第八章工業(yè)微生物代謝控制育種ppt課件

1、第八章第八章 工業(yè)微生物代謝控制育種工業(yè)微生物代謝控制育種主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：概論概論初級(jí)代謝的調(diào)理控制初級(jí)代謝的調(diào)理控制次級(jí)代謝的調(diào)理控制次級(jí)代謝的調(diào)理控制代謝控制育種代謝控制育種代謝控制發(fā)酵大體過程如下：代謝控制發(fā)酵大體過程如下：以生物化學(xué)和遺傳學(xué)為根底，研討代謝產(chǎn)物的生物合成途以生物化學(xué)和遺傳學(xué)為根底，研討代謝產(chǎn)物的生物合成途徑和代謝調(diào)理的機(jī)制徑和代謝調(diào)理的機(jī)制選擇巧妙的技術(shù)道路，經(jīng)過遺傳選擇巧妙的技術(shù)道路，經(jīng)過遺傳育種技術(shù)獲得解除或繞過了微生物正常代謝途徑的突變育種技術(shù)獲得解除或繞過了微生物正常代謝途徑的突變株株從而人為地使有用產(chǎn)物選擇性地大量合成和累積。從而人為地使有用產(chǎn)物選擇性地大

2、量合成和累積。 代謝控制發(fā)酵的關(guān)鍵：取決于微生物代謝調(diào)控機(jī)制代謝控制發(fā)酵的關(guān)鍵：取決于微生物代謝調(diào)控機(jī)制能否可以被解除，能否突破微生物正常的代謝調(diào)理，能否可以被解除，能否突破微生物正常的代謝調(diào)理，人為地控制微生物的代謝。人為地控制微生物的代謝。實(shí)現(xiàn)代謝控制目的的手段：代謝控制育種和發(fā)酵過實(shí)現(xiàn)代謝控制目的的手段：代謝控制育種和發(fā)酵過程的代謝控制培育，而代謝控制育種那么為主要支柱程的代謝控制培育，而代謝控制育種那么為主要支柱技術(shù)。技術(shù)。 微生物菌體積累的發(fā)酵產(chǎn)物主要有 酶 代謝產(chǎn)物 酒精、甘油、乳酸、丙酮、丁醇、有機(jī)酸、氨基酸、核苷酸、蛋白質(zhì)、抗生素、維生素、脂肪、多糖等 這些產(chǎn)物中有些是某種微生

3、物在一定的環(huán)境條件下生這些產(chǎn)物中有些是某種微生物在一定的環(huán)境條件下生成的，如酒精、乳酸等；也有許多產(chǎn)物是生理正常的微生成的，如酒精、乳酸等；也有許多產(chǎn)物是生理正常的微生物不能過量積累的，必需是具有特異生理特征的微生物才物不能過量積累的，必需是具有特異生理特征的微生物才干積累。人為地改動(dòng)微生物的代謝調(diào)控機(jī)制，使有用的中干積累。人為地改動(dòng)微生物的代謝調(diào)控機(jī)制，使有用的中間代謝產(chǎn)物過量積累，這種發(fā)酵稱為代謝控制發(fā)酵。間代謝產(chǎn)物過量積累，這種發(fā)酵稱為代謝控制發(fā)酵。 調(diào)查工業(yè)微生物開展史，可以看到經(jīng)典的誘變育種具有調(diào)查工業(yè)微生物開展史，可以看到經(jīng)典的誘變育種具有一定盲目性，而代謝控制育種將微生物遺傳學(xué)的

4、實(shí)際與育一定盲目性，而代謝控制育種將微生物遺傳學(xué)的實(shí)際與育種實(shí)際親密結(jié)合，先研討目的產(chǎn)物的生物合成途徑、遺傳種實(shí)際親密結(jié)合，先研討目的產(chǎn)物的生物合成途徑、遺傳控制及代謝調(diào)理機(jī)制，然后進(jìn)展定向控制育種?？刂萍按x調(diào)理機(jī)制，然后進(jìn)展定向控制育種。代謝控制發(fā)酵的出現(xiàn)與開展，與以下幾方面是密不可分的：代謝控制發(fā)酵的出現(xiàn)與開展，與以下幾方面是密不可分的：生物化學(xué)的開展，確立了代謝圖譜，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了代謝過程生物化學(xué)的開展，確立了代謝圖譜，同時(shí)發(fā)現(xiàn)了代謝過程中的各種調(diào)理機(jī)制；分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的開展，可中的各種調(diào)理機(jī)制；分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)的開展，可以人為地在以人為地在DNA分子程度上改動(dòng)微生物的代謝，

5、多方面利分子程度上改動(dòng)微生物的代謝，多方面利用微生物的代謝活性；合理控制環(huán)境，采用過程控制方法，用微生物的代謝活性；合理控制環(huán)境，采用過程控制方法，對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)展最優(yōu)化控制，使目的產(chǎn)物大量積累。對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)展最優(yōu)化控制，使目的產(chǎn)物大量積累。第一節(jié) 概 論一、初級(jí)代謝產(chǎn)物和初級(jí)代謝一、初級(jí)代謝產(chǎn)物和初級(jí)代謝初級(jí)代謝產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物微生物產(chǎn)生的對(duì)本身生長(zhǎng)和繁衍必需的物質(zhì)微生物產(chǎn)生的對(duì)本身生長(zhǎng)和繁衍必需的物質(zhì)初級(jí)代謝初級(jí)代謝產(chǎn)生這些物質(zhì)的代謝系稱為初級(jí)代謝。產(chǎn)生這些物質(zhì)的代謝系稱為初級(jí)代謝。初級(jí)代謝體系初級(jí)代謝體系分解代謝體系：包括糖、脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的降分解代謝體系：包括糖、脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的降解

6、，獲取能量解，獲取能量素材性生物合成體系：合成某些小分子資料素材性生物合成體系：合成某些小分子資料構(gòu)造性生物合成體系：用小分子合成產(chǎn)物裝配大構(gòu)造性生物合成體系：用小分子合成產(chǎn)物裝配大分子。分子。二、次級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝二、次級(jí)代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝根據(jù)根據(jù)Demain的定義：的定義：“次級(jí)代謝產(chǎn)物是對(duì)產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物是對(duì)產(chǎn)生它們的生物體本身不需求的一種產(chǎn)物。它們的生物體本身不需求的一種產(chǎn)物。這些物質(zhì)有抗生素、生長(zhǎng)刺激素、生物堿、色這些物質(zhì)有抗生素、生長(zhǎng)刺激素、生物堿、色素、毒素以及甾體等。素、毒素以及甾體等。通常把以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成次消費(fèi)物通常把以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成次消費(fèi)物的代謝體

