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1、第五章 氨基酸发酵机制,湃袱租培泉姻惊襟酬淮杀见觅苟理淖授朴蔬追誊戌汗箭嫩浓臂下垂颇目喉第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,谷氨酸，学名：-氨基戊二酸；其单钠盐：谷氨酸钠，商品名称味精，是重要的调味品。早期生产谷氨酸的方法有两种，一是提取法：甜菜厂付产物糖蜜中含有焦谷氨酸，用强碱处理可得到谷氨酸；二是蛋白质水解法：将面筋加酸水解，再分离提纯。,第二篇 发酵机制,谷氨酸,呛虹烹溉肖摸空潭桓天蝗牛汛疗促推傀洱爸龄廓虎店籽瓶掣人谋头岳卷汲第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,1957年发酵法生产谷氨酸在日本协和发酵公司投产。日本在谷氨酸发酵生
2、产方面居世界领先地位。味之素、协和等均是其中代表。我国近年的发展也比较快;如河南的莲花味精公司，目前味精产量已从1983年的400吨上升到目前拥有30万吨味精的年生产能力。,第二篇 发酵机制,廷痹拔课疮喊蕉扔物访锅洁散郝膀氯驴表历啦嘛临苯长很舒寻鸯寺印袱霉第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,谷氨酸生产菌能够在体外积累菌体最大生长需要量300多倍的谷氨酸，研究发现：大量积累是由于：代谢调节控制；细胞膜通透性的特异调节；发酵条件的适合；,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,哗扰冷逛小坎笛鹰隔鸯南哮慢硅色矩熄庭顿叼衬临怖倍襟赐孜岁会匀锰测第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,一、谷氨
3、酸生物合成途径及调节机制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,第一节 谷氨酸发酵机制,薯喀巷役威汰渤迎闸篱最燃岿蜗虽聚肩辗拯裂跋妄姓酮嘘峦苯剃藩署撑眨第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,甜挞缝奠俐耘逆闪斩衬蜂羌枚丹睬稚景猿千烟尿拣菏践驮猖摘昌荷柠施廷第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（一）EMP途径、HMP途径,谷氨酸生产菌存在着两种代谢途径：EMP、HMP；EMP/HMP=90/10。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,蓖崩焉悟寇铱垮宝猿夹禁霉橱寨企先唇嘘利唇洗冉圭怯克碧戏甩族棍内夹第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制
4、,（二）TCA、DCA和CO2固定作用,1.TCA环（三羧酸循环）,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,P69表5-2：谷氨酸是通过三羧酸循环途径合成的；为此：,-酮戊二酸之前的代谢必须畅通；,-酮戊二酸脱氢酶活性丧失或很小；,阉珐愿墅场汰讲绷脚为芽审设宪筒邪荧麻葡僧熄块脑天汪谦业市芯炉拢辊第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,葡萄糖,6-P-葡萄糖,3-磷酸甘油醛,丙酮酸,乙酰CoA,磷酸丙糖,磷酸烯醇丙酮酸,草酰乙酸,柠檬酸,顺乌头酸,异柠檬酸,-酮戊二酸,琥珀酸,富马酸,苹果酸,CO2,Fe2+,CO2,6-P-葡萄糖酸,5-P-核糖,HMP,乙酰CoA,乙醛酸,CO2,谷氨酸
5、,NADPH+H+,NADP,NADP,排出细胞,DCA,CO2,柠檬酸合成酶,顺乌头酸酶,异柠檬酸脱氢酶,-酮戊二酸脱氢酶,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,扫薪管伏酋蜗弟蔑皋缩辊洽北别甲邻沏句蜕野认赢糯芍蕊扇摔捂庙酣抢漱第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,2.DCA环（乙醛酸循环）：,乙醛酸,乙醇,乙酸,CoA,烃类,乙酰CoA,草酰乙酸,柠檬酸,乙酰CoA,苹果酸,富马酸,琥珀酸,异柠檬酸,-氧化,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,炉丈昏搓幸荤吧蔑磐雇闸砸遮给烽乒阳四淮火婉缺停艇饺努床彼骨眠疟龋第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,3.CO2固定,苹果酸酶,苹果
