1、第四章第四章 微生物的代谢微生物的代谢与调节及其人工控制与调节及其人工控制微生物的代谢微生物的代谢 新陈代谢 metabolism The complex of physical and chemical processes occurring within a living cell or organism that are necessary for the maintenance of life.In metabolism some substances are broken down to yield energy for vital processes while other sub
2、stances,necessary for life,are synthesized.合成代谢合成代谢anabolism 在合成酶系的催化在合成酶系的催化下，由简单的小分子、下，由简单的小分子、能量（能量（ATP）和还原力）和还原力（H）一起合成复杂的）一起合成复杂的生物的大分子的过程。生物的大分子的过程。分解代谢分解代谢catabolism 指复杂的有机分子指复杂的有机分子通过分解代谢酶系的催通过分解代谢酶系的催化产生简单分子、能量化产生简单分子、能量(ATP)、和还原力（、和还原力（H）的过程。的过程。复杂分子(有机物)分解代谢酶系合成代谢酶系简单分子+ATP+H分解代谢的三个阶段 将大分
3、子的营养物质降解成氨基酸、单糖、脂肪将大分子的营养物质降解成氨基酸、单糖、脂肪酸等小分子物质。酸等小分子物质。进一步降解成为简单的乙酰辅酶进一步降解成为简单的乙酰辅酶A、丙酮酸、及、丙酮酸、及能进入能进入TCA循环的中间产物。循环的中间产物。将第二阶段的产物完全降解生成将第二阶段的产物完全降解生成CO2，并将前并将前面形成的还原力（面形成的还原力（NADH2）通过呼吸吸链氧化、）通过呼吸吸链氧化、同时形成大量的同时形成大量的ATP。微生物代谢的特点：多样性、适应性、可控性初级代谢和初级代谢产物 初级代谢primary metabolism 微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，
4、生成维持生命活动的物质和能量的过程。初级代谢产物primary metabolites 包括所有与细胞合成有关的物质 如：氨基酸、核苷酸、乙醇、有机酸、酶次级代谢和次级代谢产物 次级代谢 secondary metabolism 微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明显确切功能的物质的过程。次级代谢产物secondary metabolites 抗生素、激素、生物碱、色素、维生素等第一节 微生物的代谢一、微生物的能量代谢 新陈代谢中的核心问题：能量代谢 能量代谢的中心任务：是生物体如何把环境中多种形式的最初能源转换成为对一切生命活动都能使用的通用能源。生物
5、体能量代谢的实质：ATP和酰基辅酶A、酰基磷酸等的生成和利用问题。即ATP的生成和利用的问题。化能异养菌有机物光能营养菌日 光通用能源化能自氧菌无机物*最初能源(ATP)能源的转化（一）（一）生物氧化反应 一系列酶在温和条件下按一定次序的催化 放能分阶段进行 释放的能量部分贮藏在能量载体中生物氧化与普通氧化反应的区别生物氧化与普通氧化反应的区别比较项目比较项目燃烧燃烧生物氧化生物氧化步骤步骤一步式快速反应一步式快速反应多步式梯级反应多步式梯级反应条件条件激烈激烈温和温和催化剂催化剂无无酶酶产能形式产能形式热、光热、光大部分为大部分为ATP能量利用率能量利用率低低高高生物氧化反应的三个阶段生物氧