7、系稱為次級(jí)代謝。的代謝體系稱為次級(jí)代謝。三、初級(jí)代謝與次級(jí)代謝的關(guān)系三、初級(jí)代謝與次級(jí)代謝的關(guān)系1.菌體代謝方面菌體代謝方面 抗生素是微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物中的一大類。微生物抗生素是微生物的次級(jí)代謝產(chǎn)物中的一大類。微生物的初級(jí)代謝與次級(jí)代謝既有區(qū)別，又有聯(lián)絡(luò)。的初級(jí)代謝與次級(jí)代謝既有區(qū)別，又有聯(lián)絡(luò)。 許多抗生素的根本構(gòu)造是由少數(shù)幾種初級(jí)代謝產(chǎn)物許多抗生素的根本構(gòu)造是由少數(shù)幾種初級(jí)代謝產(chǎn)物構(gòu)成的，所以次級(jí)代謝產(chǎn)物是以初級(jí)代謝產(chǎn)物為母體衍構(gòu)成的，所以次級(jí)代謝產(chǎn)物是以初級(jí)代謝產(chǎn)物為母體衍生出來的，次級(jí)代謝途徑并不是獨(dú)立的，而是與初級(jí)代生出來的，次級(jí)代謝途徑并不是獨(dú)立的，而是與初級(jí)代謝途徑有親密關(guān)系的。

8、謝途徑有親密關(guān)系的。 糖代謝中間體，既可用來合成初級(jí)代謝產(chǎn)物，又可糖代謝中間體，既可用來合成初級(jí)代謝產(chǎn)物，又可用來合成次級(jí)代謝產(chǎn)物，這種中間體叫做分支用來合成次級(jí)代謝產(chǎn)物，這種中間體叫做分支(叉叉)中間體。中間體。分叉中間體分叉中間體初級(jí)代謝產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物-氨基己二糖氨基己二糖丙二酰丙二酰CoACoA乙酰乙酰CoACoA賴氨酸賴氨酸脂肪酸脂肪酸青霉素、頭孢菌素青霉素、頭孢菌素利福霉素族、四環(huán)素族利福霉素族、四環(huán)素族大環(huán)內(nèi)酯族、多烯族抗生素、灰大環(huán)內(nèi)酯族、多烯族抗生素、灰黃霉素、橘霉素、環(huán)己酰亞胺、黃霉素、橘霉素、環(huán)己酰亞胺、棒曲霉素棒曲霉素莽草酸莽草酸對(duì)氨基苯丙氨酸對(duì)

9、氨基苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸、對(duì)氨基苯甲酸、酪氨酸、對(duì)氨基苯甲酸、色氨酸色氨酸氯霉素氯霉素綠膿菌素綠膿菌素新生霉素新生霉素 次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成，至少有一部分取決于次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成，至少有一部分取決于與初級(jí)代謝產(chǎn)物無關(guān)的遺傳物質(zhì)，并和由這類遺傳與初級(jí)代謝產(chǎn)物無關(guān)的遺傳物質(zhì)，并和由這類遺傳物質(zhì)構(gòu)成的酶所催化的代謝途徑有關(guān)，它們多數(shù)是物質(zhì)構(gòu)成的酶所催化的代謝途徑有關(guān)，它們多數(shù)是特異菌株。從代謝途徑來看，次級(jí)代謝產(chǎn)物是以初特異菌株。從代謝途徑來看，次級(jí)代謝產(chǎn)物是以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體衍生出來的，見以下圖。級(jí)代謝產(chǎn)物為前體衍生出來的，見以下圖。脂肪酸脂肪酸nC3、nC2葡萄糖葡萄糖C6丙糖丙糖P丙

10、酮酸丙酮酸C3C3乙酰乙酰CoAC2檸檬酸檸檬酸C6草酰乙酸草酰乙酸-酮戊二酸酮戊二酸C5CO2CO2谷氨酸谷氨酸C5N次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物戊糖戊糖C5氨基糖苷類抗生素氨基糖苷類抗生素糖苷類多糖糖苷類多糖核苷核苷核苷類核苷類抗生素抗生素絲氨酸絲氨酸C3N甘氨酸甘氨酸C2N半胱氨酸半胱氨酸次級(jí)代謝物次級(jí)代謝物丁糖丁糖 C4莽草酸莽草酸C7芳香族氨基酸芳香族氨基酸次級(jí)代次級(jí)代謝產(chǎn)物謝產(chǎn)物芳香族次級(jí)芳香族次級(jí)代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物纈氨酸纈氨酸C5N生物甲基化生物甲基化次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物C1丙氨酸丙氨酸C3N甲羥戊酸甲羥戊酸C3焦磷酸異戊酯焦磷酸異戊酯C3CO2萜萜甾體甾體甾體甾體6C5丙二酸丙二

11、酸C3CO2CO2CO2聚酮體聚酮體次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物天冬氨酸天冬氨酸C4NnC2葡萄糖分解代謝的主要途徑葡萄糖分解代謝的主要途徑初級(jí)代謝的合成過程初級(jí)代謝的合成過程圖圖從碳代謝流看初級(jí)代謝與次級(jí)代謝從碳代謝流看初級(jí)代謝與次級(jí)代謝 由初級(jí)代謝產(chǎn)物衍生的次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成途由初級(jí)代謝產(chǎn)物衍生的次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成途徑有七種。在這些次級(jí)代謝途徑中所涉及的酶有的是初級(jí)徑有七種。在這些次級(jí)代謝途徑中所涉及的酶有的是初級(jí)代謝酶，有的是次級(jí)代謝所特有的酶。初級(jí)代謝與次級(jí)代代謝酶，有的是次級(jí)代謝所特有的酶。初級(jí)代謝與次級(jí)代謝都受菌體的代謝調(diào)理，在調(diào)理控制上是相互影響的，當(dāng)謝都受菌體的代謝調(diào)理，在

12、調(diào)理控制上是相互影響的，當(dāng)與抗生素合成有關(guān)的初級(jí)代謝途徑遭到控制時(shí)，抗生素的與抗生素合成有關(guān)的初級(jí)代謝途徑遭到控制時(shí)，抗生素的生物合成必然受阻。生物合成必然受阻。 葡萄糖碳架參入途徑葡萄糖碳架參入途徑 莽草酸途徑莽草酸途徑 與核苷有關(guān)的途徑與核苷有關(guān)的途徑 聚酮糖和聚丙酸途徑聚酮糖和聚丙酸途徑 由氨基酸衍生的途徑由氨基酸衍生的途徑 甲羥戊酸途徑甲羥戊酸途徑 其他復(fù)合途徑其他復(fù)合途徑綜上所述，在代謝途徑、綜上所述，在代謝途徑、酶系關(guān)系以及調(diào)控上，酶系關(guān)系以及調(diào)控上，次級(jí)代謝與初級(jí)代謝都次級(jí)代謝與初級(jí)代謝都有著親密關(guān)系。因此，有著親密關(guān)系。因此，在研討次級(jí)代謝時(shí)，必在研討次級(jí)代謝時(shí)，必需與初級(jí)代謝

