代謝控制發(fā)酵基本思想

1、代謝控制發(fā)酵基本思想無分支途徑無分支途徑圖圖 谷氨酸棒桿菌鳥氨酸生物合谷氨酸棒桿菌鳥氨酸生物合成途徑成途徑乙酰谷氨酸合成酶乙酰谷氨酸合成酶乙酰谷氨酸激酶乙酰谷氨酸激酶 N-乙酰谷氨酸半醛脫氫酶乙酰谷氨酸半醛脫氫酶乙酰鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶乙酰鳥氨酸轉(zhuǎn)氨酶乙酰鳥氨酸酶乙酰鳥氨酸酶 Arg對對有反饋調(diào)節(jié)作用。有反饋調(diào)節(jié)作用。選育瓜氨酸缺陷突變株（選育瓜氨酸缺陷突變株（Cit-），亞適量添加瓜氨酸，就），亞適量添加瓜氨酸，就會(huì)積累大量的鳥氨酸會(huì)積累大量的鳥氨酸 。 分支途徑分支途徑 E、G協(xié)同反饋抑制第協(xié)同反饋抑制第1個(gè)酶的活性和阻遏酶的生成。個(gè)酶的活性和阻遏酶的生成。當(dāng)菌株失去當(dāng)菌株失去CD的能力即成為的能

2、力即成為D或或E缺陷型突變株時(shí)，解除了缺陷型突變株時(shí)，解除了E、G對第對第1個(gè)酶的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)。當(dāng)培養(yǎng)基中限量添加個(gè)酶的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)。當(dāng)培養(yǎng)基中限量添加E，那么，那么只剩下只剩下G對對CF轉(zhuǎn)變的控制，轉(zhuǎn)變的控制，F(xiàn)、G不會(huì)過量生成，而使不會(huì)過量生成，而使C得以積得以積累。累。例：利用枯草例：利用枯草芽孢桿菌營養(yǎng)芽孢桿菌營養(yǎng)缺陷型生產(chǎn)肌缺陷型生產(chǎn)肌苷苷5磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸PRPP谷氨酰胺谷氨酰胺PRPP轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)移酶5磷酸核糖胺磷酸核糖胺腺嘌呤核苷琥珀酸腺嘌呤核苷琥珀酸SAMP黃嘌呤核苷酸黃嘌呤核苷酸XMP腺嘌呤核苷酸腺嘌呤核苷酸AMP鳥嘌呤核苷酸鳥嘌呤核苷酸GMP5-IMP肌苷酸肌苷酸

3、肌苷肌苷IR積累另一分支途徑的終產(chǎn)物積累另一分支途徑的終產(chǎn)物l在分支合成途徑中，由于存在著多個(gè)終產(chǎn)物單在分支合成途徑中，由于存在著多個(gè)終產(chǎn)物單獨(dú)存在時(shí)不能對其合成途徑的關(guān)鍵酶實(shí)現(xiàn)全部獨(dú)存在時(shí)不能對其合成途徑的關(guān)鍵酶實(shí)現(xiàn)全部反饋抑制或阻遏這一現(xiàn)象，因此，可以利用這反饋抑制或阻遏這一現(xiàn)象，因此，可以利用這種機(jī)制選育營養(yǎng)缺陷型菌株，造成一個(gè)或兩個(gè)種機(jī)制選育營養(yǎng)缺陷型菌株，造成一個(gè)或兩個(gè)終產(chǎn)物合成缺陷而使另外的終產(chǎn)物得以積累。終產(chǎn)物合成缺陷而使另外的終產(chǎn)物得以積累。通常通常I、E協(xié)同反饋調(diào)節(jié)途徑第一個(gè)酶，但菌株喪失協(xié)同反饋調(diào)節(jié)途徑第一個(gè)酶，但菌株喪失CF的能力，是的能力，是I、G的雙缺陷突變體。若在培

4、養(yǎng)基中亞適量添加的雙缺陷突變體。若在培養(yǎng)基中亞適量添加I、G，就解除，就解除I、E對第一個(gè)酶的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)，使終產(chǎn)物對第一個(gè)酶的協(xié)同反饋調(diào)節(jié)，使終產(chǎn)物E大量積累，所以只大量積累，所以只要選育要選育F或或G、I雙缺陷型突變株就可以積累雙缺陷型突變株就可以積累E。n關(guān)鍵酶天冬氨酸激酶關(guān)鍵酶天冬氨酸激酶受賴氨酸和蘇氨酸的受賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制協(xié)同反饋抑制n蘇氨酸缺陷型蘇氨酸缺陷型n高絲氨酸缺陷型高絲氨酸缺陷型例：利用高絲氨酸營養(yǎng)缺陷型例：利用高絲氨酸營養(yǎng)缺陷型(Hom-)或蘇氨酸營養(yǎng)缺陷型或蘇氨酸營養(yǎng)缺陷型(Thr-)菌菌株達(dá)到賴氨酸的積累株達(dá)到賴氨酸的積累例：精氨酸的生物合成途徑及反饋調(diào)節(jié)

5、例：精氨酸的生物合成途徑及反饋調(diào)節(jié) 精氨酸的合成受其本身的反饋抑制和反饋?zhàn)瓒簦瑸榫彼岬暮铣墒芷浔旧淼姆答佉种坪头答佔(zhàn)瓒?，為了積累像精氨酸這樣非支路代謝途徑的終產(chǎn)物，主了積累像精氨酸這樣非支路代謝途徑的終產(chǎn)物，主要采用抗精氨酸類似物突變株。要采用抗精氨酸類似物突變株。D-精氨酸抗性精氨酸抗性精氨酸氧肟酸鹽抗性精氨酸氧肟酸鹽抗性例：選育精氨酸生產(chǎn)菌例：選育精氨酸生產(chǎn)菌n在添加了乙酰賴氨酸和過量精氨酸的培養(yǎng)基中，接種賴氨酸在添加了乙酰賴氨酸和過量精氨酸的培養(yǎng)基中，接種賴氨酸營養(yǎng)缺陷型菌株?duì)I養(yǎng)缺陷型菌株(Lys-)，從出現(xiàn)的生長菌落中，從出現(xiàn)的生長菌落中(Lys+)，能夠獲，能夠獲得精氨酸生物合成酶

