Lys代谢控制发酵
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。
微生物工程思考题参考答案
微生物工程思考题参考答案Ricky & Bullet 2017.11、举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点？A.蛋白酶表达产物一般分泌至胞外，能利用廉价的氮源，生长温度较高，生长速度快,纯化、分离及分析快速；安全性高，得到FDA的批准的菌种。
B.单细胞蛋白生长迅速，营养要求不高，易培养，能利用廉价的培养基或生产废物。
适合大规模工业化生产，产量高，质量好。
安全性高，得到FDA的批准的菌种。
C. 不饱和脂肪酸生长温度较低，安全性高，能利用廉价的碳源，不饱和脂肪酸含量高，D.抗生素生产性能稳定，产量高，不产色素，，能利用廉价原料F. 氨基酸代谢途径比较清楚，代谢途径比较简单2、自然界分离微生物的一般操作步骤？样品的采取→预处理→培养→菌落的选择→初筛→复筛→性能的鉴定→菌种保藏3、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集培养？自然界中目的微生物含量很少，非目的微生物种类繁多，进行富集培养，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，使筛选变得可能。
4、菌种选育分子改造的目的？防止菌种退化; 解决生产实际问题;提高生产能力; 提高产品质量; 开发新产品5、什么叫自然选育？自然选育在工艺生产中的意义？自然选育就是不经人工处理，利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。
自然选育在工业生产上的意义：自然选育可以有效地用于高性能突变株的分离。
然选育虽然突变率很低，但却是工厂保证稳产高产的重要措施。
6、什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？诱变育种是指用物理、化学因素诱导植物的遗传特性发生变异，再从变异群体中选择符合人们某种要求的单株，进而培育成新的品种或种质的育种方法。
诱变剂有两大类：物理诱变剂和化学诱变剂。
常用的物理诱变剂有紫外线、x射线、γ射线(如Co60等)、等离子、快中子、α射线、β射线、超声波等。
常用的化学诱变剂有碱基类似物、烷化剂、羟胺、吖定类化合物等。
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。
氨基酸生产
25.2 氨基酸发酵的代谢控制与育种 25.2.2生产中代谢控制的措施
1、控制发酵的环境条件
氨基酸发酵受菌种的生理特性和环境条件的影响，对专性 需氧菌来说环境条件的影响更大。 谷氨酸产生菌因环境条件的影响会引起发酵的转换，生成各 种不同的产物。
25.2 氨基酸发酵的代谢控制
溶解氧：乳酸或琥珀酸←→谷氨酸←→α－酮戊二酸
25.1 概述
氨基酸的生产方法
1、发酵法 （1）直接发酵
第一类用野生菌株直接由糖和铵盐发酵生产氨基酸，如 谷氨酸、丙氨酸和缬氨酸。
第二类用营养缺陷型突变株直接由糖和铵盐发酵生产氨 基酸，如谷氨酸棒状杆菌的高丝氨酸缺陷型生产赖氨酸； 酪氨酸缺陷型生产苯丙氨酸；苯丙氨酸缺陷型生产亮氨酸； 亮氨酸缺陷型生产缬氨酸。
25.1 概述
氨基酸的国内外生产概况
日本和德国为世界主要氨基酸生产国。日本的 味之素、协和发酵及德国的德固沙是世界氨基酸生 产的三巨头。它们能生产高品质的氨基酸，可直接 用于输液制剂的生产。日本在美国、法国等建立了 合资的氨基酸生产厂家，生产氨基酸和天冬甜精等 衍生物。
25.1 概述
氨基酸的国内外生产概况
25.1 概述
氨基酸的生产方法
第三类用抗氨基酸结构类似物突变株，如利用乳糖发酵
短杆菌 的S-(2-氨基乙基）-L-半胱氨酸（AEC,赖氨酸结构类食物） 抗性菌株生产赖氨酸。利用黄色短杆菌的5-甲基色氨酸（5-MT，酪 氨酸结构类似物）抗性菌株生产酪氨酸。
第四类抗氨基酸结构类似物突变株的营养缺陷型 菌株，如利用乳糖发酵短杆菌的抗AEC腺嘌呤、鸟 嘌呤缺陷型生产赖氨酸。
氨基酸的应用
1、食品工业：营养强化剂；鲜味剂；甜味剂。 2、饲料工业：营养强化剂。 3、医药工业：氨基酸输液；氨基酸衍生物；氨基 酸盐。 4、化学工业：洗涤剂；护肤品；人造革。 5、农业：无公害农药。