13、聯(lián)絡(luò)起來需與初級(jí)代謝聯(lián)絡(luò)起來思索。思索。2. 2. 遺傳代謝方面遺傳代謝方面 初級(jí)代謝與次級(jí)代謝同樣都遭到核內(nèi)初級(jí)代謝與次級(jí)代謝同樣都遭到核內(nèi)DNADNA的調(diào)理控制的調(diào)理控制, ,而次級(jí)代謝產(chǎn)物還遭到與初級(jí)代謝產(chǎn)物合成無關(guān)的遺傳而次級(jí)代謝產(chǎn)物還遭到與初級(jí)代謝產(chǎn)物合成無關(guān)的遺傳物質(zhì)的控制物質(zhì)的控制, ,即受核內(nèi)遺傳物質(zhì)即受核內(nèi)遺傳物質(zhì)( (染色體遺傳物質(zhì)染色體遺傳物質(zhì)) )和核外和核外遺傳物質(zhì)遺傳物質(zhì)( (質(zhì)粒質(zhì)粒) )的控制的控制. .有一部分代謝產(chǎn)物的構(gòu)成，取決有一部分代謝產(chǎn)物的構(gòu)成，取決于由質(zhì)粒信息產(chǎn)生的酶所控制的代謝途徑，這類物質(zhì)稱于由質(zhì)粒信息產(chǎn)生的酶所控制的代謝途徑，這類物質(zhì)稱為質(zhì)粒產(chǎn)

14、物。為質(zhì)粒產(chǎn)物。 由于這類物質(zhì)的構(gòu)成直接或間接受質(zhì)粒遺傳物質(zhì)的控由于這類物質(zhì)的構(gòu)成直接或間接受質(zhì)粒遺傳物質(zhì)的控制，因此產(chǎn)生了質(zhì)粒遺傳的觀念。制，因此產(chǎn)生了質(zhì)粒遺傳的觀念。 也有只由染色體也有只由染色體DNADNA控制的抗生素產(chǎn)物?？刂频目股禺a(chǎn)物。次級(jí)代謝產(chǎn)物質(zhì)粒產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物質(zhì)粒產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物質(zhì)粒產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物質(zhì)粒產(chǎn)物底物營(yíng)養(yǎng)物底物營(yíng)養(yǎng)物 中間體質(zhì)中間體質(zhì)粒產(chǎn)物粒產(chǎn)物底物異常營(yíng)養(yǎng)物底物異常營(yíng)養(yǎng)物酶、蛋白質(zhì)酶、蛋白質(zhì)酶、蛋白質(zhì)、次級(jí)代謝產(chǎn)物酶、蛋白質(zhì)、次級(jí)代謝產(chǎn)物質(zhì)粒產(chǎn)物質(zhì)粒產(chǎn)物核糖核蛋白體系統(tǒng)核糖核蛋白體系統(tǒng)mRNAmRNA染色體染色體質(zhì)粒質(zhì)粒次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成與初級(jí)代謝產(chǎn)物的關(guān)系次

15、級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成與初級(jí)代謝產(chǎn)物的關(guān)系第二節(jié)第二節(jié) 初級(jí)代謝的調(diào)理控制初級(jí)代謝的調(diào)理控制一、酶合成的調(diào)理一、酶合成的調(diào)理 經(jīng)過調(diào)理酶合成量進(jìn)而調(diào)理代謝速率，是在基因程度上經(jīng)過調(diào)理酶合成量進(jìn)而調(diào)理代謝速率，是在基因程度上原核生物中轉(zhuǎn)錄程度的代謝調(diào)理原核生物中轉(zhuǎn)錄程度的代謝調(diào)理特點(diǎn)：間接緩慢、節(jié)約能量和原料特點(diǎn)：間接緩慢、節(jié)約能量和原料 酶合成調(diào)理酶合成調(diào)理 誘導(dǎo)酶合成誘導(dǎo)酶合成 阻遏酶合成阻遏酶合成 酶合成調(diào)理的類型酶合成調(diào)理的類型 誘導(dǎo)：當(dāng)環(huán)境中存在誘導(dǎo)物底物及類似物、底物前體誘導(dǎo)：當(dāng)環(huán)境中存在誘導(dǎo)物底物及類似物、底物前體時(shí)，促進(jìn)酶合成，誘導(dǎo)方式有同時(shí)誘導(dǎo)、順序誘導(dǎo)時(shí)，促進(jìn)酶合成，誘導(dǎo)方式有同

16、時(shí)誘導(dǎo)、順序誘導(dǎo) 阻遏：過量代謝產(chǎn)物妨礙代謝途徑中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一阻遏：過量代謝產(chǎn)物妨礙代謝途徑中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的合成，從而控制代謝，減少末端產(chǎn)物的合成系列酶的合成，從而控制代謝，減少末端產(chǎn)物的合成 酶合成調(diào)理的機(jī)制酶合成調(diào)理的機(jī)制乳糖支配子的調(diào)理乳糖支配子的調(diào)理色氨酸支配子的反響阻遏色氨酸支配子的反響阻遏DNA促促 進(jìn)進(jìn)分解代謝物阻遏的乳糖支配子模型分解代謝物阻遏的乳糖支配子模型轉(zhuǎn)乙酰基酶轉(zhuǎn)乙?；刚{(diào)理基因調(diào)理基因CAP-cAMPRNApolLacZOLacYLacA阻遏蛋白阻遏蛋白啟動(dòng)基因啟動(dòng)基因支配基因支配基因構(gòu)造基因構(gòu)造基因RNARNA聚合酶聚合酶乳糖乳糖阻遏蛋白阻遏蛋白m

17、RNAmRNA半乳糖苷酶半乳糖苷酶透過酶透過酶葡萄糖葡萄糖阻斷阻斷XATPcAMPCAPAMP葡萄糖分解代謝物葡萄糖分解代謝物X X阻止阻止CAP-cAMP CAP-cAMP 的構(gòu)成，從而阻止了的構(gòu)成，從而阻止了RNARNA聚合酶與啟動(dòng)基因上聚合酶與啟動(dòng)基因上結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合位點(diǎn)(RNApol.)(RNApol.)的結(jié)合，即使有誘導(dǎo)物乳糖存在，與乳糖代謝有關(guān)的酶仍無的結(jié)合，即使有誘導(dǎo)物乳糖存在，與乳糖代謝有關(guān)的酶仍無法合成法合成二、酶活性的調(diào)理二、酶活性的調(diào)理經(jīng)過改動(dòng)現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)理新陳代謝的速率的方式。是酶分經(jīng)過改動(dòng)現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)理新陳代謝的速率的方式。是酶分子程度上的調(diào)理，屬于精細(xì)

18、的調(diào)理。子程度上的調(diào)理，屬于精細(xì)的調(diào)理。一調(diào)理方式：包括兩個(gè)方面：一調(diào)理方式：包括兩個(gè)方面：1、酶活性的激活：在代謝途徑中后面的反響可被較前面的反響產(chǎn)、酶活性的激活：在代謝途徑中后面的反響可被較前面的反響產(chǎn)物所促進(jìn)的景象；常見于分解代謝途徑。物所促進(jìn)的景象；常見于分解代謝途徑。 如：粗糙脈孢霉的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進(jìn)如：粗糙脈孢霉的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進(jìn)2、酶活性的抑制：包括：競(jìng)爭(zhēng)性抑制和反響抑制。、酶活性的抑制：包括：競(jìng)爭(zhēng)性抑制和反響抑制。概念：反響：指反響鏈中某些中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物對(duì)該途徑關(guān)鍵概念：反響：指反響鏈中某些中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物對(duì)該途徑關(guān)鍵酶活性的影響。酶活

