微生物发酵机理1

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1、第四节　代谢调节的人工控制微生物的正常代谢不会使代谢产物过量积累，发酵目的是尽可能多地积累代谢产物，以此必须打破微生物的代谢调节机制，使代谢产物大量积累。方法改变微生物的遗传学特性控制发酵条件一　改变微生物的遗传学特性（一）.营养缺陷型和渗透缺陷型突变菌株的应用1.营养缺陷型：原菌株由于发生突变，致使代谢途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某种物质的能力，必须在培养基中外源补加该营养物质才能正常生长的突变菌株。在培养过程中我们可以控制补加营养物质的量也不造成反馈调节（阻遏或抑制）。如ABCDE限量添加E，就会造成C大量积累枯草芽孢杆菌的精氨酸营养缺陷型，鸟氨酸积累量可到到2

2、5g/L.ABCFDGEABCFDGE协同反馈ABCFDGEABCFDGEH赖氨酸简介：谷物中不含的必须氨基酸。天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸半醛赖氨酸高丝氨酸甲硫氨酸苏氨酸异亮氨酸天冬氨酸激酶（AK)反馈抑制反馈阻遏谷氨酸棒状杆菌生产赖氨酸高丝氨酸脱氢酶(HSDH)利用谷氨酸棒状生产赖氨酸比利用大肠杆菌的优势：（1）　不存在天冬氨酸激酶或天冬氨酸半醛脱氢酶受阻遏的问题；（2）　赖氨酸分支的第一和第二个酶（双氢吡啶二羧酸合成酶和双氢吡啶二羧酸还原酶）不受赖氨酸的抑制或阻遏；（3）赖氨酸产生菌中缺少L-赖氨酸脱羧酶。肌苷酸生成菌株PRPP－磷酸核糖基焦磷酸IMP－肌苷酸S-AMP

3、－肌苷酸琥珀酸AMP－腺嘌呤5`－单磷酸XMP－黄苷酸GMP－鸟嘌呤5`－单磷酸PRPPIMPS-AMPAMPXMPGMPPRPP酰氨转移酶抑制IMP脱氢酶S-AMP合成酶肌苷酸简介：很好的高效调味品，也是重要的工业原料。产量达13g/L2.渗漏缺陷型(leakymutant):一种不完全遗传障碍营养缺陷型，能够自己合成某一代谢终产物但达不到反馈调节的浓度，所以不会造成反馈抑制而影响中间代谢产物的积累。与营养缺陷型的区别？（二）抗反馈调节突变菌株的应用抗反馈调节菌株：对反馈抑制作用不敏感，或对反馈阻遏有抗性，或二者兼而有之的菌株。抗反馈抑制突变菌株的获得途径：1.结构类似物抗

4、性突变菌株2.营养缺陷型回复突变菌株获得方法及其原理：结构类似物抗性突变菌株将接除了反馈抑制的突变菌株筛选出来A—某种氨基酸A`—某种氨基酸的类似物A`经过突变处理的菌株极少数大多数目标产物结构类似物赖氨酸S-（2氨基乙基）-L半胱氨酸-(AEC)苏氨酸-氨基--羟基戊酸（AHV)异亮氨酸乙硫氨酸精氨酸D-精氨酸苯丙氨酸对氟苯丙氨酸营养缺陷型回复突变菌株获得方法及其原理：营养缺陷型出发菌株催化亚基基因突变催化和调节亚基均突变催化亚基回复催化亚基和调节回复催化亚基完全回复催化亚基未完全回复抗反馈调节突变菌株与营养突变菌株比较：1.不受培养基中营养成分的限制，生产稳定；2.易

5、于筛选3.可有效防止回复突变，易于保存对于分支合成途径使用抗性突变菌株要和营养缺陷型结合育种，才会得到更高的产量。葡萄糖天冬氨酸天冬氨酸磷酸高丝氨酸苏氨酸AHVr甲硫氨酸Met-赖氨酸Lys-HDAK反馈抑制反馈阻遏黄色短杆菌的苏氨酸合成途径抗代谢类似物的筛选方法不含结构类似物含结构类似物3.抗分解阻遏突变体的应用例如：葡萄糖－脯氨酸，筛选抗分解阻遏突变体利用葡萄糖类似物选育蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶4.选育组成型突变株和超产突变株如果调节基因发生突变，以至产生无效的阻遏物而不能和操纵基因结合，或操纵基因突变，从而造成结构基因不受控制的转录，酶的生成将不再需要诱导剂或不再被末端

6、产物或分解代谢物阻遏，这样的突变株称为组成型突变株。少数情况下，组成型突变株可产生大量的、比亲本高的多的酶，这种突变株称为超产突变株。组成型突变株结构基因不受控制地转录，酶的生成将不再需要诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏。调节基因发生突变产生无效的阻遏物而不能与操纵基因结合操纵基因突变突变操纵基因不能与阻遏物结合组成型突变5.条件致死例如在抗生素和酶制剂生产过程中的应用。6.细胞膜通透性突变体的应用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。1.用生理学手段——直接抑制膜的合成或使膜受缺损如:在Glu发酵中把生物素浓度控制在亚适量可大量分泌Glu；控制生物素的

7、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适量添加青霉素的方法；再如：产氨短杆菌的核苷酸发酵中控制因素是Mn2+；Mn2+的作用与生物素相似。2.利用膜缺损突变株——油酸缺陷型、甘油缺陷型如:用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程中，有限制地添加油酸，合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸产量。甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易造成谷氨酸大量渗漏。应用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸过量的情况下，也可以获得大量谷氨酸。7.增加有关基因的数量增加结构基因或