微生物的代謝調(diào)節(jié)和代謝工程課件

第三章

微生物的代謝調(diào)節(jié)和代謝工程(二)第三章

微生物的代謝調(diào)節(jié)和代謝工程(二)12微生物代謝的代謝類型和自我調(diào)節(jié)酶活性、酶合成調(diào)節(jié)分支生物合成途徑的調(diào)節(jié)能荷調(diào)節(jié)代謝調(diào)控次級(jí)代謝調(diào)節(jié)本章內(nèi)容2微生物代謝的代謝類型和自我調(diào)節(jié)本章內(nèi)容2第四節(jié)

分支生物合成途徑的調(diào)節(jié)3第四節(jié)

分支生物合成途徑的調(diào)節(jié)3在有兩種或兩種以上的末端產(chǎn)物的分支合成代謝途徑中，調(diào)節(jié)方式較復(fù)雜，其共同特點(diǎn)是每個(gè)分支途徑的末端產(chǎn)物控制分支點(diǎn)后的第一個(gè)酶，同時(shí)每個(gè)末端產(chǎn)物又對(duì)整個(gè)途徑的第一個(gè)酶有部分的抑制作用。分支代謝的反饋調(diào)節(jié)方式有多種。

分支代謝途徑4在有兩種或兩種以上的末端產(chǎn)物的分支合成代謝途徑中1、同工酶的反饋抑制同功酶是指能催化同一生化反應(yīng)，但它們的結(jié)構(gòu)稍有不同，可分別被相應(yīng)的末端產(chǎn)物抑制的一類酶。51、同工酶的反饋抑制同功酶是指能催化同一生化反應(yīng)，但其特點(diǎn)是：途徑中第一個(gè)反應(yīng)被兩個(gè)不同的酶所催化，一個(gè)酶被H抑制，另一個(gè)酶被G抑制。只有當(dāng)H和G同時(shí)過量才能完全阻止A轉(zhuǎn)變?yōu)锽。6其特點(diǎn)是：途徑中第一個(gè)反應(yīng)被兩個(gè)不同6

2、協(xié)同反饋抑制

在分支代謝系統(tǒng)中，幾種末端產(chǎn)物同時(shí)都過量，才對(duì)途徑中的第一個(gè)酶具有抑制作用，如果末端產(chǎn)物單獨(dú)過量則對(duì)途徑中的第一個(gè)酶無抑制作用。7

2、協(xié)同反饋抑制

在分支代謝系統(tǒng)中，幾種末端產(chǎn)物同時(shí)例如，莢膜紅假單胞菌中天門冬氨酸族氨基酸生物合成途徑中，天門冬氨酸激酶()是受末端產(chǎn)物賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制。8例如，莢膜紅假單胞菌中天門冬氨酸族氨基酸生物合成途徑中，天門3、累積反饋抑制在分支代謝途徑中各種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量時(shí)，它們各自能對(duì)途徑中的第一個(gè)反應(yīng)的酶僅產(chǎn)生較小的抑制作用。一種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量并不影響其它末端產(chǎn)物的形成，只有當(dāng)幾種末端產(chǎn)物同時(shí)過量時(shí)，才對(duì)途徑中的第一個(gè)酶產(chǎn)生較大的抑制。93、累積反饋抑制在分支代謝途徑中各種末端產(chǎn)4、增效反饋抑制增效反饋抑制既不同于協(xié)同反饋抑制又不同于累積反饋抑制。在一個(gè)分支代謝途徑中，幾種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量時(shí)，僅產(chǎn)生對(duì)共同途徑的第一個(gè)酶部分的抑制。如果每種末端產(chǎn)物都過量時(shí)，其抑制作用則超過各種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量時(shí)抑制的總和。104、增效反饋抑制增效反饋抑制既不同于協(xié)同反饋抑制又不同于115、順序反饋抑制分支代謝途徑中的兩個(gè)末端產(chǎn)物，不能直接抑制代謝途徑中的第一個(gè)酶，而是分別抑制分支點(diǎn)后的反應(yīng)步驟，造成分支點(diǎn)上中間產(chǎn)物的積累，這種高濃度的中間產(chǎn)物再反饋抑制第一個(gè)酶的活性。115、順序反饋抑制分支代謝途徑中的兩個(gè)末端116、聯(lián)合激活或抑制調(diào)節(jié)由一種生物合成的中間產(chǎn)物參與兩個(gè)完全獨(dú)立的、不交叉的合成途徑的控制。這種中間體物質(zhì)濃度的變化會(huì)影響這兩個(gè)獨(dú)立代謝途徑的代謝速率。6、聯(lián)合激活或抑制調(diào)節(jié)由一種生物合成的中間12腸細(xì)菌氨甲酰磷酸合成酶的聯(lián)合激活和抑制腸細(xì)菌中精氨酸和嘧啶核苷酸的合成途徑是完全獨(dú)立的，但它們有一共同的中間體——氨甲酰磷酸。負(fù)責(zé)合成該中間體的酶——氨甲酰磷酸合成酶可以被嘧啶代謝途徑的代謝物反饋抑制，也可被精氨酸合成途徑中的中間體鳥氨酸激活。氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸腸細(xì)菌氨甲酰磷酸合成酶的聯(lián)合激活和抑制腸細(xì)菌中精氨酸和嘧啶13第五節(jié)

