發(fā)酵機(jī)制9-10ppt課件

1、微生物的代謝與機(jī)制周世微生物的代謝控制微生物的代謝控制代謝的人工控制：人為地打破微生物細(xì)胞內(nèi)代謝的代謝的人工控制：人為地打破微生物細(xì)胞內(nèi)代謝的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使細(xì)胞過(guò)量積累目的代謝產(chǎn)物。自動(dòng)調(diào)節(jié)，使細(xì)胞過(guò)量積累目的代謝產(chǎn)物。代謝控制發(fā)酵：代謝控制發(fā)酵：利用生物化學(xué)和遺傳學(xué)的原理，控制培養(yǎng)條件原利用生物化學(xué)和遺傳學(xué)的原理，控制培養(yǎng)條件原料成分、氧、料成分、氧、pHpH、溫度等），使微生物代謝朝向、溫度等），使微生物代謝朝向人們希望的方向進(jìn)行，過(guò)量積累代謝產(chǎn)物。人們希望的方向進(jìn)行，過(guò)量積累代謝產(chǎn)物。代謝控制育種：代謝控制育種：通過(guò)遺傳變異來(lái)改變微生

2、物的正常代謝，使某種代通過(guò)遺傳變異來(lái)改變微生物的正常代謝，使某種代謝產(chǎn)物形成和積累。謝產(chǎn)物形成和積累。代謝控制育種代謝控制育種 目的代謝產(chǎn)物大量累積目的代謝產(chǎn)物大量累積人為打破自動(dòng)調(diào)節(jié)，改變代謝流向人為打破自動(dòng)調(diào)節(jié)，改變代謝流向減少或切斷支路產(chǎn)物的形成減少或切斷支路產(chǎn)物的形成提高細(xì)胞膜的通透性提高細(xì)胞膜的通透性減少育種的盲目性減少育種的盲目性初級(jí)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)，成效顯著初級(jí)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)，成效顯著次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)，效果不明顯次生代謝產(chǎn)物生產(chǎn)，效果不明顯代謝調(diào)控育種的措施代謝調(diào)控育種的措施 人工育種控制措施人工育種控制措施 針對(duì)細(xì)胞正常代謝時(shí)的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制針對(duì)細(xì)胞正常代謝時(shí)的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制 營(yíng)養(yǎng)缺陷型

3、突變營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變 條件解除反饋調(diào)節(jié)條件解除反饋調(diào)節(jié) 條件控制膜透性條件控制膜透性 滲漏營(yíng)養(yǎng)缺陷突變滲漏營(yíng)養(yǎng)缺陷突變 解除反饋調(diào)節(jié)解除反饋調(diào)節(jié) 營(yíng)養(yǎng)缺陷營(yíng)養(yǎng)缺陷回復(fù)突變回復(fù)突變 解除反饋調(diào)節(jié)解除反饋調(diào)節(jié) 結(jié)構(gòu)類似物結(jié)構(gòu)類似物抗性突變抗性突變 解除反饋調(diào)節(jié)解除反饋調(diào)節(jié) (一解除目的產(chǎn)物對(duì)合成途徑的反饋調(diào)節(jié)-代謝控制育種1、應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株條件解除反饋抑制 營(yíng)養(yǎng)缺陷型auxotroph： 因某種突變的結(jié)果而失去合成某種生長(zhǎng)及代謝所需物質(zhì)生長(zhǎng)因子的能力的突變菌株。必須在培養(yǎng)基中補(bǔ)加該物質(zhì)，否則不能生長(zhǎng)。反饋抑制：反饋?zhàn)瓒簦?高絲氨酸脫氫酶高絲氨酸脫氫酶蛋氨酸(AK)蘇氨酸、賴氨酸蘇氨酸、賴氨酸異

4、亮氨酸例：高絲氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株(Hser-)條件解除Thr+Lys)對(duì)AK的協(xié)同反饋抑制 Hser -不能合成高絲氨酸，進(jìn)而不能合成蘇氨酸和蛋氨酸，在補(bǔ)給適量的高絲氨酸或蘇氨酸和蛋氨酸的條件下，可大量積累賴氨酸。Hser-的篩選： 野生型菌株誘變CM培養(yǎng)基分離挑選Hser-突變株 CM MM MM+Hser野生型 + + +Hser- + +2 2、應(yīng)用滲漏營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株、應(yīng)用滲漏營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株(leakage (leakage mutant)mutant)解除反饋抑制解除反饋抑制概念：概念：HserlHserl細(xì)胞能合成細(xì)胞能合成HserHser，但合成的量，但合成的量?jī)H能維持細(xì)胞的

5、最低生長(zhǎng)，胞內(nèi)的濃度僅能維持細(xì)胞的最低生長(zhǎng)，胞內(nèi)的濃度達(dá)不到進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的濃度。達(dá)不到進(jìn)行反饋調(diào)節(jié)的濃度。例：利用例：利用HserlHserl解除解除Thr+Lys)Thr+Lys)對(duì)對(duì)AKAK的協(xié)同的協(xié)同反饋抑制，同時(shí)不需補(bǔ)充反饋抑制，同時(shí)不需補(bǔ)充HserHser等等挑選：挑選： Hser - Hser - 誘變誘變 挑選在挑選在MMMM上生長(zhǎng)上生長(zhǎng)緩慢而且菌落小的回復(fù)突變株緩慢而且菌落小的回復(fù)突變株3 3、應(yīng)用抗反饋調(diào)節(jié)突變株解除反饋調(diào)節(jié)、應(yīng)用抗反饋調(diào)節(jié)突變株解除反饋調(diào)節(jié) （結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株）（結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株）抗反饋調(diào)節(jié)突變株：是指一種對(duì)反饋抑制不抗反饋調(diào)節(jié)突變株：是指一種對(duì)反饋