5第五章 代谢调控育种
⑷利用营养缺陷型回复突变株或条件突变株的方法， 解除终产物对关键酶的调节；
⑸应用遗传工程技术，创造理想微生物（即构建目 的工程菌株）。
此外，发酵条件如pH值、NH3的供应、溶氧水平、 营养浓度控制及表面活性剂的使用等也非常重要。
一. 切断支路代谢
1. 营养缺陷突变株的应用
营养缺陷型即菌株发生基因突变，合成途径中某一 步骤发生缺陷，丧失了合成某些物质的能力，必须在 培养基中添加该营养物质才能生长。
第五章 微生物 代谢控制育种
第一节 代谢控制育种的基础
代谢控制发酵理论的建立
代谢控制发酵理论最开始是应用于氨基酸高产菌株 的选育中；随后，核苷类物质发酵生产菌也以代谢控 制理论去选育，并奋起直追成为后起之秀。
随着研究的深入，代谢控制发酵理论的作用，已由 野生型菌株的发酵向高度人为控制的发酵转移，由依 赖于微生物分解代谢的发酵向依赖于生物合成代谢的 发酵，即向代谢产物大量积累的发酵转移。
一个菌株经过突变和回复突变后，某一结构基因 编码的酶会经历失活→恢复活性的过程，但酶的调节 部位的结构常常并没有恢复。所以经过此过程后，该 酶的反馈抑制被解除或削弱。因此可以利用营养缺陷 型的回复突变来获得解除反馈抑制从而提高产量的菌 株。
例如，先将金霉素生产菌绿链霉菌诱变成蛋氨酸 缺陷型，然后再回复突变成原养型，结果其中有85% 的回复突变株的金霉素产量提高了1.2~3.2倍。
通过选育某些营养缺陷型或结构类似物抗性突变株 以及克隆某些关键酶的基因，也可以使目的产物前体 的合成增加，从而有利于目的产物的大量积累。
1. 在分支合成途径中，切断控制共用酶的非目的终 产物的分支合成途径，增多目的产物的前体，使目的 产物的产量提高。
在谷氨酸棒状杆菌、北京棒状杆菌、黄色短杆菌、 大肠杆菌等微生物中，Lys、Thr、Met的合成关键酶是 天冬氨酸激酶，该酶受Lys、Thr的协同反馈抑制，即 天冬氨酸激酶在Lys或Thr单独存在时不受抑制，仅当 两者同时过量时才引起抑制作用。因此，在Thr限量培 养时，即使Lys过剩，也能进行由天冬氨酸生成天冬酰 磷酸的反应（即第一步反应）。
代谢控制工程复习题1
《代谢控制工程》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甘酸的分子水平上，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。
完整版发酵工艺学原理复习题答案
发酵工艺学原理复习题参考答案（2011级）第二章1.比较固体培养与液体培养的优缺点。
固体培养优点：（1）酶活力高。
（因为菌丝体密度大）（2）生产过程中无菌程度要求不是很严格。
（3）对于固体培养，通常用于固体发酵，由于产物浓度大，易于分离，可以有效的降低产品分离成本。
缺点：（1）生产劳动强度较大，占地面积大，不宜自动化生产。
（2）周期长。
（3）培养过程中环境条件控制较难。
（4）生产过程中，由于无菌程度较低，其菌种菌类不纯。
液体培养优点：（1）生产效率高，便于自动化管理。
（2）生产过程中温度、溶氧、pH值等参数可以实现全面控制。
（3）通常生产液体种子，整个生产周期较短。
缺点：（1）无菌程度要求高，相对生产设备投资较大。
（2）对于某些种类的发酵，液体培养因投资大、生产密度大而难以实现。
2.说明菌种扩大培养的条件。
菌种扩大培养条件因不同的菌种差异是非常大的，通常是与菌种的性质有关的，也与后续的发酵工艺有关。
但是，与发酵工艺却有着很大的差别。
1.培养基：种子培养基因不同的微生物种类差别是很大的，同一种微生物因不同的扩大培养过程（一级、二级）其培养基往往也有较大差异。
通常，对于种子用的培养基，摇瓶与种子罐用的培养基也不相同，摇瓶要求培养基用的原材料精细，碳源浓度较低而且是用微生物较易利用的碳源；对于种子罐用培养基，要求使用接近大生产用的原材料，氮源浓度较高，有利于菌体的增殖。
2.温度种子扩大培养的温度，从试管到三角瓶到种子罐，其温度也应逐步调整，最后接近大生产的温度，目的在于使菌种逐渐适应。
需要指出的是：（1）许多微生物其最适生长温度与最适发酵温度往往有差异的，例如：谷氨酸发酵，谷氨酸产生菌的最适合生长温度为：30℃，而产物合成温度为32-34℃（2）种子扩大培养的温度的选择，应该考虑的是菌体的快速增殖上，一方面可以缩短周期，另一方面有利于抑制其他杂菌的生长。
