第六章微生物發(fā)酵機理2ppt課件

1、第四節(jié)代謝調理的人工控制第四節(jié)代謝調理的人工控制微生物的正常代謝不會使代謝產物微生物的正常代謝不會使代謝產物過量積累，發(fā)酵目的是盡能夠多地積累過量積累，發(fā)酵目的是盡能夠多地積累代謝產物，以此必需突破微生物的代謝代謝產物，以此必需突破微生物的代謝調理機制，使代謝產物大量積累。調理機制，使代謝產物大量積累。方法方法改動微生物的遺傳學特性改動微生物的遺傳學特性控制發(fā)酵條件控制發(fā)酵條件一改動微生物的遺傳學特性一改動微生物的遺傳學特性一一.營養(yǎng)缺陷型和浸透缺陷型突變菌株的運用營養(yǎng)缺陷型和浸透缺陷型突變菌株的運用1.營養(yǎng)缺陷型：原菌株由于發(fā)生突變，致營養(yǎng)缺陷型：原菌株由于發(fā)生突變，致使代謝途徑中某一步驟發(fā)

2、生缺陷，從而喪使代謝途徑中某一步驟發(fā)生缺陷，從而喪失了合成某種物質的才干，必需在培育基失了合成某種物質的才干，必需在培育基中外源補加該營養(yǎng)物質才干正常生長的突中外源補加該營養(yǎng)物質才干正常生長的突變菌株。變菌株。在培育過程中我們可以控制補加營養(yǎng)物質的在培育過程中我們可以控制補加營養(yǎng)物質的量也不呵斥反響調理阻遏或抑制。量也不呵斥反響調理阻遏或抑制。如如ABCDE限量添加限量添加E，就會呵斥，就會呵斥C大量積累大量積累枯草芽孢桿菌的精氨酸營養(yǎng)缺陷型，鳥氨枯草芽孢桿菌的精氨酸營養(yǎng)缺陷型，鳥氨酸積累量可到到酸積累量可到到25g/L.ABCFDGEABCFDGE協(xié)同反響協(xié)同反響ABCFDGEABCFDGE

3、H賴氨酸簡介：賴氨酸簡介：谷物中不含的必需氨基酸。谷物中不含的必需氨基酸。天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛賴氨酸賴氨酸高絲氨酸高絲氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸蘇氨酸蘇氨酸異亮異亮氨酸氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶AK)反響抑制反響抑制反響阻遏反響阻遏谷氨酸棒狀桿菌消費賴氨酸谷氨酸棒狀桿菌消費賴氨酸高絲氨酸脫氫酶高絲氨酸脫氫酶(HSDH)利用谷氨酸棒狀消費賴氨酸比利用大腸桿菌利用谷氨酸棒狀消費賴氨酸比利用大腸桿菌的優(yōu)勢：的優(yōu)勢：1不存在天冬氨酸激酶或天冬氨酸半不存在天冬氨酸激酶或天冬氨酸半醛脫氫酶受阻遏的問題；醛脫氫酶受阻遏的問題；2賴氨酸分支的第一和第二個酶雙賴氨酸分支的

4、第一和第二個酶雙氫吡啶二羧酸合成酶和雙氫吡啶二羧酸復原氫吡啶二羧酸合成酶和雙氫吡啶二羧酸復原酶不受賴氨酸的抑制或阻遏；酶不受賴氨酸的抑制或阻遏；3賴氨酸產生菌中短少賴氨酸產生菌中短少L-賴氨酸脫羧酶。賴氨酸脫羧酶。肌苷酸生成菌株肌苷酸生成菌株PRPP磷酸核糖基焦磷酸磷酸核糖基焦磷酸IMP肌苷酸肌苷酸S-AMP肌苷酸琥珀酸肌苷酸琥珀酸AMP腺嘌呤腺嘌呤5單磷酸單磷酸XMP黃苷酸黃苷酸GMP鳥嘌呤鳥嘌呤5單磷酸單磷酸PRPPIMPS-AMPAMPXMPGMPPRPP酰氨轉移酶酰氨轉移酶抑制抑制IMP脫氫酶脫氫酶S-AMP合成酶合成酶肌苷酸簡介：很好的高效調味品，也是重要肌苷酸簡介：很好的高效調味品