能荷調(diào)節(jié)14第五節(jié)

能荷調(diào)節(jié)141、能荷調(diào)節(jié)()能荷——指細(xì)胞中、、系統(tǒng)中可為代謝反應(yīng)供能的高能磷酸鍵的量度。能荷調(diào)節(jié)——指細(xì)胞通過改變、、三者比例來調(diào)節(jié)其代謝活動(dòng)，也稱腺苷酸調(diào)節(jié)。能荷151、能荷調(diào)節(jié)()能荷——指細(xì)胞中、、系統(tǒng)中可為代謝反應(yīng)供糖代謝的調(diào)節(jié)主要受細(xì)胞能荷的控制。體系中含量高時(shí)，抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的活性，使酵解減少；當(dāng)需能時(shí)，分解為和。、增加、的抑制作用被解除，同時(shí)、激活已糖激酶和磷酸果糖激酶，酵解增加。16糖代謝的調(diào)節(jié)主要受細(xì)胞能荷的控制。體系中含量高時(shí)，抑制磷酸能荷不僅調(diào)節(jié)形成的分解代謝酶類（如磷酸果糖激酶、異檸檬酸脫氫酶、檸檬酸合成酶等）的活性；也調(diào)節(jié)利用的生物合成酶類（如檸檬酸裂解酶、磷酸核糖焦磷酸合成酶等）的活性。17能荷不僅調(diào)節(jié)形成的分解代謝酶類（如磷酸果糖激酶、異檸檬酸脫氫第六節(jié)

代謝調(diào)控18第六節(jié)

代謝調(diào)控18但是，在工業(yè)生產(chǎn)中卻往往需要單一地積累某種產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的量又經(jīng)常是大大地超出了細(xì)胞正常生長(zhǎng)和代謝所需的范圍。代謝反應(yīng)的協(xié)調(diào)是通過細(xì)胞自身的代謝調(diào)控系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞機(jī)能實(shí)行精細(xì)控制來達(dá)到的。對(duì)于生命過程來說，代謝反應(yīng)的協(xié)調(diào)是必要的；19但是，在工業(yè)生產(chǎn)中卻往往需要單一地積累某種產(chǎn)品，這些產(chǎn)20因此，要達(dá)到過量積累某種產(chǎn)品的目的，提高生產(chǎn)效率，就必須使原有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)失去控制，在保證微生物適當(dāng)生存的條件下，建立起新的代謝方式，使微生物的代謝產(chǎn)物按照人們的意志積累。20因此，要達(dá)到過量積累某種產(chǎn)品的目的，提高生產(chǎn)效率，就20實(shí)現(xiàn)代謝控制發(fā)酵的方法1、控制發(fā)酵條件;

2、改變菌種的遺傳特性;

3、改變細(xì)胞透性.21實(shí)現(xiàn)代謝控制發(fā)酵的方法1、控制發(fā)酵條件;