3.氧的供给菌种扩大培养的目的就是提供大量的强壮的菌体，因此在扩培过程要求菌体增殖速度越快越好，增殖期消耗的底物葡萄糖越少越好，从这个意义上讲，扩培过程中应提供足够的氧气，无论是厌氧发酵还是好氧发酵。
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。
代谢控制发酵
绪 论
第一节 代谢控制发酵的 研究对象和任务
代谢控制发酵是发酵生理学的重要部分，是生物工程的重要专业基础课。它是利用遗传学或其它生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核酸（DNA）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用的代谢产物大量生成、积累的发酵技术。
一、几个概念
微生物生理学（Microbiol Physiology） 是微生物学的一个分支，是从生理生化的角度研究微生物细胞的形态、结构和功能以及微生物生命活动（及代谢）规律的学科。
发酵生理学 (Fermentation Physiology) 是微生物生理学和生物工艺学（发酵工艺）的交叉分支，它是从生理、生化及发酵工艺角度研究工业微生物细胞的形态、结构和功能以及微生物生命活动（主要是代谢活动）规律的学科。
工业微生物（Inductrial Microbiology） 是指在发酵工业上已经应用或具有潜在应用价值的微生物，它包括细菌、放线菌、酵母菌、霉菌也包括藻类和病毒。其范畴随科学技术的发展而不断扩大。
生理学（Physiology） 研究生物的功能的科学。按生物类别分为：人体生理学、动物生理学、植物生理学、微生物生理学等分科。按生理学研究的观点和水平分有：比较生理学、器官生理学、细胞生理学和分子生理学。
二、 代谢控制发酵的发展 ——代谢工程 （Metabolic engineering )
1. 代谢工程定义 2. 代谢工程研究的内容 3. 代谢工程研究的任务
1. 代谢工程定义
采用重组DNA技术和高精度的分析生物学技术相关的遗传学方法，进行精确目标的基因操作，改变微生物原由调节系统，实现提高目的代谢活性和目的代谢产物量。
发酵(fermentation) （1）早期的概念 微生物在无氧时的代谢进程。有机物是通过另一个有机物还原而将自身氧化的生物学过程，脱氢体和受氢体均是有机物。 （2）利用微生物生长和代谢活动生产多种有用物质。 （3）利用微生物或通过细胞工程、酶工程、基因工程等获得的生命体生产各种有用物质。
氨基酸生产1
25.1 概述
¡ 氨基酸的应用
¡ 农业
¡ 特殊的氨基酸农药如N-月桂酰-L-异戊 氨酸，能防治稻瘟病，又能提高稻米 的蛋白质含量。氨基酸烷基酯及N-长 链酰基氨基酸能提高农作物对病害的 抵抗力，具有和一般杀虫剂一样的效 果。
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氨基酸生产1
25.1 概述
25.1.2氨基酸的生产方法
1、发酵法 （1）直接发酵
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氨基酸生产1
25.2 氨基酸发酵的代谢控制 3、控制旁路代谢
例如：L－异亮氨酸的生物合成 可由L－苏氨酸改为D－苏氨酸途径， 即采用旁路代谢。
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氨基酸生产1
25.2 氨基酸发酵的代谢控制
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氨基酸生产1
25.2 氨基酸发酵的代谢控制 4、降低反馈作用物的浓度
¡ 不可缺少的营养性添加剂，一般生长 期添加赖氨酸，产蛋期添加蛋氨酸， 饲料配制时必需计算氨基酸平衡。
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氨基酸生产1
25.1 概述
¡ 氨基酸的应用
¡ 化学工业
¡ 十二烷基谷氨酸钠肥皂-无皮肤刺激洗 涤剂
¡ 焦谷氨酸钠-润肤剂 ¡ 聚谷氨酸人造革、人造纤维和涂料