6、系的去阻遏突變株。得精氨酸生物合成酶系的去阻遏突變株。例：賴氨酸發(fā)酵育種上，在解除了賴氨酸反饋調(diào)例：賴氨酸發(fā)酵育種上，在解除了賴氨酸反饋調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加丙氨酸營養(yǎng)缺陷等標(biāo)記可以進(jìn)節(jié)的基礎(chǔ)上，增加丙氨酸營養(yǎng)缺陷等標(biāo)記可以進(jìn)一步提高賴氨酸產(chǎn)量。一步提高賴氨酸產(chǎn)量。2、解除前體物合成的調(diào)節(jié)、解除前體物合成的調(diào)節(jié)n目的產(chǎn)物的生物合成從別的終產(chǎn)物開始時(shí)，除設(shè)法解除目的產(chǎn)物的生物合成從別的終產(chǎn)物開始時(shí)，除設(shè)法解除目的產(chǎn)物自身合成的反饋調(diào)節(jié)外，也應(yīng)設(shè)法解除對其前目的產(chǎn)物自身合成的反饋調(diào)節(jié)外，也應(yīng)設(shè)法解除對其前體物合成的調(diào)節(jié)。體物合成的調(diào)節(jié)。例：異亮氨酸育種例：異亮氨酸育種蘇氨酸是異亮氨酸的前體物。蘇氨酸是

7、異亮氨酸的前體物。解除蘇氨酸的反饋調(diào)節(jié)，可以解除蘇氨酸的反饋調(diào)節(jié)，可以獲得異亮氨酸的高產(chǎn)菌株。獲得異亮氨酸的高產(chǎn)菌株。三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物是谷氨酸生物合成的前體三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物是谷氨酸生物合成的前體增加乙酰增加乙酰CoA的合成量，就能增大的合成量，就能增大C4二羧酸的消耗二羧酸的消耗，從而增加谷氨酸前體物的生成，提高了谷氨酸的，從而增加谷氨酸前體物的生成，提高了谷氨酸的積累。積累。n在發(fā)酵培養(yǎng)基中積累谷氨酸。其方法有：限量供給生物素。在發(fā)酵培養(yǎng)基中積累谷氨酸。其方法有：限量供給生物素。l2、存在有目的產(chǎn)物分解途徑時(shí)，應(yīng)選育喪失目的產(chǎn)、存在有目的產(chǎn)物分解途徑時(shí)，應(yīng)選育喪失目的產(chǎn)物分解酶的突變

8、株。物分解酶的突變株。例：選育例：選育Thr高產(chǎn)菌高產(chǎn)菌PC：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶AK：天冬氨酸激酶：天冬氨酸激酶HD：高絲氨酸脫氫酶：高絲氨酸脫氫酶TD：蘇氨酸脫氨酶：蘇氨酸脫氨酶第三節(jié)第三節(jié) 菌種改造的策略菌種改造的策略菌種改造的目的是：菌種改造的目的是：l要把出發(fā)菌種改造成能在特定條件下進(jìn)行異常代謝，要把出發(fā)菌種改造成能在特定條件下進(jìn)行異常代謝，以實(shí)現(xiàn)從原料到目的產(chǎn)物的高效轉(zhuǎn)化的高產(chǎn)菌種。以實(shí)現(xiàn)從原料到目的產(chǎn)物的高效轉(zhuǎn)化的高產(chǎn)菌種。要達(dá)到上述目的，可采用要達(dá)到上述目的，可采用“進(jìn)、通、節(jié)、堵、進(jìn)、通、節(jié)、堵、出出”五字策略。五字策略。1、進(jìn)：促進(jìn)細(xì)胞對碳源等營養(yǎng)

9、物質(zhì)的吸收。、進(jìn)：促進(jìn)細(xì)胞對碳源等營養(yǎng)物質(zhì)的吸收。2、通：解除途徑中某些酶的反饋調(diào)節(jié)，或者誘導(dǎo)（激活）、通：解除途徑中某些酶的反饋調(diào)節(jié)，或者誘導(dǎo)（激活）這些酶，從而使來自各個(gè)分支的碳架物質(zhì)能暢通地流向這些酶，從而使來自各個(gè)分支的碳架物質(zhì)能暢通地流向目的產(chǎn)物。目的產(chǎn)物。3、節(jié)：阻塞與目的產(chǎn)物的形成無關(guān)或關(guān)系不大的代、節(jié)：阻塞與目的產(chǎn)物的形成無關(guān)或關(guān)系不大的代謝支流，使碳架物質(zhì)相對集中地流向目的產(chǎn)物。謝支流，使碳架物質(zhì)相對集中地流向目的產(chǎn)物。4、堵：消除或消弱目的產(chǎn)物進(jìn)一步代謝的途徑。、堵：消除或消弱目的產(chǎn)物進(jìn)一步代謝的途徑。5、出：促進(jìn)目的產(chǎn)物向胞外空間分泌。、出：促進(jìn)目的產(chǎn)物向胞外空間分泌。 例：在肌苷發(fā)酵過程中，枯草芽孢桿菌在供氧不足的條件下例：在肌苷發(fā)酵過程中，枯草芽孢桿菌在供氧不足