19、性的影響。 凡使反響速度加快的稱正反響；凡使反響速度加快的稱正反響； 凡使反響速度減慢的稱負(fù)反響反響抑制；凡使反響速度減慢的稱負(fù)反響反響抑制； 反響抑制反響抑制主要表如今某代謝途徑的末端產(chǎn)物過量時(shí)可反過來直主要表如今某代謝途徑的末端產(chǎn)物過量時(shí)可反過來直接抑制該途徑中第一個(gè)酶的活性。主要表如今氨基酸、核苷酸合成接抑制該途徑中第一個(gè)酶的活性。主要表如今氨基酸、核苷酸合成途徑中。途徑中。特點(diǎn)：作用直接、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時(shí)又可解除特點(diǎn)：作用直接、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時(shí)又可解除1.直線式代謝途徑中的反響抑制：直線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

20、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)，微生物開展出多種調(diào)理方式。一分支上產(chǎn)物的供應(yīng)，微生物開展出多種調(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。二反響抑制的類型二反響抑制的類型1 1同功酶調(diào)理同功酶調(diào)理

21、isoenzymeisoenzyme定義：催化一樣的生化反響，而酶分子構(gòu)造有差別定義：催化一樣的生化反響，而酶分子構(gòu)造有差別的一組酶。的一組酶。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)，那么分支代謝的幾個(gè)最終產(chǎn)物往往分別對(duì)這幾個(gè)同功分支代謝的幾個(gè)最終產(chǎn)物往往分別對(duì)這幾個(gè)同功酶發(fā)生抑制造用。酶發(fā)生抑制造用。某一產(chǎn)物過量?jī)H抑制相應(yīng)某一產(chǎn)物過量?jī)H抑制相應(yīng)酶活性，對(duì)其他產(chǎn)物沒影響。酶活性，對(duì)其他產(chǎn)物沒影響。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

22、酸合成的調(diào)理2 2協(xié)同反響抑制協(xié)同反響抑制concerted feedback concerted feedback inhibitioninhibition定義：分支代謝途徑中幾個(gè)末端產(chǎn)物同時(shí)過量時(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冬氨酸激酶受賴天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反響抑制和阻遏。氨酸和

23、蘇氨酸的協(xié)同反響抑制和阻遏。3 3協(xié)作反響抑制協(xié)作反響抑制cooperative feedback cooperative feedback inhibitioninhibition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)過量時(shí)

24、，分別抑制其活性的70%和和10%。4積累反響抑制積累反響抑制cumulative feedback inhibition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)物之間既無協(xié)同效應(yīng)，亦無拮抗作造用是積累的，各末端產(chǎn)物之間既無協(xié)同效應(yīng)，亦無拮抗作用。用。5 5順序反響抑制順序反響抑制sequential feedback sequential feedback inhibitioninhibition一種終產(chǎn)

25、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)過后者反響導(dǎo)致前一中間產(chǎn)物的積累，經(jīng)過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)理三反響抑制的機(jī)制三反響抑制的機(jī)制 雖然反響抑制的類型很多，但其主要的作用方式在于末端雖然反響抑制的類型很多，但其主要的作用方式在于末端產(chǎn)物對(duì)反響途徑中調(diào)理酶的抑制。產(chǎn)物對(duì)反響途徑中調(diào)理酶的抑制。 受反響抑制的調(diào)理酶普通都是變構(gòu)酶，酶活力調(diào)控的本質(zhì)受反響抑制的調(diào)理酶普通都是變構(gòu)酶，酶活力調(diào)控的本質(zhì)就是變構(gòu)酶的變構(gòu)調(diào)理。就是變構(gòu)酶的變構(gòu)調(diào)理。 變構(gòu)

26、酶的酶蛋白分子普通都是由兩個(gè)以上亞基組成的多聚變構(gòu)酶的酶蛋白分子普通都是由兩個(gè)以上亞基組成的多聚體，具有四級(jí)構(gòu)造，這是可以產(chǎn)生變構(gòu)作用的物質(zhì)根底。體，具有四級(jí)構(gòu)造，這是可以產(chǎn)生變構(gòu)作用的物質(zhì)根底。 變構(gòu)酶分子具有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，一個(gè)是與底物結(jié)合的催化變構(gòu)酶分子具有兩個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，一個(gè)是與底物結(jié)合的催化中心活性中心，另一個(gè)可與調(diào)理因子又稱效應(yīng)物相結(jié)中心活性中心，另一個(gè)可與調(diào)理因子又稱效應(yīng)物相結(jié)合的調(diào)理中心變構(gòu)中心。合的調(diào)理中心變構(gòu)中心。+激激活活劑劑底物底物+抑抑制制劑劑無活性方式無活性方式活性方式活性方式活性方式活性方式無活性方式無活性方式不能結(jié)合底物不能結(jié)合底物底物底物圖圖 變構(gòu)酶的激活和變構(gòu)酶

27、的抑制變構(gòu)酶的激活和變構(gòu)酶的抑制 變構(gòu)效應(yīng)：當(dāng)效應(yīng)物與調(diào)理中心結(jié)合后，可引起酶蛋白分變構(gòu)效應(yīng)：當(dāng)效應(yīng)物與調(diào)理中心結(jié)合后，可引起酶蛋白分子發(fā)生構(gòu)象變化，從而引起酶的活性中心對(duì)底物的親和力和催子發(fā)生構(gòu)象變化，從而引起酶的活性中心對(duì)底物的親和力和催化才干的改動(dòng)，激活或妨礙了酶和它的底物的結(jié)合，促進(jìn)或抑化才干的改動(dòng)，激活或妨礙了酶和它的底物的結(jié)合，促進(jìn)或抑制了酶活力，使整個(gè)代謝途徑的快慢遭到調(diào)理。制了酶活力，使整個(gè)代謝途徑的快慢遭到調(diào)理。NoImageNoImage27NoImage突變前突變前突變后突變后反響抑制與抗反響抑制突變反響抑制與抗反響抑制突變效應(yīng)物效應(yīng)物底物底物三、反響阻遏與反響抑制的比較

28、三、反響阻遏與反響抑制的比較 類型類型項(xiàng)目項(xiàng)目反饋?zhàn)瓒舴答佔(zhàn)瓒舴答佉种品答佉种普{(diào)控對(duì)象調(diào)控對(duì)象調(diào)控開關(guān)調(diào)控開關(guān)調(diào)控的水平調(diào)控的水平調(diào)控方式調(diào)控方式調(diào)控動(dòng)作調(diào)控動(dòng)作形成的控制形成的控制調(diào)控反應(yīng)速調(diào)控反應(yīng)速度度酶的合成酶的合成終產(chǎn)物濃度終產(chǎn)物濃度DNAmRNA酶蛋白（轉(zhuǎn)錄水平）酶蛋白（轉(zhuǎn)錄水平）終產(chǎn)物與阻遏蛋白親和力終產(chǎn)物與阻遏蛋白親和力阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合, ,不能合成不能合成mRNAmRNA開、關(guān)控制開、關(guān)控制遲緩、粗的控制遲緩、粗的控制酶的活性酶的活性終產(chǎn)物濃度終產(chǎn)物濃度酶蛋白的構(gòu)象變化酶蛋白的構(gòu)象變化終產(chǎn)物與變構(gòu)部位親和力終產(chǎn)物與變構(gòu)部位親和力通過變構(gòu)效應(yīng)通過變構(gòu)效

