微生物代谢调控1

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1、微生物生物合成途径的遗传控制第一节切断支路代谢第二节解除微生物自身反馈抑制生物合成途径的遗传控制生物合成途径的遗传控制是通过诱变来实现的；这种突变不仅包括结构基因的突变，而且包括调节基因的突变。1、切断支路代谢2、解除微生物自身反馈调节抑制3、增加前体物的合成4、去除终产物第一节切断支路代谢要实现切断支路代谢，可通过选育营养缺陷突变株或渗漏缺陷突变株而达到。渗漏缺陷型是由于这种突变是使它的某一种酶的活性下降而不是完全丧失，能够少量地合成某一种代谢终产物，能在基本培养基上进行少量的生长。营养缺陷型就是菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某

2、些物质的能力，必须在培养中外源补加该营养物质才能生长的突变型菌株。eg：赖氨酸发酵1956年，报道了二步发酵法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，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。二氨基庚二酸赖氨酸eg：赖氨酸发酵1958年，报道了利用谷氨酸小球菌的高丝氨酸或蛋氨酸与苏氨酸营养缺陷型，以糖质原料直接发酵产生大量赖氨酸的研究；之后出现了采用谷氨酸小球菌的营养缺陷型直接发酵产生赖氨酸的研究；我国报道了利用北京棒状杆菌的营养缺陷型生产赖氨酸的研究工作。

3、一步发酵法营养缺陷型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。在高丝氨酸缺陷型中，由于缺乏催化天冬氨酸-B-半醛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，使天冬氨酸半醛这一中间产物全部转入赖氨酸的合成。另一方面通过限量添加高丝氨酸，可使蛋氨酸、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反馈抑制，使赖氨酸得以积累。渗透缺陷型该突变是使酶的活性

4、下降而不是完全丧失。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间代谢产物的积累。第二节解除微生物自身反馈抑制一、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。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，因此在发酵生产上被广泛采用。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

5、合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，这时有关的酶合成以及它们的催化作用便又可继续进行。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。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结构基因发生突变，

6、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。另一可能的途径是调节基因发生突变，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。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。

7、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。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突变的菌株，产量才会大幅度提高。谢谢~~