第七章 代谢调节发酵的原理
代谢控制发酵名词解释
代谢控制发酵名词解释代谢控制是指通过调控细胞内多个代谢途径的活性，以达到对生物体生理状态的调节。
在发酵过程中，代谢控制是实现产物合成和细胞能量供应的关键。
下面我将针对代谢控制和发酵的相关名词进行解释。
1. 代谢（Metabolism）：代谢是指生物体内发生的一系列物质转化过程，涉及能量的产生与消耗以及有机物的合成与降解等。
代谢包括两个相互依赖的过程，即合成（Anabolism）和降解（Catabolism）。
2. 代谢途径（Metabolic pathways）：代谢途径是由一系列相互连接的酶催化反应组成的网络。
它们能够协同合作，将底物转化为产物，并产生能量或合成特定产物。
3. 代谢调节（Metabolic regulation）：代谢调节是通过对代谢途径中关键酶的活性进行调控，以适应环境条件和维持生理平衡的过程。
代谢调节能够使细胞对外部信号做出响应，从而合理分配代谢物，调节能量产生和物质合成。
4. 酶（Enzyme）：酶是催化生物体内化学反应的蛋白质。
在发酵过程中，酶能够加速底物转化的速率，从而促进产物的合成。
5. 代谢产物（Metabolites）：代谢产物是在代谢过程中生成的化学物质。
在发酵中，代谢产物可以是所需的产品（如酒精、酸类），也可以是副产物（如乳酸、CO2等）。
6. 基因调控（Gene regulation）：基因调控是通过对基因表达的调控，实现细胞代谢活动的调节。
在发酵中，通过操纵产物代谢途径上的关键基因，可以调节特定发酵产物的产生。
7. 底物浓度（Substrate concentration）：底物浓度是指代谢途径中反应底物的浓度。
底物浓度的增加或减少会影响酶催化反应的速率，进而影响代谢途径的活性和产物的合成。
8. 产物抑制（Product inhibition）：产物抑制是指在代谢过程中，产物的积累对酶的活性产生抑制作用。
产物抑制是一种重要的负反馈调控机制，可以通过抑制产物合成途径上的酶活性，调节代谢活动。
发酵工程 举例说明如何通过代谢调控提高微生物产物产量
举例说明如何通过代谢调控提高微生物产物产量2013.6.16 微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。
从细胞水平上来看，微生物的代谢调节能力要超过复杂的高等动植物。
这是因为，微生物细胞的体积极小，而所处的环境条件却十分多变，每个细胞要在这样复杂的环境条件下求得生存和发展，就必须具备一整套发达的代谢调节系统。
在长期进化过程中，微生物发展出一整套十分有效的代谢调节方式，巧妙地解决了这一矛盾。
通过代谢调节微生物可最经济地利用其营养物，合成出能满足自己生长、繁殖所需要的一切中间代谢物，并做到既不缺乏也不剩余任何代谢物的高效“经济核算”。
正常情况下，微生物代谢产物由于反馈抑制和反馈阻遏是不会大量积累的。
但自然界里常发现一些微生物产生了过量的代谢产物，这主要是由于这些微生物代谢机制失调造成的，在工业发酵上，可运用遗传的和环境的控制和人为的代谢调节，使其产物大量积累。
如氨基酸发酵生产就是在代谢调节研究的基础上发展起来的。
目前已经能够在转录和翻译上控制微生物的代谢，使微生物工业发酵进入了一个崭新阶段，即代谢控制发酵阶段。
所谓的代谢控制发酵，就是人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢活动，使目的产物大量生成、积累。
一般改变微生物代谢调节的方法有如下几种:第一种是采用物理化学诱变，获得营养缺陷型第二种方法是应用抗反馈调节突变法。
第三种就是控制发酵条件，改变细胞的渗透性。
一、应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节这是氨基酸生产菌育种的最有效的办法。
营养缺陷型是指某菌种失去合成某种物质的能力，即合成途径中某一步发生突变，使合成反应不能完成，最终产物不能积累到引起反馈调节的浓度，从而有利于中间产物的积累。
例如，用高丝氨酸缺陷型生产菌进行赖氨酸发酵。
一般在形成赖氨酸的过程中有3种产物生成，只有赖氨酸和苏氨酸都达到一定浓度时，才能形成反馈抑制，从高丝氨酸切断这两个分支后，不能形成苏氨酸，也就不能形成反馈抑制。
发发酵机制与代谢调控PPT课件
第一节 厌氧发酵机制与代谢调控
• 一、酵母菌的酒精发酵 • 二、细菌的酒精发酵 • 三、乳酸发酵（同型、异型） • 四、甘油发酵（亚硫酸盐法、碱法）
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第一节 厌氧发酵机制与代谢调控一、酵母菌的酒精发酵
• 1.乙醇生成机制
以丙酮酸脱羧产生的乙醛作为H受体产生乙醇。
丙酮酸脱羧酶
CH2OH
CH2OH
CH2OH
磷酸二羟丙酮
αC-磷H酸2甘O油H
OH
C6H12O6 + NaHSO3 → CHOH + C3CHOSO2Na +CO2
CH2OH
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亚硫酸盐法甘油发酵
