代謝調(diào)節(jié)與代謝工程ppt課件

1、代謝調(diào)理與代謝工程(1).直線(xiàn)式代謝途徑中的反響抑制：直線(xiàn)式代謝途徑中的反響抑制：蘇氨酸脫氨酶蘇氨酸脫氨酶蘇氨酸蘇氨酸-酮丁酸酮丁酸異亮氨酸異亮氨酸反響抑制反響抑制其它實(shí)例：谷氨酸棒桿菌的精氨酸合成其它實(shí)例：谷氨酸棒桿菌的精氨酸合成(2).分支代謝途徑中的反響抑制：分支代謝途徑中的反響抑制：在分支代謝途徑中，反響抑制的情況較為復(fù)雜，為在分支代謝途徑中，反響抑制的情況較為復(fù)雜，為了防止在一個(gè)分支上的產(chǎn)物過(guò)多時(shí)不致同時(shí)影響另了防止在一個(gè)分支上的產(chǎn)物過(guò)多時(shí)不致同時(shí)影響另一分支上產(chǎn)物的供應(yīng)，微生物開(kāi)展出多種調(diào)理方式。一分支上產(chǎn)物的供應(yīng)，微生物開(kāi)展出多種調(diào)理方式。主要有：主要有： 同功酶的調(diào)理，同功酶的

2、調(diào)理， 順序反響，協(xié)同反響，順序反響，協(xié)同反響，積累反響調(diào)理等。積累反響調(diào)理等。3.2.3 反響抑制的類(lèi)型反響抑制的類(lèi)型代謝調(diào)理與代謝工程(1)(1)同功酶調(diào)理同功酶調(diào)理isoenzymeisoenzyme定義：催化一樣的生化反響，而酶分子構(gòu)造有差別的定義：催化一樣的生化反響，而酶分子構(gòu)造有差別的一組酶。一組酶。意義：在一個(gè)分支代謝途徑中，假設(shè)在分支點(diǎn)以前的意義：在一個(gè)分支代謝途徑中，假設(shè)在分支點(diǎn)以前的一個(gè)較早的反響是由幾個(gè)同功酶催化時(shí)，那么分支一個(gè)較早的反響是由幾個(gè)同功酶催化時(shí)，那么分支代謝的幾個(gè)最終產(chǎn)物往往分別對(duì)這幾個(gè)同功酶發(fā)生代謝的幾個(gè)最終產(chǎn)物往往分別對(duì)這幾個(gè)同功酶發(fā)生抑制造用。抑制造用

3、。某一產(chǎn)物過(guò)量?jī)H抑制相應(yīng)酶活，某一產(chǎn)物過(guò)量?jī)H抑制相應(yīng)酶活，對(duì)其他產(chǎn)物沒(méi)影響。對(duì)其他產(chǎn)物沒(méi)影響。舉例：大腸桿菌的天冬氨酸族氨基酸合成的調(diào)理舉例：大腸桿菌的天冬氨酸族氨基酸合成的調(diào)理代謝調(diào)理與代謝工程代謝調(diào)理與代謝工程(2)(2)協(xié)同反響抑制協(xié)同反響抑制定義：分支代謝途徑中幾個(gè)末端產(chǎn)物同時(shí)過(guò)量時(shí)才干抑制定義：分支代謝途徑中幾個(gè)末端產(chǎn)物同時(shí)過(guò)量時(shí)才干抑制共同途徑中的第一個(gè)酶的一種反響調(diào)理方式。共同途徑中的第一個(gè)酶的一種反響調(diào)理方式。舉例：谷氨酸棒桿菌舉例：谷氨酸棒桿菌Corynebacterium glutamicum多粘芽孢桿菌多粘芽孢桿菌Bacillus polymyxa天冬氨酸族氨基酸合成中天

