微生物发酵机理(1)ppt课件

1、第四节代谢调理的人工控制第四节代谢调理的人工控制微生物的正常代谢不会使代谢产物微生物的正常代谢不会使代谢产物过量积累，发酵目的是尽能够多地积累过量积累，发酵目的是尽能够多地积累代谢产物，以此必需突破微生物的代谢代谢产物，以此必需突破微生物的代谢调理机制，使代谢产物大量积累。调理机制，使代谢产物大量积累。方法方法改动微生物的遗传学特性改动微生物的遗传学特性控制发酵条件控制发酵条件一改动微生物的遗传学特性一改动微生物的遗传学特性一一.营养缺陷型和浸透缺陷型突变菌株的运用营养缺陷型和浸透缺陷型突变菌株的运用1.营养缺陷型：原菌株由于发生突变，致营养缺陷型：原菌株由于发生突变，致使代谢途径中某一步骤发

2、生缺陷，从而丧使代谢途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某种物质的才干，必需在培育基失了合成某种物质的才干，必需在培育基中外源补加该营养物质才干正常生长的突中外源补加该营养物质才干正常生长的突变菌株。变菌株。在培育过程中我们可以控制补加营养物质的在培育过程中我们可以控制补加营养物质的量也不呵斥反响调理阻遏或抑制。量也不呵斥反响调理阻遏或抑制。如如ABCDE限量添加限量添加E，就会呵斥，就会呵斥C大量积累大量积累枯草芽孢杆菌的精氨酸营养缺陷型，鸟氨枯草芽孢杆菌的精氨酸营养缺陷型，鸟氨酸积累量可到到酸积累量可到到25g/L.ABCFDGEABCFDGE协同反响协同反响ABCFDGEABCFDGE

3、H赖氨酸简介：赖氨酸简介：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赖氨酸赖氨酸高丝氨酸高丝氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸异亮异亮氨酸氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶AK)反响抑制反响抑制反响阻遏反响阻遏谷氨酸棒状杆菌消费赖氨酸谷氨酸棒状杆菌消费赖氨酸高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶(HSDH)利用谷氨酸棒状消费赖氨酸比利用大肠杆菌利用谷氨酸棒状消费赖氨酸比利用大肠杆菌的优势：的优势：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脱氢酶受阻遏的问题；醛脱氢酶受阻遏的问题；2赖氨酸分支的第一和第二个酶双赖氨酸分支的

4、第一和第二个酶双氢吡啶二羧酸合成酶和双氢吡啶二羧酸复原氢吡啶二羧酸合成酶和双氢吡啶二羧酸复原酶不受赖氨酸的抑制或阻遏；酶不受赖氨酸的抑制或阻遏；3赖氨酸产生菌中短少赖氨酸产生菌中短少L-赖氨酸脱羧酶。赖氨酸脱羧酶。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单磷酸单磷酸XMP黄苷酸黄苷酸GMP鸟嘌呤鸟嘌呤5单磷酸单磷酸PRPPIMPS-AMPAMPXMPGMPPRPP酰氨转移酶酰氨转移酶抑制抑制IMP脱氢酶脱氢酶S-AMP合成酶合成酶肌苷酸简介：很好的高效调味品，也是重要肌苷酸简介：很好的高效调味品

5、，也是重要的工业原料。的工业原料。产量达产量达13g/L2. 渗漏缺陷型渗漏缺陷型(leaky mutant): 一种不完全遗传妨碍营养缺陷型，一种不完全遗传妨碍营养缺陷型，可以本人合成某一代谢终产物但达不到可以本人合成某一代谢终产物但达不到反响调理的浓度，所以不会呵斥反响抑反响调理的浓度，所以不会呵斥反响抑制而影响中间代谢产物的积累。制而影响中间代谢产物的积累。与营养缺陷型的区别？与营养缺陷型的区别？二抗反响调理突变菌株的运用二抗反响调理突变菌株的运用抗反响调理菌株：对反响抑制造用不敏感，抗反响调理菌株：对反响抑制造用不敏感，或对反响阻遏有抗性，或二者兼而有之的或对反响阻遏有抗性，或二者兼而

