氨基酸工业代谢控制发酵

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第九章氨基酸的代谢控制与发酵

谷氨酸
磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸柠檬酸 α-酮戊二酸
天冬氨酸赖氨酸天冬氨酸半醛
谷氨酸
高丝氨酸
苏氨酸
蛋氨酸
遗传缺陷
代谢减弱
解除反馈调节
• • • • • •
(二)天冬氨酸高产菌的育种方法（1）解除反馈调节（2）切断高丝氨酸向下反应的代谢（3）逆转优先合成（4）切断生成丙氨酸的支路（5）强化二氧化碳固定反应
第二节芳香族氨基酸的代谢控制育种
• 一、芳香族氨基酸的生物合成途径及代谢调节机制 • （一）芳香族氨基酸的生物合成途径
磷酸烯醇式丙酮酸+4磷酸赤藓糖
DAHP合成酶
3脱氧-D-阿拉伯糖型庚酮糖酸- -磷酸(DAHP) CoQ 莽草酸
氨茴酸合成酶
Vk
分支酸变位酶
分支酸预本酸(PPA)
PPA脱水酶
• (2)高丝氨酸脱氢酶有2种同功酶。高丝氨酸脱氢酶I受苏氨酸的反馈抑制，受苏氨酸和异亮氨酸的多价阻遏；高丝氨酸脱氢酶Ⅱ对苏氨酸不敏感，受蛋氨酸的反馈阻遏。 • (3)二氢吡啶—2，6—二羧酸还原酶受赖氨酸的反馈抑制。 • (4)O—琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶和半胱氨酸脱硫化氢酶受蛋氨酸的反馈阻遏。 • (5)高丝氨酸激酶受苏氨酸的反馈阻遏。 • (6)苏氨酸脱氨酶受异亮氨酸的反馈抑制。
L-天冬氨酸
天冬氨酸激酶
天冬酰氨磷酸
二氢吡啶—2，6— 二羧酸还原酶天冬氨酸半醛脱氨酶
天冬氨酸ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ醛
二氢吡啶—2，6—二羧酸
二氢吡啶— 2，6—二羧酸合成酶高丝氨酸脱氢酶 O—琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶
L-高丝氨酸
高丝氨酸激酶
O—琥珀酰高丝氨酸
半胱氨酸脱硫化氢酶

代谢控制发酵

《代谢控制发酵》复习题1．名词解释代谢控制发酵：所谓代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核苷酸的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累发酵。

关键酶：参与代谢调节的酶的总称。

作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速作用。

变构酶：有些酶在专一性的变构效应物的诱导下，结构发生变化，使催化活性改变，称为变构酶。

诱导酶：诱导酶是在环境中有诱导物（通常是酶的底物）存在的情况下，由诱导物诱导而生成的酶。

调节子：就是指接受同一调节基因所发出信号的许多操纵子。

温度敏感突变株：通过诱变可以得到在低温下生长，而在高温下却不能生长繁殖的突变株。

碳分解代谢物阻遏：可被迅速利用的碳源抑制作用于含碳底物的酶的合成，就称为碳分解代谢阻遏。

氮分解代谢物阻遏：可被迅速利用的氮源抑制作用于含氮底物的酶的合成，就称为氮分解代谢阻遏。

营养缺陷型突变菌株：原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养基中外源补加该营养物质才能生长的突变菌株。

渗漏突变株：由于遗传性障碍的不完全缺陷，使它的某一种酶的活性下降而不是完全丧失。

因此，渗漏突变菌株能少量的合成某一种代谢最终产物，能在基本培养基上进行少量的生长。

代谢互锁：从生物合成途径来看，似乎是受一种完全无关的终产物的控制，它只是在较高浓度下才发生，而受这种抑制（阻遏）作用是部分性的，不完全的。

平衡合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E与G，由于a酶活性远远大于b 酶，结果优先合成E。

E过量后就会抑制a酶，使代谢转向合成G。

G过量后，就会拮抗或逆转E的反馈抑制作用，结果代谢流转向又合成E，如此循环。

（P45图）优先合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E和G，由于a酶的活性远远大于b酶的活性，结果优先合成E。