4、冬氨酸激酶受賴(lài)氨酸和天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受賴(lài)氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反響抑制和阻遏。蘇氨酸的協(xié)同反響抑制和阻遏。代謝調(diào)理與代謝工程 天冬氨酸天冬氨酸 E,R 4-磷酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸E天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛E,R E二氫吡啶二羧酸二氫吡啶二羧酸 同型絲氨酸同型絲氨酸同型絲氨酸磷酸同型絲氨酸磷酸E,R R O-琥珀酰同型絲氨酸琥珀酰同型絲氨酸 蘇氨酸蘇氨酸 E,R六氫吡啶二羧酸六氫吡啶二羧酸 胱硫醚胱硫醚 2-酮丁酸酮丁酸 R 二氨基庚二酸二氨基庚二酸同型半胱氨酸同型半胱氨酸 R 賴(lài)氨酸賴(lài)氨酸 甲硫氨酸甲硫氨酸 異亮氨酸異亮氨酸天冬氨酸族天冬氨酸族谷氨酸棒谷氨酸棒桿菌桿菌代謝調(diào)理與

5、代謝工程協(xié)作反響抑制協(xié)作反響抑制定義：兩種末端產(chǎn)物同時(shí)存在時(shí)，共同的反響抑制造用大于二定義：兩種末端產(chǎn)物同時(shí)存在時(shí)，共同的反響抑制造用大于二者單獨(dú)作用之和。者單獨(dú)作用之和。舉例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受舉例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和和GMP 和和IMP的協(xié)作反響抑制，二者共同存在時(shí)，可以完的協(xié)作反響抑制，二者共同存在時(shí)，可以完全抑制該酶的活性。而二者單獨(dú)過(guò)量時(shí)，分別抑制其活性的全抑制該酶的活性。而二者單獨(dú)過(guò)量時(shí)，分別抑制其活性的70%和和10%。代謝調(diào)理與代謝工程(3)積累反響抑制積累反響抑制定義：每一分支途徑末端產(chǎn)物按一定百分比單獨(dú)抑制共同途定義：每一分支

6、途徑末端產(chǎn)物按一定百分比單獨(dú)抑制共同途徑中前面的酶，所以當(dāng)幾種末端產(chǎn)物共同存在時(shí)它們的抑制徑中前面的酶，所以當(dāng)幾種末端產(chǎn)物共同存在時(shí)它們的抑制造用是積累的，各末端產(chǎn)物之間既無(wú)協(xié)同效應(yīng)，亦無(wú)拮抗作造用是積累的，各末端產(chǎn)物之間既無(wú)協(xié)同效應(yīng)，亦無(wú)拮抗作用。用。代謝調(diào)理與代謝工程Try 16%Try 16%CTP 14%CTP 14%氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸 13%13%AMP 41%AMP 41%積累反響抑制積累反響抑制E.coliE.coli谷氨酰胺合成酶的調(diào)理谷氨酰胺合成酶的調(diào)理代謝調(diào)理與代謝工程(4) (4) 順序反響抑制順序反響抑制一種終產(chǎn)物的積累一種終產(chǎn)物的積累,導(dǎo)致前一中間產(chǎn)物的積累，經(jīng)過(guò)后

7、者反響導(dǎo)致前一中間產(chǎn)物的積累，經(jīng)過(guò)后者反響抑制合成途徑關(guān)鍵酶的活性，使合成終止。抑制合成途徑關(guān)鍵酶的活性，使合成終止。舉例：枯草芽孢桿菌芳香族氨基酸合成的調(diào)理舉例：枯草芽孢桿菌芳香族氨基酸合成的調(diào)理代謝調(diào)理與代謝工程 分支途徑上游的某個(gè)酶遭到另一條分支途徑的終產(chǎn)物，甚至于本分支途徑幾乎不相關(guān)的代謝中間物的抑制或激活，使酶的活力遭到調(diào)理，此即代謝互鎖。 4.1.8 代謝互鎖代謝互鎖代謝調(diào)理與代謝工程在分支合成途徑中，分支點(diǎn)后的兩種酶競(jìng)爭(zhēng)同一種底物，在分支合成途徑中，分支點(diǎn)后的兩種酶競(jìng)爭(zhēng)同一種底物，如如AMPAMP與與GMPGMP，ThrThr與與LysLys、MetMet，由于兩種酶對(duì)底物的，由