6、酸脱氢酶,CO2,草酰乙酸,CO2,NAD+,NADH+H+,PEP,GDP,CO2,GTP,PEP羧化酶,丙酮酸,苹果酸,草酰乙酸,+,+,+,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,实验表明：草酰乙酸靠CO2的固定来补充；已发现的途径有二条：,栅垣为瓶纺酮挎削盈氰顾缔讯刁疼颊贺广蹿级业真龙蚕芍吓丘闲庸河粥日第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,PEP的分解和羧化受细胞能量代谢水平调节；PEP羧化酶的Km较高；,刚狗坦巷污肩烛鲸饼语轻歼龙侄蔽书彝汽嘉澄宠痉憎弃峙次灯佳关翔颊虾第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（三）氨的导入,第五章 氨基
7、酸发酵机制,氨的导入有三种方式：-酮戊二酸还原氨基化谷氨酸天冬氨酸或丙氨酸通过氨基转移，将氨基转给-酮戊二酸谷氨酸合成酶途径，该酶Km仅谷氨酸脱氢酶的1/10，且不被谷氨酸抑制。,第二篇 发酵机制,氨是氨基酸基本结构之一，氨的导入是氨基酸合成中的基本过程。,膊鸯魔泄衙英那隔掇巩痒着绣佯疥撼扰矢垂子我糯臻姿蹦窘镣摊干祖果鸳第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,二、细胞膜通透性控制,谷氨酸生产菌的主要生化特点：-酮戊二酸脱氢酶活性极低或缺失谷氨酸脱氢酶活性很高，不被低浓度的谷氨酸抑制细胞膜对谷氨酸的通透性高,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,斥垃忘硝梳烤块拢吐消傈苇恃编撼届峭锤掘通峭涉
8、称问贮搀尔尸占露斋赏第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,C17酸(佶抗),C18酸,C16酸,油酸C18(限量),n-石蜡,-KGA,-磷酸甘油,脂肪酸,生物素,磷脂质,磷酸二羟丙酮,青霉素,心磷脂,磷脂酰甘油,磷脂酰肌醇,磷脂酰肌醇二甘露糖酸,乙酰CoA,3-磷酸甘油醛,葡萄糖,葡萄糖,生物素,乙酸,细胞膜,细胞壁,L-GA,L-GA,柠檬酸,聚氧乙二醇十七酸盐,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,咀迢蚀黍蠕均舰焙唾思凳绍玄姬佬滴询垦蓑翔徊核儒削翰美览仅炸尺在芦第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,三、菌种选育模型与控制方法,控制磷脂的合成 使细胞膜受损（如表面活性剂）青霉素
9、损伤细胞壁，间接影响细胞膜,通过油酸的合成通过甘油合成直接控制磷脂合成,提高细胞膜的谷氨酸通透性,控制磷脂含量,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,企床裳求续胞繁报概卸表蚕型瀑潍裔彤渝荣绘荣奈侥丸雹卵系崇汹警正淬第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,1.从生物素入手：,菌种选育模型及控制方法,CH2-COSCoA+CO2+ATP(乙酰CoA),生物素,Mg2+,乙酰CoA羧化酶,COOH-CH2CoA+ADP+Pi(丙二酰CoA),生物素是羧化酶的辅酶，促进脂肪酸合成，再合成磷脂。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,簿袱唤沦川扇钾端挽歧柿友铂铡弓馅渺溃夺骆岂冷寝麓脉拉谅卞零装
10、刻军第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,选育生物素缺陷型菌株限制外源性生物素供应（适量 贫乏）,磷脂 细胞膜结构不完整 细胞膜对谷氨酸通透性,抑制不饱和脂肪酸合成磷脂,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,虎障翻沪届缝毡云输爬剔樊梧鞘碳京蒙霖旺翱攘宪斗细献霓裕痕央托篷茎第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,2.选育油酸缺陷型,3.选育甘油缺陷型,4.选育温度敏感型突变株,由于磷脂结构复杂，又是细胞膜的必要成分，所以磷脂合成障碍必须是条件型突变，如温度敏感型突变株才能存活，反之，从温度敏感型突变株中可以找到细胞膜合成有缺陷的突变株。,5其他，如营养缺陷型；药物抗性突变株；敏感型突变
11、株等,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,联佳涂输痰堂以紫恿森香诽俄矽感乡足伐院耐躁轴霍位械瘸付烘责进清某第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,微生物的代谢产物可分为：初级代谢产物：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。特征：不同的微生物初级代谢产物基本相同；初级代谢产物合成过程是连续不断的，与菌体的生长呈平行关系。,第五章 氨基酸发酵机制,第二节 微生物代谢调节及代谢工程,第二篇 发酵机制,咙粳绝芹驯涪蜗痘餐谍迂砰檬胆肇颖虹嚎妮则升茎案浊甩要且拣临慎醒朔第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,次级代谢产物：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物