6、化反应的三个阶段 脱氢：一种失去电子或氢的过程脱氢：一种失去电子或氢的过程 电子供体：被氧化的物质电子供体：被氧化的物质 电子受体：接受电子的物质电子受体：接受电子的物质 递氢：电子供体氧化脱下的氢交给氢载体，并递氢：电子供体氧化脱下的氢交给氢载体，并通过多个载体完成电子从供体到受体的传递通过多个载体完成电子从供体到受体的传递 不直接交给电子受体不直接交给电子受体 受氢：最终电子受体接受载体上电子的过程受氢：最终电子受体接受载体上电子的过程（二）电子载体（二）电子载体 自由扩散型自由扩散型 NAD+和和NADP+，氢原子的载体，氢原子的载体 电极对的还原电势相同，功能不同电极对的还原电势相同，
7、功能不同 NAD+/NADH直接参与产能反应直接参与产能反应 NADP+/NADPH主要参与合成反应主要参与合成反应 与细胞膜紧密结合型与细胞膜紧密结合型 电子传递系统或电子传递链电子传递系统或电子传递链 组成：多酶体系，一系列能够进行氧化和还原的载体组成：多酶体系，一系列能够进行氧化和还原的载体 分布：不对称排列在膜上，定向有序传递分布：不对称排列在膜上，定向有序传递（三）生物能的产生（三）生物能的产生 借助于磷酸化反应借助于磷酸化反应 ADP形成形成ATP，实现能量存储，实现能量存储1.底物水平磷酸化底物水平磷酸化 生物氧化过程中生成的含有高能键的化生物氧化过程中生成的含有高能键的化合物在
8、酶的作用下，直接将能量转给合物在酶的作用下，直接将能量转给ADP（GDP）生成）生成ATP（GTP）存在于呼吸和发酵过程中存在于呼吸和发酵过程中 发酵过程中发酵过程中唯一唯一能量获取方式能量获取方式微生物代谢中的底物水平磷酸化高能化合物的底物水平磷酸化反应偶联形成的高能分子1,3-二磷酸甘油酸 3-磷酸甘油酸ATP磷酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸ATP琥珀酰辅酶A 琥珀酸GTP乙酰磷酸 乙酸ATP丙酰磷酸 丙酸ATP丁酰磷酸 丁酸ATP甲酰四氢叶酸 甲酸ATP2.电子传递氧化磷酸化电子传递氧化磷酸化 生物氧化中伴随着电子传递发生的磷酸生物氧化中伴随着电子传递发生的磷酸化作用化作用 发生在呼吸作用（有氧
9、或无氧）中发生在呼吸作用（有氧或无氧）中呼吸时大多数伴随呼吸时大多数伴随ATP的合成的合成 典型的呼吸链：典型的呼吸链：3分子分子ATP，2分子分子ATP（黄素蛋白起始）（黄素蛋白起始）化学渗透学说化学渗透学说(chemiosmotic hypothesis)ATP合成酶质子动势ATPADP+Pi2H+2H+2H2H+质子跨膜泵出电子传递链膜膜外膜内H+H+3.光合磷酸化光合磷酸化 只发生在光合细胞中只发生在光合细胞中 循环式光合磷酸化：反应产物只有循环式光合磷酸化：反应产物只有ATP 非循环式光合磷酸化：反应的产物是非循环式光合磷酸化：反应的产物是ATP、氧和氧和*ATP高能电子（2e_）产
10、生ATP的能量电子载体电子传递链光循环式光合磷酸化循环式光合磷酸化 光电子传递链产生ATP的能量）_（2e电子高能ATP*H2O（2e）_O22H+NADP+NADPH非循环式光合磷酸化非循环式光合磷酸化（四）微生物能量代谢的多样性1.能源物质的多样性2.能源物质在微生物中的代谢途径多样性3.不同环境条件下微生物产能方式的多样性不同微生物中葡萄糖降解途径的分布不同微生物中葡萄糖降解途径的分布 微生物微生物EMP（%）HMP（%）ED（%）酿酒酵母酿酒酵母 8812产朊假丝酵母产朊假丝酵母66811934灰色链霉菌灰色链霉菌 97 3产黄青霉产黄青霉77 23大肠杆菌大肠杆菌7228铜绿假单胞菌
11、铜绿假单胞菌2971嗜糖假单胞菌嗜糖假单胞菌100枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌7426氧化葡糖杆菌氧化葡糖杆菌100真养产碱菌真养产碱菌100运动发酵单胞菌运动发酵单胞菌100藤黄八叠球菌藤黄八叠球菌7030二.化能营养型微生物的能量代谢（一）能源化合物（一）能源化合物 有机化合物有机化合物糖类、醇、醛、有机酸、氨基酸、烃类、芳香族化糖类、醇、醛、有机酸、氨基酸、烃类、芳香族化合物合物 葡萄糖：化能有机营养型微生物的主要能源葡萄糖：化能有机营养型微生物的主要能源其它单糖代谢转化为糖酵解的中间产物其它单糖代谢转化为糖酵解的中间产物多糖经转化或降解多糖经转化或降解其它非糖有机化合物经转化进入葡萄糖降解
