感，合成酶专一性不强。现代抗生素的定义现代抗生素的定义:由某些微生物产生的化由某些微生物产生的化学物质学物质,能抑制微生物和其他细胞增殖的物质叫能抑制微生物和其他细胞增殖的物质叫做抗生素。做抗生素。第46页/共69页第47页/共69页（二）次级代谢的调节类型（二）次级代谢的调节类型总体类型包括：总体类型包括：酶的合成诱导和阻遏酶的合成诱导和阻遏 酶活性的激活和抑制酶活性的激

25、活和抑制细分类型包括：氮分解产物调节、碳分解细分类型包括：氮分解产物调节、碳分解 产物调节和磷酸盐调节等等。产物调节和磷酸盐调节等等。第48页/共69页反馈调节反馈调节1、次级代谢产物的自身反馈调节，包括反馈、次级代谢产物的自身反馈调节，包括反馈抑制和反馈阻遏。抑制和反馈阻遏。第49页/共69页2、分解代谢产物调节、分解代谢产物调节 碳的分解产物和氮的分解产物反馈调节作碳的分解产物和氮的分解产物反馈调节作用存在于次级代谢中。用存在于次级代谢中。如葡萄糖抑制发酵中青霉素、春日霉素、如葡萄糖抑制发酵中青霉素、春日霉素、吲哚霉素、放线菌素等抗生素的合成。吲哚霉素、放线菌素等抗生素的合成。链霉素产生菌

26、培养中，铵盐作唯一氮源时，链霉素产生菌培养中，铵盐作唯一氮源时，可对链霉素合成产生抑制作用。可对链霉素合成产生抑制作用。第50页/共69页3、初级代谢产物的调节、初级代谢产物的调节 3.1 初级代谢产物和次级代谢产物的合成初级代谢产物和次级代谢产物的合成之间有一条共同的合成途径，当初级代谢产之间有一条共同的合成途径，当初级代谢产物积累时，反馈抑制了某一步反应的进行，物积累时，反馈抑制了某一步反应的进行，而最终抑制了次级代谢产物的合成。而最终抑制了次级代谢产物的合成。第51页/共69页-酮戊二酸酮戊二酸青霉素合成途径调节青霉素合成途径调节高柠檬酸合成酶高柠檬酸合成酶-腺苷酸腺苷酸-氨基己二酸氨基

27、己二酸-o氨基己二酸氨基己二酸反反馈馈抑抑制制高柠檬酸高柠檬酸乙酰乙酰CoA青霉素青霉素G-（-氨基己二酸酰）氨基己二酸酰）-L-L-半胱氨酸半胱氨酸赖氨酸赖氨酸反馈阻遏反馈阻遏第52页/共69页 3.2初级代谢产物直接参与次级代谢产物的生物合成，当初级代谢产物积累，初级代谢产物直接参与次级代谢产物的生物合成，当初级代谢产物积累，反馈抑制自身的合成，同时也影响了次级代谢产物的合成。反馈抑制自身的合成，同时也影响了次级代谢产物的合成。第53页/共69页 4 4磷酸盐的调节磷酸盐的调节磷磷酸酸盐盐不不仅仅是是菌菌体体生生长长的的主主要要限限制制性性营营养养成成分分，还还是是调调节节抗抗生生素素生生

28、物物合合成成的的重重要要参参数数。其其机机制制按按效效应应剂剂说说有有直直接接作作用用，即即磷磷酸酸盐盐自自身身影影响响抗抗生生素素合合成成，可可能能通通过过抑抑制制相相关关酶酶的的活活性性。间间接接作作用用，即即磷磷酸酸盐盐调调节节胞胞内内其其他他效效应应剂剂(如如ATP、腺腺苷苷酸酸能能量量负负荷荷和和cAMP)，进进而影响抗生素合成。而影响抗生素合成。已已发发现现过过量量磷磷酸酸盐盐对对四四环环素素、氨氨基基糖糖苷苷类类和和多多烯烯大大环环内内酯酯等等32种种抗抗生生素素的的合合成成产产生生阻阻抑抑作用。作用。第54页/共69页 利用基因工程技术，定向改造细胞代谢途径，并与基因调控、代谢

29、调控相结合，利用基因工程技术，定向改造细胞代谢途径，并与基因调控、代谢调控相结合，构建新的代谢途径构建新的代谢途径 包括三种代谢工程设计方法：包括三种代谢工程设计方法：改变代谢途径改变代谢途径 扩展代谢途径扩展代谢途径 构建新的代谢途径构建新的代谢途径代谢工程概述代谢工程概述第55页/共69页ACBDF加速加速代谢旁路代谢旁路缺失缺失E扩展途径扩展途径G新新途途径径H三种方法的简易图示三种方法的简易图示第56页/共69页（一）改变代谢途径（一）改变代谢途径 改变分支代谢途径的流向，阻断其他代谢途径的合成，提高目的产物。改变分支代谢途径的流向，阻断其他代谢途径的合成，提高目的产物。第57页/共6

