【文章內(nèi)容簡介】 氮素同化發(fā)酵，而且它還會抑制 Glu生成的逆反應(yīng)，因此當(dāng) NH4+存在時，葡萄糖的消耗速度 很快， Glu的生成很高；但是當(dāng)生物素充足時， NH4+幾乎 不影響糖代謝。216。 Glu生產(chǎn)菌大多是生物素缺陷型，發(fā)酵時控制生物素亞適 量，使細胞變形拉長，改變了細胞膜的通透性引起代謝失 調(diào)使 Glu得以積累。216。 生物素貧乏時，細胞內(nèi)的 Glu含量少而且容易析出，而培養(yǎng) 基中積累大量的 Glu；生物素豐富時，培養(yǎng)基中幾乎不積 累 Glu，而細胞內(nèi)卻含有大量的 Glu，且不易被析出。 這說明生物素對細胞膜通透性有重要影響。216。 谷氨酸高產(chǎn)菌模型特征252。 喪失或有微弱的 ?酮戊二酸脫氫酶 活力，使 ?酮戊二酸不能繼續(xù)氧化脫羧 生成琥珀酰 CoA和琥珀酸 （琥珀酸 延胡索酸 蘋果酸 草酰乙酸）；252。 CO2固定能力強，使四碳二羧酸全部由 CO2固定反應(yīng)提供，而不走乙醛酸 循環(huán)；252。 谷氨酸脫氫酶的活力很強 ，并喪失谷氨酸對谷氨酸脫氫酶的反饋抑制和 反饋阻遏，同時， NADPH2再氧化能力弱，這會使 ?酮戊二酸到琥珀酸 的過程受阻；252。 有過量的 NH4+ 存在， ?酮戊二酸經(jīng)氧化還原共軛氨基化反應(yīng)而生成 谷氨酸卻不形成蛋白質(zhì)，從而分泌泄漏于菌體外；252。 同時，谷氨酸生產(chǎn)菌應(yīng)不利用體外的谷氨酸，使谷氨酸成為最終產(chǎn)物。核苷酸p代謝調(diào)控機制一、核苷酸的生物合成途徑1. 嘌呤核苷酸的全合成途徑（ “從無到有 ”途徑）IMP－肌苷酸 （次黃嘌呤核苷一磷酸）SAICAR 5氨基 (N琥珀基 )代氨甲酰咪唑核苷酸AMP－腺苷酸 （腺嘌呤核苷一磷酸）GMP 鳥苷酸 AICAR 5氨基 4氨甲酰咪唑核苷酸XMP 黃苷酸 （黃嘌呤核苷一磷酸）PRPP 磷酸核糖焦磷酸 SAMP 腺苷琥珀酸PRA 5磷酸核糖胺嘌呤核苷酸的全合成途徑 (1) —— 539。 IMP 的生成（ “從無到有 ”）嘌呤核苷酸的全合成途徑 (2) —— AMP 和 GMP的互變（枯草芽孢桿菌）各種微生物合成 IMP 的途徑是一樣的，但是從 IMP分別生成AMP和 GMP的途徑是不同的。從 IMP開始，252。 枯草桿菌 以 IMP為中心分出兩條環(huán)形路線，由此 AMP與GMP可以互相轉(zhuǎn)換；252。 產(chǎn)黃短桿菌 分出的兩條路線不是環(huán)形，而是單項分支的，AMP與 GMP不能互相轉(zhuǎn)換?？莶輻U菌的嘌呤核苷酸生物合成途徑琥珀酰腺苷酸 黃苷酸肌苷酸腺苷酸鳥苷酸（ 5胺基 4氨甲酰咪唑核苷酸）（ 5胺基 4（ N琥珀基） 代氨甲酰咪唑核苷酸）（ 5磷酸核糖胺）（磷酸核糖焦磷酸）葡萄糖 →→→5 磷酸核糖 →產(chǎn)黃短桿菌的嘌呤核苷酸生物合成途徑2. 嘧啶核苷酸的全合成途徑（略）3. 核苷酸生物合成的補救途徑當(dāng)全合成受阻時，微生物可從培養(yǎng)基中取得完整的嘌呤或嘧啶，和戊糖、磷酸通過酶的作用直接合成單核苷酸，稱為 “補救途徑 ”。嘌呤堿基、核苷和核苷酸之間能通過分段合成互相轉(zhuǎn)變其中最重要的反應(yīng)是： 堿基 + PRPP 539。 核苷酸 + PPi核苷酸焦磷酸化酶嘌呤核苷酸的補救合成途徑—— 嘌呤堿基、核苷和核苷酸的相互轉(zhuǎn)換二、嘌呤核苷酸的代謝調(diào)節(jié)機制 （枯草桿菌型）AMP脫氨酶SAMP裂解酶 SAMP合成酶GMP還原酶 XMP氨化酶IMP脫氫酶IMP合成系的代謝控制及嘌呤核苷酸互變的代謝控制216。 如果同時添加這兩類嘌呤核苷酸（ GMP+AMP 或IMP+ADP），抑制作用就會相乘的提高，這種現(xiàn)象叫做 “合作終產(chǎn)物抑制 ”。216。 嘌呤核苷酸可以分為 GMP、 IMP等 6羥基嘌呤核苷酸與ADP、 AMP等的 6氨基嘌呤核苷酸兩類。216。 以 IMP為中心的兩個循環(huán)，各個反應(yīng)是不可逆的。216。 IMP脫氫酶受 GMP的反饋抑制，也被 GMP阻遏； GMP還原酶受 ATP的反饋抑制；216。 