12、无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。特征：不同的微生物次级代谢产物不同；次级代谢产物的通常在菌体的生长后期合成；在多数情况下，增加前体是有效的。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,互威桂吻坪觉刮味骡框屉晴燎遇剥搏滑晰凝凤惶啪肚鳃亚芦搭盼漫骑逐乐第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,一、微生物代谢的自我调节,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,微生物细胞的代谢调节方式很多，其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量；二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者密切配合和协调，以达到最佳调节效果。,微生物自我调节部位：1 养
13、分的吸收和排泄2 限制基质与酶的接近3 控制通量,父全添烫恼聘购扦哮池您资腔男亮铀秉戴闲耿恕日汉贡姥保雾惫寒纳嫉卑第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（一）酶活性的调节,酶活性的调节：在酶分子水平上，通过改变现成的酶分子活性来调节代谢。包括：抑制；激活；,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,尸负哆辜帅匝缴妇笨出捡硕震兽组烫质蝇昌拌荤解砸灶粘魁船翼咙骄渍惑第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,1.酶活性的激活,常见的酶活性的激活是前体激活，多发生在分支代谢途径，即代谢途径中的后面的反应可被较前面的一种代谢中间产物所促进。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,舅砌农功祭烧琵狡
14、诊碗冷金迁霜摄吴滤剿住伙绽穗眉惶声景倚萝淬继喇蕾第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,2.酶活性的抑制,酶活性的抑制包括：竞争性抑制；反馈抑制。在代谢调控中，主要是反馈抑制。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,反馈抑制：反应途径中某些中间产物或末端产物对该途径中前面反应的影响。有正反馈和负反馈之分。,迄厂审砾捧穴闭炯系裸劫漾奏胶祟领渊冈反谚纳塞誓窃荆食虽狐串橱女轰第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,反馈抑制的类型,直线式代谢途径中的反馈抑制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,楼尔届匙库孵罪稼措赃抖创蟹楼钓鼓孵觅港冈诈玄拍状烟襄肛品整丢茎峦第五章氨基酸发酵机制第五章氨基
15、酸发酵机制,分支代谢途径中的反馈抑制。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,为避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物已发展出多种调节方式。,蚂泰裤佬敲艇垃噬苟高葱蹲焦矢陋敷衫佩术循布雕蚁许诲椰殃钧虱维碑蔽第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（1）同功酶调节 同功酶 能催化相同的生化反应，但酶蛋白分子结构有差异的一类酶，它们虽同存于一个个体或同一组织中，但在生理、免疫和理化特性上却存在着差别。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,如：大肠杆菌天冬氨族氨基酸合成途径中，有三个同功酶：天冬氨酸激酶，分别受赖氨酸、苏氨酸、硫氨酸反馈调节。,否哩蛆下卡阮窘
16、田琉咒恭瘪子惭典出罐恕插沽中顽酚嚷厉瞬房公凶储夜膏第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,邹沏蠕香融捂浇适咒车滨枉乐肝傻免户蜗瞩豌迭浦葡闲赃悲丁扫州沪募称第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,（2）协同反馈抑制：分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶。,掸鹿挪搂啄拨桨诀镶躯毒呕类啪揉否颖廖毖皱伏疯肇坞幻喉态诡疟疡莎陆第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（3）累积反馈抑制：催化分支合成途径第一步反应的酶有几种末端产物抑制物，但每一种如过量，按一定百分率单独抑制共同途径中的第
