第八章 工业微生物代谢控制育种

如青霉素产生菌完全由抑制需要的外源青霉素浓度： 高产菌株： 15 μg/mL 中产菌株： 2 μg/mL 低产菌株： 0.2μg/mL
（二）分支代谢中初级代谢物的反馈调节对次级代 谢的影响
第一种方式：
次级途径和初级 途径具有共同的分 叉中间体，由分叉 中间体产生的初级 代谢终产物的反馈 调节可能影响次级 代谢产物的形成。
如：色氨酸诱导刺激麦角碱的产生 蛋氨酸对头孢霉素C的产量提高作用
二、次级代谢产物碳源分解调节
例如：顶头孢霉发酵产头孢菌C时利用不同的主 碳源速度产率为蔗糖＞半乳糖＞果糖＞麦芽糖＞葡 萄糖
抗生素受碳源分解调节的可能机制： 第一，可能与菌体生长速率控制抗生素合成有关。 第二，可能与分解代谢产物的堆积浓度有关。
(5) 同工酶调节
（二）反馈抑制的机制
受反馈抑制的调节酶一般都是变构酶，有两个活性中心：
催化中心 调节中心 变构效应(协同效应) 效应物＋调节中心 → 构象变化 → 阻碍酶与底物结 合 → 酶活变化。
三、反馈阻遏与反馈抑制的比较
反馈抑制是通过调节变构酶的活力得以实现，因 为不涉及蛋白质的合成过程，调节的效果比较直 接而快速。
（二）酶合成调节的机制
操纵子：由启动基因（是转录的起始点）、操纵基 因（决定结构基因的转录是否能进行）和结构基因（转 录翻译出相应的酶）组成。
调节蛋白分为阻遏物（能在没有诱导物时与操纵基 因相结合）和阻遏物蛋白（只能在辅阻遏物存在时才能 与操纵基因相结合）。
诱导型操纵子（乳糖操纵子） 阻遏型操纵子（色氨酸操纵子）
（2）顺序诱导：先合成能分解底物的酶，再依次合成分 解各中间代谢物的酶，以达到对复杂代谢途径的分段调节。
2、阻遏
通过阻遏作用来阻碍代谢途径中包括关键酶在内的 一系列酶的生物合成，从而更彻底地控制代谢和减少末 端产物的合成。
末端产物阻遏：由某代谢途径末端产物过量累积而 引起的阻遏。
分解代谢物阻遏：有两种碳源（或氮源）分解底物 存在时，细胞利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的低 物的有关分解酶合成的现象。
第一节 概论
新陈代谢（metabolism）简称代谢，泛指发生在活 细胞中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢 (anabolism)的总和。
复杂分子 （有机物）
分解代谢酶系 简单分子 + ATP
合成代谢酶系
+ [H]
代谢控制育种则是要获得代谢调节机制不完善的 高产菌株。
一、初级代谢和初级代谢产物
第二种方式：
在次级代谢产物 生物合成途径中， 初级代谢的终产物 作为前体合成次生 产物。
五、磷酸盐的调节
过量则促进菌体生长，但是抑制抗生素合成； 亚适量：控制在适合菌体生长的浓度以下。 调节机制：直接作用和间接效应。
使调节机制失效，可以提高次级代谢产物产量。 次级代谢产物产生菌的代谢和合成包括初级代谢（菌体 生长期）和次级代谢阶段（合成抗生素的产生期）。次级 代谢产物合成酶在生长期受阻遏。
一、次级代谢产物的诱导调节
诱导物→刺激影响初级代谢造成代谢流的改变→ 大量生成次生代谢物
诱导物→次生代谢物合成酶的合成→大量生产次 生代谢物
的途径；聚酮体和聚丙酸途径；由氨基酸衍生的途径； 甲羟戊酸途径；其它复合途径。
各代谢途径互相交错，互相影响。 2. 从遗传代谢观点：
初级代谢受核内DNA调控； 次级代谢受核内DNA和核外DNA（质粒）调控。
第二节 初级代谢的调节控制
微生物细胞内的所有生化反应都是在酶的催化下 进行的，因此对酶的调节控制是主要的、最有效的 调控方式。 1. 反馈阻遏：调节酶的合成量。 2. 反馈抑制：调节现成酶分子的催化活力。
反馈阻遏是对酶合成的阻遏，是基因转录水平上
的代谢调节，效果不及反馈抑制那样迅速。
第三节 次级代谢的调节控制
次级代谢产物的生物合成途径中，反馈调节作用包括： 1. 次级代谢产物本身积累就能反馈调节作用； 2. 初级代谢产物作为次级代谢产物合成的前体，当其受 到反馈调节时，必然会影响次级代谢产物的合成。
乳 糖 操 纵
子
色 氨 酸 操
纵 子
二、酶活性的调节
前体激活：后面的反应被前面的中间产物所促进。 反馈抑制：末端代谢产物过量抑制前面的酶活性。 （一）反馈抑制的类型 1、直线式代谢途径中的反馈抑制
2、分支代谢途径中的反馈抑制 (1) 协同反馈抑制
(2)累积反馈抑制
(3)增效反馈抑制 (4) 顺序反馈抑制
1. 分解代谢体系：糖、脂、蛋白质 2. 素材性生物合成体系：氨基酸、核苷酸 3. 结构性生物合成体系： 蛋白质、核酸、多糖、类脂
二、次级代谢和次级代谢产物
次级代谢产物是对产生它们的生物本身不需要的一种 产物。如抗生素、生长刺激素、生物碱、色素、毒素以 及甾体。
三、初级代谢与次级代谢的关系
1. 从生化代谢方面： 葡萄糖碳架掺入途径；莽草酸途径；与核苷有关
第七章 工业微生物代谢控 制育种
代谢控制发酵
以生化和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合 成途径和代谢调节的机制，选择巧妙的技术路线，通 过遗传育种技术获得解除或绕过了微生物正常代谢途 径的突变株，从而人为地使有用产物选择性地大量合 成或累积。
如氨基酸、核苷酸及某些次级代谢产物。
工业生产中的流水线技术，就是选择巧妙的技术 路线，环环相扣，使得产品的生产效率达到最大。
一、酶合成的调节
酶合成的调节：通过调节酶的合成量进而调节 代谢速度的调节机制，这是一种在基因水平上的代 谢调节。
（一）酶合成调节的类型
1、诱导
组成酶：细胞固有的酶类，其合成是在相应的基因控制 下百度文库行，“与生俱来”。
诱导酶：细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合 成的一类酶，“后天学习” 。
（1）同时诱导：诱导物加入后，微生物能同时或几乎同 时诱导几种酶的合成，主要存在于短的代谢途径中。
三、次级代谢产物氮源分解调节
含氮底物的酶的合成受快速利用的氮源，尤其使氨的 阻遏。
机制：NH4+影响pH值和电化学的质子梯度，改变能量 代谢，影响细胞壁物质和膜的结构功能等。
四、次级代谢反馈调节
（一）次级代谢自身产物的反馈调节 抗生素对自身产物的抑制有一定的规律：抑制特定产
生菌合成抗生素所需浓度与生产水平具相关性，一般产生 菌产量高，对自身抗生素的耐受力强，反之越敏感。