6、抑制不敏感或?qū)ψ瓒粲锌剐缘慕M成型突變株，或敏感或?qū)ψ瓒粲锌剐缘慕M成型突變株，或兼而有之的突變株。兼而有之的突變株。結(jié)構(gòu)類似物結(jié)構(gòu)類似物 analog analog抗代謝物抗代謝物antimetaboliteantimetabolite） 是一種與初級(jí)代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似但缺乏是一種與初級(jí)代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似但缺乏生理功能的化合物。生理功能的化合物。例例1 1：黃色短桿菌：黃色短桿菌AHVrAHVr突變株可解除蘇氨酸突變株可解除蘇氨酸ThrThr的反饋抑制而積累蘇氨酸的反饋抑制而積累蘇氨酸 (AK) Threonine AHV a-Amino-b-hydroxyvaleric acid 蘇氨酸結(jié)構(gòu)類似物

7、 a-氨基-b-羥戊酸突變前 突變后 抗反饋抑制突變的機(jī)制 Lys AEC S-(2-氨基-乙基）-L-半胱氨酸例2：谷氨酸棒桿菌的(Thr+AEC)r突變株可解除Thr+Lys)對(duì)天冬氨酸激酶AK的協(xié)同反饋抑制而積累Lys高絲氨酸脫氫酶高絲氨酸脫氫酶(Thr+AEC)r抗結(jié)構(gòu)類似物突變株抗結(jié)構(gòu)類似物突變株(Thr+AEC)r(Thr+AEC)r的篩選的篩選將誘變以后的菌懸液涂布在特定的基本培養(yǎng)基上加入致死量的AEC+Thr)，在此平板上長(zhǎng)出的菌落即為(Thr+AEC)r菌株。驗(yàn)證長(zhǎng)出的突變株是否真正解除的反饋調(diào)節(jié)-能否過(guò)量積累Lys。其它可能出現(xiàn)AECr突變的情況細(xì)胞膜對(duì)AEC透性的改變細(xì)胞

8、內(nèi)出現(xiàn)分解AEC的酶篩選突變株中常用的幾種結(jié)構(gòu)類似物積累的物質(zhì)積累的物質(zhì) 結(jié)構(gòu)類似物結(jié)構(gòu)類似物 Arg Arg 刀豆氨酸刀豆氨酸 Phe Phe 對(duì)對(duì)- -氟苯丙氨酸、噻氟苯丙氨酸、噻恩基丙氨酸恩基丙氨酸 Trp 5- Trp 5-甲基色氨酸、甲基色氨酸、6-6-甲基色氨酸甲基色氨酸 Val a- Val a-氨基丁酸鹽氨基丁酸鹽 Ile Val Ile Val Met a- Met a-氨基氨基-4-4-乙硫基丁乙硫基丁酸酸 腺嘌呤腺嘌呤 2,6- 2,6-二氨基嘌呤二氨基嘌呤 尿嘧啶尿嘧啶 5- 5-氟尿嘌呤氟尿嘌呤關(guān)于結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株的篩選關(guān)于結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株的篩選測(cè)定致死濃度測(cè)

9、定致死濃度用相應(yīng)的氨基酸解除反饋?zhàn)饔糜孟鄳?yīng)的氨基酸解除反饋?zhàn)饔每顾幮灾饾u提高效果好抗藥性逐漸提高效果好4 4、應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變解除反饋抑、應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變解除反饋抑制制營(yíng)養(yǎng)缺陷型的機(jī)制之一酶的催化部位發(fā)生改變，失去催化活性酶的催化部位和調(diào)節(jié)部位同時(shí)改變營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變株的機(jī)制催化部位和調(diào)節(jié)部位同時(shí)發(fā)生回復(fù)突變催化部位回復(fù)但調(diào)節(jié)部位沒(méi)有回復(fù) 野生型 營(yíng)養(yǎng)缺陷型 回復(fù)突變營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變解除反饋抑制營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變解除反饋抑制（二提高細(xì)胞對(duì)目的產(chǎn)物的通透性（二提高細(xì)胞對(duì)目的產(chǎn)物的通透性發(fā)酵工業(yè)上用的菌株對(duì)細(xì)胞透性的要求發(fā)酵工業(yè)上用的菌株對(duì)細(xì)胞透性的要求 容許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞容許營(yíng)

10、養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞 對(duì)中間產(chǎn)物的透性不大對(duì)中間產(chǎn)物的透性不大形成目的產(chǎn)物可盡快透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入環(huán)境形成目的產(chǎn)物可盡快透過(guò)細(xì)胞膜進(jìn)入環(huán)境1 1、應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株條件控制細(xì)胞膜、應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株條件控制細(xì)胞膜的透性的透性-代謝控制育種代謝控制育種例：例：C. glutamicumC. glutamicum的谷氨酸發(fā)酵，細(xì)胞膜的谷氨酸發(fā)酵，細(xì)胞膜對(duì)產(chǎn)物的通透性不好，從而影響產(chǎn)物的分對(duì)產(chǎn)物的通透性不好，從而影響產(chǎn)物的分泌和積累。泌和積累。生物素缺陷型突變株生物素缺陷型突變株VH- VH- ） ：添加亞適：添加亞適量的生物素：減弱脂肪酸的合成，提高細(xì)量的生物素：減弱脂肪酸的合成，提高細(xì)胞膜的透性。即一定量合成主體膜，但不胞膜的透性。即一定量合成主體膜，但不足。足。油酸缺陷型突變株：限量添加油酸可提高膜油酸缺陷型突變株：限量添加油酸可提高膜不完整的對(duì)谷氨酸的透性