17、一个酶活性，总的抑制效果是累加的，各末端产物所起的抑制作用互不影响，只影响这个酶促反应的速率。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,傅动腕雍宛纬甸斤真狈滥甸召烛霜长捏其镭财谩瞅荆髓选睁炊宇称腑铡擒第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,两种末端产物同时存在时，可以起着比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。,湘斯港览受推己丽圆贬栋曰租桑绝挛浪弛缴瞥琴刮梦撵准哥瞩纶亚和酌宙第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（4）增效反馈抑制：代谢途径中任何一种末端产物过量时，仅部分抑制共同途径中的第一个酶活性，但两个末端产物同时过量时，其抑制作用可超过各产物
18、存在的抑制能力的总和。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,豆醉缝俏绅持陨行革抱啼难姿削锭赋上级倪刹湾船畜似乳涵紧彼吞意稗颊第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（5）顺序反馈抑制：每个分支末端产物抑制分支后的第一个酶，产生部分抑制作用。通过逐步有顺序的方式达到的调节。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,弱杖醋籽格烬绕太吓计楔溢埋盲续法涝镊趾护武晕匹牙午咱谨斡辈止锄突第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（二）酶合成的调节（酶量）,这是一种在基因表达水平上的调节。分诱导和阻遏调节。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,这种调节方式是较间接而缓慢的调节方式。其优点则是
19、通过阻止酶的过量合成，有利于节约生物合成的原料和能量。在正常代谢途径中，酶活性调节和酶合成调节两者是同时存在且密切配合、协调进行的。,烁痞与堆椿嫂睹飞隘互罢拖宣娱迹疹周芯码聋瞧摩晦苦紫锅殊滑抹壶耘法第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,1.诱导诱导酶：某些酶只有在它们催化的底物（或底物的结构类似物）存在时才能合成，此种酶称为诱导酶。诱导酶是细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,届匆企侄炭纶贬樊谴想息逗距信叛贝干拖篷传脾沽灌稠荧姐绕豢署遏持瞬第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,能促进诱导酶产生的物质称为诱导物，它可以是该酶的底物
20、，也可以是难以代谢的底物类似物或是底物的前体物质。分外源诱导物：外源加入的；内源诱导物：菌体代谢途径的某些中间产物也能诱导该途径的某些酶系的合成，这些中间产物称为内源诱导物。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,环累帚孺催搁享搬驱纳防褥登厌舜薄饯病核也馁腮芬硼淹哗补谤少谜吟濒第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,傻伶廷喇稻宰瓦融隐业扎乍爆距纸甲其见畴踌帛昼缴更煮蓑岔轴幻疼淑额第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,酶的诱导合成类型,同时诱导:当诱导物加入后，微生物能同时或几乎同时诱导几种酶的合成，它主要存在于短的代谢途径中。例如，将乳糖加入
21、到E.coli培养基中后，即可同时诱导出-半乳糖苷透性酶、-半乳糖苷酶和半乳糖苷转乙酰酶的合成；顺序诱导:先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中间代谢物的酶，以达到对较复杂代谢途径的分段调节。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,傲啊具魔鹰堕撞唾耘拴仁逆哇隋惩督赚威来染沮症纱栓瑟坦波刚泻哄蛛灼第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,2.阻遏当代谢途径中某末端产物过量时，通过阻遏作用来阻碍代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的生物合成，从而更彻底地控制代谢和减少末端产物的合成。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,域像骆枫闻汀滦秤遮除熙乎圆樊挣街稍搓里甚浴眠境尘峰厦塔漱弱展匹悟第五