E合成达到一定浓度时，就会抑制a酶，使代谢转向合成G。

G合成达到一定浓度时就会对c酶产生抑制作用。

氨基酸代谢控制发酵机制及育种策略

氨基酸代谢控制发酵机制及育种策略
徐庆阳
中国氨基酸技术服务中心
目录
• • • • • Chapter1 Chapter2 Chapter3 Chapter4 Chapter5 代谢机制理论基础 L-谷氨酸 L-亮氨酸 L-缬氨酸 L-异亮氨酸
Chapter1 代谢机制理论基础
氨基酸发酵机制
• 在一般情况下，微生物细胞只合成本身需要的中间代谢产物，严格防止氨基酸、核苷酸等中间物质的大量积累。当氨基酸或核苷酸等物质进入细胞后，微生物细胞立即停止该物质的合成，一直到所供应的养料消耗到很低浓度，微生物细胞才能重新开始进行该物质的合成。微生物细胞中这种调节控制作用主要靠两个因素，即参与调节的有关酶的活性和酶量
积累反馈抑制（Cumulative feedback inhibition）
• 在积累反馈抑制中，每一个最终产物只单独地、部分地抑制共同步骤的第一个酶，并且各最终产物的抑制作用互不影响。所以几个最终产物同时存在时，它们的抑制作用是积累的
顺序反馈抑制(Sequential feedback inhibition)
• 参与氨基酸生物合成的关键酶主要有12种：①磷酸果糖激酶；②柠檬酸合成酶；③N-乙酰谷氨酸激酶；④鸟氨酸转氨基甲酰酶；⑤天冬氨酸激酶；⑥高丝氨酸脱氢酶；⑦苏氨酸脱水酶；⑧α-乙酰乳酸合成酶；⑨DAHP（2-酮-3-脱氧 -D-阿拉伯糖型庚糖酸-7-磷酸）合成酶；⑩分支酸变位酶； 11预苯酸脱水酶；12预苯酸脱氢酶。
入谷氨酸生成期，为了大量生成、积累谷氨酸，最好没有异柠檬酸裂解酶催化反应，封闭乙醛酸循环
谷氨酸生物合成的调节机制
• 优先合成与反馈调节
• 糖代谢的调节
• 氮代谢的调节

发酵工程名词解释2019

发酵工程：采用生物学和工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。

代谢控制发酵：用人工诱变的方法，有意识地改变微生物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用。

回复突变：高产菌株在传代的过程中，由于自然突变导致高产性状的丢失，生产性能下降，这种情况我们称为回复突变。

自然选育：在生长过程中不经过人工处理，利用微生物的自然突变而进行的菌种筛选过程叫做自然选育。

诱变育种：用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变进行的筛选，称为诱变育种。

诱变剂：能够提高生物体突变频率的物质称为诱变剂。

结构类似物：在化学和空间结构上和代谢的中间物（终产物）相似，因而在代谢调节方面可以代替代谢中间物（终产物）的功能，但细胞不能以其作为自身的营养物质。

诱变育种的理性化筛选：从产物形成的生理生化途径着手，进行有的放矢的筛选。

如结构类似物抗性、营养缺陷型等，筛选而产生的这些特性，称为遗传标记。

基因的直接进化：在分子水平上，对目标基因直接处理，然后通过高通量的筛选方法，提高目标蛋白的性能。

DNA Shuffling：指DNA分子的体外重排，是基因在分子水平上进行有性重组（Sexual Recombination）。

高通量筛选：是指以分子水平和细胞水平的实验方法为基础，以微板形式作为实验工具载体，以自动化操作系统执行试验过程，以灵敏快速的检测仪器采集实验结果数据，以计算机分析处理实验数据，在同一时间检测数以千万的样品，并以得到的相应数据库支持运转的技术体系，它具有微量、快速、灵敏和准确等特点。