29、應(yīng),酶的構(gòu)象變化酶的構(gòu)象變化控制酶活性的大小控制酶活性的大小迅速、精確的控制迅速、精確的控制第三節(jié)第三節(jié) 次級(jí)代謝的調(diào)理控制次級(jí)代謝的調(diào)理控制 1. 1. 細(xì)胞生長(zhǎng)期到抗生素產(chǎn)生期的過渡細(xì)胞生長(zhǎng)期到抗生素產(chǎn)生期的過渡在細(xì)胞生長(zhǎng)期，擔(dān)任次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶處于抑制在細(xì)胞生長(zhǎng)期，擔(dān)任次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶處于抑制或阻遏形狀，進(jìn)入穩(wěn)定期，這些酶便開場(chǎng)被激活或被合或阻遏形狀，進(jìn)入穩(wěn)定期，這些酶便開場(chǎng)被激活或被合成解除阻遏作用的緣由是多方面的。成解除阻遏作用的緣由是多方面的。(1)(1)一種誘導(dǎo)因子在生長(zhǎng)期末積累或從外源參與以解除一種誘導(dǎo)因子在生長(zhǎng)期末積累或從外源參與以解除消費(fèi)期的阻遏作用。消費(fèi)期的阻遏作

30、用。(2)(2)初級(jí)代謝的終產(chǎn)物對(duì)次級(jí)代謝途徑的反響阻遏作用，初級(jí)代謝的終產(chǎn)物對(duì)次級(jí)代謝途徑的反響阻遏作用，當(dāng)終產(chǎn)物耗盡后，受阻遏的基因就被解除阻遏。當(dāng)終產(chǎn)物耗盡后，受阻遏的基因就被解除阻遏。(3)(3)在一種易被利用的糖源中生長(zhǎng)，其分解代謝物對(duì)抗在一種易被利用的糖源中生長(zhǎng)，其分解代謝物對(duì)抗生素合成有阻遏作用，當(dāng)這些阻遏劑被利用后，便解除生素合成有阻遏作用，當(dāng)這些阻遏劑被利用后，便解除了阻遏作用。了阻遏作用。2. 2. 酶的誘導(dǎo)作用酶的誘導(dǎo)作用 在細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)期普通不出現(xiàn)催化次級(jí)代謝的酶，在穩(wěn)定在細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)期普通不出現(xiàn)催化次級(jí)代謝的酶，在穩(wěn)定期發(fā)生了次級(jí)代謝酶的誘導(dǎo)或解阻遏而生成。如色氨酸期發(fā)生了次

31、級(jí)代謝酶的誘導(dǎo)或解阻遏而生成。如色氨酸或其類似物刺激麥角菌誘導(dǎo)合成麥角靈生物堿；蛋氨或其類似物刺激麥角菌誘導(dǎo)合成麥角靈生物堿；蛋氨酸刺激頂頭孢霉生物合成頭孢菌素酸刺激頂頭孢霉生物合成頭孢菌素C C。(4)(4)抗生素合成途徑受高能化合物的阻遏，當(dāng)抗生素合成途徑受高能化合物的阻遏，當(dāng)ATPATP構(gòu)成減少后，阻遏構(gòu)成減少后，阻遏作用隨即解除。作用隨即解除。(5)(5)在生長(zhǎng)期，在生長(zhǎng)期，RNARNA聚合酶只能啟動(dòng)生長(zhǎng)期基因的轉(zhuǎn)錄作用，它不能聚合酶只能啟動(dòng)生長(zhǎng)期基因的轉(zhuǎn)錄作用，它不能附著在消費(fèi)期支配的促進(jìn)子的位置上，結(jié)果次級(jí)代謝途徑的酶合成附著在消費(fèi)期支配的促進(jìn)子的位置上，結(jié)果次級(jí)代謝途徑的酶合成受

32、阻遏；當(dāng)生長(zhǎng)停頓后，酶的構(gòu)造改動(dòng)，允許受阻遏；當(dāng)生長(zhǎng)停頓后，酶的構(gòu)造改動(dòng)，允許RNARNA聚合酶啟動(dòng)消費(fèi)聚合酶啟動(dòng)消費(fèi)期基因的轉(zhuǎn)錄作用，擔(dān)任抗生素合成的酶開場(chǎng)生成。期基因的轉(zhuǎn)錄作用，擔(dān)任抗生素合成的酶開場(chǎng)生成。3. 3. 分解代謝產(chǎn)物的調(diào)理控制分解代謝產(chǎn)物的調(diào)理控制 葡萄糖效應(yīng)分解產(chǎn)物阻遏：在含有葡萄糖和葡萄糖效應(yīng)分解產(chǎn)物阻遏：在含有葡萄糖和第二種碳源的培育基中，葡萄糖首先被利用，抑制抗生第二種碳源的培育基中，葡萄糖首先被利用，抑制抗生素的生物合成，只需在葡萄糖耗盡時(shí)，利用第二種碳源素的生物合成，只需在葡萄糖耗盡時(shí)，利用第二種碳源如半乳糖所需的酶開場(chǎng)所成，并解除對(duì)抗生素生物如半乳糖所需的酶開場(chǎng)

33、所成，并解除對(duì)抗生素生物合成的抑制。此外，甘露糖、甘油也呈現(xiàn)明顯的阻遏作合成的抑制。此外，甘露糖、甘油也呈現(xiàn)明顯的阻遏作用。用。4. 4. 磷酸鹽的調(diào)理磷酸鹽的調(diào)理高濃度磷酸鹽對(duì)許多抗生素合成具有阻遏和抑制造用。高高濃度磷酸鹽對(duì)許多抗生素合成具有阻遏和抑制造用。高濃度磷酸鹽只長(zhǎng)菌體而不合成抗生素；但磷酸鹽太少時(shí)，菌濃度磷酸鹽只長(zhǎng)菌體而不合成抗生素；但磷酸鹽太少時(shí)，菌體生長(zhǎng)不夠，也不利于合成抗生素。因此，發(fā)酵工藝上要嚴(yán)體生長(zhǎng)不夠，也不利于合成抗生素。因此，發(fā)酵工藝上要嚴(yán)厲控制厲控制“亞適量的磷酸鹽濃度。亞適量的磷酸鹽濃度。5. NH45. NH4的抑制造用的抑制造用在抗生素發(fā)酵中，供應(yīng)高濃度的容

34、易被利用的無機(jī)氨態(tài)氮在抗生素發(fā)酵中，供應(yīng)高濃度的容易被利用的無機(jī)氨態(tài)氮或其他迅速被利用的氮源，由于它們促進(jìn)生長(zhǎng)，而劇烈抑制或其他迅速被利用的氮源，由于它們促進(jìn)生長(zhǎng)，而劇烈抑制抗生素的合成?？股氐暮铣伞?. 6. 初級(jí)代謝調(diào)理對(duì)次級(jí)代謝的作用初級(jí)代謝調(diào)理對(duì)次級(jí)代謝的作用許多次級(jí)代謝產(chǎn)物來自初級(jí)代謝的關(guān)鍵中間體，因此許多次級(jí)代謝產(chǎn)物來自初級(jí)代謝的關(guān)鍵中間體，因此次級(jí)代謝也就受初級(jí)代謝調(diào)理的影響。次級(jí)代謝也就受初級(jí)代謝調(diào)理的影響。7. 7. 次級(jí)代謝的反響抑制或阻遏次級(jí)代謝的反響抑制或阻遏許多抗生素能阻止本身的合成。許多抗生素能阻止本身的合成。8. 8. 次級(jí)代謝的能荷調(diào)理次級(jí)代謝的能荷調(diào)理能荷調(diào)