6、有之的菌株。菌株。抗反响抑制突变菌株的获得途径：抗反响抑制突变菌株的获得途径：1.构造类似物抗性突变菌株构造类似物抗性突变菌株2.营养缺陷型回复突变菌株营养缺陷型回复突变菌株获得方法及其原理：获得方法及其原理： 构造类似物抗性突变菌株构造类似物抗性突变菌株将接除了反响抑制的突变菌株挑选出来将接除了反响抑制的突变菌株挑选出来A某种氨基酸某种氨基酸A某种氨基酸的类似物某种氨基酸的类似物A经过突变处置的菌株经过突变处置的菌株极少数极少数大多大多数数目的产物目的产物构造类似物构造类似物赖氨酸赖氨酸S-S-2 2氨基乙基氨基乙基-L-L半胱半胱氨酸氨酸-(AEC)-(AEC)苏氨酸苏氨酸 - -氨基氨基

7、- - - -羟基戊酸羟基戊酸AHV)AHV)异亮氨酸异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对氟苯丙氨酸对氟苯丙氨酸营养缺陷型回复突变菌株营养缺陷型回复突变菌株获得方法及其原理：获得方法及其原理：营养缺陷型营养缺陷型出发菌株出发菌株催化亚基基因突变催化亚基基因突变催化和调理亚基均突变催化和调理亚基均突变催化亚基回复催化亚基回复催化亚基和调理回复催化亚基和调理回复催化亚基完全回复催化亚基完全回复催化亚基未完全回复催化亚基未完全回复抗反响调理突变菌株与营养突变菌株比较：抗反响调理突变菌株与营养突变菌株比较：1.不受培育基中营养成分的限制，消费稳定；不受培育基中营养

8、成分的限制，消费稳定；2. 易于挑选易于挑选3.可有效防止回复突变，易于保管可有效防止回复突变，易于保管对于分支合成途径运用抗性突变菌株要和营对于分支合成途径运用抗性突变菌株要和营养缺陷型结合育种，才会得到更高的产量。养缺陷型结合育种，才会得到更高的产量。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丝氨酸高丝氨酸苏氨酸苏氨酸AHVr甲硫氨酸甲硫氨酸Met -赖氨酸赖氨酸Lys-HDAK反响抑制反响抑制反响阻遏反响阻遏黄色短杆菌黄色短杆菌的苏氨酸合的苏氨酸合成途径成途径抗代谢类似物的挑选方法抗代谢类似物的挑选方法不含构造类似物不含构造类似物含构造类似物含构造类似物3.抗分解阻遏突变体的

9、运用抗分解阻遏突变体的运用例如：葡萄糖脯氨酸，挑选抗分解阻遏突变体例如：葡萄糖脯氨酸，挑选抗分解阻遏突变体利用葡萄糖类似物选育蔗糖酶、淀粉酶、利用葡萄糖类似物选育蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶纤维素酶4.选育组成型突变株和超产突变株选育组成型突变株和超产突变株假设调理基因发生突变，以致产生无效的阻遏物而假设调理基因发生突变，以致产生无效的阻遏物而不能和支配基因结合，或支配基因突变，从而呵斥不能和支配基因结合，或支配基因突变，从而呵斥构造基因不受控制的转录，酶构造基因不受控制的转录，酶 的生成将不再需求的生成将不再需求诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏，这样诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏，

10、这样的突变株称为的突变株称为 组成型突变株。少数情况下，组成组成型突变株。少数情况下，组成型突变株可产生大量的、比亲本高的多的酶，这种型突变株可产生大量的、比亲本高的多的酶，这种突变株称为超产突变株。突变株称为超产突变株。组成型突变株组成型突变株 构造基因不受控制地转录，酶构造基因不受控制地转录，酶的生成将不再需求诱导剂或不的生成将不再需求诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻再被末端产物或分解代谢物阻遏。遏。 调理基因发生突变调理基因发生突变产生无效的阻遏物而不产生无效的阻遏物而不能与支配基因结合能与支配基因结合支配基因突变支配基因突变突变支配基因不突变支配基因不能与阻遏物结合能与阻遏物结合组

11、成型突变组成型突变5.条件致死条件致死 例如在抗生素和酶制剂消费过程中的运用。例如在抗生素和酶制剂消费过程中的运用。6.细胞膜通透性突变体的运用细胞膜通透性突变体的运用使胞内的代谢产物迅速渗漏出去使胞内的代谢产物迅速渗漏出去,解除末端产物的反响抑制。解除末端产物的反响抑制。 1. 用生理学手段用生理学手段 直接抑制膜的合成或使膜受缺损直接抑制膜的合成或使膜受缺损 如如: 在在Glu发酵中把生物素浓度控制在亚适量可大量分泌发酵中把生物素浓度控制在亚适量可大量分泌Glu；控制生物素的含量可改动细胞膜的成分，进而改动膜透性；控制生物素的含量可改动细胞膜的成分，进而改动膜透性；当培育液中生物素含量较高