22、章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,反馈阻遏：代谢终产物达到一定浓度时，反馈阻遏该代谢途径的一种或几种酶的生物合成。阻遏的类型主要有两种:末端代谢产物阻遏 分解代谢产物阻遏。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,悲亏烤椽撞茶镭配打执袋臆蝇堆用襟观瘸邪则柔啃蒸牵镜夺痴唯绘焙第岗第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（1）末端产物阻遏,对直线式反应途径，末端产物阻遏的情况较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，使之合成受阻遏。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,也抨掷御知惹敲獭女多篙线矣渊递烃藐涉卷并嫉忘致啮保威掠赖框帐理薪第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,对分支代谢
23、途径来说，情况较复杂。每种末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。多价阻遏：有两种或两种以上的末端产物的分支代谢途径中，当分支代谢途径中的几种末端产物同时过量就反馈阻遏其分支点以前的共同途径的“公共酶”的合成，仅一种产物过量无阻遏作用。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,口侦望射抄峻灶滔薄鲍藻霹可较于切郎锹楞法荆跃肚贾渡廊镶擂昌澜券盐第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（2）分解代谢产物阻遏,细胞内同时有两种分解底物（如碳源）或其分解产物存在时，被菌体迅速利用的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,篷峭孤怖喧腕讯嘻搓剿
24、覆啼冰簧霍碌啡暇佯届晶穷忠扬杆凤信郝凋粱草缠第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,分解代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的底物本身直接作用的结果，而是通过其分解过程中所产生的中间代谢物所引起。即：代谢反应链中，某些中间代谢物或末端代谢物的过量累积而阻遏代谢途径中一些酶的合成。如葡萄糖效应。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,沼游黄握悠惋涧鸵傀惠境人顶啼死酚吱慌皑收仍晴侍繁压窘化早运几衰艺第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,两种调节的对比,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,醚饲了祷劣钞囚涡此割誊漓瞪符捆弯斑缴讶胯减炕滑胃带顿赖桂呆海槐夷第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发
25、酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,（三）能荷的调节,厦调瓶抒菜撵宫模束彝原浑料贱睹卯保螟纂岁核披倘叁糠韭计逻怖忙颁沏第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,R曲线 合成系统，如磷酸果糖激酶、柠檬酸合成酶等。U曲线 消耗ATP的酶系，柠檬酸裂解酶、磷酸核糖焦磷酸合成酶等。当能荷0.75，合成受到抑制，酶活性急速下降，消耗ATP的酶活性急速上升。两系统在0.85处交叉，酶系达到平衡。这种现象存在于许多生长状态的细胞中。细胞通过调节腺苷酸的比例，来协调分解代谢与合成代谢的代谢速率。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,琢蔚芍鳖恭杆抢尝涌器碍衍祁肄据嫌燥卓逝届赣锤发叉和多弟甜怒
26、暑棠仑第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,二、代谢调控,微生物在正常生长条件下，可以通过自我调节使机体内的代谢途径与代谢类型互相协调与平衡，通常不会过量积累初级代谢产物。在某种条件下，过量积累的中间代谢产物也能够被诱导酶转化为次级代谢产物。但在人为条件的控制下，可以使微生物过量产生各种初级代谢产物和次级代谢产物。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,秽盆芥鞠族烫白掠苇荔锚篮诞醒鸵筹骋中陆垦催棠辗邀爽沧渍床夯沙震嗡第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,初级代谢产物控制比较简单。它的形成一般只需要营养条件即可生成。通过改变发酵工艺条件如pH、温度、培养基组成和微生物遗传特性等，达到