5、，也是重要的工業(yè)原料。的工業(yè)原料。產量達產量達13g/L2. 滲漏缺陷型滲漏缺陷型(leaky mutant): 一種不完全遺傳妨礙營養(yǎng)缺陷型，一種不完全遺傳妨礙營養(yǎng)缺陷型，可以本人合成某一代謝終產物但達不到可以本人合成某一代謝終產物但達不到反響調理的濃度，所以不會呵斥反響抑反響調理的濃度，所以不會呵斥反響抑制而影響中間代謝產物的積累。制而影響中間代謝產物的積累。與營養(yǎng)缺陷型的區(qū)別？與營養(yǎng)缺陷型的區(qū)別？二抗反響調理突變菌株的運用二抗反響調理突變菌株的運用抗反響調理菌株：對反響抑制造用不敏感，抗反響調理菌株：對反響抑制造用不敏感，或對反響阻遏有抗性，或二者兼而有之的或對反響阻遏有抗性，或二者兼而

6、有之的菌株。菌株?？狗错懸种仆蛔兙甑墨@得途徑：抗反響抑制突變菌株的獲得途徑：1.構造類似物抗性突變菌株構造類似物抗性突變菌株2.營養(yǎng)缺陷型回復突變菌株營養(yǎng)缺陷型回復突變菌株獲得方法及其原理：獲得方法及其原理： 構造類似物抗性突變菌株構造類似物抗性突變菌株將接除了反響抑制的突變菌株挑選出來將接除了反響抑制的突變菌株挑選出來A某種氨基酸某種氨基酸A某種氨基酸的類似物某種氨基酸的類似物A經過突變處置的菌株經過突變處置的菌株極少數(shù)極少數(shù)大多大多數(shù)數(shù)目標產物目標產物結構類似物結構類似物賴氨酸賴氨酸S-S-（2 2氨基乙基）氨基乙基）-L-L半胱半胱氨酸氨酸-(AEC)-(AEC)蘇氨酸蘇氨酸 - -氨

7、基氨基- - - -羥基戊酸羥基戊酸（AHV)AHV)異亮氨酸異亮氨酸乙硫氨酸乙硫氨酸精氨酸精氨酸D-D-精氨酸精氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸對氟苯丙氨酸對氟苯丙氨酸營養(yǎng)缺陷型回復突變菌株營養(yǎng)缺陷型回復突變菌株獲得方法及其原理：獲得方法及其原理：營養(yǎng)缺陷型營養(yǎng)缺陷型出發(fā)菌株出發(fā)菌株催化亞基基因突變催化亞基基因突變催化和調理亞基均突變催化和調理亞基均突變催化亞基回復催化亞基回復催化亞基和調理回復催化亞基和調理回復催化亞基完全回復催化亞基完全回復催化亞基未完全回復催化亞基未完全回復抗反響調理突變菌株與營養(yǎng)突變菌株比較：抗反響調理突變菌株與營養(yǎng)突變菌株比較：1.不受培育基中營養(yǎng)成分的限制，消費穩(wěn)定；不受培育

8、基中營養(yǎng)成分的限制，消費穩(wěn)定；2. 易于挑選易于挑選3.可有效防止回復突變，易于保管可有效防止回復突變，易于保管對于分支合成途徑運用抗性突變菌株要和營對于分支合成途徑運用抗性突變菌株要和營養(yǎng)缺陷型結合育種，才會得到更高的產量。養(yǎng)缺陷型結合育種，才會得到更高的產量。葡萄糖葡萄糖天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸磷酸高絲氨酸高絲氨酸蘇氨酸蘇氨酸AHVr甲硫氨酸甲硫氨酸Met -賴氨酸賴氨酸Lys-HDAK反響抑制反響抑制反響阻遏反響阻遏黃色短桿菌黃色短桿菌的蘇氨酸合的蘇氨酸合成途徑成途徑抗代謝類似物的挑選方法抗代謝類似物的挑選方法不含構造類似物不含構造類似物含構造類似物含構造類似物3.抗分解阻遏