8、于兩種酶對(duì)底物的KmKm值值即對(duì)底物的親和力不同，故兩條支路的一條優(yōu)先合成。即對(duì)底物的親和力不同，故兩條支路的一條優(yōu)先合成。3.1.83.1.8優(yōu)先合成優(yōu)先合成代謝調(diào)理與代謝工程3.2.5避開(kāi)微生物固有代謝調(diào)理，過(guò)量消費(fèi)代謝產(chǎn)物避開(kāi)微生物固有代謝調(diào)理，過(guò)量消費(fèi)代謝產(chǎn)物工業(yè)發(fā)酵的目的：大量積累人們所需求的微生物代謝產(chǎn)物。工業(yè)發(fā)酵的目的：大量積累人們所需求的微生物代謝產(chǎn)物。代謝的人工控制：人為地突破微生物的代謝控制體系，使代代謝的人工控制：人為地突破微生物的代謝控制體系，使代謝朝著人們希望的方向進(jìn)展。謝朝著人們希望的方向進(jìn)展。人工控制代謝的手段：人工控制代謝的手段： 改動(dòng)微生物遺傳特性改動(dòng)微生物遺

9、傳特性(遺傳學(xué)方法；遺傳學(xué)方法； 控制發(fā)酵條件生物化學(xué)方法；控制發(fā)酵條件生物化學(xué)方法； 改動(dòng)細(xì)胞膜透性；改動(dòng)細(xì)胞膜透性；代謝調(diào)理與代謝工程工業(yè)發(fā)酵的目的工業(yè)發(fā)酵的目的大量地積累人們所需求的微生物代謝產(chǎn)物。大量地積累人們所需求的微生物代謝產(chǎn)物。 在正常生理?xiàng)l件下在正常生理?xiàng)l件下 微生物經(jīng)過(guò)其代謝調(diào)理系統(tǒng)吸收利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)用于合微生物經(jīng)過(guò)其代謝調(diào)理系統(tǒng)吸收利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)用于合成細(xì)胞構(gòu)造，進(jìn)展生長(zhǎng)和繁衍，它們通常不浪費(fèi)原料和成細(xì)胞構(gòu)造，進(jìn)展生長(zhǎng)和繁衍，它們通常不浪費(fèi)原料和能量，也不積累中間代謝產(chǎn)物能量，也不積累中間代謝產(chǎn)物 代謝的人工控制代謝的人工控制 人為地突破微生物的代謝控制體系，就有能夠使代謝朝人

10、為地突破微生物的代謝控制體系，就有能夠使代謝朝著人們希望的方向進(jìn)展著人們希望的方向進(jìn)展 代謝調(diào)理與代謝工程 1對(duì)于直線(xiàn)式代謝途徑：選育營(yíng)養(yǎng)缺對(duì)于直線(xiàn)式代謝途徑：選育營(yíng)養(yǎng)缺陷性突變株只能積累中間代謝產(chǎn)物陷性突變株只能積累中間代謝產(chǎn)物 A a B b C c D d E 1)營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株的運(yùn)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株的運(yùn)用 末端產(chǎn)物E對(duì)生長(zhǎng)乃是必需的，所以，應(yīng)在培育基中限量供應(yīng)E，使之足以維持菌株生長(zhǎng)，但又不至于呵斥反響調(diào)理阻遏或抑制，這樣才干有利于菌株積累中間產(chǎn)物C 。遺傳學(xué)方法遺傳學(xué)方法代謝調(diào)理與代謝工程(2) 分支代謝途徑：情況較復(fù)雜，可利分支代謝途徑：情況較復(fù)雜，可利用營(yíng)養(yǎng)缺陷性抑制協(xié)同或累加反響

