发酵机制9-10ppt课件

1、微生物的代谢与机制周世微生物的代谢控制微生物的代谢控制代谢的人工控制：人为地打破微生物细胞内代谢的代谢的人工控制：人为地打破微生物细胞内代谢的自动调节，使细胞过量积累目的代谢产物。自动调节，使细胞过量积累目的代谢产物。代谢控制发酵：代谢控制发酵：利用生物化学和遗传学的原理，控制培养条件原利用生物化学和遗传学的原理，控制培养条件原料成分、氧、料成分、氧、pHpH、温度等），使微生物代谢朝向、温度等），使微生物代谢朝向人们希望的方向进行，过量积累代谢产物。人们希望的方向进行，过量积累代谢产物。代谢控制育种：代谢控制育种：通过遗传变异来改变微生

2、物的正常代谢，使某种代通过遗传变异来改变微生物的正常代谢，使某种代谢产物形成和积累。谢产物形成和积累。代谢控制育种代谢控制育种 目的代谢产物大量累积目的代谢产物大量累积人为打破自动调节，改变代谢流向人为打破自动调节，改变代谢流向减少或切断支路产物的形成减少或切断支路产物的形成提高细胞膜的通透性提高细胞膜的通透性减少育种的盲目性减少育种的盲目性初级代谢产物生产，成效显著初级代谢产物生产，成效显著次生代谢产物生产，效果不明显次生代谢产物生产，效果不明显代谢调控育种的措施代谢调控育种的措施 人工育种控制措施人工育种控制措施 针对细胞正常代谢时的自动调节机制针对细胞正常代谢时的自动调节机制 营养缺陷型

3、突变营养缺陷型突变 条件解除反馈调节条件解除反馈调节 条件控制膜透性条件控制膜透性 渗漏营养缺陷突变渗漏营养缺陷突变 解除反馈调节解除反馈调节 营养缺陷营养缺陷回复突变回复突变 解除反馈调节解除反馈调节 结构类似物结构类似物抗性突变抗性突变 解除反馈调节解除反馈调节 (一解除目的产物对合成途径的反馈调节-代谢控制育种1、应用营养缺陷型突变株条件解除反馈抑制 营养缺陷型auxotroph： 因某种突变的结果而失去合成某种生长及代谢所需物质生长因子的能力的突变菌株。必须在培养基中补加该物质，否则不能生长。反馈抑制：反馈阻遏： 高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶蛋氨酸(AK)苏氨酸、赖氨酸苏氨酸、赖氨酸异

4、亮氨酸例：高丝氨酸营养缺陷型突变株(Hser-)条件解除Thr+Lys)对AK的协同反馈抑制 Hser -不能合成高丝氨酸，进而不能合成苏氨酸和蛋氨酸，在补给适量的高丝氨酸或苏氨酸和蛋氨酸的条件下，可大量积累赖氨酸。Hser-的筛选： 野生型菌株诱变CM培养基分离挑选Hser-突变株 CM MM MM+Hser野生型 + + +Hser- + +2 2、应用渗漏营养缺陷型突变株、应用渗漏营养缺陷型突变株(leakage (leakage mutant)mutant)解除反馈抑制解除反馈抑制概念：概念：HserlHserl细胞能合成细胞能合成HserHser，但合成的量，但合成的量仅能维持细胞的

5、最低生长，胞内的浓度仅能维持细胞的最低生长，胞内的浓度达不到进行反馈调节的浓度。达不到进行反馈调节的浓度。例：利用例：利用HserlHserl解除解除Thr+Lys)Thr+Lys)对对AKAK的协同的协同反馈抑制，同时不需补充反馈抑制，同时不需补充HserHser等等挑选：挑选： Hser - Hser - 诱变诱变 挑选在挑选在MMMM上生长上生长缓慢而且菌落小的回复突变株缓慢而且菌落小的回复突变株3 3、应用抗反馈调节突变株解除反馈调节、应用抗反馈调节突变株解除反馈调节 （结构类似物抗性突变株）（结构类似物抗性突变株）抗反馈调节突变株：是指一种对反馈抑制不抗反馈调节突变株：是指一种对反馈