• 1mol葡萄糖只产生1mol甘油，不产生ATP，整个过程无ATP结余，可 见在甘油发酵过程中亚硫酸氢钠不能加太多，否则会使酵母菌因得不到能 量而终止发酵，必须留一部分酒精发酵，以便获得一些能量，供生命活动 所需。
CH2OH 3C6H12O6 + H2O → 2CHOH + C2H5OH + CH3COOH + CO2
CH2OH
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五、丙酸和丁酸发酵
葡萄糖（EMP途径）
丙酸发酵：先经过EMP 途径，再经WoodWerk-man途径
乳酸←丙酮酸→草酰乙酸→苹果酸→富马酸→琥珀酸→丙酸 +CO2
乙酸+CO2
③磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化 酶
以下酶要弱
④顺乌头酸水合酶
⑤草酰乙酸水解酶
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① ④
乙酰辅酶A
⑥ 乙醛酸 ⑦
2.柠檬酸积累的代谢调节
（1）糖酵解及丙酮酸代谢的调节
代谢调节与发酵工程ppt课件
发酵条件的影响及其控制
因此了解发酵工艺条件对过程的影 响和掌握菌的生理代谢和过程变化 的规律，可以帮助人们有效地控制 微生物的生长和生产。
发酵条件的影响及其控制
微生物发酵的生产水平取决于生产菌种 的特性和发酵条件(包括培养基)。为此， 了解生产菌种与环境条件，如培养基、 罐温、pH、氧的供需等的相互作用，菌 的生长生理，代谢规律和产物合成的代 谢调控机制将会使发酵的控制从感性到 理性认识的转化。
代谢工程
• 代谢工程（metabolic engineering），又 称途径工程，是由美国学者 Bailey J E (1991)首先提出[8]。他把代谢工程定义为， 用重组 DNA 技术操纵细胞的酶运输和调 节 功 能 来 改 进 细 胞 的 活 性 。 Stephanopoulos等认为，代谢工程是一种 提高菌体生物量或代谢物产量的理性化 方法。
代谢工程
• 代谢工程的要素是将分析方法运用 于与物流的定量化，用分子生物技 术来控制物流以实现所需的遗传改 造。
微生物次级代谢与调节
• 次级代谢产物是某些微生物在生命 循环的某一个阶段产生的物质，它 们一般是在产生菌生长中止后合成 的。微生物产生的次级代谢物有抗 生素、毒素、色素和生物碱等。
微生物次级代谢的特征
• 次级代谢产物一般不在产生菌的生长期 产生，而在随后的生产期形成。 • 种类繁多，含有不寻常的化学键，如氨 基糖、苯醌、香豆素、环氧化合物、麦 角生物碱、吲哚衍生物、吩嗪、吡咯、 喹啉、萜烯、四环类抗生素等。 • 一种菌可以产生结构相近的一簇抗生素。 例如，产黄青霉能产生至少10个具有不 同特性的青霉素。
发酵的原理
发酵的原理发酵是一种古老而神奇的生物化学过程，人类在很早的时候就开始利用发酵技术制作各种食品和饮料。
发酵的原理是微生物在适宜的温度、pH值和营养条件下，利用有机物质进行代谢，并产生各种有用的代谢产物。
发酵是一种复杂的生物化学过程，涉及到多种酶和代谢途径的协同作用。
发酵的主要过程发酵的主要过程包括底物的分解、中间产物的生成和产物的生成三个阶段。
首先，微生物通过酶的作用将复杂有机物质分解为小分子的底物，提供能量和原料进行代谢。
然后，底物在代谢途径中经过一系列酶催化的反应生成中间产物，最终生成有用的产物。
不同微生物和底物会产生不同的终产物，如乳酸、酒精、乳酸菌等。
发酵的调控因素发酵过程受到多种因素的调控，包括温度、pH值、氧气、营养盐、水分等。
微生物对温度和pH值的适应性很强，不同微生物对这些因素的要求有所不同。
适宜的温度和pH值可以促进酶的活性，加快代谢速率。
氧气是呼吸微生物生长和生产产物的重要因素，营养盐和水分则是微生物代谢的基础。
发酵在食品工业中的应用发酵技术在食品工业中有着广泛的应用，如酸奶、豆腐、面包、酱油等食品的生产都离不开发酵技术。
通过合理控制发酵条件，可以使产品口感更好，增加营养成分，延长保存期限。
同时，有些发酵产品还具有益生菌的作用，有助于维持肠道菌群平衡，提高人体免疫力。
结语发酵是一种高效的生物化学过程，我们可以利用发酵技术生产各种有益产品。
通过研究发酵的原理和调控因素，我们可以更好地应用发酵技术，在食品工业、生物工程领域取得更大的成就。
希望未来发酵技术能够不断发展，为人类生活带来更多的便利和好处。
发酵的原理是什么
发酵的原理是什么发酵是一种生物化学过程，它在食品加工、酿酒、面包制作等领域起着重要作用。
发酵的原理主要涉及微生物、酶和底物三个方面。
微生物是发酵的主要参与者，它们通过代谢作用将底物转化为有用的产物，同时释放出能量。
而酶则是微生物代谢过程中的催化剂，起着加速反应的作用。
在发酵过程中，微生物通过吸收底物中的营养物质，进行代谢作用产生酒精、乳酸、醋酸等有机物质。
这些有机物质不仅赋予了食品特有的风味和口感，还具有抗菌、抗氧化等功能。