30、9页1.加速限速反应（以头孢霉素加速限速反应（以头孢霉素C为例）为例）青霉素青霉素N是头胞霉素合成的中间体是头胞霉素合成的中间体用顶头孢发酵时发现用顶头孢发酵时发现青霉素青霉素N的积累的积累下一步酶反应是头胞霉素合成的限速步骤下一步酶反应是头胞霉素合成的限速步骤乙酰氧基头胞霉素乙酰氧基头胞霉素C合成酶合成酶克隆了这个酶的基因（克隆了这个酶的基因（cefEF），并转化到顶头孢中），并转化到顶头孢中转化子头胞霉素转化子头胞霉素C产量提高了产量提高了ACB加速加速第58页/共69页2.改变分支代谢流向改变分支代谢流向 提高代谢分支点的某一代谢途径酶系的活性，提高代谢分支点的某一代谢途径酶系的活性，在

31、与另外的分支代谢途径的竞争中占优势在与另外的分支代谢途径的竞争中占优势 在在lys合成中，选育出解除了反馈抑制和缺失合成中，选育出解除了反馈抑制和缺失高丝氨酸脱氢酶的突变株，提高了高丝氨酸脱氢酶的突变株，提高了lys产量产量ABD缺失缺失第59页/共69页天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸半醛赖氨酸苏氨酸甲硫氨酸高丝氨酸AKHSDH第60页/共69页3.构建代谢旁路构建代谢旁路 大肠杆菌糖代谢的末端产物乙酸达到一定浓度时会大肠杆菌糖代谢的末端产物乙酸达到一定浓度时会对细胞的生长产生抑制作用对细胞的生长产生抑制作用 将枯草杆菌乙酰乳酸合成酶基因克隆到大肠杆菌，将枯草杆菌乙酰乳酸合成酶基因克隆到大肠杆菌

32、，使大肠杆菌中乙酸浓度保持在不引起细胞中毒的浓使大肠杆菌中乙酸浓度保持在不引起细胞中毒的浓度以下度以下ACBF代谢旁路代谢旁路第61页/共69页（二）（二）扩展代谢途径扩展代谢途径在引入外源基因后，使原来的代谢途径向后延伸，产在引入外源基因后，使原来的代谢途径向后延伸，产生新的代谢产物生新的代谢产物使原来的代谢途径向前延伸，可以利用新的原料合成使原来的代谢途径向前延伸，可以利用新的原料合成代谢产物代谢产物ABDEE第62页/共69页酿酒酵母不能直接利用淀粉产生乙醇酿酒酵母不能直接利用淀粉产生乙醇将淀粉酶基因克隆转化后，表达效率很低将淀粉酶基因克隆转化后，表达效率很低用巴斯德毕氏酵母抗乙醇阻遏的

33、醇氧化酶基因启动子表达淀粉酶基因，效率较用巴斯德毕氏酵母抗乙醇阻遏的醇氧化酶基因启动子表达淀粉酶基因，效率较高高第63页/共69页（三）转移或构建新的代谢途径（三）转移或构建新的代谢途径克隆少数基因，使原来无关连的两条代谢途径联系起来，形成新的途径，合成新克隆少数基因，使原来无关连的两条代谢途径联系起来，形成新的途径，合成新的产物的产物将催化某一代谢途径的基因组克隆到另一微生物中，使之发生代谢转移，产生目将催化某一代谢途径的基因组克隆到另一微生物中，使之发生代谢转移，产生目的产物的产物第64页/共69页1.1.转移代谢途径转移代谢途径 真氧产碱菌（真氧产碱菌（Alcaligenes eutro

34、phus）可产生）可产生聚羟基丁酸（聚羟基丁酸（PHB）和聚羟基烷酸（）和聚羟基烷酸（PHA）将将A.eutrophus PHB多聚酶、硫解酶和还原多聚酶、硫解酶和还原酶基因在内的酶基因在内的 PHB 操纵子一起克隆到大肠杆菌操纵子一起克隆到大肠杆菌中中ABDG新新途途径径H第65页/共69页2.构建新的代谢途径构建新的代谢途径 将质粒定向插入将质粒定向插入Saccharopolyspora eryfhraea的编码红霉素合成途径中第一个酶的编码红霉素合成途径中第一个酶 reyF 基因中基因中 使该菌合成一种新的抗生素使该菌合成一种新的抗生素 6-脱氧合霉素脱氧合霉素A 在胃中低在胃中低 pH 中比合霉素稳定中比合霉素稳定第66页/共69页作业：如何区分酶合成调节和酶活性调节。作业：如何区分酶合成调节和酶活性调节。第67页/共69页中间体：是指养分或基质进入一途径后被转化为一种或多种不同的物质，它们均被进一步代谢，最终获得该途径的终产物。前体与中间体：有时它们指同一物质。第68页/共69页感谢您的观看。第69页/共69页