2、改變菌種的遺傳1、發(fā)酵工藝條件的控制發(fā)酵工藝條件

培養(yǎng)基（各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，不同的氮、碳源等）

溫度

溶氧

生物素

誘導(dǎo)物、前體

221、發(fā)酵工藝條件的控制發(fā)酵工藝條件

培養(yǎng)基（各種營(yíng)養(yǎng)物“添加誘導(dǎo)物或其類似物”在誘導(dǎo)物就是酶的底物的情況下，添加底物類似物來加強(qiáng)誘導(dǎo)作用是最好的。因?yàn)榈孜镱愃莆锊灰妆凰纬傻拿阜纸?，而在?xì)胞中始終保持較高的濃度，能夠持續(xù)地誘導(dǎo)酶的合成，獲得較高濃度的酶。例如:用異丙基硫代半乳糖苷()可誘導(dǎo)-半乳糖苷酶的合成。23“添加誘導(dǎo)物或其類似物”在誘導(dǎo)物就是酶的底物的情況下2、改變細(xì)胞透性細(xì)胞內(nèi)合成的發(fā)酵產(chǎn)物若要分泌到培養(yǎng)基中，必須經(jīng)過細(xì)胞膜和細(xì)胞壁。如果產(chǎn)物不易分泌出細(xì)胞，而積累在細(xì)胞內(nèi)，則會(huì)引起反饋調(diào)節(jié)。改變細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的通透性，使其有利于產(chǎn)物的分泌，也是降低末端產(chǎn)物濃度的一種途徑。242、改變細(xì)胞透性細(xì)胞內(nèi)合成的發(fā)酵產(chǎn)物若要分泌到培養(yǎng)基中采用生理學(xué)或遺傳學(xué)的方法，改變細(xì)胞膜的透性。

1、生理學(xué)方法

谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)生物素的濃度的控制；

添加青霉素；

表面活性劑

2、遺傳學(xué)方法

營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株。如谷氨酸生產(chǎn)菌的油酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型，控制油酸，細(xì)胞膜合成不完整。

25采用生理學(xué)或遺傳學(xué)的方法，改變細(xì)胞膜的透性。

1、26263、菌種遺傳特性的改變抗反饋突變菌株

營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

雙重營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

273、菌種遺傳特性的改變抗反饋突變菌株

營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

雙重營(yíng)1、抗反饋突變菌株在以積累末端產(chǎn)物為目的的發(fā)酵生產(chǎn)中，如果代謝途徑單一無分枝，往往不能選用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株。要提高產(chǎn)量，最好采用抗反饋調(diào)節(jié)突變株。抗反饋調(diào)節(jié)突變株是一種解除合成代謝反饋調(diào)節(jié)機(jī)制的突變型菌株。其特點(diǎn)是所需產(chǎn)物不斷積累，不會(huì)因其濃度超量而終止生產(chǎn)。工業(yè)上，生產(chǎn)氨基酸、嘌呤、嘧啶和維生素的菌種大都是抗反饋突變株。281、抗反饋突變菌株在以積累末端產(chǎn)物為目的的發(fā)酵生產(chǎn)中，2、營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

292、營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

293030第七節(jié)

次級(jí)代謝與次級(jí)代謝調(diào)節(jié)31第七節(jié)

次級(jí)代謝與次級(jí)代謝調(diào)節(jié)31初級(jí)代謝微生物從外界吸收各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過程。初級(jí)代謝產(chǎn)物微生物通過代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的、自身生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì)，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。不同種類的微生物細(xì)胞中，初級(jí)代謝產(chǎn)物的種類基本相同。32初級(jí)代謝初級(jí)代謝產(chǎn)物32次級(jí)代謝次級(jí)代謝是在一定的生長(zhǎng)時(shí)期（一般是穩(wěn)定生長(zhǎng)期），微生物以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體合成的對(duì)微生物本身的生命活動(dòng)沒有明確功能的物質(zhì)的過程。次級(jí)代謝產(chǎn)物微生物通過次謝活動(dòng)所大量積累的抗生素、生物堿、類萜（）、酚類、色素等。33次級(jí)代謝次級(jí)代謝產(chǎn)物331、次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)類型（1）、酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)（2）、反饋調(diào)節(jié)341、次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)類型（1）、酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)34（1）、酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)把一些對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生有誘導(dǎo)作用的物質(zhì)加入發(fā)酵培養(yǎng)基中可增加產(chǎn)量。35（1）、酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)把一些對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生（2）、反饋調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物的自身反饋抑制和反饋?zhàn)瓒?；分解代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)；初級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)；磷酸鹽調(diào)節(jié)。