11、抑制用營(yíng)養(yǎng)缺陷性抑制協(xié)同或累加反響抑制積累末端產(chǎn)物，亦可利用雙重缺陷發(fā)酵積累末端產(chǎn)物，亦可利用雙重缺陷發(fā)酵消費(fèi)中間產(chǎn)物消費(fèi)中間產(chǎn)物A B CDEFG代謝調(diào)理與代謝工程各圖成立的條件：各圖成立的條件：1. 1. 限量添加限量添加E E；2.2.限量添加限量添加E E；3.3.限量添加限量添加E E和和G G；4.4.限量添加限量添加E E和和G G；5.5.限量添加限量添加I I“表示營(yíng)養(yǎng)缺陷突變位置；表示營(yíng)養(yǎng)缺陷突變位置；“表示反響調(diào)了解除表示反響調(diào)了解除要根據(jù)其不同反響控制機(jī)制 代謝調(diào)理與代謝工程谷氨酸棒桿菌的代謝調(diào)理與賴(lài)氨酸消費(fèi)谷氨酸棒桿菌的代謝調(diào)理與賴(lài)氨酸消費(fèi) E E：表示反響抑制；：表

12、示反響抑制；R R：表示反響阻遏：表示反響阻遏 高絲氨酸脫氫酶HSDH 天冬氨酸激酶AK) 賴(lài)氨酸消費(fèi)菌賴(lài)氨酸消費(fèi)菌: : 高絲氨酸缺陷型 代謝調(diào)理與代謝工程分支途徑分支途徑賴(lài)氨酸發(fā)酵賴(lài)氨酸發(fā)酵( (谷氨酸棒桿菌的代謝調(diào)控谷氨酸棒桿菌的代謝調(diào)控) )代謝調(diào)理與代謝工程分支途徑分支途徑肌苷酸發(fā)酵肌苷酸發(fā)酵IMPIMP合成途徑的代謝調(diào)控合成途徑的代謝調(diào)控調(diào)控實(shí)際的實(shí)際運(yùn)用調(diào)控實(shí)際的實(shí)際運(yùn)用代謝調(diào)理與代謝工程 P124表3-12用營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株消費(fèi)的各種氨基酸代謝調(diào)理與代謝工程2)2)抗反響控制突變株的運(yùn)用抗反響控制突變株的運(yùn)用抗反響控制突變株抗反響控制突變株是指對(duì)反響抑制不敏感或是指對(duì)反響抑制不敏

13、感或?qū)ψ瓒粲锌剐?，或兩者兼有之的菌株。?duì)阻遏有抗性，或兩者兼有之的菌株?？狗错懣刂仆蛔冎昕梢詮慕K產(chǎn)物構(gòu)造類(lèi)似物抗性抗反響控制突變株可以從終產(chǎn)物構(gòu)造類(lèi)似物抗性突變株和營(yíng)養(yǎng)缺陷性回復(fù)突變株中獲得。突變株和營(yíng)養(yǎng)缺陷性回復(fù)突變株中獲得。獲得方法及其原理：獲得方法及其原理：代謝調(diào)理與代謝工程目標(biāo)產(chǎn)物目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類(lèi)似物結(jié)構(gòu)類(lèi)似物賴(lài)氨酸賴(lài)氨酸S-S-（2 2氨基乙基）氨基乙基）-L-L半胱半胱氨酸氨酸-(AEC)-(AEC)蘇氨酸蘇氨酸 - -氨基氨基- - - -羥基戊酸羥基戊酸（AHV)AHV)異亮氨酸異亮氨酸乙硫氨酸乙硫氨酸精氨酸精氨酸D-D-精氨酸精氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸對(duì)氟苯丙氨酸對(duì)氟苯丙氨酸代謝調(diào)

14、理與代謝工程營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變株?duì)I養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變株 調(diào)理酶的變構(gòu)特性是由其構(gòu)造基因決議的，假設(shè)調(diào)理調(diào)理酶的變構(gòu)特性是由其構(gòu)造基因決議的，假設(shè)調(diào)理酶的基因發(fā)生突變而失活，那么有兩種能夠性：酶的基因發(fā)生突變而失活，那么有兩種能夠性：一是催化亞基和調(diào)理亞基的基因均發(fā)生突變；一是催化亞基和調(diào)理亞基的基因均發(fā)生突變；另一種能夠僅僅是催化亞基發(fā)生突變。另一種能夠僅僅是催化亞基發(fā)生突變。一是催化亞基和調(diào)理亞基恢復(fù)到第一次突變前的活性程度。一是催化亞基和調(diào)理亞基恢復(fù)到第一次突變前的活性程度。 假設(shè)前者發(fā)生回復(fù)突變，那么又有兩種能夠性假設(shè)前者發(fā)生回復(fù)突變，那么又有兩種能夠性另一種是催化亞基得以恢復(fù)，而調(diào)理亞基