简言之就是可以通过一次实验获得大量的信息，并从中找到有价值的信息。

培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长繁殖所需的一组营养物质和原料。

同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。

糖蜜：是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。

江南大学氨基酸的代谢控制与发酵 - 副本

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CO2
Ala, Val, Leu
脂肪酸
α-酮戊二酸
谷氨酸
切断生成丙酮酸的支路和解除Asp对磷酸烯醇式
丙酮酸羧化酶的反馈抑制，可以采取以下措施： ①选育Ala-营养缺陷型突变株
②选育AspHxr(结构类似物)突变株
天冬氨酸氧肟酸盐抗性突变株 ③选育氟丙酮酸敏感突变株（FPs）积累丙酮酸（PDH/PC代谢流的调节比例开关）
酶）在大肠杆菌中表达 (12.2 g/L Lys)。 ②法国巴黎大学Richamd等人将参与生成Lys的基因分别在高拷贝数的质粒pBR322上克隆，利用重组质粒转化大肠杆菌TOCR21,另外通过突变处理，改变了天冬氨酸激酶，该功能工程菌产量提高5倍。
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蛋氨酸
高丝氨酸天冬氨酸
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磷酸烯醇式丙酮酸
AC
天冬氨酸
AK
协同反馈抑制
天冬氨酰磷酸天冬氨酸半醛
葡萄糖 Hom○ ○ ○ PS 亮氨酸
二轻吡啶二羧酸
高丝氨酸
AC:磷酸烯醇
式丙酮酸羧化酶； AK:天冬氨酸激酶；蛋氨酸 PS:二轻吡啶二羧酸合成酶
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苏氨酸
α-酮丁酸
赖氨酸
异亮氨酸
⑴天冬氨酸激酶反馈调节的解除
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④适量VH激活磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
此处生物素有两个功能(利用优先合成和激活) ⑤琥珀酸生长旺盛的突变株 ⑥谷氨酸敏感型菌株 ⑦基因工程菌构建柠檬酸合成酶活力低或丙酮酸激酶缺
陷的菌株
①-⑦都是为了增加PC的活力或切断代谢之路，以积累生成Lys的前体物质，为提高赖氨酸产量做准备。
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氨基酸发酵工艺学

第二节、氨基酸发酵菌株的育种
是氨基酸代谢控制发酵的基本策略之一
发酵工程要求微生物大量地合成特定的代谢产物，这一目的只有当微生物的部分代谢调控机制遭到破坏时才能达到。用人工诱变的方法有目的地改变微生物固有的调节机制，使合成产物的途径畅通无阻，最大限度地积累特定产物，这种发酵称为代谢控制发酵。
1、用野生菌株的方法
分离的野生菌株具备积累产物的特性，可用于直接发酵（产率低）。如谷氨酸发酵。
通过转换发酵，可延伸获得其它产物。主要采用改变培养条件。如谷氨酸发酵中改变铵离子浓度、磷酸浓度，使谷氨酸转向谷氨酰胺和缬氨酸发酵。
2.
用营养缺陷变异株的方法
通过诱变出 85000 105000 45000 5000 4000 4000 55000
谷氨酸
谷氨酸谷氨酸谷氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸色氨酸甘氨酸
味之素
日本旭化成协和发酵日本武田药品味之素昭和电工三井东压田造制药日本化药协和发酵日本有机合成化学
第一节、氨基酸概论
1、氨基酸简介
– 构成蛋白质的基本分子单元。 – α 碳原子分别以共价键连接氢原子、羧基和氨
基及侧链。侧链不同，氨基酸的性质不同。 – 目前世界上可用发酵法生产氨基酸有20多种。
NH2 CH R COOH + NH3 CH R COO -
2、氨基酸的用途
（1）食品工业：强化食品：赖氨酸，苏氨酸，色氨酸于小麦中增鲜剂：谷氨酸单钠和天冬氨酸苯丙氨酸与天冬氨酸可用于制造低热量二肽甜味剂(α-天冬酰苯丙氨酸甲酯),此产品1981 年获FDA批准,现在每年产量已达数万吨。
第三节
氨基酸发酵的代谢控制

氨基酸发酵机制

三、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸发酵机制
详见书《发酵工程原理与技术》147页以及148页。
四、天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径
1、苏氨酸发酵机制 2、赖氨酸的发酵机制
赖氨酸生产菌的育种途径菌等）出发菌株的选择 — 代谢调节比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌等） 1）、优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育如果降低高丝氨酸脱氢酶活性，则优先合成赖氨酸。 2）、切断支路代谢：营养缺陷型的选育 3）、抗结构类似物突变株（代谢调节突变株） 4）、解除代谢互锁在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸的生物合成与亮氨酸之间存在代谢互锁，赖氨酸生物合成分支的第一个酶（DDP合成酶）受亮氨酸的阻遏。 5).增加前体物的合成和阻塞副产物的生成关键酶：天冬氨酸激酶
Hale Waihona Puke 3、蛋氨酸发酵机制 4、异亮氨酸发酵机制 5、缬氨酸发酵机制
1）切断支路代谢，选育异亮氨酸、亮氨酸、生物素缺陷型突变株。 2)解除异亮氨酸、缬氨酸合成酶系的反馈阻遏。 3）解除缬氨酸对α -乙酰乳酸合成酶的反馈抑制。
The end,thank you!
4、降低反馈作用物的浓
谷氨酸
N-乙酰谷氨酸
N-乙酰-Y-谷氨酰磷酸
鸟氨酸反馈抑制
瓜氨酸
精氨酸谷氨酸棒杆菌缺乏将鸟氨酸转化为瓜氨酸的酶，消除反馈抑制，可用于生产鸟氨酸。
5、消除终产物的反馈抑制与阻遏作用消除终产物的反馈抑制与阻遏作用，是通过使用抗氨基酸结构类似物突变出的方法来进行的。许多氨基酸发酵采用这种方法，并得到较好的结果。天冬氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酰磷酸天冬氨酸半缩醛协同反馈抑制高丝氨酸苏氨酸赖氨酸
氨基酸发酵机制
组员：潘艳萍张友琴喻莹徐煜马玉芳李成芳谢蓓安