36（2）、反饋調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物的自身反饋抑制和反饋?zhàn)瓒簦?6次級(jí)代謝產(chǎn)物的自身反饋抑制和反饋?zhàn)瓒羧缜嗝顾?、鏈霉素、卡那霉素等的生物合成途徑中都發(fā)現(xiàn)末端產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)作用。37次級(jí)代謝產(chǎn)物的自身反饋抑制和反饋?zhàn)瓒羧缜嗝顾?、鏈霉素、卡分解代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)碳分解代謝阻遏或抑制能迅速被利用的碳源（葡萄糖）或其分解代謝產(chǎn)物，對(duì)其他代謝中的酶（包括分解酶和合成酶）的阻遏和抑制。葡萄糖是菌體生長(zhǎng)良好的碳源和能源，但對(duì)青霉素、頭孢菌素、卡那霉素、新霉素、絲裂霉素等都有明顯降低產(chǎn)量的作用。

38分解代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)碳分解代謝阻遏或抑制38防止碳分解代謝阻遏或抑制的發(fā)生

青霉素發(fā)酵中限量流加葡萄糖或糖蜜以減少碳分解阻遏的發(fā)生。

使用寡糖、多糖等緩慢利用的碳源。

加入影響糖代謝的硫氰酸芐酯可使金霉菌對(duì)葡萄糖的利用速度減慢，增加金霉素的產(chǎn)量。39防止碳分解代謝阻遏或抑制的發(fā)生

青霉素發(fā)酵中限量流加葡萄氮分解代謝產(chǎn)物的抑制作用以銨鹽作為鏈霉素產(chǎn)生菌的唯一碳源，可抑制鏈霉素的合成。避免使用高濃度的銨鹽作氮源以防止氮代謝阻遏的發(fā)生，是抗生素工業(yè)成熟的經(jīng)驗(yàn)。40氮分解代謝產(chǎn)物的抑制作用40初級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物與初級(jí)代謝產(chǎn)物有一條共同的合成途徑；初級(jí)代謝產(chǎn)物直接參與次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成。41初級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物與初級(jí)代謝產(chǎn)物有一條共同的4242磷酸鹽調(diào)節(jié)磷酸鹽在微生物的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物合成中起著重要的作用，高濃度的磷酸鹽對(duì)抗生素等次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用。

磷酸鹽對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的抑制主要是通過抑制酶或?qū)е录?xì)胞能荷變化等。43磷酸鹽調(diào)節(jié)磷酸鹽在微生物的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物合2、常用的提高次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法（1）、補(bǔ)加前體類似物（2）、加入誘導(dǎo)物（3）、防止碳分解代謝阻遏或抑制的發(fā)生（4）、防止氮(磷)代謝阻遏的發(fā)生（5）、篩選耐前體或前體類似物的突變株（6）、選育抗抗生素突變株442、常用的提高次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法（1）、補(bǔ)加前體類似物（1）、補(bǔ)加前體或其類似物在合成途徑已基本清楚的條件下，向發(fā)酵培養(yǎng)基中補(bǔ)加前體是增加次級(jí)產(chǎn)物的有效方法。如青霉素G的生產(chǎn)中，苯乙酰是限速性因子，補(bǔ)加苯乙酸或其衍生物都能增加青霉素G的產(chǎn)量。45（1）、補(bǔ)加前體或其類似物45（2）、加入誘導(dǎo)物把一些對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生有誘導(dǎo)作用的物質(zhì)加入發(fā)酵培養(yǎng)基中會(huì)增加產(chǎn)量。如加蛋氨酸或硫脲可使頂頭孢霉增產(chǎn)頭孢霉素C，加入巴比妥可提高利福霉素產(chǎn)量等。但在工業(yè)生產(chǎn)中還未普遍應(yīng)用此技術(shù)，而只是在選擇培養(yǎng)基組成時(shí)給以考慮。46（2）、加入誘導(dǎo)物46（3）、防止碳分解代謝阻遏或抑制的發(fā)生青霉素發(fā)酵中限量流加葡萄糖(或糖蜜)以減少碳分解阻遏的發(fā)生，是一項(xiàng)很有效的提高產(chǎn)量的方法。使用寡糖、多糖等緩慢利用的碳源能減少碳分解阻遏的發(fā)生。加入影響糖代謝的硫氰酸芐酯可使金霉菌對(duì)葡萄糖的利用速度減緩，可增加金霉素的產(chǎn)量。47（3）、防止碳分解代謝阻遏或抑制的發(fā)生47（4）、防止氮(磷)代謝阻遏的發(fā)生避免使用高濃度的銨鹽做氮源，以防止氮代謝阻遏的發(fā)生，是抗生素發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中比較成熟的經(jīng)驗(yàn)。在抗生素產(chǎn)生期如補(bǔ)加氮源則會(huì)造成發(fā)酵逆轉(zhuǎn)，返回生長(zhǎng)期，抗生素的產(chǎn)量會(huì)大為減少。48（4）、防止氮(磷)代謝阻遏的發(fā)生4849防止氮(磷)代謝阻遏的發(fā)生使用亞適量(對(duì)菌體生長(zhǎng))的磷酸鹽，亦是抗生素發(fā)酵工業(yè)中遵循的原則之一。為防止氮、磷分解阻遏的發(fā)生，應(yīng)選用黃豆餅粉、蛋白胨類物質(zhì)為主要原料，而盡量少用易被迅速利用的無機(jī)氮源。49防止氮(磷)代謝阻遏的發(fā)生49（5）、篩選耐前體或前體類似物的突變株加入前體有提高次級(jí)產(chǎn)物產(chǎn)量的效果；但過量對(duì)菌體又會(huì)有毒。篩選對(duì)前體有抗性的突變株可以減少或消除前體的反饋?zhàn)瓒?，從而可獲得高產(chǎn)。如抗苯乙酸的青霉突變株，其青霉素的產(chǎn)量會(huì)增加。50（5）、篩選耐前體或前體類似物的突變株50（6）、選育抗抗生素突變株鏈霉素、氯霉素、金霉素籌多種抗生素都具有抑制產(chǎn)生自身菌體蛋白質(zhì)的能力。一株高產(chǎn)抗生素產(chǎn)生菌，必然應(yīng)具備對(duì)自身所分泌的抗生素的抗性。篩選抗抗生素產(chǎn)生菌也就成了菌種選育中的常用方法。如：金霉素、鏈霉素產(chǎn)生菌的抗性菌株，產(chǎn)量有數(shù)倍增加。51（6）、選育抗抗生素突變株5152作業(yè)1、分支生物合成途徑中有哪些調(diào)節(jié)方式？2.微生物代謝調(diào)控有哪些方式？52作業(yè)1、分支生物合成途徑中有哪些調(diào)節(jié)方式？52第三章