9、突變體的運用抗分解阻遏突變體的運用例如：葡萄糖脯氨酸，挑選抗分解阻遏突變體例如：葡萄糖脯氨酸，挑選抗分解阻遏突變體利用葡萄糖類似物選育蔗糖酶、淀粉酶、利用葡萄糖類似物選育蔗糖酶、淀粉酶、纖維素酶纖維素酶4.選育組成型突變株和超產突變株選育組成型突變株和超產突變株假設調理基因發(fā)生突變，以致產生無效的阻遏物而假設調理基因發(fā)生突變，以致產生無效的阻遏物而不能和支配基因結合，或支配基因突變，從而呵斥不能和支配基因結合，或支配基因突變，從而呵斥構造基因不受控制的轉錄，酶構造基因不受控制的轉錄，酶 的生成將不再需求的生成將不再需求誘導劑或不再被末端產物或分解代謝物阻遏，這樣誘導劑或不再被末端產物或分解代謝

10、物阻遏，這樣的突變株稱為的突變株稱為 組成型突變株。少數(shù)情況下，組成組成型突變株。少數(shù)情況下，組成型突變株可產生大量的、比親本高的多的酶，這種型突變株可產生大量的、比親本高的多的酶，這種突變株稱為超產突變株。突變株稱為超產突變株。組成型突變株組成型突變株 構造基因不受控制地轉錄，酶構造基因不受控制地轉錄，酶的生成將不再需求誘導劑或不的生成將不再需求誘導劑或不再被末端產物或分解代謝物阻再被末端產物或分解代謝物阻遏。遏。 調理基因發(fā)生突變調理基因發(fā)生突變產生無效的阻遏物而不產生無效的阻遏物而不能與支配基因結合能與支配基因結合支配基因突變支配基因突變突變支配基因不突變支配基因不能與阻遏物結合能與阻遏

11、物結合組成型突變組成型突變5.條件致死條件致死 例如在抗生素和酶制劑消費過程中的運用。例如在抗生素和酶制劑消費過程中的運用。6.細胞膜通透性突變體的運用細胞膜通透性突變體的運用使胞內的代謝產物迅速滲漏出去使胞內的代謝產物迅速滲漏出去,解除末端產物的反響抑制。解除末端產物的反響抑制。 1. 用生理學手段用生理學手段 直接抑制膜的合成或使膜受缺損直接抑制膜的合成或使膜受缺損 如如: 在在Glu發(fā)酵中把生物素濃度控制在亞適量可大量分泌發(fā)酵中把生物素濃度控制在亞適量可大量分泌Glu；控制生物素的含量可改動細胞膜的成分，進而改動膜透性；控制生物素的含量可改動細胞膜的成分，進而改動膜透性；當培育液中生物素

12、含量較高時采用適量添加青霉素的方法；當培育液中生物素含量較高時采用適量添加青霉素的方法；再如：產氨短桿菌的核苷酸發(fā)酵中控制要素是再如：產氨短桿菌的核苷酸發(fā)酵中控制要素是Mn2+； Mn2+的作用與的作用與生物素類似。生物素類似。2. 利用膜缺損突變株利用膜缺損突變株 油酸缺陷型、甘油缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型如如:用谷氨酸消費菌的油酸缺陷型，培育過程中，有限制地添加油酸，用谷氨酸消費菌的油酸缺陷型，培育過程中，有限制地添加油酸，合成有缺損的膜，使細胞膜發(fā)生滲漏而提高谷氨酸產量。合成有缺損的膜，使細胞膜發(fā)生滲漏而提高谷氨酸產量。甘油缺陷型菌株的細胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易呵斥谷氨酸甘油缺