比如，在酿酒过程中，酵母菌通过将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳，实现了葡萄酒的酿造。
而在面包制作中，面团中的酵母菌通过发酵作用产生的二氧化碳使面团膨胀，从而使面包变得松软蓬松。
除了微生物和酶的作用外，发酵过程还受到温度、湿度、PH值等环境因素的影响。
不同的微生物在不同的环境条件下会表现出不同的活性和代谢产物。
因此，控制好发酵过程中的环境因素对于最终产品的质量和口感至关重要。
发酵的原理还可以通过微生物的生长曲线来解释。
在发酵初期，微生物数量呈指数增长，此时代谢产物的积累较少。
随着时间的推移，微生物数量逐渐达到最大值，而代谢产物也逐渐积累。
最终，随着底物的耗尽和代谢产物的积累，微生物的数量开始下降，发酵过程结束。
总的来说，发酵的原理是微生物和酶在特定环境条件下对底物进行代谢作用，产生有用的产物。
通过控制发酵过程中的环境因素和微生物种类，可以实现对发酵过程的调控，从而获得理想的发酵产品。
发酵不仅在食品加工中有重要应用，还在生物制药、环境保护等领域具有广阔的发展前景。
通过深入研究发酵的原理，可以更好地利用微生物资源，推动发酵工艺的创新与发展。
代谢控制发酵名词解释
代谢控制发酵名词解释代谢控制发酵是在发酵过程中通过调控代谢途径，使得微生物产物合成提高、副产物减少或消失的一种控制策略。
代谢（Metabolism）指的是一个生物体对外界物质的摄取、吸收、转化和排泄等一系列化学反应的总和。
代谢可分为两个主要部分：合成代谢和能量代谢。
合成代谢是指生物体从较简单的物质合成复杂的有机物质，如蛋白质、核酸、多糖等。
能量代谢则是指生物体通过氧化降解有机物质释放能量。
在酿酒或发酵过程中，发酵菌通过能量代谢将碳源转化为酒精和二氧化碳，同时合成一些副产物或其他附属物质。
控制是指通过调控代谢途径和操作条件，使得发酵过程中所需产物的合成产率和选择性提高，产物分离纯化步骤简化，副产物减少或消失的手段。
代谢控制是通过操作微生物的代谢途径和条件来控制发酵过程中所需产物和副产物的产生和积累情况。
其核心目标是寻找并调控关键代谢途径，使得所需产物的合成路径得到加强、其他途径得到抑制，从而改善产物的产率和质量，减少副产物的生成。
代谢控制包括以下几个主要方面：1.反应物选择性控制：通过调节发酵中的反应物浓度、比例和添加时间，来控制产物和副产物的生成。
这一策略主要是通过供应还原剂、控制氧气浓度、碳源的选择和添加等手段来实现。
2.酶活性和基因表达的调控：通过改变酵母菌或细菌内部关键酶的活性或调节相关基因的表达，并使用遗传工程技术来调控发酵过程中的代谢途径。
例如，通过过表达某一限速酶或降低副产物相关基因的表达，从而提高所需产物的产率。
3.代谢通路调控：通过改变微生物内部代谢途径的通路结构、酶的组合或代谢流量分布，来控制产物的选择性合成。
例如，通过改变代谢通路的路线，将副产物产生的分支途径阻断，从而增加所需产物的合成。
4.发酵条件的优化：通过调节发酵过程中的温度、pH值、搅拌速度、氧气含量等操作参数，来控制发酵过程的代谢行为。
例如，通过调节温度和pH值来改变酵母菌的生长速率和代谢活性，从而影响产物的生成。
发酵原理和代谢工程的基本概念
通过调节代谢相关基因的表达水平，在
发酵过程中提高产物产量和选择性。
3
催化剂优化
通过选择、改造或设计催化剂来提高反 应速率和产物收率。
发酵原理和代谢工程的未来发展趋势
合成生物学
通过设计和合成新的生物部件和代谢网络，实现更高效、可控的生物转化过程。
系统生物学
利用大规模数据分析和数学建模，揭示微生物的生物过程和代谢网络，为代谢工程的优化提 供更全面的指导。
发酵与代谢工程的关系
1 互为基础
发酵是代谢工程的基础，而代谢工程则依赖发酵的基本原理和技术。
2 相互促进
发酵原理为代谢工程提供理论基础，而代谢工程为发酵技术的改进和优化提供了新的思 路和方法。
发酵理在代谢工程中的应用
1
代谢通量分析
通过定量分析代谢网络中的底物流量，
基因调控
2
确定限制步骤并优化代谢途径。
发酵原理和代谢工程的基 本概念
发酵是一种生物过程，通过微生物的作用将有机物转化为有用的产物。代谢 工程旨在利用生物学原理来改进产物的生产和合成。
本次演讲将介绍发酵和代谢工程的基本概念，探讨两者之间的关系，并讨论 它们在科学和工业领域的未来发展趋势。
发酵的定义和重要性
1 定义
发酵是一种生物过程，利用微生物或酵素将 有机物转化为有用的产物。
3 条件
发酵需要适宜的温度、pH 值和氧气供应，以及其他 环境因素来促进微生物的 生长和代谢。
代谢工程的定义和目的
1 定义
代谢工程是一种利用生物学和工程学原理来 改变生物代谢途径以改进生产过程或产物的 方法。
2 目的
代谢工程的目标是通过优化代谢途径，增加 产物产量、改善产物质量、降低原料成本， 并实现可持续的生产。
代谢控制发酵的原理及应用
代谢控制发酵的原理及应用1. 引言发酵作为一种重要的工业生产过程，广泛应用于食品工业、制药工业、化工工业等领域。
控制发酵过程中的代谢反应是提高发酵产物得率和质量的关键。