15、喪失了調(diào)理的功能。另一種是催化亞基得以恢復(fù)，而調(diào)理亞基喪失了調(diào)理的功能。營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變 代謝調(diào)理與代謝工程3)選育組成型突變株和超產(chǎn)突變株選育組成型突變株和超產(chǎn)突變株假設(shè)調(diào)理基因發(fā)生突變，以致產(chǎn)生無(wú)效的阻遏物而假設(shè)調(diào)理基因發(fā)生突變，以致產(chǎn)生無(wú)效的阻遏物而不能和支配基因結(jié)合，或支配基因突變，從而呵斥不能和支配基因結(jié)合，或支配基因突變，從而呵斥構(gòu)造基因不受控制的轉(zhuǎn)錄，酶構(gòu)造基因不受控制的轉(zhuǎn)錄，酶 的生成將不再需求的生成將不再需求誘導(dǎo)劑或不再被末端產(chǎn)物或分解代謝物阻遏，這樣誘導(dǎo)劑或不再被末端產(chǎn)物或分解代謝物阻遏，這樣的突變株稱(chēng)為的突變株稱(chēng)為 組成型突變株。少數(shù)情況下，組成組成型

16、突變株。少數(shù)情況下，組成型突變株可產(chǎn)生大量的、比親本高的多的酶，這種型突變株可產(chǎn)生大量的、比親本高的多的酶，這種突變株稱(chēng)為超產(chǎn)突變株。突變株稱(chēng)為超產(chǎn)突變株。代謝調(diào)理與代謝工程組成型突變株組成型突變株 構(gòu)造基因不受控制地轉(zhuǎn)錄，酶構(gòu)造基因不受控制地轉(zhuǎn)錄，酶的生成將不再需求誘導(dǎo)劑或不的生成將不再需求誘導(dǎo)劑或不再被末端產(chǎn)物或分解代謝物阻再被末端產(chǎn)物或分解代謝物阻遏。遏。 調(diào)理基因發(fā)生突變調(diào)理基因發(fā)生突變產(chǎn)生無(wú)效的阻遏物而不產(chǎn)生無(wú)效的阻遏物而不能與支配基因結(jié)合能與支配基因結(jié)合支配基因突變支配基因突變突變支配基因不突變支配基因不能與阻遏物結(jié)合能與阻遏物結(jié)合組成型突變組成型突變代謝調(diào)理與代謝工程 DA B

17、C E F2.生物化學(xué)方法生物化學(xué)方法1. 1. 添加前體繞過(guò)反響控制點(diǎn)：亦能使某種代謝產(chǎn)物大量產(chǎn)生添加前體繞過(guò)反響控制點(diǎn)：亦能使某種代謝產(chǎn)物大量產(chǎn)生(-)(-)(-)2. 2. 添加誘導(dǎo)劑：從提高誘導(dǎo)酶合成量來(lái)說(shuō)，最好的誘導(dǎo)劑往往添加誘導(dǎo)劑：從提高誘導(dǎo)酶合成量來(lái)說(shuō)，最好的誘導(dǎo)劑往往不是該酶的底物，而是底物的衍生物。不是該酶的底物，而是底物的衍生物。3. 3. 發(fā)酵與分別過(guò)程耦合：發(fā)酵與分別過(guò)程耦合：4. 4. 控制發(fā)酵的培育基成分：控制發(fā)酵的培育基成分：代謝調(diào)理與代謝工程3.2.5.2控制細(xì)胞膜浸透控制細(xì)胞膜浸透性性 使胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物迅速滲漏出去使胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物迅速滲漏出去,解除末端產(chǎn)物的反