第六章氨基酸的代谢控制与发酵

④用200～500μ/L的生物素激活PC。 ⑤选育在琥珀酸平板上快速生长的突变株。 ⑥构建丙酮酸激酶缺陷的工程菌株。 ⑦构建柠檬酸合成酶活力低或缺陷的工程菌株。 ⑧选育GluHxs突变株。 ⑨用乙酶CoA激活PC。
⑩采用低糖流加法激活PC（糖浓度为4%～5%）。
3、解除代谢互锁
在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸的生物合成与亮氨酸之间存在着代谢互锁。
综上所述，在天冬氨酸族氨基酸代谢途径中，末端产物种类多，调节机制复杂，为了高效率生产赖氨酸，可以采取顺序解除各种调节机制的诱变育种方法，获得多重标记突变株。
但是，采用人工诱变获得多重标记组合型突变株，是一件费时、费力、非常麻烦的工作。采用细胞工程和基因工程新技术，将诱变所获得的优良特性组合起来，获得高产菌株就容易得多。
①选育Ala-突变株。 ②选育抗Asp结构类似物突变株。 ③选育适宜CO2固定酶/TCA循环酶活性比突变株。
四、蛋氨酸发酵
1、蛋氨酸高产菌应具备的生化特征
⑴CO2固定反应能力强。
⑵Asp合成能力强。 ⑶AK活力强。
⑷HD活力强。
⑸PS活力微弱或丧失。 ⑹高丝氨酸激酶活力微弱或丧失。 ⑺GHD活力弱。 ⑻O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶活力强。
⑴切断支路代谢
①选育Lys-、Lysl、Lys+突变株。
②选育Thr-、Thrl、Thr+突变株。
⑵解除反馈调节
①选育AECr和AHVr突变株。
②选育抗SAM结构类似物突变株。
③选育抗蛋氨酸结构类似物（如乙硫氨酸、硒代蛋氨酸、1,2,4-三唑、三氟蛋氨酸）突变株。
⑶切断蛋氨酸向下反应的通路
选育SAM-突变株。
丙氨酸是比较活跃的氨基酸，在生物体内通过转氨作用可生成其它氨基酸，生成丙氨酸的途径必然消耗许多PEP。

氨基酸工艺学

氨基酸工艺学以上两幅图需要了解，有助于谷氨酸发酵的复习。

氨基酸发酵的代谢控制方式：（1）菌种的代谢调；（2）.控制发酵条件；（3）控制细胞的渗透性；（4）控制旁路代谢；（5）控制反馈作用物的浓度；（6）消除终产物的反馈抑制和阻遏作用；（7）促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物合成。

谷氨酸的生物合成途径（葡萄糖对谷氨酸转化率）糖经EMP途径和HMP途径生成丙酮酸；丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA；丙酮酸经CO2固定途径生成草酰乙酸，两者形成柠檬酸进入TCA循环；TCA循环中间产物α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶的作用下，还原氨基化合成谷氨酸。

CO2固定途径：C6H12O6 + NH3 +1.5 O2 C5H9O4N + CO2 + 3 H2O1摩尔葡萄糖可以生成1摩尔的谷氨酸。

理论收率为81.7%（最高）。

乙醛酸循环途径：DCA途径发酵谷氨酸，糖的转化率大大降低6乙酰CoA + 2 NH3 + 3O2 2 C5H9O4N + 2 CO2 + 6 H2O理论转化率仅为54.4%（最低）。

