微生物代謝調(diào)控

微生物代謝調(diào)控第一頁，共十四頁，2022年，8月28日第二頁，共十四頁，2022年，8月28日第三頁，共十四頁，2022年，8月28日1956年，報道了二步發(fā)酵法進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)賴氨酸的專利，首先是培養(yǎng)大腸桿菌的賴氨酸營養(yǎng)缺陷型，使之產(chǎn)生二氨基庚二酸，然后再以產(chǎn)期桿菌或不要求賴氨酸的大腸桿菌野生型所產(chǎn)生的二氨基庚二酸脫羧酶，將二氨基庚二酸脫去羧基形成賴氨酸。二氨基庚二酸賴氨酸第四頁，共十四頁，2022年，8月28日一步發(fā)酵法第五頁，共十四頁，2022年，8月28日谷氨酸棒狀桿菌高絲氨酸缺陷型賴氨酸的發(fā)酵機(jī)制末端產(chǎn)物對生長乃是必需的，所以，應(yīng)在培養(yǎng)基中限量供給，使之足以維持菌株生長，但又不至于造成反饋調(diào)節(jié)（阻遏或抑制），這樣才能有利于菌株積累中間產(chǎn)物。在高絲氨酸缺陷型中，由于缺乏催化天冬氨酸-B-半醛為高絲氨酸的高絲氨酸脫氫酶，因而喪失了合成高絲氨酸的能力。這就一方面切斷了生物合成蘇氨酸和蛋氨酸的支路代謝，使天冬氨酸半醛這一中間產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)入賴氨酸的合成。

另一方面通過限量添加高絲氨酸，可使蛋氨酸、蘇氨酸生成有限，因而解除了蘇氨酸、賴氨酸對天冬氨酸激酶的協(xié)同反饋抑制，使賴氨酸得以積累。第六頁，共十四頁，2022年，8月28日該突變是使酶的活性下降而不是完全喪失。因此，滲漏缺陷型能夠少量地合成某一種代謝最終產(chǎn)物，能在基本培養(yǎng)基上進(jìn)行少量的生長。由于滲漏缺陷型不能合成過量的最終產(chǎn)物，所以不會造成反饋抑制而影響中間代謝產(chǎn)物的積累。第七頁，共十四頁，2022年，8月28日一、選育拮抗類似物突變株拮抗類似物突變株也稱為代謝拮抗物抗性突變株。選育抗類似物突變株，是目前微生物代謝控制育種的主流。因為代謝調(diào)節(jié)可被遺傳性地解除，在發(fā)酵時可不再受培養(yǎng)基成分的影響，生產(chǎn)較為穩(wěn)定。另外，拮抗類似突變株不易發(fā)生回復(fù)突變，因此在發(fā)酵生產(chǎn)上被廣泛采用。第八頁，共十四頁，2022年，8月28日我們知道正常的合成代謝的最終產(chǎn)物能與阻遏蛋白以及變構(gòu)酶相結(jié)合，對于有關(guān)酶的合成具有阻遏作用，對于合成途徑的第一個酶具有反饋抑制作用。

由于這種結(jié)合是可逆的，所以當(dāng)代謝最終產(chǎn)物例如某一氨基酸滲入蛋白質(zhì)而在細(xì)胞中濃度降低時，它就不再與阻遏物以及變構(gòu)酶相結(jié)合，這時有關(guān)的酶合成以及它們的催化作用便又可繼續(xù)進(jìn)行。第九頁，共十四頁，2022年，8月28日

代謝拮抗物的作用機(jī)制是代謝拮抗物由于與代謝產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相似，所以同樣能與阻遏物以及變構(gòu)酶相結(jié)合，可是它們往往不能代替正常的氨基酸而合成為蛋白質(zhì)，也就是說它們在細(xì)胞中的濃度不會降低，因此與阻遏物以及變構(gòu)酶的結(jié)合是不可逆的。這就使得有關(guān)的酶不可逆地停止了合成，或是酶的催化作用不可逆地被抑制。第十頁，共十四頁，2022年，8月28日

一個菌株是怎樣會成為代謝拮抗物的抗性菌株的。一個可能的途徑是變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)基因發(fā)生突變，使變構(gòu)酶調(diào)節(jié)部位不再能與代謝拮抗物相結(jié)合。這種突變型就是一個抗反饋突變型。正常代謝最終產(chǎn)物由于與代謝拮抗物的結(jié)構(gòu)相類似，所以在這一突變型中也不與結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的變構(gòu)酶相結(jié)合。這樣，該突變型細(xì)胞中已經(jīng)有大量最終產(chǎn)物，但仍能繼續(xù)不斷地合成。第十一頁，共十四頁，2022年，8月28日

另一可能的途徑是調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變，使阻遏物不能再與代謝拮抗物結(jié)合，這種突變型也將是一個代謝拮抗物的抗性突變株，同時也是一個抗阻遏突變型。在這一突變型中，由于正常代謝的最終產(chǎn)物不與結(jié)構(gòu)發(fā)生改變的阻遏蛋白相結(jié)合，所以在細(xì)胞盡管已經(jīng)有大量最終產(chǎn)物，仍能不斷地合成有關(guān)的酶。第十二頁，共十四頁，2022年，8月28日

選用抗代謝拮抗物突變株是應(yīng)用代謝調(diào)節(jié)控制理論于育種及發(fā)酵生產(chǎn)的另一條途徑。在多數(shù)情況下，與營養(yǎng)缺陷型的篩選相配合，是定向選育高產(chǎn)菌株的有效方法。一般來說，在分支合成途徑中使用抗性突變株育高產(chǎn)菌株往往難于達(dá)到產(chǎn)量提高之目的。