12、时采用适量添加青霉素的方法；当培育液中生物素含量较高时采用适量添加青霉素的方法；再如：产氨短杆菌的核苷酸发酵中控制要素是再如：产氨短杆菌的核苷酸发酵中控制要素是Mn2+； Mn2+的作用与的作用与生物素类似。生物素类似。2. 利用膜缺损突变株利用膜缺损突变株 油酸缺陷型、甘油缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型如如:用谷氨酸消费菌的油酸缺陷型，培育过程中，有限制地添加油酸，用谷氨酸消费菌的油酸缺陷型，培育过程中，有限制地添加油酸，合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸产量。合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸产量。甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易呵斥谷氨酸甘油缺陷型菌株

13、的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易呵斥谷氨酸大量渗漏。运用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸过量的情况下，大量渗漏。运用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸过量的情况下，也可以获得大量谷氨酸。也可以获得大量谷氨酸。7.添加有关基因的数量添加有关基因的数量添加构造基因或支配基因的数量添加构造基因或支配基因的数量 例如，例如，半乳糖苷酶、青霉素酶、氯半乳糖苷酶、青霉素酶、氯霉素转酰氨酶等可借助含有相应构造基因霉素转酰氨酶等可借助含有相应构造基因的质粒转移给受体培育物来添加产量；利的质粒转移给受体培育物来添加产量；利用含有对苯丙氨酸的构造基因的转导噬菌用含有对苯丙氨酸的构造基因的转导噬菌体可使该酶产

14、量添加体可使该酶产量添加15倍。倍。 经过操作基因与传统诱变技术和代谢调经过操作基因与传统诱变技术和代谢调控相结合提高产量。控相结合提高产量。 启动基因的突变添加启动基因的突变添加RNA聚合酶和聚合酶和DNA的亲和力，添加转录速率。的亲和力，添加转录速率。二发酵条件的控制二发酵条件的控制 DA B C E F(-)(-)(-)1.添加前体绕过反响控制点添加前体绕过反响控制点2. 添加诱导剂：从提高诱导酶合成量来说，添加诱导剂：从提高诱导酶合成量来说，最好的诱导剂往往不是该酶的底物，而是底最好的诱导剂往往不是该酶的底物，而是底物的衍生物。物的衍生物。如：大肠杆菌如：大肠杆菌-半乳糖苷酶的最有效诱

15、导剂半乳糖苷酶的最有效诱导剂是异丙酰是异丙酰-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。 高浓度底物诱导剂的利用速率太快时，也高浓度底物诱导剂的利用速率太快时，也会引起分解代谢物的阻遏，对许多发酵消费会引起分解代谢物的阻遏，对许多发酵消费胞外酶，假设底物浓度过高，产量反而不高。胞外酶，假设底物浓度过高，产量反而不高。 有些底物类似物作为诱导剂，由于利用速有些底物类似物作为诱导剂，由于利用速度慢，可以消除代谢物的阻遏，显著提高酶度慢，可以消除代谢物的阻遏，显著提高酶的产量。的产量。3. 发酵与分别过程耦合：发酵与分别过程耦合： 在发酵过程中及时将末端代谢产物移

16、在发酵过程中及时将末端代谢产物移走，末端代谢产物坚持较低程度，解除反走，末端代谢产物坚持较低程度，解除反响调理。响调理。 耦合手段较多，有膜分别、离子交换耦合手段较多，有膜分别、离子交换分别和萃取等。这些分别安装应该具有分分别和萃取等。这些分别安装应该具有分别效率高、抗污染、易于反复运用等特定。别效率高、抗污染、易于反复运用等特定。4. 控制发酵的培育基成分：控制发酵的培育基成分： 经过各种加料方法来限制生长速率，经过各种加料方法来限制生长速率，使酶消费去阻遏。使酶消费去阻遏。 经过控制生物素来添加谷氨酸产生菌经过控制生物素来添加谷氨酸产生菌细胞膜的通透性；添加青霉素抑制细胞壁细胞膜的通透性；添加青霉素抑制细胞壁后期合成，细胞壁不能构成完好的网状构后期合成，细胞壁不能构成完好的网状构造，引起磷脂和细胞壁成分的造，引起磷脂和细胞壁成分的UDP-N-乙乙酰己糖向外分泌使细菌的细胞壁和细胞膜酰己糖向外分泌使细