35、理機(jī)制對(duì)次級(jí)代謝途徑的控制也是有效的。能荷調(diào)理機(jī)制對(duì)次級(jí)代謝途徑的控制也是有效的。第四節(jié)第四節(jié) 代謝調(diào)理控制育種代謝調(diào)理控制育種 從工業(yè)微生物育種史來看，誘變育種曾獲得了宏大的從工業(yè)微生物育種史來看，誘變育種曾獲得了宏大的成就，使微生物有效產(chǎn)物成百倍、乃致成千倍的添加。成就，使微生物有效產(chǎn)物成百倍、乃致成千倍的添加。但是誘變育種任務(wù)量繁重，盲目性大。但是誘變育種任務(wù)量繁重，盲目性大。 近年來由于運(yùn)用生物化學(xué)和遺傳學(xué)原理，深化研討了近年來由于運(yùn)用生物化學(xué)和遺傳學(xué)原理，深化研討了生物合成代謝途徑以及代謝調(diào)理控制的根底實(shí)際：生物合成代謝途徑以及代謝調(diào)理控制的根底實(shí)際： 1可進(jìn)展外因控制，經(jīng)過培育條件

36、來解除反響調(diào)理可進(jìn)展外因控制，經(jīng)過培育條件來解除反響調(diào)理而使生物合成的途徑朝著人們所希望的方向進(jìn)展，即實(shí)而使生物合成的途徑朝著人們所希望的方向進(jìn)展，即實(shí)現(xiàn)代謝控制發(fā)酵；現(xiàn)代謝控制發(fā)酵；2還可進(jìn)展內(nèi)因改動(dòng)，經(jīng)過定向選育某種特定的突還可進(jìn)展內(nèi)因改動(dòng)，經(jīng)過定向選育某種特定的突變株，以到達(dá)大量積累有益產(chǎn)物的目的，即所謂代謝控變株，以到達(dá)大量積累有益產(chǎn)物的目的，即所謂代謝控制育種。制育種。 內(nèi)因是變化的根據(jù)，所以改動(dòng)微生物的遺傳型往往是控內(nèi)因是變化的根據(jù)，所以改動(dòng)微生物的遺傳型往往是控制代謝的更為有效的途徑。制代謝的更為有效的途徑。 代謝控制育種可以大大減少傳統(tǒng)育種的盲目性，提高了代謝控制育種可以大大減

37、少傳統(tǒng)育種的盲目性，提高了效率。效率。 代謝控制育種很快在初級(jí)代謝產(chǎn)物的育種中得到廣泛的代謝控制育種很快在初級(jí)代謝產(chǎn)物的育種中得到廣泛的運(yùn)用，成就也非常顯赫，幾乎全部氨基酸和多種核苷酸運(yùn)用，成就也非常顯赫，幾乎全部氨基酸和多種核苷酸消費(fèi)菌株都被打上了抗性或缺陷型遺傳標(biāo)志。消費(fèi)菌株都被打上了抗性或缺陷型遺傳標(biāo)志。 代謝調(diào)理控制育種經(jīng)過特定突變型的選育，到達(dá)改動(dòng)代謝調(diào)理控制育種經(jīng)過特定突變型的選育，到達(dá)改動(dòng)代謝通路、降低支路代謝終產(chǎn)物的產(chǎn)生或切斷支路代謝代謝通路、降低支路代謝終產(chǎn)物的產(chǎn)生或切斷支路代謝途徑及提高細(xì)胞膜的透性，使代謝流向目的產(chǎn)物積累方途徑及提高細(xì)胞膜的透性，使代謝流向目的產(chǎn)物積累方向

38、進(jìn)展。向進(jìn)展。下表列出微生物代謝控制育種措施下表列出微生物代謝控制育種措施調(diào)節(jié)體系調(diào)節(jié)體系育種措施育種措施誘導(dǎo)誘導(dǎo)分解阻遏分解阻遏分解抑制分解抑制 1.1.組成型突變株的選育組成型突變株的選育2.2.抗分解調(diào)節(jié)突變株的選育抗分解調(diào)節(jié)突變株的選育l解除碳源分解調(diào)節(jié)突變株的選育解除碳源分解調(diào)節(jié)突變株的選育l解除氮源分解調(diào)節(jié)突變株的選育解除氮源分解調(diào)節(jié)突變株的選育l解除磷酸鹽調(diào)節(jié)突變株的選育解除磷酸鹽調(diào)節(jié)突變株的選育反饋?zhàn)瓒舴答佔(zhàn)瓒舴答佉种品答佉种?.3.營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的選育營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的選育4.4.滲漏型缺陷型突變株的選育滲漏型缺陷型突變株的選育5.5.回復(fù)突變株的選育回復(fù)突變株的選育6.6

39、.耐自身代謝產(chǎn)物的突變株的選育耐自身代謝產(chǎn)物的突變株的選育7.7.抗終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似物的突變株的選育抗終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似物的突變株的選育8.8.耐前體物突變株的選育耐前體物突變株的選育9.9.條件突變株的選育條件突變株的選育細(xì)胞膜滲透性細(xì)胞膜滲透性10.10.營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的選育營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株的選育l生物素缺陷型生物素缺陷型l油酸缺陷型油酸缺陷型l甘油缺陷型甘油缺陷型11.11.溫敏突變株溫敏突變株一、組成型突變株的選育一、組成型突變株的選育組成型突變株：在沒有誘導(dǎo)底物存在時(shí)也能產(chǎn)組成型突變株：在沒有誘導(dǎo)底物存在時(shí)也能產(chǎn)生大量誘導(dǎo)酶的突變株。生大量誘導(dǎo)酶的突變株。 挑選原理：經(jīng)過誘變處置，使調(diào)理

40、基因發(fā)生突挑選原理：經(jīng)過誘變處置，使調(diào)理基因發(fā)生突變，不產(chǎn)生有活性的阻遏蛋白，或者支配基因變，不產(chǎn)生有活性的阻遏蛋白，或者支配基因發(fā)生突變不再能與阻遏物相結(jié)合，從而使誘導(dǎo)發(fā)生突變不再能與阻遏物相結(jié)合，從而使誘導(dǎo)型酶變?yōu)榻M成型酶。型酶變?yōu)榻M成型酶。 39NoImage挑選方法及實(shí)例：挑選方法及實(shí)例：發(fā)明一種有利于組成型菌株生長(zhǎng)而不利于誘導(dǎo)型發(fā)明一種有利于組成型菌株生長(zhǎng)而不利于誘導(dǎo)型菌株生長(zhǎng)的培育條件，呵斥對(duì)組成型突變株的選菌株生長(zhǎng)的培育條件，呵斥對(duì)組成型突變株的選擇優(yōu)勢(shì)；擇優(yōu)勢(shì)；選擇適當(dāng)?shù)蔫b別培育基，直接在平板上識(shí)別兩類選擇適當(dāng)?shù)蔫b別培育基，直接在平板上識(shí)別兩類菌落，從而把組成型突變株選擇出來。