18、響抑制。解除末端產(chǎn)物的反響抑制。 (1). 用生理學(xué)手段用生理學(xué)手段 直接抑制膜的合成或使膜受缺損直接抑制膜的合成或使膜受缺損 如如: 在在Glu發(fā)酵中把生物素濃度控制在亞適量可大量分泌發(fā)酵中把生物素濃度控制在亞適量可大量分泌Glu； 控制生物素的含量可改動(dòng)細(xì)胞膜的成分，進(jìn)而改動(dòng)膜透性；控制生物素的含量可改動(dòng)細(xì)胞膜的成分，進(jìn)而改動(dòng)膜透性； 當(dāng)培育液中生物素含量較高時(shí)采用適量添加青霉素的方法；當(dāng)培育液中生物素含量較高時(shí)采用適量添加青霉素的方法； 再如：產(chǎn)氨短桿菌的核苷酸發(fā)酵中控制要素是再如：產(chǎn)氨短桿菌的核苷酸發(fā)酵中控制要素是Mn2+； Mn2+的作用與生物素類(lèi)似。的作用與生物素類(lèi)似。 (2).

19、利用膜缺損突變株利用膜缺損突變株 油酸缺陷型、甘油缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型 如如:用谷氨酸消費(fèi)菌的油酸缺陷型，培育過(guò)程中，有限制地添用谷氨酸消費(fèi)菌的油酸缺陷型，培育過(guò)程中，有限制地添加油酸，合成有缺損的膜，使細(xì)胞膜發(fā)生滲漏而提高谷氨酸加油酸，合成有缺損的膜，使細(xì)胞膜發(fā)生滲漏而提高谷氨酸產(chǎn)量。產(chǎn)量。 甘油缺陷型菌株的細(xì)胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易呵甘油缺陷型菌株的細(xì)胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易呵斥谷氨酸大量滲漏。運(yùn)用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或斥谷氨酸大量滲漏。運(yùn)用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸過(guò)量的情況下，也可以獲得大量谷氨酸。油酸過(guò)量的情況下，也可以獲得大量谷氨酸。代謝調(diào)理

20、與代謝工程控制細(xì)胞膜的通透性控制細(xì)胞膜的通透性生物素是脂肪酸生物合成中乙酰生物素是脂肪酸生物合成中乙酰CoACoA羧化酶的輔羧化酶的輔基，該酶催化乙?；?，該酶催化乙酰CoACoA的羧化生成丙二酸單酰的羧化生成丙二酸單酰CoACoA，進(jìn)而合成細(xì)胞膜磷脂的主要成分脂肪酸，進(jìn)而合成細(xì)胞膜磷脂的主要成分脂肪酸 只需控制生物素的含量就可以改動(dòng)細(xì)胞膜的成分，只需控制生物素的含量就可以改動(dòng)細(xì)胞膜的成分，進(jìn)而改動(dòng)膜的通透性，影響到代謝產(chǎn)物的分泌。進(jìn)而改動(dòng)膜的通透性，影響到代謝產(chǎn)物的分泌。 甘油缺陷型菌株甘油缺陷型菌株 添加適量的青霉素添加適量的青霉素 油酸缺陷型菌株油酸缺陷型菌株 代謝調(diào)理與代謝工程谷氨酸發(fā)酵

21、一、谷氨酸發(fā)酵菌種：Corynebacterium pekinenseCorynebacterium glutamicumBrevibacterium flavu二、發(fā)酵機(jī)理： 谷氨酸以-酮戊二酸為碳架；當(dāng)以糖質(zhì)為發(fā)酵原料時(shí)，合成途徑包括EMP,HMP,TCA循環(huán),乙醛酸循環(huán)等； 谷氨酸產(chǎn)生菌的-酮戊二酸氧化酶活力很弱或短少，而谷氨酸脫氫酶的活力要很高； 生物素是谷氨酸產(chǎn)生菌必需的一種維生素，在谷氨酸生物合成中起著重要作用，缺乏或量太高都會(huì)使谷氨酸合成受阻。生物素經(jīng)過(guò)影響細(xì)胞膜的通透性而影響谷氨酸發(fā)酵。 代謝調(diào)理與代謝工程回補(bǔ)順序谷氨酸谷氨酸+NH3谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶 -酮戊二酸氧化酶酮