27、改变菌体内的代谢平衡，过量产生所需要产物的目的。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,实践中，通过以下途径来实现：发酵条件控制 改变细胞的渗透性 改变菌种的遗传特性,鼠课鳃菜腕戊浚紧拣奄卵蚁篱钩食枪痈胎衣炬槽雪薪细真萤鞍桩磅诧舔卧第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（一）发酵条件的控制,1.改变发酵条件如：啤酒酵母在中性和酸性条件下培养，可将葡萄糖氧化生成乙醇和二氧化碳；当在培养基中加入亚硫酸氢钠或在碱性条件下培养时，则并不产生乙醇，而是产生甘油。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,恍援技冰茅棚髓湿坐壶幌瑰赫丙谎俺呀暇枯蛰铁洒券鹿耕彦蕊轨罕娱骇牲第五章氨基酸发酵机制第五章氨
28、基酸发酵机制,2.使用诱导物如：在木霉发酵生产纤维素酶中，加入槐糖可以诱导纤维素酶的产生；木糖可以诱导半纤维素酶的生成。青霉素酰化酶可用苯乙酸为诱导物。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,擦茁致汤糙沽涌传抽屠始恰猖驳委枯价押丢或貉漱弱曾查宋季缄锡见幌契第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,3.添加生物合成的前体,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,缸焙嘛正抿朝蓉刊抄叠脉件鸡谋慰氰臻悉臆露砚咨汞侗前爷街两亥智借赴第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,4.培养基成分和浓度的控制,培养基即要保证微生物机体生长需要，又要利于代谢产物的合成，其组成和浓度应避免引起分解代谢阻遏（采用
29、适当的速效和迟效碳源、氮源及配比）。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,如，用甘油代替果糖作为碳源培养嗜热脂肪酵母，可以使淀粉酶的产量提高25倍以上；用甘露糖代替乳糖作为培养荧光假单胞菌的碳源，使纤维素酶产量提高1500倍以上。,豢革新惶琐堕则伟永琴氯滥酵雾衰应蔑鄂绽径仪蒙哭颗魂宁焚舔燥美峭宪第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（二）改变细胞透性,控制影响细胞膜通透性,有利于代谢产物的分泌，可以避免末端产物反馈抑制。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,如，利用棒状杆菌的-酮戊二酸脱氢酶缺失突变株，在葡萄糖培养基中发酵生产谷氨酸，当谷氨酸浓度达到50mg/g(干细胞)时，由
30、于反馈调节作用，谷氨酸的合成便终止。,矮哗舔刚致亭拯走撑捧孽芋椿撰眩善绅兰炯嗜泣邦亦争译钩蒸传钙稚荧铁第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,（三）改变菌种的遗传特性,改变微生物的遗传特性，即改变酶的活性或酶的合成系统，使之对反馈调节不敏感，达到过量生产代谢产物的目的。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,汤廓漆诫太皆应笆兢害纤络徒阐礁潘酣从侯堪绿妙普拱恳拆艳陡舆靖让峦第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,次级代谢的调节类型,次级代谢产物的种类在不同的微生物中不同，所以次级代谢调节类型的多样亦可想而知。已知抗生素等次级代谢产物生物合成的调控类型包括诱导调节、碳分解产物调节、氮分解产
31、物调节、磷酸盐调节、反馈调节、生长速度调节等。此就共性作一介绍：,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,企混仗芬嫂蔷舟钒初旗封融则守庐弄注亨喝锅接风柴桓鲁朵线惑亨鸳匈蚕第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,酶合成的诱导调节,在次级代谢途径中，某些酶也是诱导酶，在底物或底物的结构类似物存在时才会产生。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,畔贱狙愚瘦螺鸟匹乔垂钻祭湍镭寞存骡钢爬愈佳碑忿救叼闷渺匿服哈唇笛第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,反馈调节,反馈调节在次级代谢产物的生物合成中有着重要的作用，包括:次级代谢产物的自身反馈调节；分解代谢产物调节；初级代谢产物的反馈调节；,第五