41、菌落，從而把組成型突變株選擇出來。40NoImagep限量誘導(dǎo)物恒化培育法限量誘導(dǎo)物恒化培育法 p 控制低于誘導(dǎo)濃度的誘導(dǎo)物作碳源控制低于誘導(dǎo)濃度的誘導(dǎo)物作碳源進(jìn)展恒化延續(xù)培育。誘導(dǎo)型菌株生長(zhǎng)極弱，進(jìn)展恒化延續(xù)培育。誘導(dǎo)型菌株生長(zhǎng)極弱，而變異株由于能產(chǎn)分解底物的酶，那么能而變異株由于能產(chǎn)分解底物的酶，那么能分解底物而得以生長(zhǎng)。經(jīng)過延續(xù)不斷參與分解底物而得以生長(zhǎng)。經(jīng)過延續(xù)不斷參與新穎基質(zhì)，野生型就會(huì)被新穎基質(zhì)，野生型就會(huì)被“洗出，組成洗出，組成型突變株就被不斷型突變株就被不斷“濃縮濃縮 ，最后到達(dá)能，最后到達(dá)能分別的濃度。分別的濃度。41NoImagep循環(huán)培育法循環(huán)培育法 p不含誘導(dǎo)物培育基不

42、含誘導(dǎo)物培育基 含誘導(dǎo)物培育基含誘導(dǎo)物培育基 p( (普通碳源或氮源普通碳源或氮源 誘導(dǎo)物作獨(dú)一碳源誘導(dǎo)物作獨(dú)一碳源或氮源或氮源 兩菌都能生長(zhǎng)，但組兩菌都能生長(zhǎng)，但組成型突變株已能合成成型突變株已能合成特定的酶，親株不能特定的酶，親株不能變異株調(diào)整期短，親株調(diào)變異株調(diào)整期短，親株調(diào)整期長(zhǎng)，短時(shí)間培育后，整期長(zhǎng)，短時(shí)間培育后，變異株所占比例增大變異株所占比例增大 反復(fù)循環(huán)培育幾次后，變異株所占比例逐漸提高，然后進(jìn)展分別 NoImagep鑒別性培育基的利用鑒別性培育基的利用p將誘變孢子懸液涂布在甘油作獨(dú)一將誘變孢子懸液涂布在甘油作獨(dú)一碳源的平板上，培育后長(zhǎng)出菌落。碳源的平板上，培育后長(zhǎng)出菌落。p然

43、后在菌落上噴上然后在菌落上噴上O-硝基苯酚硝基苯酚-D-半半乳糖苷乳糖苷ONPG，組成型成黃色，誘導(dǎo)，組成型成黃色，誘導(dǎo)型呈白色。型呈白色。緣由：組成型突變株在沒有誘導(dǎo)底物存在時(shí)仍能產(chǎn)緣由：組成型突變株在沒有誘導(dǎo)底物存在時(shí)仍能產(chǎn)生生-半乳糖苷酶，將無色試劑水解，放出半乳糖苷酶，將無色試劑水解，放出O-O-硝基苯硝基苯酚，因此很容易挑選。酚，因此很容易挑選。43NoImagep挑選挑選p經(jīng)誘變劑處置后的菌體移接到含有誘導(dǎo)才經(jīng)誘變劑處置后的菌體移接到含有誘導(dǎo)才干低，但能作為良好碳源的誘導(dǎo)物的培育基中干低，但能作為良好碳源的誘導(dǎo)物的培育基中培育，突變體能良好生長(zhǎng)，野生型不能生長(zhǎng)。培育，突變體能良好生

44、長(zhǎng)，野生型不能生長(zhǎng)。p例如：利用苯例如：利用苯-半乳糖半乳糖PG挑選挑選-半乳半乳糖苷酶組成型突變株。糖苷酶組成型突變株。p二、營(yíng)養(yǎng)缺陷型在代謝調(diào)理育種中的運(yùn)用二、營(yíng)養(yǎng)缺陷型在代謝調(diào)理育種中的運(yùn)用一在初級(jí)代謝調(diào)理育種中的運(yùn)用一在初級(jí)代謝調(diào)理育種中的運(yùn)用1.在直線式生物合成途徑中在直線式生物合成途徑中利用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株進(jìn)展氨基酸發(fā)酵必需限制所要求的氨基酸量，這樣就將反響作用物濃度利用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株進(jìn)展氨基酸發(fā)酵必需限制所要求的氨基酸量，這樣就將反響作用物濃度控制在反響機(jī)制的濃度之下控制在反響機(jī)制的濃度之下谷氨酸谷氨酸N-乙酰乙酰-谷氨酰磷酸谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸半縮醛乙酰谷氨酸半縮醛N-乙

45、酰鳥氨酸乙酰鳥氨酸鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸瓜氨酸精氨酸精氨酸N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸- -反響 抑制谷氨酸棒狀桿菌瓜氨酸缺陷型的鳥氨酸發(fā)酵代謝控制機(jī)制谷氨酸棒狀桿菌瓜氨酸缺陷型的鳥氨酸發(fā)酵代謝控制機(jī)制-2.在分支式生物合成途徑中在分支式生物合成途徑中-協(xié)同反響抑制天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸半縮酸醛天冬氨酸半縮酸醛高絲氨酸高絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸賴氨酸賴氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶-谷氨酸棒狀桿菌高絲氨酸缺陷型的谷氨酸棒狀桿菌高絲氨酸缺陷型的L-L-賴氨酸發(fā)酵代謝控制機(jī)制賴氨酸發(fā)酵代謝控制機(jī)制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

46、的實(shí)際運(yùn)用調(diào)控實(shí)際的實(shí)際運(yùn)用二在次級(jí)代謝調(diào)理育種中的運(yùn)用自學(xué)二在次級(jí)代謝調(diào)理育種中的運(yùn)用自學(xué)三、滲漏缺陷型在代謝調(diào)理育種中的運(yùn)用。三、滲漏缺陷型在代謝調(diào)理育種中的運(yùn)用。 滲漏缺陷型是一種特殊的營(yíng)養(yǎng)缺陷型，是遺傳性代謝滲漏缺陷型是一種特殊的營(yíng)養(yǎng)缺陷型，是遺傳性代謝妨礙不完全的突變型。其特點(diǎn)是酶活力下降而不完全喪失，妨礙不完全的突變型。其特點(diǎn)是酶活力下降而不完全喪失，并能在根本培育基上少量生長(zhǎng)。獲得滲漏型的方法是把大并能在根本培育基上少量生長(zhǎng)。獲得滲漏型的方法是把大量營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株接種在根本培育基平板上，挑選生長(zhǎng)特量營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株接種在根本培育基平板上，挑選生長(zhǎng)特別慢而菌落小的即可。別慢而菌落小的