6、抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型突变株，或敏感或对阻遏有抗性的组成型突变株，或兼而有之的突变株。兼而有之的突变株。结构类似物结构类似物 analog analog抗代谢物抗代谢物antimetaboliteantimetabolite） 是一种与初级代谢产物结构类似但缺乏是一种与初级代谢产物结构类似但缺乏生理功能的化合物。生理功能的化合物。例例1 1：黄色短杆菌：黄色短杆菌AHVrAHVr突变株可解除苏氨酸突变株可解除苏氨酸ThrThr的反馈抑制而积累苏氨酸的反馈抑制而积累苏氨酸 (AK) Threonine AHV a-Amino-b-hydroxyvaleric acid 苏氨酸结构类似物

7、 a-氨基-b-羟戊酸突变前 突变后 抗反馈抑制突变的机制 Lys AEC S-(2-氨基-乙基）-L-半胱氨酸例2：谷氨酸棒杆菌的(Thr+AEC)r突变株可解除Thr+Lys)对天冬氨酸激酶AK的协同反馈抑制而积累Lys高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶(Thr+AEC)r抗结构类似物突变株抗结构类似物突变株(Thr+AEC)r(Thr+AEC)r的筛选的筛选将诱变以后的菌悬液涂布在特定的基本培养基上加入致死量的AEC+Thr)，在此平板上长出的菌落即为(Thr+AEC)r菌株。验证长出的突变株是否真正解除的反馈调节-能否过量积累Lys。其它可能出现AECr突变的情况细胞膜对AEC透性的改变细胞

8、内出现分解AEC的酶筛选突变株中常用的几种结构类似物积累的物质积累的物质 结构类似物结构类似物 Arg Arg 刀豆氨酸刀豆氨酸 Phe Phe 对对- -氟苯丙氨酸、噻氟苯丙氨酸、噻恩基丙氨酸恩基丙氨酸 Trp 5- Trp 5-甲基色氨酸、甲基色氨酸、6-6-甲基色氨酸甲基色氨酸 Val a- Val a-氨基丁酸盐氨基丁酸盐 Ile Val Ile Val Met a- Met a-氨基氨基-4-4-乙硫基丁乙硫基丁酸酸 腺嘌呤腺嘌呤 2,6- 2,6-二氨基嘌呤二氨基嘌呤 尿嘧啶尿嘧啶 5- 5-氟尿嘌呤氟尿嘌呤关于结构类似物抗性突变株的筛选关于结构类似物抗性突变株的筛选测定致死浓度测

9、定致死浓度用相应的氨基酸解除反馈作用用相应的氨基酸解除反馈作用抗药性逐渐提高效果好抗药性逐渐提高效果好4 4、应用营养缺陷型回复突变解除反馈抑、应用营养缺陷型回复突变解除反馈抑制制营养缺陷型的机制之一酶的催化部位发生改变，失去催化活性酶的催化部位和调节部位同时改变营养缺陷型回复突变株的机制催化部位和调节部位同时发生回复突变催化部位回复但调节部位没有回复 野生型 营养缺陷型 回复突变营养缺陷型回复突变解除反馈抑制营养缺陷型回复突变解除反馈抑制（二提高细胞对目的产物的通透性（二提高细胞对目的产物的通透性发酵工业上用的菌株对细胞透性的要求发酵工业上用的菌株对细胞透性的要求 容许营养物质进入细胞容许营

10、养物质进入细胞 对中间产物的透性不大对中间产物的透性不大形成目的产物可尽快透过细胞膜进入环境形成目的产物可尽快透过细胞膜进入环境1 1、应用营养缺陷型突变株条件控制细胞膜、应用营养缺陷型突变株条件控制细胞膜的透性的透性-代谢控制育种代谢控制育种例：例：C. glutamicumC. glutamicum的谷氨酸发酵，细胞膜的谷氨酸发酵，细胞膜对产物的通透性不好，从而影响产物的分对产物的通透性不好，从而影响产物的分泌和积累。泌和积累。生物素缺陷型突变株生物素缺陷型突变株VH- VH- ） ：添加亚适：添加亚适量的生物素：减弱脂肪酸的合成，提高细量的生物素：减弱脂肪酸的合成，提高细胞膜的透性。即一定量合成主体膜，但不胞膜的透性。即一定量合成主体膜，但不足。足。油酸缺陷型突变株：限量添加油酸可提高膜油酸缺陷型突变株：限量添加油酸可提高膜不完整的对谷氨酸的透性