13、陷型菌株的細胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易呵斥谷氨酸大量滲漏。運用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸過量的情況下，大量滲漏。運用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸過量的情況下，也可以獲得大量谷氨酸。也可以獲得大量谷氨酸。7.添加有關基因的數(shù)量添加有關基因的數(shù)量添加構造基因或支配基因的數(shù)量添加構造基因或支配基因的數(shù)量 例如，例如，半乳糖苷酶、青霉素酶、氯半乳糖苷酶、青霉素酶、氯霉素轉酰氨酶等可借助含有相應構造基因霉素轉酰氨酶等可借助含有相應構造基因的質粒轉移給受體培育物來添加產量；利的質粒轉移給受體培育物來添加產量；利用含有對苯丙氨酸的構造基因的轉導噬菌用含有對苯丙氨酸的構造基因的轉導噬菌體可

14、使該酶產量添加體可使該酶產量添加15倍。倍。 經過操作基因與傳統(tǒng)誘變技術和代謝調經過操作基因與傳統(tǒng)誘變技術和代謝調控相結合提高產量?？叵嘟Y合提高產量。 啟動基因的突變添加啟動基因的突變添加RNA聚合酶和聚合酶和DNA的親和力，添加轉錄速率。的親和力，添加轉錄速率。二發(fā)酵條件的控制二發(fā)酵條件的控制 DA B C E F(-)(-)(-)1.添加前體繞過反響控制點添加前體繞過反響控制點2. 添加誘導劑：從提高誘導酶合成量來說，添加誘導劑：從提高誘導酶合成量來說，最好的誘導劑往往不是該酶的底物，而是底最好的誘導劑往往不是該酶的底物，而是底物的衍生物。物的衍生物。如：大腸桿菌如：大腸桿菌-半乳糖苷酶的

15、最有效誘導劑半乳糖苷酶的最有效誘導劑是異丙酰是異丙酰-D-硫代半乳糖苷，它不被硫代半乳糖苷，它不被-半乳半乳糖苷酶分解。糖苷酶分解。 高濃度底物誘導劑的利用速率太快時，也高濃度底物誘導劑的利用速率太快時，也會引起分解代謝物的阻遏，對許多發(fā)酵消費會引起分解代謝物的阻遏，對許多發(fā)酵消費胞外酶，假設底物濃度過高，產量反而不高。胞外酶，假設底物濃度過高，產量反而不高。 有些底物類似物作為誘導劑，由于利用速有些底物類似物作為誘導劑，由于利用速度慢，可以消除代謝物的阻遏，顯著提高酶度慢，可以消除代謝物的阻遏，顯著提高酶的產量。的產量。3. 發(fā)酵與分別過程耦合：發(fā)酵與分別過程耦合： 在發(fā)酵過程中及時將末端代

16、謝產物移在發(fā)酵過程中及時將末端代謝產物移走，末端代謝產物堅持較低程度，解除反走，末端代謝產物堅持較低程度，解除反響調理。響調理。 耦合手段較多，有膜分別、離子交換耦合手段較多，有膜分別、離子交換分別和萃取等。這些分別安裝應該具有分分別和萃取等。這些分別安裝應該具有分別效率高、抗污染、易于反復運用等特定。別效率高、抗污染、易于反復運用等特定。4. 控制發(fā)酵的培育基成分：控制發(fā)酵的培育基成分： 經過各種加料方法來限制生長速率，經過各種加料方法來限制生長速率，使酶消費去阻遏。使酶消費去阻遏。 經過控制生物素來添加谷氨酸產生菌經過控制生物素來添加谷氨酸產生菌細胞膜的通透性；添加青霉素抑制細胞壁細胞膜的通透性；添加青霉素抑制細胞壁后期合成，細胞壁不能構成完好的網狀構后期合成，細胞壁不能構成完好的網狀構造，引起磷脂和細胞壁成分的造，引起磷脂和細胞壁成分的UDP-N-乙乙酰己糖向外分泌使細菌的細胞壁和細胞膜酰己糖向外分泌使細