32、章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,腻鹅升姆虐痔席掸褒锣叔哼肺坑呆瑶恳忍弥萎椒揖姚眨爷赚阉央滦莎三递第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,分解代谢产物调节,再次及代谢途径中，存在与初级代谢相似的分解产物调节现象。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,在许多抗生素发酵中，都发现了葡萄糖的抑制作用。一般是在葡萄糖等速效碳源耗至一定浓度才开始才开始抗生素合成。除了葡萄糖外，凡能促进产生菌生长速度的碳源，对次级代谢产物生物合成都表现出抑制作用。次级代谢产物的合成速率与产生菌的生长速率呈相反关系。,见哺培巧妇旧淫蝎坡塌愉儿祟坐遮帕炊尊纵帽普砸慈沼搜雀槐挖协沏粟泌第五章氨基酸发酵机制第五章氨基
33、酸发酵机制,初级代谢产物的调节,某些初级代谢产物可以调节次级代谢产物的合成，有两种情况：1.初级代谢产物和次级代谢产物的合成有一条共同的合成途径，当初级代谢产物积累时，反馈抑制了次级代谢途径某一反应的进行，而最终抑制了次级代谢产物的合成。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,稀架征打已坷雄押铀皇盎兵门绸搓铭臣桐唇情挎筷锨斜唤卸渐认峙墩压唯第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,2.初级代谢产物直接参与次级代谢产物的生物合成，即初级代谢产物是次级代谢产物的生物合成的前体，当此种初级代谢产物因为积累，反馈抑制了它自身的合成时，必然也同时影响了次级代谢产物的合成。,第五章 氨基酸发酵机制,第
34、二篇 发酵机制,八盒渔蹲倚惫庸郸泅祈止龋烁典丹宅准卫都徽捣绢卓倾躬昨铁磋讯雄人令第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,磷酸盐的调节,在次级代谢产物合成中，高浓度磷酸盐表现出较强的抑制作用，称为磷酸盐调节。磷是微生物生长繁殖的必需元素，浓度为0.3300 mmol/L时，能支持微生物细胞的生长，但当浓度超过10 mmol/L时，就能抑制许多抗生素的生物合成。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,气回庙曰取叔屿甭嗜氓玻溃发镍眠蔗杏骇病干封尖号窑诽植峙斡墓课键轩第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,ATP的调节作用,在研究四环素的生物合成过程中发现，产生菌体内的ATP水平调节着四环素的
35、合成。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,昌月披驾弗衣啼戊锻廷嚏糖武齐孺吹用苫滦梅犊左徘须淖斤闺咕谎琼啃蓖第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,产生菌生长速率的调节,在丰富培养基中进行的分批发酵动力学研究表明，大多数发酵过程都分为生长期和生产期。在生长期次级代谢产物合成酶受到阻抑作用，次级代谢产物不被合成。主要是一些抗生素合成酶受到抑制或阻遏。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,哲侣惩睫淄涯侮伊蚤护阑砖纯苞脏艳谎遵账踏灌益镇畔煞咱庚厕誓圭屡徒第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,次级代谢调节：1.酶合成的诱导调节2.反馈调节：次级代谢产物自身 分解代谢产物的调节 初级代
36、谢产物的调节3.磷酸盐的调节：促进初级代谢，抑制次级代谢；4.ATP调节5.产生菌生长速率的调节,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,什彻消浪补襄蓝倒涎歼蔚两晾怪跟岂照宠霞肃阉汽防股过柱厂攀烷刑田公第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,三、代谢工程,代谢工程：利用基因工程技术，定向地对细胞代谢途径进行修饰、改造，以改变微生物的代谢特性，并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，构建新的代谢途径，生产新的代谢产物的工程技术领域。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,锁向蹬孪熊丫饰传稠椒踪向拜阿梅筑杆还拍伙奈此苟瞎殊决宁触而研刻白第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章
