第3章代谢控制发酵的基本思想

1、代谢控制发酵课程代谢控制发酵课程无分支途径无分支途径图图 谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径物合成途径乙酰谷氨酸合成酶乙酰谷氨酸合成酶乙酰谷氨酸激酶乙酰谷氨酸激酶 N-乙酰谷氨酸半醛脱氢乙酰谷氨酸半醛脱氢酶酶乙酰鸟氨酸转氨酶乙酰鸟氨酸转氨酶乙酰鸟氨酸酶乙酰鸟氨酸酶 Arg对对有反馈调有反馈调节作用。选育瓜氨酸缺节作用。选育瓜氨酸缺陷突变株（陷突变株（Cit-），亚），亚适量添加瓜氨酸，就会适量添加瓜氨酸，就会积累大量的鸟氨酸积累大量的鸟氨酸 。 1） 分支途径分支途径 E、G协同反馈抑制第协同反馈抑制第1个酶的活性和阻遏酶的生成。个酶的活性和阻遏酶的生成。当菌株失去当菌株失去C

2、D的能力即成为的能力即成为D或或E缺陷型突变株时，解缺陷型突变株时，解除了除了E、G对第对第1个酶的协同反馈调节。当培养基中限量添个酶的协同反馈调节。当培养基中限量添加加E，那么只剩下，那么只剩下G对对CF转变的控制，转变的控制，F、G不会过量生不会过量生成，而使成，而使C得以积累。得以积累。例 ： 利 用 枯例 ： 利 用 枯草 芽 孢 杆 菌草 芽 孢 杆 菌营 养 缺 陷 型营 养 缺 陷 型生产肌苷生产肌苷5磷酸核糖焦磷酸磷酸核糖焦磷酸PRPP谷氨酰胺谷氨酰胺PRPP转移酶转移酶5磷酸核糖胺磷酸核糖胺腺嘌呤核苷琥珀酸腺嘌呤核苷琥珀酸SAMP黄嘌呤核苷酸黄嘌呤核苷酸XMP腺嘌呤核苷酸腺嘌

3、呤核苷酸AMP鸟嘌呤核苷酸鸟嘌呤核苷酸GMP5-IMP肌苷酸肌苷酸肌苷肌苷IR积累另一分支途径的终产物积累另一分支途径的终产物l在分支合成途径中，由于存在着多个终产物单在分支合成途径中，由于存在着多个终产物单独存在时不能对其合成途径的关键酶实现全部独存在时不能对其合成途径的关键酶实现全部反馈抑制或阻遏这一现象，因此，可以利用这反馈抑制或阻遏这一现象，因此，可以利用这种机制选育营养缺陷型菌株，造成一个或两个种机制选育营养缺陷型菌株，造成一个或两个终产物合成缺陷而使另外的终产物得以积累。终产物合成缺陷而使另外的终产物得以积累。通常通常I、E协同反馈调节途径第一个酶，但菌株丧失协同反馈调节途径第一个

4、酶，但菌株丧失CF的的能力，是能力，是I、G的双缺陷突变体。若在培养基中亚适量添加的双缺陷突变体。若在培养基中亚适量添加I、G，就解除，就解除I、E对第一个酶的协同反馈调节，使终产物对第一个酶的协同反馈调节，使终产物E大量积累，所以只要选育大量积累，所以只要选育F或或G、I双缺陷型突变株就可双缺陷型突变株就可以积累以积累E。n关键酶天冬氨酸激关键酶天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制酸的协同反馈抑制n苏氨酸缺陷型苏氨酸缺陷型n高丝氨酸缺陷型高丝氨酸缺陷型例：利用高丝氨酸营养缺陷型例：利用高丝氨酸营养缺陷型(Hom-)或苏氨酸营养缺陷或苏氨酸营养缺陷型型(Thr-)菌株达到

5、赖氨酸的积累菌株达到赖氨酸的积累例：精氨酸的生物合成途径及反馈调节例：精氨酸的生物合成途径及反馈调节 精氨酸的合成受其本身的反馈抑制和反馈阻遏，精氨酸的合成受其本身的反馈抑制和反馈阻遏，为了积累像精氨酸这样为了积累像精氨酸这样非支路代谢途径非支路代谢途径的终产物，的终产物，主要采用抗精氨酸类似物突变株。主要采用抗精氨酸类似物突变株。D-精氨酸抗性精氨酸抗性精氨酸氧肟酸盐抗性精氨酸氧肟酸盐抗性例：选育精氨酸生产菌例：选育精氨酸生产菌n在添加了在添加了乙酰赖氨酸乙酰赖氨酸和和过量精氨酸过量精氨酸的培养基中，接种赖氨的培养基中，接种赖氨酸营养缺陷型菌株酸营养缺陷型菌株(Lys-)，从出现的生长菌落中