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氨基酸生产1
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氨基酸生产1
25.2.1 氨基酸生物合成的调节机制
¡ 在途径分支点处优先合成的调节机制如下 图，在分支点后，其中的一个终产物E优 先合成，优先合成的关键酶，即催化 C→D反应的酶受E的反馈控制，催化 A→B共用酶受第二个终产物G的反馈控制。 首先，E比G优先合成，E过剩时，反馈抑 制C→D反应的酶，转换为合成G。G过剩 时，催化A→B反应的酶，就会为G所控制。 假如人为让特定氨基酸如G过剩，就会因E 的合成不足而影响细菌生长。
《代谢工程》复习提纲
《代谢工程2007》思考题一、判断题（）1.微生物的代谢网络受到高度调节，具有很强的适应环境变化的能力。
（）2.微生物可代谢控制机制可分为两种主要类型：酶活的调节和酶合成的调节。
但前者比后者更经济、快捷。
（）3.磷酸化酶是通过激酶和酯酶来调节其活性的。
（）4.变构效应是反馈抑制的基础，是调节代谢的有效方法。
（）5.在乳糖操纵子中，乳糖并不是真正的诱导物。
（）6.最有效的诱导物总是基质的类似物，一种很差的或不被利用的基质。
如N-甲基乙酰胺对酰胺酶的诱导作用。
（）7.葡萄糖常对其它碳源表现出分解代谢物阻遏效应；氨或谷氨酰胺对其它氮源也常常表现出分解代谢物阻遏效应。
（）8.一种碳-能源起分解代谢物阻遏作用的效能取决于它的化学结构，而不是它作用碳-能源的效率。
（）9.在所有试验过的细菌中均含有cAMP，它是EMP代谢途径的中间体。
（）10.在赖氨酸的生物合成途径中，大肠杆菌的天冬氨酸激酶是三种同工酶，但在谷氨酸棒杆菌中却只有单一的天冬氨酸激酶。
（）11.微生物可通过需氧或厌氧途径利用糖。
氧抑制糖发酵生成乙醇的作用称为巴斯德（）12.在考虑能量代谢与产物形成的关系时，一般都要进行能量流的优化分配问题。
（）13.能量溢出是一种能量的浪费，不利于产物的形成。
（）14.产朊假丝酵母生长在氮限制条件下，会积累多糖，它反映出细胞处在能量过剩的状态。
（）15.硫元素限制下，细胞常会会积累多糖，它反映出细胞处在能量过剩的状态。
（）16.最适发酵pH值的选择以获得最大比生长速率和适当的菌量为准则。
（）17.pH控制也可以采用糖/氨水的流加方式进行控制。
（）18.DO常常作为发酵异常的指示，如接种效应；有氧条件下葡萄糖发酵生成乙醇的作用称为Crabtree效应。
（）19.巴斯德效应是对发酵活性的抑制，而Crabtree效应对呼吸酶合成的抑制。
后2-5h 内DO迅速跌至零且长时间不回升，表示已染菌。
（）20.补料过程也会引起DO的下降。
代谢控制发酵-第六章 代谢控制发酵实例
(2) 选育渗漏缺陷型突变株 苯丙氨酸和酪氨酸双营养缺陷(或预苯酸缺陷)使得菌株生长
缓慢，因此可选育预苯酸渗漏缺陷型突变株 渗漏缺陷型是一种不完全营养缺陷型，它不会产生过量的末
端产物，因而可以避开反馈调节 但它又能合成微量的末端产物，用来进行生物合成 在培养这种突变体时，可不必在培养基中添加相应的物质，
弱化子
p 解除反馈调节，增强色氨酸合成途径代谢流(通) 解除色氨酸抑制作用：
(1) 选育色氨酸结构类似物(5-氟色氨酸、5-甲基色氨酸) 抗性突变株
变构，失活
酶
色氨酸
问题：诱变后存活的微生物 包括正向突变(想要的)、负 向突变(不想要的)，怎么把 正向突变的筛选出来？
5-氟色氨酸 5-甲基色氨酸
四、青霉素发酵
生物合成途径
四、青霉素发酵
代谢调节
碳分解代谢产物的影响
Ø 青霉素的生物合成受碳分解代谢产物阻遏，如ACV合成 酶，IPN合成酶，酰基转移酶就被阻遏
Ø 葡萄糖可以刺激菌体生长，使作为赖氨酸和青霉素合 成中间体的α-氨基己二酸转向合成赖氨酸，抑制青霉 素的合成
Ø 葡萄糖降低青霉素生物合成的速率和得率还由于葡萄 糖与6-APA之间形成复合物，从而减少了可用于合成青 霉素的中间产物。
Ø 选育单氟乙酸、三氟乙酸敏感突变株 抑制乌头酸梅和异柠檬酸脱氢酶活性。若菌体对药品 敏感，说明该突变株的乌头酸酶和异柠檬酸酶活力低或 含量少
Ø 选育强化CO2固定反应的突变株 氟丙酮酸敏感、天冬氨酸缺陷、羧化酶基因克隆
Ø 强化柠檬合成酶
一、柠檬酸发酵
发酵控制