12、途径其它非糖有机化合物经转化进入葡萄糖降解途径 有机能源化合物代谢的基本途径：葡萄糖降解有机能源化合物代谢的基本途径：葡萄糖降解途径或单糖降解途径途径或单糖降解途径（二）能源化合物的生物氧化（二）能源化合物的生物氧化 生物氧化的形式生物氧化的形式：某物质与氧结合、脱氢、失去电子 生物氧化的过程生物氧化的过程：脱氢（或电子），递氢（或电子），受氢（或电子）生物氧化的功能生物氧化的功能：产能（ATP）、产还原力H、产小分子中间代谢物 生物氧化的类型生物氧化的类型：有氧呼吸、无氧呼吸、发酵 1、有氧呼吸、有氧呼吸 aerobic respiration 以分子氧作为最终电子受体的生物氧化作用 需氧和
13、兼性厌氧微生物在有氧条件下进行有氧呼吸（1）与磷酸化作用相偶联 C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+68800卡 （部分转化成ATP）（2）不与磷酸化作用相偶联 C6H12O6+H2O+O2 C6H12O7+H2O2+能量 （不能转化成ATP）2、无氧呼吸、无氧呼吸anaerobic respiration 以外源无机氧化物（少数为有机氧化物）作为最终电子受体的生物氧化作用。一些厌氧微生物和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行有无氧呼吸 无氧呼吸产生的ATP比有氧呼吸少。（1）外源电子受体为无机物硝酸盐、硫酸盐、硫、铁、碳酸钙脱氮小球菌的反硝化作用C6H12O6+4NO3-6CO2+6H2O
14、+2N2+42900卡（2）外源电子受体为有机物延胡索酸、甘氨酸、二甲基亚砜、氧化三甲基胺Escherichia 的延胡索酸呼吸 延胡索酸+2H 琥珀酸3、发酵作用、发酵作用 fermentation 在没有外源最终电子受体时发生的生物氧化作用叫发酵作用。电子受体为内源性中间代谢产物3-磷酸甘油醛+Pi+乙醛 1、3-二磷酸甘油酸+乙醇 呼吸作用与发酵作用的比较 相同点：氧化时，底物上脱下的氢和电子都和相同的载体结合，形成NADH和FADH。不同点：NADH和FADH上的电子和氢的去路不同。消耗1分子葡萄糖产生的ATP数量不同。化能营养型微生物的代谢产能方式化能营养型微生物的代谢产能方式产能方
15、式有氧呼吸无氧呼吸发酵环境条件有氧无氧无氧终电子受体来源环境，外源性环境，外源性胞内，内源性性质分子氧化合物（通常为无机物）代谢中间产物能进行该代谢产能方式的微生物专性好氧微生物兼性好氧微生物微嗜氧微生物专性厌氧微生物兼性好氧微生物兼性好氧微生物耐氧厌氧微生物专性厌氧微生物三、三、葡萄糖分解代谢与工业发酵葡萄糖分解代谢与工业发酵 葡萄糖 丙酮酸 途径-EMP、HMP、ED、PK 丙酮酸丙酮酸？产物？产物 进行各种发酵，一般以产物来命名。无氧条件下 EMP途径 ED途径（单磷酸己糖途径）HMP途径葡萄糖ATPADP6-磷酸葡萄糖NADNADH+H+6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸木酮糖CO25-磷酸核酮
16、糖3-磷酸甘油醛3-磷酸甘油醛6-磷酸果糖6-磷酸果糖5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖7-磷酸景天庚酮糖6-磷酸果糖4-磷酸赤藓糖丙酮酸1,6-二磷酸果糖+NADH+H+NADPi TCA循环丙酮酸乙酰-CoA柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸酮戊二酸琥珀酰-CoA琥珀酸-NAD+NADH+H+CoASHCO2H2OH2ONAD(P)+NAD(P)H+H+CO2NAD+NADH+H+CoASHCO2CoASHGDP+PiGTP延胡索酸FADFADH2苹果酸H2O草酰乙酸NAD+NADH+H+CoASHH2O葡萄糖5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛丙酮酸ATPADPNADNADH+H+PiNADNADH+H2ADP2