6、，从出现的生长菌落中(Lys+)，能够获得精氨酸生物合成酶系的去阻遏突变株。能够获得精氨酸生物合成酶系的去阻遏突变株。例：赖氨酸发酵育种上，在解除了赖氨酸反例：赖氨酸发酵育种上，在解除了赖氨酸反馈调节的基础上，增加馈调节的基础上，增加丙氨酸营养缺陷丙氨酸营养缺陷等标等标记可以进一步提高赖氨酸产量。记可以进一步提高赖氨酸产量。2、解除前体物合成的调节、解除前体物合成的调节n目的产物的生物合成从别的终产物开始时，除设法解目的产物的生物合成从别的终产物开始时，除设法解除目的产物自身合成的反馈调节外，也应设法解除对除目的产物自身合成的反馈调节外，也应设法解除对其前体物合成的调节。其前体物合成的调节。例

7、：异亮氨酸育种例：异亮氨酸育种苏氨酸是异亮氨酸的前体苏氨酸是异亮氨酸的前体物。解除苏氨酸的反馈调物。解除苏氨酸的反馈调节，可以获得异亮氨酸的节，可以获得异亮氨酸的高产菌株。高产菌株。三羧酸循环的中间产物是谷氨酸生物合成的前体三羧酸循环的中间产物是谷氨酸生物合成的前体增加乙酰增加乙酰CoA的合成量，就能增大的合成量，就能增大C4二羧酸的消二羧酸的消耗，从而增加谷氨酸前体物的生成，提高了谷氨耗，从而增加谷氨酸前体物的生成，提高了谷氨酸的积累。酸的积累。n方法：限量添加生物素；添加脂肪酸类似物；添方法：限量添加生物素；添加脂肪酸类似物；添加青霉素等抗生素；选育丧失脂肪酸合成酶的油加青霉素等抗生素；选

8、育丧失脂肪酸合成酶的油酸缺陷型；丧失酸缺陷型；丧失-磷酸甘油脱氢酶的甘油缺陷型磷酸甘油脱氢酶的甘油缺陷型等等n在发酵培养基中积累谷氨酸。其方法有：限量供给生物素。在发酵培养基中积累谷氨酸。其方法有：限量供给生物素。AK-Lys-Met-Thr-天冬氨酸发酵天冬氨酸发酵l2、存在有目的产物分解途径时，应选育丧失、存在有目的产物分解途径时，应选育丧失目的产物分解酶的突变株。目的产物分解酶的突变株。例：选育例：选育Thr高产菌高产菌PC：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶AK：天冬氨酸激酶：天冬氨酸激酶HD：高丝氨酸脱氢酶：高丝氨酸脱氢酶TD：苏氨酸脱氨酶：苏氨酸脱氨酶第三节第三节 菌种

9、改造的策略菌种改造的策略菌种改造的目的是：菌种改造的目的是：l要把出发菌种改造成能在特定条件下进行异常代谢，要把出发菌种改造成能在特定条件下进行异常代谢，以实现从原料到目的产物的高效转化的高产菌种。以实现从原料到目的产物的高效转化的高产菌种。要达到上述目的，可采用要达到上述目的，可采用“进、通、节、进、通、节、堵、出堵、出”五字策略。五字策略。1、进：促进细胞对碳源等营养物质的吸收。、进：促进细胞对碳源等营养物质的吸收。2、通：解除途径中某些酶的反馈调节，或者诱导（激、通：解除途径中某些酶的反馈调节，或者诱导（激活）这些酶，从而使来自各个分支的碳架物质能畅活）这些酶，从而使来自各个分支的碳架物质能畅通地流向目的产物。通地流向目的产物。3、节：阻塞与目的产物的形成无关或关系不大的代、节：阻塞与目的产物的形成无关或关系不大的代谢支流，使碳架物质相对集中地流向目的产物。谢支流，使碳架物质相对集中地流向目的产物。4、堵：消除或消弱目的产物进一步代谢的途径。、堵：消除或消弱目的产物进一步代谢的途径。5、出：促进目的产物向胞外空间分泌。、出：促进目的产物向胞外空间分泌。 例：在肌苷发酵过程中，枯草芽孢杆菌在供氧不足例：在肌苷发酵过程中，枯草芽孢杆菌