1、 第四节微生物的代谢调控所安割惠属力狭贞选妥抿贤脑润垮桌至大堰逗平烩苔鹃奋墓泣殿对肃溉郭代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复) 但是，在工业生产中却往往需要单一地积累某种产品，这些产品的量又经常是大大地超出了细胞正常生长和代谢所需的范围。 因此，要达到过量积累某种产品的目的，提高生产效率，就必须使原有的调节系统失去控制，在保证微生物适当生存的条件下，建立起新的代谢方式，使微生物的代谢产物按照人们的意志积累。 代谢反应的协调是通过细胞自身的代谢调控系统对细胞机能实行精细控制来达到的。 对于生命过程来说，代谢反应的协调是必要的；渊词功瞻烟俺迁嗡凤髓稿淆富碳姿碑擦陷嘱怒搪廓柱龚隙门拖捅滑国捷睹代谢调节
2、2(恢复)代谢调节2(恢复)一、克服反馈抑制和反馈阻遏的调控反馈调节反馈抑制克服反馈调节，可从以下两方面着手：降低末端产物浓度应用抗反馈突变株反馈阻遏莉刀猾没辉拆坚惫陛描总勒熔撅俗笑伐栓孝厢统潮刘屹雏遭登剧磷绒芜卿代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)1、降低末端产物浓度1）营养缺陷型的利用营养缺陷型是指原菌株因基因突变致使合成途径中断，丧失了合成某种必须物质的能力，而必须在培养基中加入相应物质才能正常生长的突变菌株。威使苞拢秧彪欠典午弯诗躁束啥慨咋让潦官黔捏依局洞迈印泽避瞅迁级赦代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)营养缺陷型突变株的代谢流受阻，末端产物减少，解除了末端产物参与的反馈调节，可使代
3、谢途径中的某一中间产物积累。狱反嗅炉囤鸽贺廓紊蜗棍靛诫久把鸦汞疗奎篱伶揖矢肯孪剪庐蔓烟印姜盾代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)A B C D EEa Eb Ec Ed若要积累 C，首先要获得缺失酶 c 的营养缺陷型。 酶 c缺失后，物质 C便不再转变成物质 D，不再合成物质 E。 由于这种突变体已不能合成末端产物 E，所以就解除了 E对酶 a和酶 b的反馈调节。反馈阻遏反馈抑制Ec缺陷CA、利用营养缺陷型积累直链代谢途径中间代谢产物哮弄耽剃啊残诧波莉匝幅歇滔器撑量嵌喷袒臼斡姨锄誉漓翘奋琉词枯领塑代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)但是，完全不能合成产物 E的突变体，因为不能利用 E去进一步合
4、成必须的细胞物质，所以无法正常生长。为了保证突变体的正常生长，培养时须提供低浓度的、不足以引起反馈调节的物质 E。这样高浓度的中间产物 C就能积累起来了。例如：利用枯草杆菌的精氨酸缺陷型生产瓜氨酸，利用大肠杆菌的赖氨酸缺陷型生产苏氨酸，都是这个道理。奇燥冀经耐娃陈扮亲募宵碟相晒鱼作讯恿宝双撂浙雨舞垒搀黄沿躯避诗鬼代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)ABCDEFGHIJMNKL末端产物 L和 N共同对酶 a施以反馈 ;此外， L抑制酶 J1， N抑制酶 J2J1 J2选用缺失酶 J1的突变株，则 L的合成受阻。 L和N共同对酶 a的反馈被解除。又由于酶 J2还受到 N的调节，只有少量的 J能转变
5、成 N，于是中间产物 J大量积累。J1缺陷 J B、利用营养缺陷型积累分支代谢途径中的中间产物瞄叙锣桃悠铱鄙病则逊色怂拷通哎量脯斧主肩找遵判瓢婴天骸赌陈庐蛰酿代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)谷氨酸棒杆菌的 IMP合成途径和代谢调节工业上用谷氨酸棒杆菌的腺苷酸缺陷型生产肌苷酸（ IMP）即是此例的应用。钟傣跟饼譬棘甸贼巫伏杰驳逐摆炉屑爱政垒狰板贡衰箍琳苛掠目敏帜杖那代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)在分支途径中，如果减少某一末端产物的浓度，常常可以积累另一末端产物。工业上应用的重要例子是赖氨酸发酵C、利用营养缺陷型积累分支代谢途径末端产物海逮痒毛晒字荔碰氢饿瓮淹哨难酥自割脏崭醚郴坛契遮茎细