微生物的代謝調(diào)節(jié)和代謝工程(二)第三章

微生物的代謝調(diào)節(jié)和代謝工程(二)5354微生物代謝的代謝類型和自我調(diào)節(jié)酶活性、酶合成調(diào)節(jié)分支生物合成途徑的調(diào)節(jié)能荷調(diào)節(jié)代謝調(diào)控次級(jí)代謝調(diào)節(jié)本章內(nèi)容2微生物代謝的代謝類型和自我調(diào)節(jié)本章內(nèi)容54第四節(jié)

分支生物合成途徑的調(diào)節(jié)55第四節(jié)

分支生物合成途徑的調(diào)節(jié)3在有兩種或兩種以上的末端產(chǎn)物的分支合成代謝途徑中，調(diào)節(jié)方式較復(fù)雜，其共同特點(diǎn)是每個(gè)分支途徑的末端產(chǎn)物控制分支點(diǎn)后的第一個(gè)酶，同時(shí)每個(gè)末端產(chǎn)物又對(duì)整個(gè)途徑的第一個(gè)酶有部分的抑制作用。分支代謝的反饋調(diào)節(jié)方式有多種。

分支代謝途徑56在有兩種或兩種以上的末端產(chǎn)物的分支合成代謝途徑中1、同工酶的反饋抑制同功酶是指能催化同一生化反應(yīng)，但它們的結(jié)構(gòu)稍有不同，可分別被相應(yīng)的末端產(chǎn)物抑制的一類酶。571、同工酶的反饋抑制同功酶是指能催化同一生化反應(yīng)，但其特點(diǎn)是：途徑中第一個(gè)反應(yīng)被兩個(gè)不同的酶所催化，一個(gè)酶被H抑制，另一個(gè)酶被G抑制。只有當(dāng)H和G同時(shí)過量才能完全阻止A轉(zhuǎn)變?yōu)锽。58其特點(diǎn)是：途徑中第一個(gè)反應(yīng)被兩個(gè)不同6

2、協(xié)同反饋抑制

在分支代謝系統(tǒng)中，幾種末端產(chǎn)物同時(shí)都過量，才對(duì)途徑中的第一個(gè)酶具有抑制作用，如果末端產(chǎn)物單獨(dú)過量則對(duì)途徑中的第一個(gè)酶無抑制作用。59

