第2章 微生物代谢调控.ppt

第二章 微生物的代谢育种 第一节 代谢调节方式 代谢途径区域化 代谢流向的调控 代谢速度的调控 细胞透性的调节 反馈抑制与反馈阻遏的比较 2）渗漏缺陷型的应用 渗漏缺陷型是指遗传性障碍不完全的缺陷型。该突变是使酶的活性下降而不是完全丧失。 2）营养缺陷型的回复突变株的应用 当难于找到合适的类似物或多重抗性交叉难以增加抗性标记，或反馈调节很复杂时，可采用营养缺陷型选育回复突变株的方法来选育高产菌。 例：金霉素生产菌产绿链霉素诱变成 蛋氨酸缺陷型，再回复突变成原养性，85%的回复突变株的金霉素产量提高 了1.2-3.2倍。 控制细胞膜渗透性 本章要求 熟悉微生物的代谢调节方式 熟悉微生物代谢的人工控制原理 分支途径——①赖氨酸发酵:谷氨酸棒杆菌的Hom– 分支途径——②肌苷酸发酵（IMP合成途径的代谢调控） 调控理论的实践应用 A B C D F E 1）利用抗代谢类似物的突变积累代谢产物 菌体通常需要各种代谢物如维生素、氨基酸等合成菌体需要的成分，如果有与代谢物结构相似的物质存在，则可能产生两种结果：代谢物结构类似物和代谢物竞争同一个酶。 通过诱变筛选出对抗代谢物相对应的代谢物不敏感，因此可以解除代谢物的反馈抑制作用。 2、解除菌体自身反馈调节 Asp Asp-P Asa Met Hse Thr Lys AK1 AK2 AK3 HSDH 例：黄色短杆菌抗α-氨基-β-羟基戊酸（AHV）菌株能积累苏氨酸 AK1和HSDH的调节亚基的结构基因突变，不能与苏氨酸的结构类似物（AHV）结合，当然也不会同苏氨酸结合，所以能解除苏氨酸对AK1和HSDH的反馈抑制，因而积累苏氨酸。 Asp：天门冬氨酸；Asp-P：天门冬氨酰磷酸；Asa：天门冬氨酸半醛；Hse：高丝氨酸；Thr：苏氨酸；Met：甲硫氨酸；Lys：赖氨酸；AK：天门冬氨酸激酶；HSDH：高丝氨酸脱氢酶 营养缺陷型回复突变株 调节酶的变构特性是由其结构基因决定的，如果调节酶的基因发生突变而失活，则有两种可能性： 一是催化亚基和调节亚基的基因均发生突变； 另一种可能仅仅是催化亚基发生突变。 一是催化亚基和调节亚基恢复到第一次突变前的活性水平。 如果前者发生回复突变，则又有两种可能性 另一种是催化亚基得以恢复，而调节亚基丧失了调节的功能。 营养缺陷型回复突变 如想过量合成异亮氨酸需增加前体物苏氨酸的合成 3、增加前体物的合成 4、产物降解酶缺失突变株 有的代谢产物由于相应降解酶的存在而在发酵液中不能稳定存在，因此可通过诱变获得缺乏降解产物的酶的菌株使发酵单位提高。 将诱变处理后的菌种接种到完全培养基上，生成的菌落再以影印法分别接种到含葡萄糖培养基和以产物作为唯一碳源的培养基上。在后一种培养基上不能生长的菌落就是缺乏产物降解酶的变异株。 5、细胞膜组分的缺失突变 以前经常提到反馈抑制和反馈阻遏，都是由于末端产物的浓度过高引起的。利用细胞膜组分的缺失突变使细胞膜的透性增大，可使代谢产物易于分泌到胞外，从而达到解除末端产物抑制或阻遏的目的。 例1：谷氨酸棒杆菌（生物素缺陷型）生产谷氨酸 PEP Pyr AcCoA OAA akg GA Mal PC PEP：磷酸烯醇式丙酮酸；Pyr：丙酮酸；AcCoA：乙酰辅酶A；OAA：草酰乙酸； α kg：α -酮戊二酸；GA：谷氨酸；Mal：苹果酸；PC：丙酮酸羧化酶 生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，生物素在低于亚适浓度之前，增加生物素有利于丙酮酸的羧化产生草酰乙酸，进而有利于谷氨酸的合成； 生物素是催化脂肪酸生物合成的初始酶乙酰辅酶A羧化酶的辅酶，该酶催化乙酰辅酶A羧化生成丙二酸单酰辅酶A，再经一系列转化合成脂肪酸，而脂肪酸又是构成细胞膜磷脂的主要成分，因此生物素可间接地影响细胞膜的透性。 生物素对谷氨酸合成的影响 例2：溶烷棒杆菌GL-21（甘油缺陷型）生产谷氨酸 磷酸二羟丙酮 α-磷酸甘油 磷酯 PGDH 该菌株的α-磷酸甘油脱氢酶（PGDH）缺失，因此不能正常合成α-磷酸甘油和磷酯。影响了细胞膜结构的合成而使得细胞膜透性增大，有利于谷氨酸在菌体外积累。 6）选育组成型突变株和超产突变株 如果调节基因发生突变，以至产生无效的阻遏物而不能和操纵基因结合，或操纵基因突变，从而造成结构基因不受控制的转录，酶 的生成将不再需要诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏，这样的突变株称为 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，这种突变株称为超产突变株。 组成型