微生物发酵机理(1)

抗反馈抑制突变菌株的获得途径：
1.结构类似物抗性突变菌株
2.营养缺陷型回复突变菌株
获得方法及其原理： 结构类似物抗性突变菌株
教学ppt
11
将接除了反馈抑制的突变菌株筛选出来
极少数
A`
大多 数
经过突变处理的菌株
A—某种氨基酸 A`—某种氨基酸的类似物
教学ppt
12
目标产物 赖氨酸
苏氨酸
异亮氨酸 精氨酸
HD
高丝氨酸
AHVr
苏氨酸教学ppt
反馈阻遏
黄色短杆菌 的苏氨酸合 成途径
16
抗代谢类似物的筛选方法
不含结构类似物 含结构类似物
教学ppt
17Baidu Nhomakorabea
3.抗分解阻遏突变体的应用 例如：葡萄糖－脯氨酸，筛选抗分解阻遏突变体
利用葡萄糖类似物选育蔗糖酶、淀粉酶、 纤维素酶
教学ppt
18
4.选育组成型突变株和超产突变株
9
2. 渗漏缺陷型(leaky mutant):
一种不完全遗传障碍营养缺陷型， 能够自己合成某一代谢终产物但达不到 反馈调节的浓度，所以不会造成反馈抑 制而影响中间代谢产物的积累。 与营养缺陷型的区别？
教学ppt
10
（二）抗反馈调节突变菌株的应用
抗反馈调节菌株：对反馈抑制作用不敏感， 或对反馈阻遏有抗性，或二者兼而有之的 菌株。
赖氨酸简介： 谷物中不含的必须氨基酸。
教学ppt
6
谷氨酸棒状杆菌生产赖氨酸
天冬氨酸 天冬氨酸激酶（AK)
反
天冬氨酰磷酸
馈
抑 制
天冬氨酸半醛 高丝氨酸脱氢酶(HSDH) 异亮
赖氨酸
反 馈
高丝氨酸 氨酸
阻
遏
甲硫氨酸 苏氨酸
教学ppt
7
利用谷氨酸棒状生产赖氨酸比利用大肠杆菌 的优势： （1） 不存在天冬氨酸激酶或天冬氨酸半 醛脱氢酶受阻遏的问题； （2） 赖氨酸分支的第一和第二个酶（双 氢吡啶二羧酸合成酶和双氢吡啶二羧酸还原 酶）不受赖氨酸的抑制或阻遏； （3）赖氨酸产生菌中缺少L-赖氨酸脱羧酶。
19
组成型突变株
调节基因发生突变
产生无效的阻遏物而不 能与操纵基因结合
操纵基因突变
突变操纵基因不 能与阻遏物结合
结构基因不受控制地转录，酶的 生成将不再需要诱导剂或不再被 末端产物或分解代谢物阻遏。
组成型突变
教学ppt
20
5.条件致死 例如在抗生素和酶制剂生产过程中的应用。
6.细胞膜通透性突变体的应用
教学ppt
21
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。
在培养过程中我们可以控制补加营养物质的
量也不造成反馈调节（阻遏或抑制）。
教学ppt
2
如 A
BC
DE
限量添加E，就会造成C大量积累
枯草芽孢杆菌的精氨酸营养缺陷型，鸟氨 酸积累量可到到25g/L.
教学ppt
3
F
G
A
B
C
DE
协同反馈
F
G
A
B
C
DE
教学ppt
4
F
G
A
B
C
DE
教学ppt
5
F
G
H
A
B
C
DE
抗反馈调节突变菌株与营养突变菌株比较：
1.不受培养基中营养成分的限制，生产稳定； 2. 易于筛选 3.可有效防止回复突变，易于保存
教学ppt
15
对于分支合成途径使用抗性突变菌株要和营 养缺陷型结合育种，才会得到更高的产量。
葡萄糖
反馈抑制
赖氨酸 Met -
甲硫氨酸
Lys- 天冬氨酸
AK 天冬氨酸磷酸
教学ppt
8
肌苷酸生成菌株
PRPP
PRPP酰氨转移酶
IMP
PRPP－磷酸核糖基焦磷酸
IMP－肌苷酸 S-AMP－肌苷酸琥珀酸 AMP－腺嘌呤5`－单磷酸 XMP－黄苷酸
S-AMP AMP
XMP
GMP－鸟嘌呤5`－单磷酸
产量达13g/L
GMP
肌苷酸简介：很好的高效调味品，也是重要
的工业原料。
教学ppt
苯丙氨酸
结构类似物
S-（2氨基乙基）-L半 胱氨酸-(AEC)
-氨基--羟基戊酸 （AHV) 乙硫氨酸
D-精氨酸
对氟苯丙氨酸
教学ppt
13
获得方法及其原理： 营养缺陷型回复突变菌株
出发菌株 营养缺陷型
催化亚基基因突变 催化和调节亚基均突变
催化亚基完全回复
催
化
亚
基
催化亚基未完全回复
回
复
教学ppt
催 化 亚 基 和 调 节 回 14
如果调节基因发生突变，以至产生无效的阻遏物而 不能和操纵基因结合，或操纵基因突变，从而造成 结构基因不受控制的转录，酶 的生成将不再需要诱 导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏，这样的 突变株称为 组成型突变株。少数情况下，组成型突 变株可产生大量的、比亲本高的多的酶，这种突变 株称为超产突变株。
教学ppt
教学ppt
22
7.增加有关基因的数量
增加结构基因或操纵基因的数量 例如，β－半乳糖苷酶、青霉素酶、氯
霉素转酰氨酶等可借助含有相应结构基因 的质粒转移给受体培养物来增加产量；利 用含有对苯丙氨酸的结构基因的转导噬菌 体可使该酶产量增加15倍。
通过操作基因与传统诱变技术和代谢调 控相结合提高产量。
教学ppt
23
启动基因的突变增加RNA聚合酶和 DNA的亲和力，增加转录速率。
教学ppt
24
（二）发酵条件的控制
1.添加前体绕过反馈控制点
(-)
A
B
C
(-)
D
(-)
E
F
教学ppt
25
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
第四节 代谢调节的人工控制
微生物的正常代谢不会使代谢产物过 量积累，发酵目的是尽可能多地积累代谢 产物，以此必须打破微生物的代谢调节机 制，使代谢产物大量积累。
方法
改变微生物的遗传学特性 控制发酵条件
教学ppt
1
一 改变微生物的遗传学特性 （一）.营养缺陷型和渗透缺陷型突变菌株的应用
1.营养缺陷型：原菌株由于发生突变，致使 代谢途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失 了合成某种物质的能力，必须在培养基中 外源补加该营养物质才能正常生长的突变 菌株。