Ø 控制Mn2+和NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的抑制，使EMP 畅通无阻
发酵工艺学
发酵工艺学发酵工艺概论发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料，生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学，化学工程，基因工程，细胞工程，机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。
现代发酵工程不但生产酒精类饮料，醋酸和面包，而且生产各种食品添加剂：谷氨酸，柠檬酸，苹果酸，核苷酸，多糖等；医疗保健药物如胰岛素，干扰素，生长激素，抗生素和疫苗；农用生产资料：天然杀虫剂，细菌肥料，微生物除草剂；在化学工业上生产AA，酶，维生素和单细胞蛋白等。
Use of microorganisms：适应性强消化能力强繁殖能力强1857年，法国化学家，微生物学家巴斯德提出了著名的发酵理论“一切发酵工程都是微生物作用的结果”。
巴斯德认为：酿酒是发酵，是微生物在起作用。
酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟。
可用加热的方法来杀死有害微生物，也可将纯种微生物分离出，获得所需发酵产品。
一、发酵工程（fermentation engineering）1．直接利用微生物的机能将物料加工以提供产品的过程，又称微生物工程。
在最适发酵条件下，大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。
2．发酵工业简介Fermentation Industry发酵食品Fermented Foods有机酸Organic Acids氨基酸Amino Acids核酸类物质Nucleotides酶制剂Enzymes医药工业（抗生素…）Pharmaceutical (Antibiotics…)饲料工业（单细胞蛋白) Feedstuff (eg. SCP)环境工程（废物处理）Environmental Application (Waste Treatment)其它（冶金工业…）Others (eg. Metallurgical industry)二、微生物（一）为什么要利用微生物？微生物繁殖非常迅速微生物培养易于控制微生物本身也容易改造（二）抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产？这与微生物的生长和代谢特点有什么关系？1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。
微生物工程思考题参考答案
微⽣物⼯程思考题参考答案微⽣物⼯程思考题参考答案Ricky & Bullet 2017.11、举出⼏例微⽣物⼤规模表达的产品, 及其产⽣菌的特点？A.蛋⽩酶表达产物⼀般分泌⾄胞外，能利⽤廉价的氮源，⽣长温度较⾼，⽣长速度快,纯化、分离及分析快速；安全性⾼，得到FDA的批准的菌种。
B.单细胞蛋⽩⽣长迅速，营养要求不⾼，易培养，能利⽤廉价的培养基或⽣产废物。
适合⼤规模⼯业化⽣产，产量⾼，质量好。
安全性⾼，得到FDA的批准的菌种。
C. 不饱和脂肪酸⽣长温度较低，安全性⾼，能利⽤廉价的碳源，不饱和脂肪酸含量⾼，D.抗⽣素⽣产性能稳定，产量⾼，不产⾊素，，能利⽤廉价原料F. 氨基酸代谢途径⽐较清楚，代谢途径⽐较简单2、⾃然界分离微⽣物的⼀般操作步骤？样品的采取→预处理→培养→菌落的选择→初筛→复筛→性能的鉴定→菌种保藏3、从环境中分离⽬的微⽣物时，为何⼀定要进⾏富集培养？⾃然界中⽬的微⽣物含量很少，⾮⽬的微⽣物种类繁多，进⾏富集培养，使⽬的微⽣物在最适的环境下迅速地⽣长繁殖，数量增加，由原来⾃然条件下的劣势种变成⼈⼯环境下的优势种，使筛选变得可能。
4、菌种选育分⼦改造的⽬的？防⽌菌种退化; 解决⽣产实际问题;提⾼⽣产能⼒; 提⾼产品质量; 开发新产品5、什么叫⾃然选育？⾃然选育在⼯艺⽣产中的意义？⾃然选育就是不经⼈⼯处理，利⽤微⽣物的⾃然突变进⾏菌种选育的过程。
⾃然选育在⼯业⽣产上的意义：⾃然选育可以有效地⽤于⾼性能突变株的分离。
然选育虽然突变率很低，但却是⼯⼚保证稳产⾼产的重要措施。