同樣的， AMP抑制 SAMP合成酶， GTP抑制 AMP脫氨酶。216。 SAMP→AMP 反應(yīng)的供能體為 GTP， XMP→GMP 反應(yīng)的供能體為 ATP。252。 根據(jù)上述調(diào)節(jié)機制，當(dāng)細胞中的 GMP水平提高到一定程度時，從 IMP的代謝流就自動地轉(zhuǎn)向 AMP方面；反之，當(dāng)細胞的 AMP水平高到一定程度時，從 IMP的代謝流就自動地轉(zhuǎn)向 GMP方面。252。另一方面，核苷酸的代謝也與組氨酸的生物合成有關(guān)：252。AICAR→ IMP→ AMP→ ATP→ PRATP→ AICAR形成一個循環(huán)，由 PRATP經(jīng)咪唑甘油磷酸生成組氨酸。假如組氨酸過剩，則不走此途徑。三、肌苷和肌苷酸高產(chǎn)菌的選育模型1）切斷兩條支路代謝，選育腺嘌呤缺陷型（ Ade－ ）和黃 嘌呤缺陷型（ Xan－）的雙重缺陷型突變株；2）通過限量腺嘌呤和鳥嘌呤來解除腺嘌呤系和鳥嘌呤系化合物對 IMP 生物合成的酶的反饋抑制；3）進一步選育抗腺嘌呤、鳥嘌呤類似物和（或）抗磺胺劑突變株，從遺傳上解除正常代謝控制；（選育抗性突變株時，應(yīng)采用喪失腺嘌呤脫氫酶 dea－ 的菌株為出發(fā)菌株）216。 模型：Ade－ + Xa－ + dea－ + GMPred－ + 8AGr（或 8AXr、 ARr） + SGr + NP－ + ARr + Smr （符號見《微生物工程工藝原理》 ）4）選育 Mn2+脫敏突變株（ MnINS），或控制培養(yǎng)基中 Mn2+的濃度，解除細胞膜滲透型障礙。5）生產(chǎn)肌苷時，肌苷酸酶活性要強，而肌苷酸化酶要越弱越好，以使生成的肌苷不再分解。q 肌苷酸發(fā)酵機制216。 5IMP發(fā)酵應(yīng)具備的條件：252。 選擇肌苷酸酶弱或喪失的出發(fā)菌株；252。 切斷 IMP向下的兩條支路，使 IMP大量生成和積累；252。 選育結(jié)構(gòu)類似物雙重抗性突變株；252。 限量添加 Mn2+，解除細胞膜滲透型障礙。q鳥苷酸發(fā)酵機制 (討論 )檸檬酸 ： 1978年產(chǎn)量 ， 1996年為 ，產(chǎn)量增長 51倍， 產(chǎn)值增加 。 2023年全國檸檬酸總產(chǎn)量突破 40萬噸。 　檸檬酸2023年，檸檬酸出口量為 26萬噸，檸檬酸鈉出口量為 2 .58萬噸，其中 檸檬酸及鹽創(chuàng)匯約 13521萬美 元 ，成為我國食品行業(yè)中新興的創(chuàng)匯超億美元的單項產(chǎn)品。p 檸檬酸發(fā)酵1. 檸檬酸的生物合成途徑生產(chǎn)菌種：黑曲霉 代謝途徑： EMP、 HMP、 TCA循環(huán)、 DCA循環(huán)252。 黑曲霉存在以上代謝途徑的酶系，檸檬酸的生物合成途徑如下圖所示。u研究表明u 黑曲霉在生長期和產(chǎn)酸期都存在 EMP和 HMP代謝，說明 葡萄糖的降解是通過兩條途徑共同完成的。u 生長期： EMP︰ HMP為 2︰ 1u 產(chǎn)酸期： EMP︰ HMP為 4︰ 1u 生長期還需要 HMP途徑提供合成核酸等所需前體物質(zhì)u 產(chǎn)酸期葡萄糖主要通過 EMP途徑降解，能獲得較高的糖酸轉(zhuǎn)化率 u 產(chǎn)酸階段 ， TCA循環(huán)和 DCA循環(huán)均被阻斷或減弱。因此， 合成檸檬酸所需的草酰乙酸必須由三碳羧酸 (丙酮酸 )來提供2. 黑曲霉合成檸檬酸的代謝調(diào)控檸檬酸是 TCA循環(huán)中的一員，又是糖代謝的一個重要調(diào)節(jié)因子，它是EMP途徑中第一個調(diào)節(jié)酶磷酸果糖激酶 (PFK) 的抑制物。在正常細胞內(nèi)，一般不會積累檸檬酸，只有檸檬酸產(chǎn)生菌才能積累大量檸檬酸。PFK的抑制和激活檸檬酸ATPPFKNH4+2， 6二磷酸果糖Pi， AMP– ＋3. 檸檬酸高產(chǎn)菌模型特征（ 1）設(shè)法消除對 PFK的抑制作用，確保 EMP途徑的暢通。（ 2） TCA循環(huán)中與檸檬酸合成關(guān)系密切的酶有：丙酮酸既能脫羧形成乙酰 CoA，又能在丙酮酸羧