本文将介绍代谢控制发酵的原理及其在实际应用中的意义。
2. 代谢控制发酵的原理2.1 代谢途径代谢途径是细胞内各种代谢酶反应所组成的网络。
通过对代谢途径进行控制，可以实现对发酵过程中代谢产物的合成与降解的调控。
•代谢途径的分类：–糖代谢途径：通过调节糖酵解和糖异生途径的活性，实现对碳源代谢的控制。
–脂肪代谢途径：调节脂肪酸合成和降解途径，影响发酵产物的合成。
–氨基酸代谢途径：调控氨基酸的合成和降解，影响蛋白质合成和产物生成。
–核苷酸代谢途径：控制DNA和RNA的合成，对生物体的生长和发育起到重要作用。
2.2 代谢调控策略代谢调控策略是通过对代谢途径内关键酶的调控，实现对代谢产物合成和降解速率的调控。
•调控策略的分类：–底物浓度调控：通过调节底物浓度，影响酶催化反应速率，进而控制代谢产物的生成。
–反馈抑制：通过代谢产物对酶活性的抑制，调节代谢途径内各个酶的活性，从而控制代谢产物的生成。
–遗传调控：通过改变生物体内部基因表达水平，调节代谢途径内酶的含量，进而影响代谢产物的合成速率。
–外部条件调控：例如温度、pH值等环境条件的调控，对代谢产物合成有重要影响。
3. 代谢控制发酵的应用3.1 食品工业在食品工业中，利用代谢控制发酵技术可以实现食品添加剂、发酵食品等的生产。
•食品添加剂的生产：通过控制微生物发酵过程中的代谢途径和代谢产物的合成，可以高效生产食品添加剂，如谷氨酰胺、谷氨酰胺钠等。
•发酵食品的生产：利用代谢控制发酵技术，可以生产出口感好、品质优良的发酵食品，如酸奶、面包等。
3.2 制药工业代谢控制发酵技术在制药工业中有着广泛应用。
•抗生素的生产：通过调控微生物发酵过程中底物浓度、代谢途径和酶活性，可提高抗生素的产量和质量。
•生物药物的生产：通过遗传调控和代谢途径调控，可以实现生物药物的高效合成，如重组人胰岛素和重组人生长激素等。
代谢调节简介
代谢调节简介目录•1拼音•2英文参考•3调节的基本机制•4别构调节•5共价修饰•6酶量调节•7区域化1拼音dài xiè tiáo jíe2英文参考metabolic regulation代谢调节为加速或延缓物质代谢的反应或者改变代谢途径的总称。
部分系统的调节由于组成复杂，所以作为对生物整体进行调节。
3调节的基本机制（1）由于细胞内基质及辅酶浓度的变化，酶反应的速度也发生变化；（2）由于反应系统中最终产物的形成，使前一阶段中酶的受反馈抑制；（3）因细胞内的物质而产生酶的变构效应和蛋白质的修饰；（4）酶合成的诱导或抑制，可以把（2）看作是（3）的特殊情况。
用激素进行调节，在进行分析时，也能导致（3）或（4）的结果。
生物代谢不断经受多种形式的调节以适应内外环境的变化。
根据生物的进化程度不同，代谢调节大体上可分神经、激素和酶三个水平，而最原始、也最基本的是酶水平的调节。
神经和激素水平的调节最终也通过酶起作用。
代谢调节遵循最经济的原则。
产能分解代谢的总速度不是简单地依细胞内燃料的浓度来决定，而受细胞需能量的控制。
因此，在任一时期，细胞都恰好消耗适合能量需要的营养物。
例如，家蝇全速飞行时，由于飞行肌对ATP突加的需要，其氧和燃料的消耗在1秒钟内可增加百倍。
生物大分子和构件分子的合成也受当时细胞需要的调节。
生长中的大肠杆菌合成20种基本氨基酸中，每一种的速率和比例都正好符合那时组建新蛋白质的需要，任一种氨基酸的生产都不会过剩或不足。
许多动植物能贮存供能和供碳的营养物如脂肪和多糖，但一般不能贮存蛋白质、核酸或简单的构件分子，只在需要时才合成它们。
但植物种籽和动物卵细胞常含有胚生长所需氨基酸来源的大量贮存蛋白质。
酶水平代谢调节主要有两种类型：一种是通过激活或抑制酶的催化活性，另一种是通过控制酶合成或降解的量。
有下列几种重要方式。
4别构调节代谢途径的速率和方向主要依赖调节酶的量和活性，必需的不可逆反应是控制部位。
发酵制品学代谢调控发酵机制培训课件
有过量的NH4+ 存在，-酮戊二酸经氧化还原共轭氨基化反应而 生成谷氨酸却不形成蛋白质，从而分泌泄漏于菌体外；
同时，谷氨酸生产菌应不利用体外的谷氨酸，使谷氨酸成为最
终产物。
发酵制品学代谢调控发酵机制
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从前图还可以看出： 生产菌株还应该具有生物素合成缺陷、油酸合成
缺陷和甘油合成缺陷等特点。
发酵制品学代谢调控发酵机制
发酵制品学代谢调控发酵机制
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2. 谷氨酸代谢调节机制
①谷氨酸脱氢酶 ②-酮戊二酸脱氢酶 ③磷酸烯醇丙酮酸羧化酶 ④柠檬酸合成酶
NH4+
在黄色短杆菌中谷氨酸、天冬氨酸生物合成的调节机制
发酵制品学代谢调控发酵机制
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▪ 在微生物的代谢中，Glu比Asp优先合成； 合成过量时则抑制谷氨酸脱氢酶，使代谢转向合成Asp； Asp过量时反馈抑制PEP羧化酶的活力，停止合成草酰乙酸。