17、ATP乙酰磷酸CO222乙酰CoA+葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖4-磷酸赤藓糖ATPADPPi5-磷酸戊糖乙酰磷酸乙酰CoAPK途径途径 PPK途径 PHK途径1.乙醇发酵 酵母菌乙醇发酵EMP途径途径 C6H12O6+2ADP 2C2H5OH+2ATP+2CO2+2H2O 细菌的乙醇发酵(运动发酵单胞菌)ED途径途径C6H12O6+ADP 2C2H5OH+ATP+2CO2+H2O酵母酒精发酵酵母发酵的类型类型类型条件条件受氢体受氢体ATP主要产物主要产物酸性乙醛乙醛2乙醇乙醇亚硫酸氢钠磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮0甘油甘油碱性磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮0甘油、乙醇、甘油、乙醇、乙酸乙酸2.乳酸
18、发酵同型乳酸发酵：发酵产物只有乳酸的发酵称同型乳酸发酵 菌种：德氏乳杆菌、保加利亚乳杆菌、酪乳杆菌 C6H12O6+2ADP 2 乳酸+2ATP 异型乳酸发酵：发酵产物中除乳酸外还有乙醇和CO2的发酵 菌种：短乳杆菌、甘露乳杆菌、巴氏乳杆菌 C6H12O6 乳酸+乙醇+CO2 同型乳酸发酵途径3.混合酸发酵混合酸发酵 微生物将葡萄糖转变成琥珀酸、乳酸、甲酸、乙酸、氢气、二氧化碳等多种产物的生物学过程。甲基红试验（甲基红试验（M.R.反应）反应）将细菌接种至葡萄糖蛋白胨水培养基中，置37培养48小时，然后沿管壁加入甲基红指示剂,呈红色者为阳性,不呈红色者为阴性。MR反应的结果：大肠杆菌为阳性，产
19、气杆菌为阴性4.丁二醇发酵丁二醇发酵 微生物发酵葡萄糖得到大量的丁二醇与少量的乳酸、乙酸、二氧化碳、氢气等产物的代谢过程。Voges-Proskauer试验（试验（V.P反应）反应）将细菌接种至葡萄糖蛋白胨水培养基中，于37培养24小时，加入与培养基等量的VP试剂，置37保温30分钟，呈红色者为阳性，不呈红色者为阴性。VP反应结果 产气杆菌为阳性，大肠杆菌 的为阴性V.P反应机理5.丁酸发酵丁酸发酵丙酮酸 乙酰辅酶A 乙酰乙酰辅酶A 乙酸 乙酰辅酶A 丁酰辅酶A 丁酸6.丙酮丁醇发酵丙酮丁醇发酵 丙酮丁醇梭状芽孢杆菌 丙酮酸 乙酰辅酶A 乙酰乙酰辅酶A乙酰乙酸丙酮 丙酮酸 丁酸 丁醛 丁醇 7
20、.多元醇发酵多元醇发酵(高渗酵母)葡萄糖 6-磷酸葡萄糖EMPHMP磷酸丙糖5-磷酸核酮糖乙醇+CO2甘油D-阿拉伯糖醇葡萄糖发酵的主要终产物葡萄糖发酵的主要终产物不同菌种的发酵终产物不同菌种的发酵终产物三、光能营养型微生物的能量代谢四、还原力的获得五、代谢产物的合成 第二节第二节 微生物的代谢调节微生物的代谢调节 代谢调节：Regulation of metabolism 微生物按照需要改变体内的代谢活动的速度和方向的一种作用。调节方式：1.酶合成和活性的调节实现代谢途径、代谢流量及速率的调控2.区域分隔调节3.细胞透性调节一.微生物代谢调节的部位与方式 物质进出细胞 胞内的生化反应 代谢反
21、应的区域分割及关联（一）物质进出细胞膜构成膜构成能量能量细胞壁细胞壁脂质脂质膜蛋白质膜蛋白质分子结构绝对数量跨膜质子梯度骨架结构的完整性环境条件的影响活性磷酸腺苷酸体系（二）胞内的代谢反应 通过酶的生物合成与活性调节通过酶的生物合成与活性调节而实现对代谢反应的调节！而实现对代谢反应的调节！1、胞内的生物化学反应、胞内的生物化学反应 代谢流向控制代谢流向控制 代谢速度控制代谢速度控制 酶活性和合成量的调节是代谢调节的核心 代谢流向的调控代谢流向的调控可逆反应：不同的辅基（辅酶）控制流向谷氨酸脱氢酶：谷氨酸合成：NADP+谷氨酸的分解：NAD+互逆单向反应：不同的酶控制不同方向的反应2.代谢反应区