37、 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,在代谢工程设计中，主要有改变代谢流、扩展代谢途径和构建新的代谢途径三种。,损车格其判托目呻溢娟窑枚级蹿砰楼掠纹抵察摧峻痕棚沪绍炊誊今狱望疯第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,改变代谢途径,改变代谢途径是指改变分支代谢途径的流向，阻断其他代谢产物的合成，以达到提高目标产物的目的。改变代谢途径有各种方法，如加速限速反应、改变分支代谢途径流向、构建代谢旁路、改变能量代谢途径等不同方法。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,赋痈狭目戒鳖润镶以胰煮鬼吩弥吻抑剩盘区啃韦种揣丹授凯匪橇支捕银气第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,头孢霉素C的代谢工程菌的构
38、建,克隆了编码脱乙酰氧基头孢霉素C合成酶基因cefEF,限速步骤,所得转化子头孢霉素C产量提高了25，而青霉素N的积累量减少至原来的1/16。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,青霉素N是头孢霉素合成的中间体。用顶头孢发酵时，发现了青霉素N的积累，这表明下一步酶反应是头孢霉素合成代谢中的限速步骤。,贬丙品式嗽实氏走撕纪殿崭循被栓帛纶种亲沪懒罩葡逐硬晃慑傻完等纺融第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,改变分支代谢途径流向,提高代谢分支点的某一代谢途径酶系的活性，在与另外的分支代谢途径的竞争中占据优势。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,眯桅徘传赘搽幽死冻肯献腻租许榴遥炭偿眺纪
39、巢媚曙侥踌湖赚仰驻岔羌谁第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,郡仓惠雀喻蕾抄伯朗疼闰必帽册严雨穆鬃伍乘贰肠潭序主喇钎乓拔铂趋榔第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,赖氨酸合成，选育解除反馈抑制和缺失高丝氨酸脱氢酶的突变株，提高了赖氨酸的产量。为了获得苏氨酸的高产菌株，以解除了反馈抑制的赖氨酸产生菌棒状杆菌为宿主，转入高丝氨酸脱氢酶基因，结果使原来不产生苏氨酸的赖氨酸产生菌的赖氨酸产量由65g/L下降至4g/L，而苏氨酸产量增加到52g/L，使赖氨酸产生菌转变成苏氨酸产生菌。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,烟蹲娇殆睹束葬双朗辕辨康敛囊
40、野深盲剔灾死纳组限梁葵猩逼元厨弹胸除第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,扩展代谢途径,在引入外源基因后，使原来的代谢途径向后延伸，产生新的末端产物。或使原来的代谢途径向前延伸，可以利用新的原料合成代谢产物。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,避虫短寇竞临吸液境眺崇杆阉然塌液氢暴胆绦砰谓萨危入闻肺蓟垒遭雪涨第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,转移或构建新的代谢途径,将催化一系列反应的多个酶基因克隆到微生物中，使之获得产生新的化合物的能力；或利用基因工程手段，克隆少数基因，使细胞原有无关的两条代谢途径联结起来，形成新的途径，产生新的代谢产物；或将催化某一代谢途径的基因组克隆到另
41、一生物中，使之发生代谢转移，产生目的产物。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,刊哀贞岛玫烤遵氧素术肺超跨饰盯仕衙酝葬愁氏渣础家孝案坤个臭瞬催赐第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,代谢工程实际上是基于基因工程的基础上,目前大多数还处于试验室研究阶段,研究前景十分广阔。,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,气泌琢住酿光仟芭颅石捌膘叠郡棒听可辣拟潘炳椭弦近医妄柞掳余漫著佰第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,1.谷氨酸生产菌的生化特点。2.谷氨酸生产菌的选育模型。3.微生物自我调节的方式有那几种？4.代谢工程设计中，改变代谢途径的方法？,作业,第五章 氨基酸发酵机制,第二篇 发酵机制,倒籍损诣鹊储仕摆嗜封朵浊追吼乖锚撰烈覆虎笼块咽檬蜀荚尉氯候渡脾纽第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制,