6、什么是诱变育种？常⽤的诱变剂有哪些？诱变育种是指⽤物理、化学因素诱导植物的遗传特性发⽣变异，再从变异群体中选择符合⼈们某种要求的单株，进⽽培育成新的品种或种质的育种⽅法。
诱变剂有两⼤类：物理诱变剂和化学诱变剂。
常⽤的物理诱变剂有紫外线、x射线、γ射线(如Co60等)、等离⼦、快中⼦、α射线、β射线、超声波等。
常⽤的化学诱变剂有碱基类似物、烷化剂、羟胺、吖定类化合物等。
Lys代谢控制发酵 PPT课件
(4) Lys 生产菌种遗传标记及Lys产量
谷氨酸棒杆菌 Hse－ Hse－AECR 42g/L
生物素对CO2固定反应的影响 生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，参与CO2固 定反应，据报道，生物素大过量时（100g/L以 上），CO2固定反应可提高30%。
第五节
Lys代谢控制发酵
1. 生产菌种 谷氨酸棒杆菌（C.glutamicum） 黄色短杆菌(B. flavum) 乳糖发酵短杆菌(ctofermentum) 2、谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌Lys合成途径 及正常调控机制
合成酶 柠檬酸
反 馈 阻 遏
顺乌头酸 异柠檬酸 α-酮戊二酸 谷氨酸 Glu 脱氢酶 脱氢酶 α-酮戊二酸
反 馈 抑 制
二、生物素对代谢的调控作用
• Glu产生菌主要生理生化特性
需氧，生物素缺陷型bio-,有乙醛酸 循环，羧化酶活性强（bio作为辅酶） 柠檬酸、异柠檬酸、谷氨酸脱氢酶活 性高，Glu合成中存在正常反馈阻遏和反馈 抑制。菌体细胞膜通透性差，不利于Glu胞 外分泌。
• • • • Hse脱氢酶活性仅为 野生型菌株的1/30 Met，Thr合成量很少，仅满足菌体生长 代谢流转向Lys大量合成 Thr合成量少，和Lys形不成协同反馈抑制， 大量积累Lys，产量达25g/L
(4) Lys 生产菌种遗传标记及Lys产量
谷氨酸棒杆菌 Hse－ Hse－AECR 42g/L
影印接种
可逆抑制测定方法：
根据特异性解除抑制剂对指示菌生长抑制，让指示 菌生长而检测氨基酸的方法 适用于检测氨基酸的可逆性抑制剂测定法
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Hse-
诱变
Hse-抗Lys反馈抑制 反馈抑制 基本培养基＋ 高浓度)＋ 基本培养基＋Hse(高浓度 ＋ 高浓度 AEC(Lys结构类似物 结构类似物) 结构类似物
Hse-, AECr：解除 激酶反馈抑制的Hse营养缺陷型 ：解除Lys对Asp激酶反馈抑制的 对 激酶反馈抑制的 营养缺陷型 双突变株，不论添加Hse浓度高低，皆不会出现 浓度高低， 双突变株，不论添加 浓度高低 皆不会出现Thr+Lys协 协 同反馈抑制，大量积累Lys 同反馈抑制，大量积累
Glc
CO2 CO2 AC-coA 丙酮酸 草酰乙酸 羧化酶 天门冬氨酸 （Asp） ）
合成酶 柠檬酸
反 反 馈 阻 遏
异柠檬酸 α-酮戊二酸 酮戊二酸 α-酮戊二酸 酮戊二酸 氨酸 Glu 酶 酶 顺乌头酸
馈 抑 制
二、生物素对代谢的调控作用
• Glu产生菌主要生理生化特性 Glu产生菌主要生理生化特性
α-酮戊二酸脱氢酶的调节 酮戊二酸脱氢酶的调节
在谷氨酸产生菌中， 酮戊二酸脱氢酶活性微 在谷氨酸产生菌中，α-酮戊二酸脱氢酶活性微 弱
谷氨酸脱氢酶的调节
谷氨酸对谷氨酸脱氢酶存在着反馈抑制和反 馈阻遏 α-酮戊二酸合成后由于 酮戊二酸脱氢酶活性 酮戊二酸合成后由于α-酮戊二酸脱氢酶活性 酮戊二酸合成后由于 微弱，谷氨酸脱氢酶的活力很强， 微弱，谷氨酸脱氢酶的活力很强，故优先合成谷 氨酸
被检测 氨基酸 Ala Arg Asp Leu Ser 抑制剂 L-氨基乙基磺酸 氨基乙基磺酸 高丝氨酸 β－羟基天冬氨酸 － 2-氨基 甲基乙酸 氨基-4-甲基乙酸 氨基 α－氨基丝氨酸 － 指示菌 普通变形杆菌 E.coli B 胚芽乳杆菌ATCC 8014 胚芽乳杆菌 E.coli ATCC 9723 啤酒足球菌ATCC 8042 啤酒足球菌
-
Hse-
诱变
Hse-抗Lys反馈抑制 反馈抑制 基本培养基＋ 高浓度)＋ 基本培养基＋Hse(高浓度 ＋ 高浓度 AEC(Lys结构类似物 结构类似物) 结构类似物