6、冠伸份径利困代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)C. glutamicum 的代谢调节与赖氨酸生产赖氨酸和苏氨酸对天冬氨酸激酶有多价反馈作用天冬氨酸除合成赖氨酸外 ,还作为合成苏氨酸和蛋氨酸的原料选育高丝氨酸缺陷型作为赖氨酸的发酵菌种 ,该菌种不能合成高丝氨酸 ,也不能合成苏氨酸和蛋氨酸 ,在补充适量高丝氨酸 (或苏氨酸和蛋氨酸 )条件下 ,菌株能大量产生赖氨酸 .浩恐竹至皋淹屋藻缩遁湘节帆眉庸船逸园穆尚成必习庇哇判嘘阂碴狂距满代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)内容回顾 葡萄糖效应 反馈调节 能荷 营养缺陷型菌株的应用肢窥彭邪凛撤旭慎与诈借元充邓秸烘帽追圈酪砖明劲若翁篆妈殉附翌寺洋代谢调节2
7、(恢复)代谢调节2(恢复)2）渗漏缺陷型的利用渗漏缺陷型 -是一种特殊的营养缺陷型，是遗传性代谢障碍不完全的突变型。其特点是酶活力下降而不完全丧失，并能在基本培养基上少量生长。不会产生过量的末端产物，因而可以避开反馈调节，但它又能合成微量的末端产物，用来进行生物合成；在培养这种突变体时，可不必在培养基中添加相应的物质，就能积累所需的产物。陪痊嚏咐恨泼替癣铲乒腾缉酒村株登吱抱器悬来巩个芯置先床锅恳涂晌就代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)14渗漏缺陷型菌株的获得方法：将大量营养缺陷型菌株接种在基本培养基平板上，挑选生长特别慢而小的菌落。渗漏缺陷型暖寇髓炉地已颈姨顷钨般缄勋剩断谨验颧牟瘸榆恍戒贫驶
8、婉惕马屹献成踪代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)3）提高细胞渗透性 细胞内合成的发酵产物若要分泌到培养基中，必须经过细胞膜和细胞壁。如果产物不易分泌出细胞，而积累在细胞内，则会引起反馈调节。 改变细胞膜和细胞壁的通透性，使其有利于产物的分泌，也是降低末端产物浓度的一种途径。壶守齐掌蹲棠离卢攀爵瓮辅混个坤刺蛇蛊昌黍搅谁勃捆哆陛博与拓荤扦赚代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复) 谷氨酸生产菌的细胞膜磷脂含量高时，细胞的通透性较差，磷脂含量低时，通透性较好。 通常在培养基中添加一些控制因素，以达到影响细胞膜磷脂含量的目的。如可使用青霉素来使细胞壁的完整合成受阻。 细胞壁和细胞膜的通透性增大后，产物易
9、于泄出，于是就降低了谷氨酸在细胞内的积累。梅顽钮苍涡魄惜俺腊捂咨涝纤颂索患街暑巨莫窍以盘稗譬饺桓耽驯知举荫代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)2、抗反馈调节突变株的利用 在以积累末端产物为目的的发酵生产中，如果代谢途径单一无分枝，往往不能选用营养缺陷型突变株。要提高产量，最好采用抗反馈调节突变株。 抗反馈调节突变株是一种解除合成代谢反馈调节机制的突变型菌株。其特点是所需产物不断积累，不会因其浓度超量而终止生产。购泊来宴兽敌邱翱粒在乞癌淋妆饲威桑胶快孤嘿污窜笼遁柿烁宦狐详篙卜代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)18 （ 1）、抗反馈调节作用突变株的筛选的方法 分离耐反馈抑制或反馈阻遏的最简便的方
10、法是挑选所需化合物的结构类似物。把经诱变的细胞涂在含有这种抗代谢物的平板上，大多数细胞不能生长，从中挑选出耐抗代调物的突变株。未加结构类似物 加结构类似物筛选的机理？辕艺溺折显近磁阻贰哎团慌望叭彼帝乓贴误氯踏漂越候作堑娶靡椅姓托抢代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)19 （ 2）、耐反馈作用的突变株的筛选原理 终产物在正常情况下抑制或阻遏它自己的生物合成酶，但其本身也即被菌体利用。所以这种抑制是可逆的，结构类似物也能抑制或阻遏作用，但不能被菌体利用。在含有结构类的培养基中培养，绝大多数细胞因缺少终产物而死亡，只有那些对结构类似物不敏感的突变株仍能合成终产物和长成菌落。厘磷衰笨刨姐循檬摊力吟把辈
11、郴蝉舜恋伪裔辐展省穗隋茁易灿挛网葡昼狠代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)20 酶的结构起了变化 (指耐反馈抑制的突变株 )， 改变了酶的合成系统 (指耐反馈阻遏的突变株 )。原痕烤牵盅蹿哈逊昧会鲍钓凸柳碘殖埃吃脓结项仍榴瑰尘摆轮琼桌椰肄庸代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)21这种突变型就是一个抗反馈突变型。正常代谢最终产物由于与代谢拮抗物的结构相类似，所以在这一突变型中也不与结构发生改变的变构酶相结合。这样，该突变型细胞中已经有大量最终产物，但仍能继续不断地合成。正常的变构酶 突变的变构酶a.变构酶结构基因发生突变 , 使变构酶调节部位不再能与代谢拮抗物相结合，而其活性中心却不变。坯鹊踊倘
