第五章 微生物的代谢调节和代谢工程(3)课件

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1、第五章第五章微生物的代谢调节微生物的代谢调节和代谢工程和代谢工程提高初级代谢产物产量的方法微生物自我调节人工代谢调控�诱导提供诱导酶合成调节解除诱导/选育组成型突变株�反馈阻遏�解除反馈调节/营养缺陷性突变株；�反馈抑制抗反馈突变株；酶活性调节细胞膜通透性突变株；�激活微生物平衡生长产物过量积累第二部分第二部分提高次级代谢产物产量的方法提高次级代谢产物产量的方法提高次级代谢产物产量的方法一.次级代谢物合成的特点�次级代谢物合成过程远较初级代谢产物复杂；�次级代谢产物则需要复杂的营养条件；�在分批培养条件下，次级代谢产物一般都是在菌体生长的峰值出现后才大量合成。�次级代谢产物的

2、合成远离初级代谢的主要途径，微生物细胞对其合成控制较弱提高次级代谢产物产量的方法二.提高次级代谢产物产量的方法1.防止碳分解代谢阻遏的发生经经2.防止氮(磷)代谢阻遏的发生验验3.选育抗生素抗性突变株方方法法5.补加前体或前体类似物6.加入诱导物7.筛选耐前体或前体类似物的突变株4.筛选营养缺陷型的回复突变株提高次级代谢产物产量的方法1.防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生�许多抗生素的合成受葡萄糖的抑制；柠檬酸阻遏新生霉素的合成；甘油阻遏橙色菌素的合成；�速效碳源的分解产物阻遏次级代谢过程中酶系的合成，当这类碳源耗尽时，阻遏才能被解除，菌体才能转入次级代谢产物的合成阶段；提高次级

3、代谢产物产量的方法控制方法控制方法fed-batchfermentation�采取流加技术，限量流加葡萄糖，控制葡萄糖在发酵液中的浓度，以减少碳分解阻遏的发生。操作方式：分批培养使底物将耗尽时，补料开始进行。FSi�恒速流加�变速流加�指数流加提高次级代谢产物产量的方法2.防止氮(磷)代谢阻遏的发生氮代谢阻遏的控制：�能够快速利用的氮源如铵盐、硝酸盐、某些氨基酸，对许多种次级代谢产物的生物合成有较强烈的调节作用。例：青霉素、头孢霉素等；产黄青霉菌只有在低浓度NH4+下，才能获得合成青霉素的最高产量。提高次级代谢产物产量的方法控制方法控制方法�避免使用高浓度的铵盐做氮源，以防止

4、氮代谢阻遏的发生，是抗生素发酵工业生产中比较成熟的经验。�为防止氮分解阻遏的发生，应选用黄豆饼粉、蛋白胨类物质为主要原料，而尽量少用易被迅速利用的无机氮源。提高次级代谢产物产量的方法磷代谢阻遏的控制：�磷酸盐不仅是菌体生长的主要限制性营养成分，还是调节抗生素生物合成的重要参数。1)过量磷促进初级代谢，抑制次级代谢；2)磷限制次级代谢产物合成的诱导物的合成3)过量的磷抑制次级产物前体的形成；提高次级代谢产物产量的方法4)过量磷酸盐阻遏或抑制次级代谢产物合成必需的磷酸酯酶；D-肌型-肌醇-1-PD-肌型-肌醇+Pi链O-磷酸-N-青蟹型肌N-青蟹型肌醇胺+Pi霉醇胺素6-磷酸链霉

5、素链霉素+Pi�绝大多数抗生素的工业生产在限制磷酸盐的条件下进行。生长：0.3～300mmol/L合成：＜10mmol/L提高次级代谢产物产量的方法3.选育抗生素抗性突变株微生物产生的抗生素为什么不杀死自己？�重叠基因调控抗生素合成基因和该抗生素的抗性基因之间存在基因重叠现象，从而产生某种互相调控作用。�抗生素作用靶位被修饰；�合成的抗生素在胞内呈非活性结构或被修饰；提高次级代谢产物产量的方法控制方法控制方法�1.选育自产抗生素抗性突变株，提高抗性基因的表达量，就可提高抗生素产量�如：高产金霉素的金色链霉菌突变株；高产土曲霉酸的黄柄曲霉突变株；提高次级代谢产物产量的方法控制方

6、法控制方法链霉素�2.选育特定抗生素抗性突变株，也能提高抗生素产量；核糖体工程�链霉素抗性突变株中，编码核糖体蛋白S12的rpsL基因发生突变；�核糖体结构更加稳定，翻译保真度更高�改变微生物合成抗生素的调控机制,诱导微生物过量合成其代谢产物。提高次级代谢产物产量的方法4.加入诱导物�对次级代谢产物产生有诱导作用的物质加入发酵培养基中会增加产量。链霉素甘露糖苷乙酰CoA羧化酶α−D-甘露糖苷酶丙醇甘露糖链霉素提高次级代谢产物产量的方法�诱导物的添加必须在生长期末期时加入，才会产生作用。??生长期末期:营养匮乏、环境恶化次级代谢：微生物为了避免代谢过程中，某种代谢产物积累造成的

7、不利作用，而产生的一类有利于生存的代谢类型，通常在生长后期合成。紧缩应答/紧缩控制四磷酸鸟苷酸(ppGpp)ppGpp启动次级代谢物的合成�诱导酶在生长期末期转到次级代谢产物生产期时合成。提高次级代谢产物产量的方法5.补加前体或前体类似物前体：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。HHHNSCOOHNOO苯乙酸COOH青霉素G提高次级代谢产物产量的方法控制方法控制方法�在合成途径已基本清楚的条件下，向发酵