Hse-, AECr：解除 激酶反馈抑制的Hse营养缺陷型 ：解除Lys对Asp激酶反馈抑制的 对 激酶反馈抑制的 营养缺陷型 双突变株，不论添加Hse浓度高低，皆不会出现 浓度高低， 双突变株，不论添加 浓度高低 皆不会出现Thr+Lys协 协 同反馈抑制，大量积累Lys 同反馈抑制，大量积累
需氧，生物素缺陷型bio 需氧，生物素缺陷型bio-,有乙醛酸 循环，羧化酶活性强（bio作为辅酶 作为辅酶） 循环，羧化酶活性强（bio作为辅酶） 柠檬酸、异柠檬酸、 柠檬酸、异柠檬酸、谷氨酸脱氢酶活 性高，Glu合成中存在正常反馈阻遏和反馈 性高，Glu合成中存在正常反馈阻遏和反馈 抑制。菌体细胞膜通透性差，不利于Glu Glu胞 抑制。菌体细胞膜通透性差，不利于Glu胞 外分泌。 外分泌。
(4) Lys 生产菌种遗传标记及 生产菌种遗传标记及Lys产量 产量
谷氨酸棒杆菌 Hse－ Hse－AECR 42g/L K.Nakyama 13g/L 中山清（日本） 中山清（日本）
黄色短杆菌 Hse－AECRCSIFps I.shiio 51g/L (CSI:柠檬酸合成酶抑制；Fps：氟代丙酮酸敏感 柠檬酸合成酶抑制； 氟代丙酮酸敏感) 柠檬酸合成酶抑制 黄色短杆菌 AIII Hse-AECr 55g/L 徐所维 50-
Asp 天冬氨酸 Asp 激酶 天冬氨酸-P
天冬氨酸-β –半醛 Hse脱氢酶 DDP合成酶 高丝氨酸 合成酶 O-琥珀酰-高丝氨酸 高丝氨酸-P 二氢吡啶-2,6-二羧酸
赖氨酸(Lys) 苏氨酸 （Thr） Thr脱氢酶
蛋氨酸 (Met)
异亮氨酸（Ile）
(1) Asp三分支途径优先合成 三分支途径优先合成Met，后合成 三分支途径优先合成 ，后合成Thr、 、 Ile，最后合成 ，最后合成Lys (2) Thr和Lys对Asp激酶有协同反馈抑制 和 对 激酶有协同反馈抑制 (3) Thr对Hse脱氢酶有反馈抑制 对 脱氢酶有反馈抑制 (4) Ile对Thr脱氢酶有反馈抑制 对 脱氢酶有反馈抑制 (5) Met对O-琥珀酰高丝氨酸合成酶有反馈阻 对 琥珀酰高丝氨酸合成酶有反馈阻 遏
3. Lys 代谢控制发酵
菌种的遗传改造 (1)切断支路代谢 切断支路代谢——Hse营养缺陷型(Hse-)菌 Hse营养缺陷型 (1)切断支路代谢 Hse营养缺陷型(Hse 株筛选 选育Hse脱氢酶缺失的Hse 菌株， Hse脱氢酶缺失的 选育Hse脱氢酶缺失的Hse-菌株，使代 谢流向Lys合成，控制Hse添加量， Lys合成 Hse添加量 谢流向Lys合成，控制Hse添加量，既满足 菌体对Met Thr和Ile生长需要又不形 Met、 生长需要又不形Thr 菌体对Met、Thr和Ile生长需要又不形Thr Lys对Asp激酶的协同反馈抑制 积累Lys 激酶的协同反馈抑制， 和Lys对Asp激酶的协同反馈抑制，积累Lys 长出菌落 -菌株选育解除Lys反馈抑制突变株 (2)用 菌株选育解除Lys Lys反馈抑制突变株 (2)用HseHse Lys反馈抑制 (Hse-, AECr) 反馈抑制
(5) 乳糖发酵短杆菌 乳糖发酵短杆菌Lys代谢控制发酵 代谢控制发酵 Lys合成与调控机制基本同于谷氨酸棒杆菌、 合成与调控机制基本同于谷氨酸棒杆菌、 合成与调控机制基本同于谷氨酸棒杆菌 黄色短杆菌。 黄色短杆菌。 特殊调控： 特殊调控：代谢互锁调控机制 互锁调节： 互锁调节：Lys合成受其它氨基酸合成途径 合成受其它氨基酸合成途径 产物反馈调节 Lys生产菌种遗传标记和产量： 生产菌种遗传标记和产量： 生产菌种遗传标记和产量 Hse－AECRLeu－ Hse－AECRLeu－α-TARAla－ 110g/L 110g/L
(3) Hse脱氢酶渗漏缺陷型突变株 脱氢酶渗漏缺陷型突变株 亚硝基胍 日本椎尾等人 黄色短杆菌 突变株
• • • • Hse脱氢酶活性仅为 野生型菌株的 脱氢酶活性仅为 野生型菌株的1/30 Met，Thr合成量很少，仅满足菌体生长 合成量很少， ， 合成量很少 代谢流转向Lys大量合成 代谢流转向 大量合成 Thr合成量少，和Lys形不成协同反馈抑制， 合成量少， 形不成协同反馈抑制， 合成量少 形不成协同反馈抑制 大量积累Lys，产量达 大量积累 ，产量达25g/L