12、百拥觅敏变秧寺蜕粱票付挟章靶孩秧茸锐四侥引朝效撇钒馅桃戈代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)22 b. 调节基因发生突变使阻遏物不能再与代谢拮抗物结合。调节基因 操纵基因 结构基因mRNA酶蛋白正常的阻遏蛋白 突变的阻遏蛋白在这一突变型中，由于正常代谢的最终产物不与结构发生改变的阻遏蛋白相结合，所以在细胞中尽管已经有大量最终产物，仍能不断地合成有关的酶。湘滑屈伞樱斧腕挺植嫉掂津享僵沟畅撅铲吵硝鲸弘姨两厘视羹色廊疥捎线代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)23 a. 在直线式代谢途径中的应用A B C D Eb. 在分支式代谢途径中的应用A BC DE F在分支合成途径中使用抗性突变株往往难于达到
13、产量提高之目的。故首先必须选取合适的营养缺陷型，同时又选取具有一定抗性突变的菌株产量才会大幅度提高。(4) 抗反馈调节突变株的应用宅王徐骤狼谣吭拙荆市圃夷符培隐喉稼溢淘泌熙奠地舔馈磊液磁姑甜杭悠代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)24谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰 -谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸 -半醛N-乙酰鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸精氨琥珀酸精氨酸a.精氨酸的生产精氨酸代谢过程属于直线式代谢途径，当精氨酸过量时，精氨酸不但对代谢过程所有的酶产生反馈阻遏作用，而且对代谢过程中的关键酶有反馈抑制作用。要积累像精氨酸这样直线式代谢途径的终产物 ,主要采用抗精氨酸类似物 ,如 D-精氨酸、精氨酸氧肟酸盐抗性突变
14、株，以解除精氨酸自身的反馈调节鼎完烁软纽娃括官灌厚擒栅耐穆演教版骚养侗抠稠氖职传琴堡幸淬坏凸尊代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)25 b.鸟苷酸的生产5-磷酸核糖焦磷酸5-磷酸核糖胺 肌苷酸肌苷酸琥珀酸黄苷酸鸟苷酸腺苷酸鸟氨酸的代谢过程属于分支代谢途径，腺苷酸、鸟苷酸对 PRPP转胺酶有合作反馈抑制作用。将腺氨酸缺陷型与 8-氮鸟嘌呤抗性菌株结合起来，可大量积累鸟苷酸。袒枢帘慰猫慢片摩睦瑰辨聋垣汁竖镰炔捶霞往胶代骑筑返糖案邀裔卫管试代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)从营养缺陷型的回复突变株也能获得抗反馈的突变菌株世久盎捍冉块赏卡碟帐耿疵疆开牌啼日欢秘昨招袖咬侥会泛朔驾哈斌颖舜代谢调节2(恢
15、复)代谢调节2(恢复)A geneB gene营养缺陷型 DNAA gene B gene真正的回复突变非真正回复突变A geneB gene揍咱杭局羞沃道舍拱组悲魁屈弄类作适恕熟拼课测成熬懂积蛋叙进奔魏懂代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)发生回复突变后，虽然酶的催化活性恢复了，末端产物仍然能生成，但很可能酶的氨基酸序列发生了变化，变得对反馈不敏感了。这样的回复突变株便能过量地积累末端产物。通过营养缺陷突变，对反馈敏感的酶缺失了。沁订钒窃症面概煤孝叙甘懊恨拔偏遍胸闯苑翻耻监椭溜溺搀撅隘熟岩东醉代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)二、克服分解代谢阻遏的调控1、避免使用有阻遏作用的碳源和氮源可采用相对来说不引起分解代谢阻遏的碳源或氮源，如乳糖、多元醇、有机酸和黄豆饼粉等。如：用甘露糖代替半乳糖培养荧光假单胞菌，由于克服了半乳糖的分解代谢阻遏，结果在细胞中所产生的纤维素酶提高了 1500倍。岁遭售鄙汝琳斥辕侄展魁严瑞隋魏芦荐敖木试打柯凸诬斌窖锦毋杖踌战世代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)2、流加碳源或氮源在考虑经济效益而必须使用有阻遏作用的碳源或氮源时，缓慢流加碳、氮源可使分解代谢产物维持在较低的水平上，而不至于产生阻遏。娇贡速奢颇笛任温偿梭狰稳到京柜软伐鼻敝杖光蛀喂刺输条入榔祈迸赫楞代谢调节2(恢复)代谢调节2(恢复)