发酵制品学代谢调控发酵机制
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在黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌等微生物中，AK是单一的， 并且受Lys 和 Thr的协同反馈抑制，反馈调节易于解除，使 育种简单化，所以常常被用作氨基酸发酵育种的出发菌株。
黄色短杆菌的AK受Lys和Thr协同反馈情况
发酵制品学代谢调控发酵机制
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▪ 乳糖发酵短杆 菌中赖氨酸及其 前体物生物合成 的代谢调节
▪ NH4+的导入不仅仅证明Glu是氮素同化发酵，它还会抑制 Glu生成的逆反应，因此当NH4+存在时，葡萄糖的消耗速度 很快， Glu的生成很高；但是当生物素充足时，NH4+几乎 不影响糖代谢。
发酵制品学代谢调控发酵机制
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• Glu生产菌大多是生物素缺陷型，发酵时控制生物素亚适 量，使细胞变形拉长，改变了细胞膜的通透性引起代谢失 调使Glu得以积累。
生物发酵技术中的代谢途径调控及其优化
生物发酵技术中的代谢途径调控及其优化生物发酵技术作为一种生物转化工艺，已经广泛应用于食品、药品、化工、环保等领域。
其中，代谢途径调控是影响生物发酵效果和产物质量的重要因素之一。
本文将介绍生物发酵中的代谢途径调控及其优化。
1、代谢途径调控的概念及原理代谢途径是指细胞内一系列生化反应的相互作用，从而完成对外部物质的摄取、转化和合成等生命活动。
代谢途径调控是指通过调整代谢途径中的一些关键酶的活性，从而影响细胞对物质转化的进程。
代谢途径调控的原理可以分为以下几个方面：（1）酶活性的调控：酶活性是代谢途径中的关键环节。
通过调节酶的活性，可以影响酶催化的反应速率和转化产物的分布。
（2）信号传递系统的调控：细胞内的信号传递系统可以使细胞对环境变化做出反应，从而影响代谢途径的进程。
（3）途径之间的互相作用：代谢途径之间存在交叉反应和途径酶的共同调控，因此调节一条代谢途径会影响到其他代谢途径的进程。
2、代谢途径调控在生物发酵中的应用生物发酵技术是指通过利用微生物代谢途径转化物质，得到目标产物的一种生物技术。
代谢途径调控在生物发酵中的应用非常广泛，涉及到菌种筛选、代谢途径优化、产量提高等方面。
（1）菌种筛选在菌种筛选中，代谢途径调控可以用来改变菌株的代谢模式，从而使其适应不同的发酵条件。
例如，在生产乳酸菌中，采用代谢途径调控技术，可以使乳酸菌在不同温度和pH值下呈现出不同的代谢模式，从而选择出适应力强、产量高的菌株。
（2）代谢途径优化在发酵过程中，代谢途径调控可以用来优化代谢途径，提高产物的纯度和产量。
例如，在生产乙醇的过程中，通过控制酶的活性和底物/产物浓度比，可以实现代谢途径向乙醇生成途径的优化，从而提高乙醇的产量。
（3）产量提高代谢途径调控可以用来提高产物的产量和纯度，从而增加经济效益。
例如，在生产青霉素的过程中，通过调控青霉素的合成途径和底物浓度，可以提高青霉素的产量并降低杂质的含量。
3、代谢途径调控的优化策略为了提高代谢途径调控的效果和降低其应用成本，需要对代谢途径调控进行优化。
代谢控制发酵
什么是代谢控制发酵？所谓的代谢控制发酵是利用遗传学的方法活其他生物化学的方法人为的地在脱氧核糖核酸的分子水平上，改变和控制生物的代谢，是用目的产物大量生成，累积发酵。
代谢控制发酵的关键：取决于微生物的代谢控制机制是否能被解除，能否打破微生物的正常代谢调节，认为的控制代谢。
代谢工程的具体思路1》，改变代谢流。
1，加速速度限制反应。
2，改变分支代谢途径流向。
3，构建代谢旁路。
4，改变能量代谢途径。
2》，扩张代谢途径和构建新的代谢途径。
1，延伸代谢途径，2，构建新的生物合成途径，微生物中通过细胞膜的渗透性的代谢控制分为 1，通过控制基因的酶生物合成的控制机制。
诱导，促进酶的合成，阻遏，抑制酶的合成（终产物的阻遏，分镜代谢物阻遏）。
2,》酶活性的控制机制，1.终产物的抑制或激活，2，通过辅酶水平的活性调节，3酶原的活化，4，潜在酶的活化。
3.》通过细胞膜的渗透性控制。
1脱敏作用：变构酶经特定处理后，不丧失酶活性而失去对变构效应的敏感性。
例如汞盐，吕公苯甲酸，0~5°低温处理，以及冷水尿素或蛋白酶的处理方法。
调节类型：1》，写作反馈抑制或称多价反馈抑制。
当一条代谢途径中有两个以上的终产物时，任何一个终产物都不能单独的抑制第一个酶反应，但是当两者同时过剩时，他们协同抑制第一个酶的反应。
2，》合作反馈抑制，当任何一个终产物过剩时，只有部分地反馈抑制第一个活性酶的活性只有当GE两个终产物同时过剩时才能引起强烈的抑制，其抑制强度大于各自单独存在的和。
3》，累积反馈抑制，每一个终产物都是单独的部分地音质同一步骤第一个酶，并且各最终产物的抑制作用互不影响。
4,>>顺序反馈抑制。