22、域分割及关联代谢反应区域分割及关联 原核微生物原核微生物细胞膜酶酶与底物相对位置 真核微生物真核微生物细胞膜与细胞器膜酶酶与底物的相对位置及间隔状况微生物酶的调节微生物酶的调节 粗调节：酶合成量的调节，是发生在基因水平上的调节。精细调节：酶活性的调节，调节细胞内已有酶分子的活性，是发生在酶化学水平上的调节。二、二、酶活性调节酶活性调节 以酶分子结构为基础以酶分子结构为基础 指调节胞内已有酶分子的构象或分子结指调节胞内已有酶分子的构象或分子结构来改变酶活性，从而调节所催化的代构来改变酶活性，从而调节所催化的代谢反应的速率谢反应的速率 特点：作用直接、响应快、可逆特点：作用直接、响应快、可逆酶活性
23、的调节机制酶活性的调节机制 酶的变构调节 allosteric regulation激活抑制 酶的共价修饰 covalent modification of enzyme激活抑制 酶蛋白的降解失活 能荷调节Allosteric regulation激活的激活的调节类型调节类型 1.前体激活前体激活在分解代谢途径和合成体系中，处于途径前面的代谢在分解代谢途径和合成体系中，处于途径前面的代谢产物促进催化后面反应的酶活性产物促进催化后面反应的酶活性2.补偿性激活补偿性激活在关联分支合成途径中，从在关联分支合成途径中，从H到到I的反应需要的反应需要E的参与，的参与，则则H可激活催化合成可激活催化合成E
24、的途径中的第一个酶活性的途径中的第一个酶活性ABCDEFGHIEDCBA前体激活补偿性激活分支途径酶活性的调节类型分支途径酶活性的调节类型 反馈抑制反馈抑制的类型的类型 调节作用针对的酶调节作用针对的酶 单一末端产物过量单一末端产物过量 多个末端产物过量多个末端产物过量 协同协同/多价多价 共同途径的第一个酶共同途径的第一个酶 不能引起抑制作用不能引起抑制作用 同时过量发生抑制同时过量发生抑制 合作合作/增效增效 共同途径的第一个酶共同途径的第一个酶 轻微作用轻微作用 同时过量，作用大于各种同时过量，作用大于各种之和，不能之和，不能100%100%抑制抑制 累积累积 共同途径的第一个酶共同途径
25、的第一个酶 按一定百分率单独按一定百分率单独抑制，互不影响抑制，互不影响 共同过量时，抑制作用累共同过量时，抑制作用累积，可积，可100%100%抑制抑制 顺序顺序 共同途径的第一个酶共同途径的第一个酶 无直接作用无直接作用 通过分支点上的中间代谢通过分支点上的中间代谢物作用，逐步有顺序调节物作用，逐步有顺序调节 同功酶同功酶 催化形成对应产物的催化形成对应产物的酶酶 只抑制相应酶的活只抑制相应酶的活力，互不影响力，互不影响 分别抑制相应的酶分别抑制相应的酶 能荷能荷 energy charge 对酶活力的调节对酶活力的调节巴斯德效应：在有氧情况下，由于呼吸作用，酒精产量大大下降，糖的消耗速率
26、大幅减慢。能荷能荷=ATP+1/2ADPATP+ADP+AMP 通氧ATP柠檬酸能荷异柠檬酸脱氢酶活性磷酸果糖激酶活性6磷酸葡萄糖基团移位吸收葡萄糖速率三、酶合成的调节酶合成的调节 组成酶 constitutive enzyme 是一类对环境不敏感的酶，这类酶在细胞内的合成量相对比较稳定。适应酶 adaptive enzyme 是一类对环境敏感的酶，它们响应环境条件而开始合成或终止合成。诱导酶诱导酶 inducible enzyme阻遏酶阻遏酶repressible enzyme操纵子的构造操纵子的构造操纵子的构成操纵子的构成 名名 称称 作用作用启动基因启动基因promoter RNA多聚酶
