天津科技大学：《代谢控制发酵》课程教学资源（PPT课件）第五章 代谢控制发酵的基本思想（微生物代谢的人工控制）

代谢控制发酵 Chapter 5 代谢控制发酵的 基本思想 ——（微生物代 谢的人工控制）

代谢控制发酵 Chapter 5 代谢控制发酵的 基本思想 ——（微生物代 谢的人工控制）

微生物在正常情况下，通过细胞内 自我调节，维持各个代谢途径的相互协 调，使其代谢产物既不少又不会过多的 积累，而人类利用微生物进行发酵则需 要微生物积累较多的代谢产物，为此对 微生物的代谢必须进行人工控制 。 人工控制微生物代谢的方法主要有两 种： 一、改变微生物的遗传特征 二、控制发酵条件

微生物在正常情况下，通过细胞内 自我调节，维持各个代谢途径的相互协 调，使其代谢产物既不少又不会过多的 积累，而人类利用微生物进行发酵则需 要微生物积累较多的代谢产物，为此对 微生物的代谢必须进行人工控制 。 人工控制微生物代谢的方法主要有两 种： 一、改变微生物的遗传特征 二、控制发酵条件

第一节 微生物生物合成途径的遗传控制 一、代谢缺陷型菌株（营养缺陷突变株） 1、无分支途径 A B C D E 无分支途径 （即直线型合成途径），通常因终产物 E 对途径第一个酶的反馈抑制或阻遏 而受调节控制，若我们选育失去 C D 的能力的 D 或 E 的营养缺陷型突变株，在培养 基中添加 D 或 E 使之足以维持生长，但不足引起反馈抑制与阻遏，则解除了 E 对此途径的 反馈调节，那么就会使中间产物 C 得以大量积累。这类菌株不能积累末端产物，只能积累 中间产物。例如谷氨酸棒杆菌的瓜氨酸缺陷突变株可积累鸟氨酸

第一节 微生物生物合成途径的遗传控制 一、代谢缺陷型菌株（营养缺陷突变株） 1、无分支途径 A B C D E 无分支途径 （即直线型合成途径），通常因终产物 E 对途径第一个酶的反馈抑制或阻遏 而受调节控制，若我们选育失去 C D 的能力的 D 或 E 的营养缺陷型突变株，在培养 基中添加 D 或 E 使之足以维持生长，但不足引起反馈抑制与阻遏，则解除了 E 对此途径的 反馈调节，那么就会使中间产物 C 得以大量积累。这类菌株不能积累末端产物，只能积累 中间产物。例如谷氨酸棒杆菌的瓜氨酸缺陷突变株可积累鸟氨酸

图3-1 谷氨酸棒杆菌 鸟氨酸生物合成途 径 ①乙酰谷氨酸合成酶 ②乙酰谷氨酸激酶 ③NO乙酰谷氨酸醛脱 氢酶 ④乙酰鸟氨酸转氨酶 ⑤NO乙酰谷氨酸O乙 酰鸟氨酸乙酰基转 移酶 ⑥鸟氨酸氨甲酰基转 移酶 ⑦精氨琥珀酸合成酶 ⑧精氨琥珀酸酶

图3-1 谷氨酸棒杆菌 鸟氨酸生物合成途 径 ①乙酰谷氨酸合成酶 ②乙酰谷氨酸激酶 ③NO乙酰谷氨酸醛脱 氢酶 ④乙酰鸟氨酸转氨酶 ⑤NO乙酰谷氨酸O乙 酰鸟氨酸乙酰基转 移酶 ⑥鸟氨酸氨甲酰基转 移酶 ⑦精氨琥珀酸合成酶 ⑧精氨琥珀酸酶

Arg对N-乙酰谷氨酸合成酶和N-乙 酰谷氨酸激酶有反馈调节作用。当选 育瓜氨酸缺陷突变株 （ Cit- ），亚适 量添加瓜氨酸（ Cit ），就会积累大 量的鸟氨酸

Arg对N-乙酰谷氨酸合成酶和N-乙 酰谷氨酸激酶有反馈调节作用。当选 育瓜氨酸缺陷突变株 （ Cit- ），亚适 量添加瓜氨酸（ Cit ），就会积累大 量的鸟氨酸

2、分支途径 （1） （1） E、G 协同反馈抑制第一个酶的活性和阻遏酶的生成。 当菌株失去 C D 的能力即 D 或 E 缺陷型突变株。解除了 E、G 对第一个酶的协同 反馈调节。当培养基中限量添加 E，那么只剩下 G 对 C F 转变的控制。F、G 不会过 量生成，而使 C 得以积累

2、分支途径 （1） （1） E、G 协同反馈抑制第一个酶的活性和阻遏酶的生成。 当菌株失去 C D 的能力即 D 或 E 缺陷型突变株。解除了 E、G 对第一个酶的协同 反馈调节。当培养基中限量添加 E，那么只剩下 G 对 C F 转变的控制。F、G 不会过 量生成，而使 C 得以积累

（2） 此情况和前边一样，前边是单缺陷型，而 这儿是双缺陷型突变株。F - 、D -

（2） 此情况和前边一样，前边是单缺陷型，而 这儿是双缺陷型突变株。F - 、D -

（3） 此情况菌株失去了 F G 的能力，因此限量添加 G 可以积累 F。 以上是积累中间代谢产物的，下边是积累终点代谢产物的

（3） 此情况菌株失去了 F G 的能力，因此限量添加 G 可以积累 F。 以上是积累中间代谢产物的，下边是积累终点代谢产物的

（4） 通常 I、E 协同反馈调节途径第一个酶，但该菌株丧失了 C F 的能力，是 I、G 的 双缺陷型突变株。若在培养基中亚适量添加 I、G ，那么就解除了 I、E 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 F - 或 G - 、I - 缺陷型突变株就可以积累 E

（4） 通常 I、E 协同反馈调节途径第一个酶，但该菌株丧失了 C F 的能力，是 I、G 的 双缺陷型突变株。若在培养基中亚适量添加 I、G ，那么就解除了 I、E 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 F - 或 G - 、I - 缺陷型突变株就可以积累 E

例如：谷氨酸棒杆菌 、产氨短杆菌、黄色短杆菌的选 育高丝氨酸脱氢酶缺陷型（hom-）来积累大量Lys。 图 3-2 黄色短杆菌的赖氨酸合成调节机制

例如：谷氨酸棒杆菌 、产氨短杆菌、黄色短杆菌的选 育高丝氨酸脱氢酶缺陷型（hom-）来积累大量Lys。 图 3-2 黄色短杆菌的赖氨酸合成调节机制