(4) Lys 生产菌种遗传标记及 生产菌种遗传标记及Lys产量 产量
谷氨酸棒杆菌 Hse－ Hse－AECR 42g/L K.Nakyama 13g/L 中山清（日本） 中山清（日本）
黄色短杆菌 Hse－AECRCSIFps I.shiio 51g/L (CSI:柠檬酸合成酶抑制；Fps：氟代丙酮酸敏感 柠檬酸合成酶抑制； 氟代丙酮酸敏感) 柠檬酸合成酶抑制 黄色短杆菌 AIII Hse-AECr 55g/L 徐所维 50-
枯草杆菌生长区 L-丙氨酸产生菌 丙氨酸产生菌 上层培养基 有指示菌 影印接种 有抑制剂
丰富细菌 培养基平板分离
产氨基酸培养基
枯草杆菌生长区对 应菌落目的菌
可逆抑制测定方法： 可逆抑制测定方法：
根据特异性解除抑制剂对指示菌生长抑制， 根据特异性解除抑制剂对指示菌生长抑制，让指示 菌生长而检测氨基酸的方法 适用于检测氨基酸的可逆性抑制剂测定法
生物素对CO2固定反应的影响 生物素对CO2固定反应的影响 CO2 生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，参与CO2 CO2固 生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，参与CO2固 定反应，据报道，生物素大过量时（100µg/L以 定反应，据报道，生物素大过量时（100µg/L以 ），CO2固定反应可提高30% CO2固定反应可提高30%。 上），CO2固定反应可提高30%。
合成酶反馈阻遏互锁调节） （加Hse，限量加 ，限量加Leu，免除 ，免除Leu对DDP合成酶反馈阻遏互锁调节） 对 合成酶反馈阻遏互锁调节
3. Lys 代谢控制发酵
菌种的遗传改造 (1)切断支路代谢 切断支路代谢——Hse营养缺陷型(Hse-)菌 Hse营养缺陷型 (1)切断支路代谢 Hse营养缺陷型(Hse 株筛选 选育Hse脱氢酶缺失的Hse 菌株， Hse脱氢酶缺失的 选育Hse脱氢酶缺失的Hse-菌株，使代 谢流向Lys合成，控制Hse添加量， Lys合成 Hse添加量 谢流向Lys合成，控制Hse添加量，既满足 菌体对Met Thr和Ile生长需要又不形 Met、 生长需要又不形Thr 菌体对Met、Thr和Ile生长需要又不形Thr Lys对Asp激酶的协同反馈抑制 积累Lys 激酶的协同反馈抑制， 和Lys对Asp激酶的协同反馈抑制，积累Lys 长出菌落 -菌株选育解除Lys反馈抑制突变株 (2)用 菌株选育解除Lys Lys反馈抑制突变株 (2)用HseHse Lys反馈抑制 (Hse-, AECr) 反馈抑制
原理：指示菌在抑制剂存在条件下生长， 原理：指示菌在抑制剂存在条件下生长，证明存在解除抑 制剂；指示菌不生长，证明不存在解除抑制剂。 制剂；指示菌不生长，证明不存在解除抑制剂。用氨基酸的结 构类似物作指示菌生长抑制剂， 构类似物作指示菌生长抑制剂，通过指示菌是否生长而判断是 否存在解除抑制剂氨基酸。 否存在解除抑制剂氨基酸。
(5) 乳糖发酵短杆菌 乳糖发酵短杆菌Lys代谢控制发酵 代谢控制发酵 Lys合成与调控机制基本同于谷氨酸棒杆菌、 合成与调控机制基本同于谷氨酸棒杆菌、 合成与调控机制基本同于谷氨酸棒杆菌 黄色短杆菌。 黄色短杆菌。 特殊调控： 特殊调控：代谢互锁调控机制 互锁调节： 互锁调节：Lys合成受其它氨基酸合成途径 合成受其它氨基酸合成途径 产物反馈调节 Lys生产菌种遗传标记和产量： 生产菌种遗传标记和产量： 生产菌种遗传标记和产量 Hse－AECRLeu－ Hse－AECRLeu－α-TARAla－ 110g/L 110g/L
Lys代谢控制发酵 第五节 Lys代谢控制发酵
1. 生产菌种 谷氨酸棒杆菌（C.glutamicum） 谷氨酸棒杆菌（C.glutamicum） 黄色短杆菌(B. 黄色短杆菌(B. flavum) 乳糖发酵短杆菌(ctofermentum) 乳糖发酵短杆菌(ctofermentum) 谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌Lys Lys合成途径 2、谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌Lys合成途径 及正常调控机制