22、戊二酸氧化酶代謝調(diào)理與代謝工程1.谷氨酸消費(fèi)菌中存在2個(gè)糖酵解途徑EMP/HMP生物素參與糖代謝作用：添加糖代謝的速度而丙酮酸氧化脫羧的速度未改動(dòng)丙酮酸積累乳酸積累2.-酮戊二酸氧化酶缺失TCA環(huán)阻斷， -酮戊二酸積累代謝調(diào)理與代謝工程3.四碳二羧酸的來(lái)源在消費(fèi)菌中檢出CO2固定反響酶活性磷酸烯醇丙酮酸(PEF)羧化酶和蘋(píng)果酸酶 谷氨酸對(duì)糖的轉(zhuǎn)化率到達(dá)81.7% DCA循環(huán)標(biāo)志酶：異檸檬酸裂解酶在谷氨酸發(fā)酵中，DCA環(huán)一方面可以作為T(mén)CA循環(huán)有缺陷時(shí)C4二羧酸的補(bǔ)充 在谷氨基酸消費(fèi)菌的生長(zhǎng)中提供能量作用谷氨酸生成期中要封鎖DCA環(huán)？經(jīng)過(guò)DCA環(huán)提供C4二羧酸時(shí)谷氨酸對(duì)糖的轉(zhuǎn)化率僅為54.4%代

23、謝調(diào)理與代謝工程4.異檸檬酸脫氫酶活力強(qiáng)提供NADPH,用于復(fù)原-酮戊二酸生成谷氨酸，構(gòu)成氧化復(fù)原共扼體系5.氨的導(dǎo)入合成谷氨酸的反響有3種：-酮戊二酸 +NH4+NADPH+谷氨酸H2ONADP+谷氨酸脫氫酶-酮戊二酸 + 天冬氨酸或丙氨酸谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶谷氨酸-酮戊二酸+-酮戊二酸+谷氨酰胺NADPH+2谷氨酸NADP+谷氨酸合成酶代謝調(diào)理與代謝工程消費(fèi)菌中谷氨酸轉(zhuǎn)氨酶活力低，轉(zhuǎn)氨作用可以不思索谷氨酸合成酶由于不受高濃度谷氨酸抑制，其作用值得注重谷氨酸脫氫酶是合成積累谷氨酸的主要酶氨的導(dǎo)入時(shí)生物素缺乏， NH4+影響糖代謝速度：提高糖代謝速度高效合成谷氨酸生物素充足時(shí)， NH4+不影響糖代謝速

24、度6.谷氨酸合成的調(diào)理機(jī)制谷aa比天冬aa優(yōu)先合成谷aa脫氫酶谷aa對(duì)其反響抑制和反響阻遏檸檬酸合成酶TCA的關(guān)鍵酶，受能荷調(diào)理，谷aa反響阻遏，烏頭酸反響抑制異檸檬酸脫氫酶-酮戊二酸反響抑制-酮戊二酸脫氫酶先天喪失或微弱PEP受天冬aa反響抑制，受谷aa和天冬 aa反響阻遏代謝調(diào)理與代謝工程7.細(xì)胞膜通透性控制代謝調(diào)理與代謝工程生物素阻斷脂肪酸的合成影響細(xì)胞膜的合成外表活性劑對(duì)生物素有拮抗阻斷脂肪酸的合成影響細(xì)胞膜的合成在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期添加青霉素抑制細(xì)胞壁合成細(xì)胞膜損傷甘油缺陷型磷脂的合成受阻影響細(xì)胞膜的合成油酸缺陷型阻斷不飽和脂肪酸的合成影響細(xì)胞膜的合成代謝調(diào)理與代謝工程三磷酸腺苷三磷酸腺苷(