27、的结合部位多聚酶的结合部位操纵基因操纵基因 operator与阻遏物结合的碱基序列，与阻遏物结合的碱基序列，决定结构基因的转录是否能进行决定结构基因的转录是否能进行结构基因结构基因 structure编码一个或多个酶的基因，编码一个或多个酶的基因，被转录成对应的被转录成对应的mRNA调节基因调节基因regulation gene编码调节蛋白（阻遏物编码调节蛋白（阻遏物repressor）1、诱导、诱导 Induction Gene induction 2、阻遏、阻遏 repressionGene repression 分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏 指细胞内同时有两种分解底物存在时，利用快的那种
28、底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。末端产物阻遏末端产物阻遏 指由某代谢途径末端产物过量积累而引起的阻遏。Positive control of the lac operoncAMP receptor proteinDiauxic growth of E.coliNegative control of the trp operon3、阻尼、阻尼 attenuation 氨基酸生物合成途径中的酶的合成受相应的氨基酰-tRNA浓度的控制 当有过量的氨基酰-tRNA存在时，对于已被引发的转录，但在第一个结构基因被转录之前即终止转录。阻遏是对转录启动的控制；阻尼是对已被引发的转录实现转录终止的控
29、制 trp operon 受trp-tRNA的阻尼，受trp的阻遏4、基于、基于rRNA水平的调节水平的调节 酶的转译受rRNA形成的控制某一氨基酸缺乏PPGPP合成rRNA合成受阻核糖体水平低酶的转译减慢激活该氨基酸合成的操纵子、酶蛋白等前体 氨基酸 AA-tRNA 蛋白质 酶 核糖体(rRNA+P)ppGpp第三节第三节 微生物代谢的人工控制及其应用微生物代谢的人工控制及其应用微生物代谢的人工控制微生物代谢的人工控制代谢的人工控制：代谢的人工控制：人为地打破微生物细胞内代谢的自动调节，使细胞过量积累目的代谢产物。1.代谢控制发酵：代谢控制发酵：利用生物化学和遗传学的原理，控制培养条件，使微
30、生物代谢朝向人们希望的方向进行，过量积累代谢产物2.代谢控制育种：代谢控制育种：通过遗传变异来改变微生物的正常代谢，使某种代谢产物形成和积累代谢控制育种代谢控制育种 目的代谢产物大量累积目的代谢产物大量累积人为打破自动调节，改变代谢流向人为打破自动调节，改变代谢流向减少或切断支路产物的形成减少或切断支路产物的形成提高细胞膜的通透性提高细胞膜的通透性 减少育种的盲目性减少育种的盲目性初级代谢产物生产，成效显著初级代谢产物生产，成效显著次生代谢产物生产，效果不明显次生代谢产物生产，效果不明显代谢调控育种的措施代谢调控育种的措施 人工育种控制措施人工育种控制措施 针对细胞正常代谢时的自动调节机制针对
31、细胞正常代谢时的自动调节机制 营养缺陷型突变营养缺陷型突变 条件解除反馈调节条件解除反馈调节 条件控制膜透性条件控制膜透性 渗漏营养缺陷突变渗漏营养缺陷突变 解除反馈调节解除反馈调节 营养缺陷回复突变营养缺陷回复突变 解除反馈调节解除反馈调节 结构类似物抗性突变结构类似物抗性突变 解除反馈调节解除反馈调节(一）解除目的产物对合成途径的反馈调节-代谢控制育种1、应用营养缺陷型突变株应用营养缺陷型突变株条件条件解除反解除反馈抑制馈抑制 营养缺陷型auxotroph：因某种突变的结果而失去合成某种生长及代谢所需物质（生长因子）的能力的突变菌株。必须在培养基中补加该物质，否则不能生长。高丝氨酸脱氢酶高
32、丝氨酸脱氢酶(AK)例：高丝氨酸营养缺陷型突变株(Hser-)条件解除（Thr+Lys)对AK的协同反馈抑制 Hser-不能合成高丝氨酸，进而不能合成苏氨酸和蛋氨酸，在补给适量适量的高丝氨酸（或苏氨酸和蛋氨酸）的条件下，可大量积累赖氨酸。Hser-的筛选 野生型菌株诱变CM培养基分离挑选Hser-突变株 CM MM MM+Hser野生型 +Hser-+2、应用渗漏突变株、应用渗漏突变株(leakage mutant)解除解除反馈抑制反馈抑制例：利用利用Hserl解除（解除（Thr+Lys)对对AK的的协同反馈抑制协同反馈抑制：Hserl细胞能合成Hser，但合成的量仅能维持细胞的最低生长，胞内