47、即可。 可以利用滲漏缺陷型既能少量地合成代謝終產(chǎn)物，又可以利用滲漏缺陷型既能少量地合成代謝終產(chǎn)物，又不呵斥反響抑制的景象。挑選抗反響調(diào)理突變株，其原理不呵斥反響抑制的景象。挑選抗反響調(diào)理突變株，其原理類似于營(yíng)養(yǎng)缺陷型，只是不用添加限量的缺陷營(yíng)養(yǎng)屋。類似于營(yíng)養(yǎng)缺陷型，只是不用添加限量的缺陷營(yíng)養(yǎng)屋。四、抗反響調(diào)理突變株的選育四、抗反響調(diào)理突變株的選育( (一一) )反響調(diào)理和抗反響調(diào)理突變反響調(diào)理和抗反響調(diào)理突變 1.1.反響調(diào)理反響調(diào)理 是指當(dāng)合成代謝途徑的終產(chǎn)物或分支代謝是指當(dāng)合成代謝途徑的終產(chǎn)物或分支代謝途徑的終產(chǎn)物過量積累時(shí)，抑制合成代謝途徑途徑的終產(chǎn)物過量積累時(shí)，抑制合成代謝途徑的關(guān)鍵酶

48、往往是代謝途徑或分支代謝途徑第的關(guān)鍵酶往往是代謝途徑或分支代謝途徑第一步的酶的活力或相關(guān)酶的合成。反響調(diào)理一步的酶的活力或相關(guān)酶的合成。反響調(diào)理分為反響抑制和反響阻遏。分為反響抑制和反響阻遏。 NoImageNoImage50NoImage反響抑制是指合成代謝途徑終產(chǎn)物過量積累時(shí)對(duì)該反響抑制是指合成代謝途徑終產(chǎn)物過量積累時(shí)對(duì)該途徑前端某些關(guān)鍵酶酶活性的抑制造用。途徑前端某些關(guān)鍵酶酶活性的抑制造用。反響阻遏是指微生物合成代謝中高濃度終產(chǎn)物對(duì)該反響阻遏是指微生物合成代謝中高濃度終產(chǎn)物對(duì)該途徑上酶合成的抑制造用。途徑上酶合成的抑制造用。反響抑制直接以產(chǎn)物濃度控制關(guān)鍵酶的活性，從而反響抑制直接以產(chǎn)物濃

49、度控制關(guān)鍵酶的活性，從而控制整個(gè)代謝途徑，具有快速、有效、經(jīng)濟(jì)和直接控制整個(gè)代謝途徑，具有快速、有效、經(jīng)濟(jì)和直接的特點(diǎn)。的特點(diǎn)。反響阻遏作用是胞內(nèi)產(chǎn)物過量后終止酶合成的一種反響阻遏作用是胞內(nèi)產(chǎn)物過量后終止酶合成的一種機(jī)制，與反響抑制相比，反響較慢，并且往往影響機(jī)制，與反響抑制相比，反響較慢，并且往往影響代謝途徑中一切酶整個(gè)支配子的合成。代謝途徑中一切酶整個(gè)支配子的合成。51NoImage2.2.抗反響調(diào)理突變抗反響調(diào)理突變 是指解除了反響調(diào)理的突變株，包括抗反響是指解除了反響調(diào)理的突變株，包括抗反響抑制突變和抗反響阻遏突變。抑制突變和抗反響阻遏突變。 抗反響抑制突變是指解除了反響抑制的突變株。

50、抗反響抑制突變是指解除了反響抑制的突變株。調(diào)理中心發(fā)生構(gòu)造改動(dòng)，無法與效應(yīng)物結(jié)合調(diào)理中心發(fā)生構(gòu)造改動(dòng)，無法與效應(yīng)物結(jié)合 抗反響阻遏突變是指解除了反響阻遏的突變株?？狗错懽瓒敉蛔兪侵附獬朔错懽瓒舻耐蛔冎?。調(diào)理基因突變或支配基因突變調(diào)理基因突變或支配基因突變 52NoImage3.3.抗反響調(diào)理突變株的挑選抗反響調(diào)理突變株的挑選 挑選抗構(gòu)造類似物突變株挑選抗構(gòu)造類似物突變株 利用回復(fù)突變挑選利用回復(fù)突變挑選 初級(jí)代謝產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變挑選抗反初級(jí)代謝產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變挑選抗反響調(diào)理突變株野生型響調(diào)理突變株野生型營(yíng)養(yǎng)缺陷型營(yíng)養(yǎng)缺陷型原原養(yǎng)型養(yǎng)型 次級(jí)代謝產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變挑選抗反次級(jí)代

51、謝產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)缺陷型回復(fù)突變挑選抗反響調(diào)理突變株野生型響調(diào)理突變株野生型營(yíng)養(yǎng)缺陷型營(yíng)養(yǎng)缺陷型原原養(yǎng)型養(yǎng)型 次級(jí)代謝產(chǎn)物零產(chǎn)量回復(fù)突變挑選抗反響調(diào)次級(jí)代謝產(chǎn)物零產(chǎn)量回復(fù)突變挑選抗反響調(diào)理突變株高產(chǎn)株理突變株高產(chǎn)株零變株零變株高產(chǎn)株高產(chǎn)株 53NoImage( (二二) )抗代謝類似物突變型的挑選抗代謝類似物突變型的挑選1.1.代謝類似物與抗代謝類似物突變代謝類似物與抗代謝類似物突變 代謝類似物：構(gòu)造與初級(jí)代謝物類似，因此可代謝類似物：構(gòu)造與初級(jí)代謝物類似，因此可起到代謝物所具有的調(diào)理作用而不具備其生理功起到代謝物所具有的調(diào)理作用而不具備其生理功能的一類化合物。能的一類化合物。 54NoImage T

52、hreonine AHV -Amino-hydroxyvaleric acid -氨基-羥基戊酸55NoImage Lys AEC S-(2-Aminoethyl)-L-CysteineS-2氨基乙基氨基乙基-L半胱氨酸半胱氨酸56NoImage真正代謝物功能：合成大分子終產(chǎn)物真正代謝物功能：合成大分子終產(chǎn)物普通為初級(jí)代謝產(chǎn)物，為生長(zhǎng)必需；普通為初級(jí)代謝產(chǎn)物，為生長(zhǎng)必需；調(diào)理功能反響調(diào)理功能反響 代謝類似物：只需調(diào)理功能，不能合成代謝類似物：只需調(diào)理功能，不能合成有活性的生物大分子。參與代謝類似物，有活性的生物大分子。參與代謝類似物，將封鎖相關(guān)代謝物的合成，從而影響微將封鎖相關(guān)代謝物的合成，從而影響微生物的生長(zhǎng)。生物的生長(zhǎng)。57NoImage抗代謝類似物突變株：在含有代謝類抗代謝類似物突變株：在含有代謝類似物的根本培育基中可以生長(zhǎng)的菌株似物的根本培育基中可以生長(zhǎng)的菌株被稱作抗代謝類似物突變株。被稱作抗代謝類似物突變株。 經(jīng)過基因突變，使變構(gòu)酶或阻遏蛋白經(jīng)過基因突變，使變構(gòu)酶或阻遏蛋白的構(gòu)造發(fā)生改動(dòng)，使其不能與代謝終的構(gòu)造發(fā)生改動(dòng)，使其不能與代謝終產(chǎn)物結(jié)合，從而解除了代謝終產(chǎn)物的產(chǎn)物結(jié)合，從而解除了代謝終產(chǎn)物的反響調(diào)理作用，所以即使在代謝類