2、協(xié)同反饋抑制

在分支代謝系統(tǒng)中，幾種末端產(chǎn)物同時(shí)例如，莢膜紅假單胞菌中天門冬氨酸族氨基酸生物合成途徑中，天門冬氨酸激酶()是受末端產(chǎn)物賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制。60例如，莢膜紅假單胞菌中天門冬氨酸族氨基酸生物合成途徑中，天門3、累積反饋抑制在分支代謝途徑中各種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量時(shí)，它們各自能對(duì)途徑中的第一個(gè)反應(yīng)的酶僅產(chǎn)生較小的抑制作用。一種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量并不影響其它末端產(chǎn)物的形成，只有當(dāng)幾種末端產(chǎn)物同時(shí)過量時(shí)，才對(duì)途徑中的第一個(gè)酶產(chǎn)生較大的抑制。613、累積反饋抑制在分支代謝途徑中各種末端產(chǎn)4、增效反饋抑制增效反饋抑制既不同于協(xié)同反饋抑制又不同于累積反饋抑制。在一個(gè)分支代謝途徑中，幾種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量時(shí)，僅產(chǎn)生對(duì)共同途徑的第一個(gè)酶部分的抑制。如果每種末端產(chǎn)物都過量時(shí)，其抑制作用則超過各種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量時(shí)抑制的總和。624、增效反饋抑制增效反饋抑制既不同于協(xié)同反饋抑制又不同于635、順序反饋抑制分支代謝途徑中的兩個(gè)末端產(chǎn)物，不能直接抑制代謝途徑中的第一個(gè)酶，而是分別抑制分支點(diǎn)后的反應(yīng)步驟，造成分支點(diǎn)上中間產(chǎn)物的積累，這種高濃度的中間產(chǎn)物再反饋抑制第一個(gè)酶的活性。115、順序反饋抑制分支代謝途徑中的兩個(gè)末端636、聯(lián)合激活或抑制調(diào)節(jié)由一種生物合成的中間產(chǎn)物參與兩個(gè)完全獨(dú)立的、不交叉的合成途徑的控制。這種中間體物質(zhì)濃度的變化會(huì)影響這兩個(gè)獨(dú)立代謝途徑的代謝速率。6、聯(lián)合激活或抑制調(diào)節(jié)由一種生物合成的中間64腸細(xì)菌氨甲酰磷酸合成酶的聯(lián)合激活和抑制腸細(xì)菌中精氨酸和嘧啶核苷酸的合成途徑是完全獨(dú)立的，但它們有一共同的中間體——氨甲酰磷酸。負(fù)責(zé)合成該中間體的酶——氨甲酰磷酸合成酶可以被嘧啶代謝途徑的代謝物反饋抑制，也可被精氨酸合成途徑中的中間體鳥氨酸激活。氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸腸細(xì)菌氨甲酰磷酸合成酶的聯(lián)合激活和抑制腸細(xì)菌中精氨酸和嘧啶65第五節(jié)

能荷調(diào)節(jié)66第五節(jié)

能荷調(diào)節(jié)141、能荷調(diào)節(jié)()能荷——指細(xì)胞中、、系統(tǒng)中可為代謝反應(yīng)供能的高能磷酸鍵的量度。能荷調(diào)節(jié)——指細(xì)胞通過改變、、三者比例來調(diào)節(jié)其代謝活動(dòng)，也稱腺苷酸調(diào)節(jié)。能荷671、能荷調(diào)節(jié)()能荷——指細(xì)胞中、、系統(tǒng)中可為代謝反應(yīng)供糖代謝的調(diào)節(jié)主要受細(xì)胞能荷的控制。體系中含量高時(shí)，抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的活性，使酵解減少；當(dāng)需能時(shí)，分解為和。、增加、的抑制作用被解除，同時(shí)、激活已糖激酶和磷酸果糖激酶，酵解增加。68糖代謝的調(diào)節(jié)主要受細(xì)胞能荷的控制。體系中含量高時(shí)，抑制磷酸能荷不僅調(diào)節(jié)形成的分解代謝酶類（如磷酸果糖激酶、異檸檬酸脫氫酶、檸檬酸合成酶等）的活性；也調(diào)節(jié)利用的生物合成酶類（如檸檬酸裂解酶、磷酸核糖焦磷酸合成酶等）的活性。69能荷不僅調(diào)節(jié)形成的分解代謝酶類（如磷酸果糖激酶、異檸檬酸脫氫第六節(jié)

代謝調(diào)控70第六節(jié)