33、的浓度达不到进行反馈调节的浓度。筛选：Hser-诱变 挑选在MM上生长缓慢而且菌落小的回复突变株3、应用抗反馈调节突变株解除反馈调节、应用抗反馈调节突变株解除反馈调节 （结构类似物抗性突变株）（结构类似物抗性突变株）抗反馈调节突变株：是指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型突变株，或兼而有之的突变株。结构类似物 analog（抗代谢物antimetabolite）是一种与初级代谢产物结构类似但缺乏生理功能的化合物。例1：黄色短杆菌AHVr突变株可解除Thr的反馈抑制而积累苏氨酸 Brevibacterium flavum(AK)Threonine AHV a-Amino-b-hydrox
34、yvaleric acid a-氨基-b-羟戊酸突变前 突变后 Lys AEC S-(2-Aminoethyl)-L-Cysteine例2：谷氨酸棒杆菌的(Thr+AEC)r突变株可解除（Thr+Lys)对AK的协同反馈抑制而积累Lys高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶(Thr+AEC)r抗结构类似物突变株抗结构类似物突变株(Thr+AEC)r的筛选的筛选 将诱变以后的菌悬液涂布在特定的基本培养基上（加入致死量的AEC+Thr)，在此平板上长出的菌落即为(Thr+AEC)r菌株。验证长出的突变株是否真正解除的反馈调节-过量积累Lys。其它可能出现AECr突变的情况细胞膜对AEC透性的改变细胞内出现分
35、解AEC的酶筛选突变株中常用的几种结构类似物积累的物质积累的物质 结构类似物结构类似物 Arg 刀豆氨酸 Phe 对-氟苯丙氨酸、噻恩基丙氨酸 Trp 5-甲基色氨酸、6-甲基色氨酸 Val a-氨基丁酸盐 Ile Val Met a-氨基-4-乙硫基丁酸 腺嘌呤 2,6-二氨基嘌呤 尿嘧啶 5-氟尿嘌呤关于结构类似物抗性突变株的筛选关于结构类似物抗性突变株的筛选测定致死浓度用相应的氨基酸解除反馈作用抗药性逐渐提高效果好4、应用营养缺陷型回复突变解除反馈抑制、应用营养缺陷型回复突变解除反馈抑制 营养缺陷型的机制之一酶的催化部位发生改变，失去催化活性酶的催化部位和调节部位同时改变酶的催化部位和调
36、节部位同时改变 营养缺陷型回复突变株的机制催化部位和调节部位同时发生回复突变催化部位回复但调节部位没有回复催化部位回复但调节部位没有回复 野生型 营养缺陷型 回复突变营养缺陷型回复突变解除反馈抑制营养缺陷型回复突变解除反馈抑制（二）提高细胞对目的产物的通透性（二）提高细胞对目的产物的通透性发酵工业上用的菌株对细胞透性的要求发酵工业上用的菌株对细胞透性的要求 容许营养物质进入细胞 对中间产物的透性不大 目的产物形成后可以尽快透过细胞膜进入环境1、应用营养缺陷型突变株条件控制细胞膜、应用营养缺陷型突变株条件控制细胞膜的透性的透性-代谢控制育种代谢控制育种例：C.glutamicum的谷氨酸发酵，细
37、胞膜对产物的通透性不好，从而影响产物的分泌和积累。生物素缺陷型突变株（VH-）：添加亚适量亚适量的生物素：减弱脂肪酸的合成，提高膜的透性 油酸缺陷型突变株：限量限量添加油酸可提高膜的对谷氨酸的透性2、控制细胞壁的生物合成，提高细胞对目、控制细胞壁的生物合成，提高细胞对目的产物的透性的产物的透性-代谢控制发酵代谢控制发酵 例：谷氨酸发酵中添加亚致死量亚致死量的青霉素：部分抑制肽聚糖的合成，造成细胞壁的不完全合成，使细胞对谷氨酸的透性加大。如：生物素，油酸，青霉素等如：生物素，油酸，青霉素等（三）添加前体绕过调节点（三）添加前体绕过调节点-代谢控制发酵 D A B C E F通过添加C，可大量积累D