5》假反馈和抑制 6》同功酶阻遏：单细胞具有一有限利用的底物，很多其他的分解反应途径都到阻遏。
突破生物的自我调节机制，使代谢产物大量累积有效措施：1》应用营养缺陷型菌株，2》选育抗反馈调节的突变株。
3>，选育细胞膜通透性突变株，以便使终产物在细胞内不能累积到引起反馈调节的浓度。
发酵的原理是什么
发酵的原理是什么发酵是一种生物化学过程，它在食品加工、酿酒、面包等方面起着重要作用。
发酵的原理是什么？让我们一起来探讨一下。
首先，我们需要了解发酵的基本原理。
发酵是一种由微生物（如酵母菌、细菌等）在无氧或低氧条件下对有机物进行代谢的过程。
在这个过程中，微生物会分解有机物，产生能量和代谢产物。
这些代谢产物可以赋予食品特殊的风味、口感和营养价值。
发酵的原理可以从微生物的代谢过程中得到解释。
在发酵过程中，微生物会利用有机物作为碳源和能量源，进行代谢活动。
最常见的发酵微生物是酵母菌，它可以利用葡萄糖进行酒精发酵，产生乙醇和二氧化碳。
而乳酸菌则可以利用乳糖进行乳酸发酵，产生乳酸。
不同的微生物和不同的底物会产生不同的发酵产物。
除了微生物的代谢活动，发酵的原理还与环境条件有关。
发酵需要适宜的温度、pH值和氧气条件。
不同的微生物对环境条件的要求也不同，因此在发酵过程中需要控制好这些条件，以促进有利的发酵反应。
发酵的原理还涉及到酶的作用。
酶是一种生物催化剂，可以加速化学反应的进行。
在发酵过程中，微生物会分泌出各种酶，这些酶可以催化底物的分解和转化，从而促进发酵过程的进行。
总的来说，发酵的原理是微生物在适宜的环境条件下利用有机物进行代谢活动，产生特定的代谢产物。
这个过程涉及到微生物的代谢活动、环境条件和酶的作用。
了解发酵的原理有助于我们在食品加工、酿酒、面包制作等方面更好地控制发酵过程，获得更好的产品质量。
希望通过本文的介绍，读者能够对发酵的原理有一个更清晰的认识，同时也能够在实际生产和生活中更好地应用这一原理，获得更好的效果。
发酵作为一种重要的生物化学过程，对于食品加工和生活有着重要的意义，希望大家能够更加重视和了解发酵的原理。
微生物的代谢调控与发酵生产
微生物发酵生产中的环境因素调控
温度
温度对微生物的生长和代谢具有重要影响，不同微生物的最适生长温度不同。通过控制温度，可 以调节微生物的生长和代谢速率。
pH
pH对微生物的生长和代谢具有关键作用，不同微生物对pH的需求不同。通过调节pH，可以优化微 生物的生长和产物合成条件。
溶氧
溶氧是影响好氧微生物生长和产物合成的关键因素。通过控制溶氧水平，可以调节微生物的呼吸 作用和代谢流分配。
产物提取与精制
将种子接入发酵罐，在适宜的温度、 pH、溶氧等条件下进行培养，使菌 株快速繁殖并生产目标产物。
微生物发酵生产中的底物与产物
底物
微生物发酵生产所需的碳源、氮源、磷 源、维生素等营养物质。不同的微生物 对底物的需求不同，选择合适的底物对 提高目标产物的产量和质量至关重要。
VS
产物
通过微生物发酵生产得到的目标产物，如 氨基酸、抗生素、酶制剂、有机酸等。这 些产物在食品、医药、化工等领域具有广 泛的应用谢
通过调控基因的表达，控制酶的合成与代谢，进而影响产物 的合成途径和速率。
1
代谢流分配
2
通过改变代谢途径中关键酶的活性，调控代谢流在不同代谢
节点上的分配，以提高目标产物的产量。
3 生长与产物的关系
研究生长与产物生成之间的相互关系，探索生长与产物合成 的协同机制，为提高产物的产量提供理论依据。
03
微生物发酵生产的过程与调 控
微生物发酵生产的基本流程
菌种筛选与改良
从自然界或已有的菌种资源中筛选具 有优良性状的菌株，通过遗传改良提 高其生产能力。
发酵培养
发酵结束后，通过离心、过滤等方法 收集菌体和发酵液，再进一步提取和 精制目标产物。
微生物的代谢调控与发酵生产
★抗反馈控制突变株可以从终产物结构类似物抗性 突变株和营养缺陷性回复突变株中获得。
4.生物化学方法
1. 添加前体绕过反馈控制点：亦能使某种代谢产物大量产生 D B C E
(-) (-)
(-)
A
F
2. 添加诱导剂：从提高诱导酶合成量来说，最好的诱导剂往往 不是该酶的底物，而是底物的衍生物，
3. 发酵与分离过程耦合：
4. 控制发酵的培养基成分：
5.控制细胞膜渗透性
• 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。
1.营养缺陷型菌株的应用
（1）对于直线式代谢途径：选育营养缺陷性突 变株只能积累中间代谢产物
Aa
B
b
C
c
DБайду номын сангаас
d
E
末端产物E对生长乃是必需的，所以，应在培养基中限 量供给E，使之足以维持菌株生长，但又不至于造成反馈 调节（阻遏或抑制），这样才能有利于菌株积累中间产物 C。
代谢控制发酵名词解释
代谢控制发酵名词解释
代谢控制发酵是一种生物工程技术，旨在通过调控微生物的代谢过程，使其能够高效地生产目标化合物。
在传统的发酵过程中，微生物通常在一定的培养基中生长并产生代谢产物。
然而，由于微生物的代谢途径是非常复杂的，导致产物的产量和质量难以得到有效控制。