所以实际转化率：在54.4%~81.7%之间。

现有葡萄糖生产主要是四个属：短杆菌属（短杆菌科），棒杆菌属、小杆菌属、节杆菌属（棒杆菌科）现有谷氨酸生产菌的主要特征：（说出特征并解释为什么有这种特征）1、细胞形态为球形，棒形以至短杆2、G+无芽孢，无鞭毛，不能运动3、都是需氧型微生物4、都是生物素缺陷型5、腺酶强阳性6、不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白及明胶等7、发酵中菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞渗透性的变化8、、二氧化碳固定酶系活力强9、异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循环弱10、a-酮戊二酸能力缺失或微弱11、还原性辅酶Ⅱ进入呼吸链能力弱12、柠檬酸合成酶、乌头羧酶，异柠檬酸脱氢酶以及谷氨酸脱氢酶活力强13、能利用醋酸，不能利用石蜡14、具有向环境中泄露谷氨酸的能力15、不分解利用谷氨酸，并能耐高浓度谷氨酸，产生谷氨酸5%以上生物素：对代谢调节与能荷的调节是不同额，能荷是对糖代谢流的调节，而生物素能够促进糖的EMP、HMP、TCA循环生物素结构式谷氨酸产生菌因环境条件的发酵转化控制发酵因子发酵转换氧不足时生成乳酸或琥珀酸；过量时生成α-酮戊二酸；适量则合成谷氨酸生物素充足时生成乳酸或琥珀酸；限量条件下即亚适量时则合成谷氨酸铵离子不足时合成α-酮戊二酸；过量时生成谷氨酰胺；适量时合成谷氨酸PH 酸性条件下：N-乙酰谷胺酰胺；中性或微碱性条件下：谷氨酸磷高浓度时：缬氨酸；适量时：谷氨酸谷氨酸的发酵控制发酵培养基：需要大量C、N源，控制生物素（1）碳源淀粉水解糖要求：目前国内谷氨酸发酵糖浓度为（125~150g/L）（2）氮源作用：1.合成菌体Pro、核酸等合成物质；2.一部分用于调节PH。

氨基酸的代谢与控制2

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③ ④
选育亮氨酸温度敏感型突变株选育对苯醌或喹啉衍生物敏感突变株选
育苯醌或喹啉衍生物敏感突变株是寻找亮氨酸渗漏突变株的方法。苯醌或喹啉衍生物可以抑制亮氨酸生物合成酶系
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4，改善膜的通透性，
乳糖发酵短杆菌AECr突变株的赖氨酸的排出是通过主动运输系统来进行的，而且培养基中赖氨酸的浓度相当于细胞内浓度的5倍时，赖氨酸仍能排出。这说明乳糖发酵短杆菌作为赖氨酸生产育种的出发菌株比酵母菌和大肠杆菌优越的多。
ASP到Ala的代谢途径；阻断Pyr到Ala的反应，增加PEP的量，有利于Lys的生产
②
③
选育天冬氨酸氧肟酸盐抗性突变株，解除ASP对选育天冬氨酸氧肟酸盐抗性突变株，解除对 PC的抑制的抑制选育氟丙酮酸敏感突变株：选育氟丙酮酸敏感突变株：氟丙酮酸抑制丙酮酸脱
氢酶复合体的作用使丙酮酸积累。在生物素存在时，氢酶复合体的作用使丙酮酸积累。在生物素存在时，丙酮酸优先合成草酰乙酸。酮酸优先合成草酰乙酸。
3
赖氨酸的发酵
一菌种赖氨酸的直接发酵法主要采用短杆菌属和棒杆菌属细菌的各种变异株。与大肠杆菌相比，细菌的各种变异株。与大肠杆菌相比，其生物合成调节机制较为简单，其生物合成调节机制较为简单，适合于作为出发菌株。出发菌株。亚硝基胍，甲基磺酸酯，赖氨酸产生菌由亚硝基胍，甲基磺酸酯，紫等诱变选育而得。外线等诱变选育而得。根据表型分为：根据表型分为：营养缺陷型、敏感型、结构四类。类似物抗性和组合变异株四类。
选育组合型突变株：营养缺陷型与结构类似选育组合型突变株：物抗性结合。物抗性结合。
15
CH2NH2 CH2 CH2 CH2 CHNH2 COOH 赖赖赖