代謝調(diào)控18但是，在工業(yè)生產(chǎn)中卻往往需要單一地積累某種產(chǎn)品，這些產(chǎn)品的量又經(jīng)常是大大地超出了細(xì)胞正常生長(zhǎng)和代謝所需的范圍。代謝反應(yīng)的協(xié)調(diào)是通過細(xì)胞自身的代謝調(diào)控系統(tǒng)對(duì)細(xì)胞機(jī)能實(shí)行精細(xì)控制來達(dá)到的。對(duì)于生命過程來說，代謝反應(yīng)的協(xié)調(diào)是必要的；71但是，在工業(yè)生產(chǎn)中卻往往需要單一地積累某種產(chǎn)品，這些產(chǎn)72因此，要達(dá)到過量積累某種產(chǎn)品的目的，提高生產(chǎn)效率，就必須使原有的調(diào)節(jié)系統(tǒng)失去控制，在保證微生物適當(dāng)生存的條件下，建立起新的代謝方式，使微生物的代謝產(chǎn)物按照人們的意志積累。20因此，要達(dá)到過量積累某種產(chǎn)品的目的，提高生產(chǎn)效率，就72實(shí)現(xiàn)代謝控制發(fā)酵的方法1、控制發(fā)酵條件;

2、改變菌種的遺傳特性;

3、改變細(xì)胞透性.73實(shí)現(xiàn)代謝控制發(fā)酵的方法1、控制發(fā)酵條件;

2、改變菌種的遺傳1、發(fā)酵工藝條件的控制發(fā)酵工藝條件

培養(yǎng)基（各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，不同的氮、碳源等）

溫度

溶氧

生物素

誘導(dǎo)物、前體

741、發(fā)酵工藝條件的控制發(fā)酵工藝條件

培養(yǎng)基（各種營(yíng)養(yǎng)物“添加誘導(dǎo)物或其類似物”在誘導(dǎo)物就是酶的底物的情況下，添加底物類似物來加強(qiáng)誘導(dǎo)作用是最好的。因?yàn)榈孜镱愃莆锊灰妆凰纬傻拿阜纸?，而在?xì)胞中始終保持較高的濃度，能夠持續(xù)地誘導(dǎo)酶的合成，獲得較高濃度的酶。例如:用異丙基硫代半乳糖苷()可誘導(dǎo)-半乳糖苷酶的合成。75“添加誘導(dǎo)物或其類似物”在誘導(dǎo)物就是酶的底物的情況下2、改變細(xì)胞透性細(xì)胞內(nèi)合成的發(fā)酵產(chǎn)物若要分泌到培養(yǎng)基中，必須經(jīng)過細(xì)胞膜和細(xì)胞壁。如果產(chǎn)物不易分泌出細(xì)胞，而積累在細(xì)胞內(nèi)，則會(huì)引起反饋調(diào)節(jié)。改變細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的通透性，使其有利于產(chǎn)物的分泌，也是降低末端產(chǎn)物濃度的一種途徑。762、改變細(xì)胞透性細(xì)胞內(nèi)合成的發(fā)酵產(chǎn)物若要分泌到培養(yǎng)基中采用生理學(xué)或遺傳學(xué)的方法，改變細(xì)胞膜的透性。

1、生理學(xué)方法

谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)生物素的濃度的控制；

添加青霉素；

表面活性劑

2、遺傳學(xué)方法

營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株。如谷氨酸生產(chǎn)菌的油酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型，控制油酸，細(xì)胞膜合成不完整。

77采用生理學(xué)或遺傳學(xué)的方法，改變細(xì)胞膜的透性。

1、78263、菌種遺傳特性的改變抗反饋突變菌株

營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

雙重營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

793、菌種遺傳特性的改變抗反饋突變菌株

營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

雙重營(yíng)1、抗反饋突變菌株在以積累末端產(chǎn)物為目的的發(fā)酵生產(chǎn)中，如果代謝途徑單一無分枝，往往不能選用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株。要提高產(chǎn)量，最好采用抗反饋調(diào)節(jié)突變株。抗反饋調(diào)節(jié)突變株是一種解除合成代謝反饋調(diào)節(jié)機(jī)制的突變型菌株。其特點(diǎn)是所需產(chǎn)物不斷積累，不會(huì)因其濃度超量而終止生產(chǎn)。工業(yè)上，生產(chǎn)氨基酸、嘌呤、嘧啶和維生素的菌種大都是抗反饋突變株。801、抗反饋突變菌株在以積累末端產(chǎn)物為目的的發(fā)酵生產(chǎn)中，2、營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