25、ATP)(ATP)是為許多反響提供能量的高能磷酸化物是為許多反響提供能量的高能磷酸化物, ,細(xì)細(xì)胞中的胞中的ATPATP、ADPADP和和AMPAMP含量處于相對(duì)平衡的形狀含量處于相對(duì)平衡的形狀細(xì)胞中的細(xì)胞中的能量形狀能量形狀3.2.5.33.2.5.3能荷能荷Energy chargeEnergy charge 能荷能荷Energy chargeEnergy charge來(lái)表示細(xì)胞中的能量形狀。能荷來(lái)表示細(xì)胞中的能量形狀。能荷ECEC可用下式來(lái)表示：可用下式來(lái)表示： AMPADPATPADPATPEC2/ 系統(tǒng)中只需系統(tǒng)中只需ATPATP時(shí)，時(shí)，ECEC值為值為1 1；只需；只需AMPAMP

26、時(shí)，時(shí)，ECEC值等于值等于0 0。 代謝調(diào)理與代謝工程能荷不僅能調(diào)理分解代謝構(gòu)成ATP的酶活性，也能調(diào)理合成代謝利用ATP的酶活性。 細(xì)胞能荷可調(diào)理酶活性高能荷抑制異檸檬酸脫氫酶和磷酸果糖激酶等檸檬酸和ATP都是磷酸果糖激酶活性的抑制劑，從而限制了葡萄糖的利用速度。 有氧條件下，大量合成ATP，細(xì)胞能荷添加異檸檬酸脫氫酶遭到ATP抑制，導(dǎo)致檸檬酸的積累代謝調(diào)理與代謝工程在厭氧條件下，酵母菌無(wú)法經(jīng)過(guò)呼在厭氧條件下，酵母菌無(wú)法經(jīng)過(guò)呼吸鏈產(chǎn)生吸鏈產(chǎn)生ATPATP，細(xì)胞能荷較低。，細(xì)胞能荷較低。ADPADP和和AMPAMP激活磷酸果糖激酶，使利激活磷酸果糖激酶，使利用葡萄糖消費(fèi)酒精的速度加快。用葡萄

27、糖消費(fèi)酒精的速度加快。 代謝調(diào)理與代謝工程第十二章 工業(yè)微生物發(fā)酵產(chǎn)品調(diào)理點(diǎn)主要在三個(gè)激酶，即己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。它們是糖酵解途徑中的關(guān)鍵酶，是糖酵解途徑的三個(gè)不可逆步驟糖代謝的調(diào)理主要是能荷的控制代謝調(diào)理與代謝工程3.2.5.4無(wú)機(jī)聚磷酸的代謝與無(wú)機(jī)聚磷酸的代謝與功能功能 磷酸鹽和能量的儲(chǔ)存。 重金屬陽(yáng)離子的解毒作用。代謝調(diào)理與代謝工程活性污泥中的聚磷菌 生活在營(yíng)養(yǎng)豐富的環(huán)境中，在將進(jìn)入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期時(shí)，為大量分裂作預(yù)備，細(xì)胞能從廢水中大量攝取溶解態(tài)的正磷酸鹽，在細(xì)胞內(nèi)合成多聚磷酸鹽。細(xì)菌經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期而進(jìn)入靜止期時(shí)，假設(shè)環(huán)境中的磷源仍有剩余，細(xì)胞又有一定的能量時(shí)，仍能從外界吸收磷元素，這種對(duì)磷的積累作用大大超越微生物正常生長(zhǎng)所需的磷量，可達(dá)細(xì)胞分量的6-8，有報(bào)道甚至可達(dá)10。以多聚磷酸鹽的方式積累于細(xì)胞內(nèi)作為儲(chǔ)存物質(zhì)。當(dāng)細(xì)菌細(xì)胞處于極為不利的生活條件時(shí)，例如使好氧細(xì)菌處于厭氧條件下，即所謂細(xì)菌“壓制形狀時(shí)，聚磷菌能吸收污水中的乙酸、甲酸、丙酸及乙醇等極易生物降解的有機(jī)物質(zhì)，儲(chǔ)存在體內(nèi)作為營(yíng)養(yǎng)源，同時(shí)將體