代谢控制发酵的目标是通过对微生物代谢过程的调控，实现产物的高产和高纯度。
这一技术的核心在于通过对微生物的基因组进行工程改造，调节关键酶的表达水平，从而改变代谢途径，提高目标产物的产量。
在代谢控制发酵中，首先需要对微生物的代谢途径进行深入的研究和了解，包括代谢产物的合成途径、限速酶等。
然后，通过基因工程技术对微生物基因组进行改造，例如通过插入外源基因或删除某些基因，从而改变微生物的代谢途径和产物的合成过程。
此外，还可以通过优化培养条件，如调整pH值、温度和培养基组分等，来进一步提高产物的产量和质量。
代谢控制发酵在生物制药、食品工业和能源生产等领域有着广泛的应用。
通过该技术，可以有效提高目标产物的产量和质量，降低生产成本，减少对环境的影响。
同时，代谢控制发酵也为新型生物材料和生物能源的开发提供了新的途径。
总之，代谢控制发酵是一种利用基因工程技术来调控微生物代谢过程的生物工程方法。
它可以通过改变微生物的基因组，调节代谢途径和培养条件，实现高效生
产目标产物的目标。
这一技术的应用前景广阔，对于提高生产效率、降低成本、保护环境等方面都具有重要的意义。
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生物素影响细胞膜渗透性的原因， 生物素影响细胞膜渗透性的原因，是由于它是 脂肪酸生物合成中乙酰CoA羧化酶的辅基 羧化酶的辅基， 脂肪酸生物合成中乙酰CoA羧化酶的辅基，此 酶可催化乙酰CoA的羧化并生成丙二酸单酰辅 酶可催化乙酰CoA的羧化并生成丙二酸单酰辅 进而合成细胞膜磷脂的主要成分——脂 酶A，进而合成细胞膜磷脂的主要成分——脂 肪酸。因此， 肪酸。因此，控制生物素的含量就可以改变细 胞膜的成分， 胞膜的成分，进而改变膜的透性和影响谷氨酸 的分泌。 的分泌。 青霉素抑制肽聚糖中肽链交联； 青霉素抑制肽聚糖中肽链交联； 吐温80或阳离子表面活性剂使壁中脂类流出； 吐温80或阳离子表面活性剂使壁中脂类流出； 或阳离子表面活性剂使壁中脂类流出 产氨短杆菌的核苷酸发酵中控制因素是Mn 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。 的作用与生物素相似。
谢谢
Gene编码酶
酶活中心
过量A作用效应物位点，酶构型变化， 过量A作用效应物位点，酶构型变化，影响酶活性中 心而失活
筛选突变株中常用的几种结构类似物
积累的物质 Arg Phe Try Val Ile Met 腺嘌呤 尿嘌呤 结构类似物 刀豆氨酸 对-氟苯丙氨酸、噻恩基丙氨酸 5-甲基色氨酸、6 5-甲基色氨酸、6-甲基色氨酸 αα-氨基丁酸盐 Val α-氨基α-氨基-4-乙硫基丁酸 2,6-乙氨基嘌呤 2,65-氟尿嘌呤
代谢控制发酵技术原理与应用
吕利华
微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调 节系统，以保证上千种酶能正确无误、 节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条不紊 地进行极其复杂的新陈代谢反应。 地进行极其复杂的新陈代谢反应。从细胞水平上 来看， 来看，微生物的代谢调节能力要超过复杂的高等 动植物。这是因为，微生物细胞的体积极小， 动植物。这是因为，微生物细胞的体积极小，而 所处的环境条件却十分多变。 所处的环境条件却十分多变。 代谢调节的方式： 代谢调节的方式： 调节代谢流 调节细胞膜对营养物质的透性 调节酶的定位以限制它与相应底物的接触
1．通过生理学手段控制细胞膜的渗透性 原理： 原理：影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含 受损伤入手。 量。故常从控制磷脂的合成或使细胞膜 受损伤入手。膜 合成不完全或受损， 从而积累发酵产物。 合成不完全或受损，但菌体不死 亡，从而积累发酵产物。 Glu发酵中把生物素浓度控制在亚适量 发酵中把生物素浓度控制在亚适量， 如Glu发酵中把生物素浓度控制在亚适量，可改变细胞膜 透性，从而可大量分泌Glu。 透性，从而可大量分泌Glu。
反馈调节作用
1、终产物反馈阻遏和反馈抑制 野生型菌株“ 野生型菌株“A”氨基酸合成操纵子模型
AR P RNA聚合酶 活性 无活性 repressor A 超过生理需要量 O 反馈阻遏 A结构基因
A合成酶系（E1,E2…） 反馈抑制 A
野生型菌株酶合成水平的反馈阻遏
野生型菌株酶活性水平的反馈抑制
效应物位点 过量A
2．通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性 谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程中， （1）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， 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。 生渗漏而提高谷氨酸产量。 原理： 原理：油酸是一种含有一个双键的不饱和脂肪酸 十八碳烯酸）， ），它是细菌细胞膜磷脂中的重要 （十八碳烯酸），它是细菌细胞膜磷脂中的重要 脂肪酸。油酸缺陷型突变株因其不能合成油酸而 脂肪酸。 使细胞膜缺损。 使细胞膜缺损。 （2）利用石油发酵产生谷氨酸（解烃棒杆菌）的甘 利用石油发酵产生谷氨酸（解烃棒杆菌） 油缺陷型突变株