812、營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株

298230第七節(jié)

次級(jí)代謝與次級(jí)代謝調(diào)節(jié)83第七節(jié)

次級(jí)代謝與次級(jí)代謝調(diào)節(jié)31初級(jí)代謝微生物從外界吸收各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過程。初級(jí)代謝產(chǎn)物微生物通過代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的、自身生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì)，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。不同種類的微生物細(xì)胞中，初級(jí)代謝產(chǎn)物的種類基本相同。84初級(jí)代謝初級(jí)代謝產(chǎn)物32次級(jí)代謝次級(jí)代謝是在一定的生長(zhǎng)時(shí)期（一般是穩(wěn)定生長(zhǎng)期），微生物以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體合成的對(duì)微生物本身的生命活動(dòng)沒有明確功能的物質(zhì)的過程。次級(jí)代謝產(chǎn)物微生物通過次謝活動(dòng)所大量積累的抗生素、生物堿、類萜（）、酚類、色素等。85次級(jí)代謝次級(jí)代謝產(chǎn)物331、次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)類型（1）、酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)（2）、反饋調(diào)節(jié)861、次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)類型（1）、酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)34（1）、酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)把一些對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生有誘導(dǎo)作用的物質(zhì)加入發(fā)酵培養(yǎng)基中可增加產(chǎn)量。87（1）、酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)把一些對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)生（2）、反饋調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物的自身反饋抑制和反饋?zhàn)瓒?；分解代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)；初級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)；磷酸鹽調(diào)節(jié)。

88（2）、反饋調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物的自身反饋抑制和反饋?zhàn)瓒簦?6次級(jí)代謝產(chǎn)物的自身反饋抑制和反饋?zhàn)瓒羧缜嗝顾亍㈡溍顾?、卡那霉素等的生物合成途徑中都發(fā)現(xiàn)末端產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)作用。89次級(jí)代謝產(chǎn)物的自身反饋抑制和反饋?zhàn)瓒羧缜嗝顾亍㈡溍顾?、卡分解代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)碳分解代謝阻遏或抑制能迅速被利用的碳源（葡萄糖）或其分解代謝產(chǎn)物，對(duì)其他代謝中的酶（包括分解酶和合成酶）的阻遏和抑制。葡萄糖是菌體生長(zhǎng)良好的碳源和能源，但對(duì)青霉素、頭孢菌素、卡那霉素、新霉素、絲裂霉素等都有明顯降低產(chǎn)量的作用。

90分解代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)碳分解代謝阻遏或抑制38防止碳分解代謝阻遏或抑制的發(fā)生

青霉素發(fā)酵中限量流加葡萄糖或糖蜜以減少碳分解阻遏的發(fā)生。

使用寡糖、多糖等緩慢利用的碳源。

加入影響糖代謝的硫氰酸芐酯可使金霉菌對(duì)葡萄糖的利用速度減慢，增加金霉素的產(chǎn)量。91防止碳分解代謝阻遏或抑制的發(fā)生

青霉素發(fā)酵中限量流加葡萄氮分解代謝產(chǎn)物的抑制作用以銨鹽作為鏈霉素產(chǎn)生菌的唯一碳源，可抑制鏈霉素的合成。避免使用高濃度的銨鹽作氮源以防止氮代謝阻遏的發(fā)生，是抗生素工業(yè)成熟的經(jīng)驗(yàn)。92氮分解代謝產(chǎn)物的抑制作用40初級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物與初級(jí)代謝產(chǎn)物有一條共同的合成途徑；初級(jí)代謝產(chǎn)物直接參與次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成。93初級(jí)代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物與初級(jí)代謝產(chǎn)物有一條共同的9442磷酸鹽調(diào)節(jié)磷酸鹽在微生物的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物合成中起著重要的作用，高濃度的磷酸鹽對(duì)抗生素等次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制作用。

磷酸鹽對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的抑制主要是通過抑制酶或?qū)е录?xì)胞能荷變化等。95磷酸鹽調(diào)節(jié)磷酸鹽在微生物的生長(zhǎng)和代謝產(chǎn)物合2、常用的提高次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法（1）、補(bǔ)加前體類似物（2）、加入誘導(dǎo)物（3）、防止碳分解代謝阻遏或抑制的發(fā)生（4