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。

发酵过程控制氨基酸发酵的工艺控制实例

（二）温度的影响及其控制
1、温度对Glu发酵的影响
谷氨酸发酵前期(0~12h)是菌体大量繁殖阶段，在此阶段菌体利用培养基中的营养物质来合成核酸、蛋白质等，供菌体繁殖用，而控制这些合成反应的最适温度均在 30~32℃。
在发酵中、后期，是谷氨酸大量积累的阶段，而催化谷氨酸合成的谷氨酸脱氢酶的最适温度在32~36℃，故发酵中、后期适当提高罐温对积累谷氨酸有利。
在发酵后期由于耗用大量NH4+ ,pH值下降, 此时就要进行pH值调节,以保证发酵的正常进行。
pH发生变化的主要原因是培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
如当谷氨酸棒状杆菌利用糖类物质不断生成谷氨酸时，培养液的pH就会下降。而酸性物质的消耗和氨的生成等则会导致培养液的pH上升。
pH：前期pH7.5~8.0，中后期pH7.0~7.6。通过采用流加尿素，氨水或液氨等办法调节 pH，补充氮源。
表1 部分氨基酸及其生产所用菌株
氨基酸谷氨酸
缬氨酸丙氨酸脯氨酸赖氨酸
苏氨酸鸟氨酸亮氨酸酪氨酸
使用的菌株
谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌或黄色短菌杆、北京棒杆菌、钝齿棒杆菌北京棒杆菌、乳糖发酵短杆菌凝结芽孢杆菌链形寇氏杆菌、黄色短杆菌黄色短杆菌、乳糖发醇短杆菌、谷氨酸棒杆菌大肠杆菌、大肠杆菌谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌黄色短杆菌氨酸棒杆菌
二次世界大战后不久，美国有人提出用发酵法生产谷氨酸的报告。
日本也相继开始了研究，1956 年日本协和发酵公司分离出一种新的细菌，它可以利用100 克葡萄糖转化为40 克以上的谷氨酸。1957 年发酵法味精正式商业性生产，这标志着氨基酸发酵工业的诞生。
生产氨基酸的大国为日本和德国。

发酵机制-氨基酸发酵机制11-12节

生物素50-100ug/L NH4Cl 6% 乙醇1.5%-2%
整理课件
6. 促进ATP的积累利于氨基酸合成
氨基酸生物合成需要能量，ATP的积累可促进合成。
例如：添加高浓度ATP和谷氨酸，能够促进不合成脯氨酸的破碎细胞，合成脯氨酸，如图。
整理课件
解释了添加ATP、前体物促进合成脯氨酸
整理课件
第五章氨基酸发酵机制
氨基酸是典型的代谢控制发酵因为：微生物自身不过量积累氨基酸。这
需要打破微生物的正常代谢调节途径。氨基酸属于微生物发酵的代谢中间产物。需要以下6种代谢途径控制方法。 1.控制旁路代谢
整理课件
1.控制旁路代谢
看：D-苏氨酸生成L-异亮氨酸的代谢机制
采用D-苏氨酸生成脱氢酶不受L-异亮氨酸的反馈抑制。
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2 降低反馈作用物的浓度
谷氨酸棒杆菌的鸟氨酸代谢机制
采用：瓜氨酸缺陷型解除精氨酸的反馈抑制。
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3.消除终产物的反馈抑制与反馈阻遏
谷氨酸棒杆菌的L-赖氨酸代谢机制采用：
抗氨基酸
结构类似物
如赖氨酸的结构类似物
S-（β-氨基乙基） L-半胱氨酸。与苏氨酸协同反馈
3.2 抗反馈阻遏突变的机制
正常无活性的阻遏物（阻遏基因产生）与反馈阻遏物结合→有活性的阻遏物→与操纵子结合→转录无法合成mRNA
突变的无活性阻遏物无法与反馈阻遏物结合 →无活性的阻遏物→转录正常合成mRNA
整理课件
4. 控制细胞渗透性
例如：谷氨酸大量合成需要增加细胞膜通透性，
方法：1）生物素缺乏 2）加入表面活性剂 3）添加青霉素 4）油酸缺陷型菌株？
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5. 控制发酵环境

氨基酸代谢控制发酵机制及育种策略.共103页文档

31、只有永远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
1、不要轻言放弃，否则对不起自己。
2、要冒一次险!整个生命就是一场冒险。走得最远的人，常是愿意去做，并愿意去冒险的人。“稳妥”之船，从未能从岸边走远。-戴尔．，喝起来是苦涩的，回味起来却有久久不会退去的余香。
氨基酸代谢控制发酵机制及育种策略. 4、守业的最好办法就是不断的发展。 5、当爱不能完美，我宁愿选择无悔，不管来生多么美丽，我不愿失去今生对你的记忆，我不求天长地久的美景，我只要生生世世的轮回里有你。