高丝氨酸 脱氢酶
中间产物Ⅰ 中间产物Ⅰ
高丝氨酸
中间产物Ⅱ 中间产物Ⅱ
不能合成
甲硫氨酸 苏氨酸
可以大 量积累
赖氨酸
2．肌苷酸（IMP）的生产 肌苷酸（IMP）
（二）抗类似物突变株的选育 代谢拮抗物的作用机制：与代谢产物结构类似， 代谢拮抗物的作用机制：与代谢产物结构类似， 故能够与阻遏物及变构酶相结合， 故能够与阻遏物及变构酶相结合，且结合不可 逆， 导致有关酶不可逆地停止合成， 导致有关酶不可逆地停止合成，或酶活不可 逆地 被抑制。 被抑制。 方法：将诱变以后的菌悬液涂布在特定的培养基 方法： 加入过量的与代谢产物结构类似的物质、 上（加入过量的与代谢产物结构类似的物质、同 时培养基中没有代谢产物）， ），在此平板上长出的 时培养基中没有代谢产物），在此平板上长出的 菌落即为抗类似物突变菌株。 菌落即为抗类似物突变菌株。验证长出的突变株 是否真正解除的反馈调节。 是否真正解除的反馈调节。 几乎所有的氨基酸和核苷可通过抗类似物突变株 发酵生产。 发酵生产。
如：溶烷棒杆菌GL-21（甘油缺陷型）生产谷氨酸 溶烷棒杆菌GL-21（甘油缺陷型）
PGDH
磷酸二羟丙酮
α-磷酸甘油
磷脂
该菌株的α 磷酸甘油脱氢酶 该菌株的α-磷酸甘油脱氢酶（ PGDH ）缺失，因 脱氢酶（ 缺失， 此不能正常合成α 和磷脂。 此不能正常合成α-磷酸甘油 和磷脂。影响了细胞膜 结构的合成而使得细胞膜透性增大， 结构的合成而使得细胞膜透性增大，有利于谷氨酸 在菌体外积累。 在菌体外积累。
（一）营养缺陷突变株的应用 营养缺陷突变株：指原菌株发生基因突变， 营养缺陷突变株：指原菌株发生基因突变，致使 合成途径中某一步骤发生缺陷， 合成途径中某一步骤发生缺陷，丧失合成某些物 质的能力， 质的能力，必须在培养中外援补充该营养物质才 能生长的突变型菌株。 能生长的突变型菌株。 原理：由于合成途径中某一步骤缺陷， 原理：由于合成途径中某一步骤缺陷，致使终产 物不能积累， 物不能积累，故遗传性地解除了终产物的反馈抑 制，使得中间代谢物或另一分支途径的终产物可 以积累。 以积累。 反馈抑制—— ——主要表现在某代谢途径的末端产物 反馈抑制——主要表现在某代谢途径的末端产物 过量时可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活 主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。 性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。
（四）控制细胞膜的渗透性 微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高 度选择性。 度选择性。细胞内的代谢产物常常以很高的浓度 累积着， 累积着，并自然地通过反馈阻遏限制了它们的进 一步合成。采取生理学或遗传学方法， 一步合成。采取生理学或遗传学方法，可以改变 细胞膜的透性， 细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到 细胞外。这种解除末端产物反馈抑制作用的菌株， 细胞外。这种解除末端产物反馈抑制作用的菌株， 可以提高发酵产物的产量。 可以提高发酵产物的产量。
（三）营养缺陷型回复突变株的应用 当难以找到合适类似物或者反馈调节非常复杂的 时候， 时候，可采用营养缺陷型选育回复突变株的方法 育种。 育种。 原理： 原理：当一个菌株由于突变而失去某一遗传性状 经回复突变可再回复到其原有的遗传性状。 后，经回复突变可再回复到其原有的遗传性状。 经过二次突变后，原发生突变的基因所编码的酶 经过二次突变后， 活性中心结构恢复，但调节中心常常会无法恢复。 活性中心结构恢复，但调节中心常常会无法恢复。 因此，酶既恢复了活性， 因此，酶既恢复了活性，且反馈抑制不再严重或 经解除。由此可以提高发酵产品的产量。 者已 经解除。由此可以提高发酵产品的产量。 如金霉素生产菌可使用其蛋氨酸缺陷型的回复突 变株，产量提高1.2~1.3倍 变株，产量提高1.2~1.3倍。
营养缺陷型突变株的工业应用
1．赖氨酸发酵 2．肌苷酸（IMP）的生产 肌苷酸（IMP）
1．赖氨酸发酵
天冬氨酸
抑制 天冬氨酸激酶 高丝氨酸 脱氢酶
中间产物Ⅰ 中间产物Ⅰ
高丝氨酸
中间产物Ⅱ 中间产物Ⅱ来自甲硫氨酸苏氨酸
赖氨酸
人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸
天冬氨酸
人工诱变的 菌种不能产生
天冬氨酸激酶