【文章內容簡介】 現(xiàn)代方法161。 定向育種 結構類似物抗性株選育 所謂結構類似物（又稱代謝拮抗物）是指那些在結構上和代謝終產物（氨基酸、嘌呤、維生素等）相似的物質。 如：異煙肼（ “雷米封 ”）是吡哆醇的結構類似物， 利用含異煙肼梯度平板篩選異煙肼抗性突變株，可達到定向培育吡哆醇高產突變株的目的。 為什么在篩選突變株時 ,不能直接用代謝產物 ,而必須用其結構類似物 ?161。 — 營養(yǎng)缺陷型的選育161。 野生型菌株經(jīng)誘變劑處理后，由于發(fā)生了喪失某種酶合成能力的突變，因而只能在加有該酶合成產物的培養(yǎng)基中才能生長的突變菌株（主要指合成維生素、氨基酸及嘌呤、嘧啶的能力）。161。 營養(yǎng)缺陷型切斷一些相關的代謝流，消除了協(xié)同控制機制，可以過量積累特定氨基酸。161。 利用營養(yǎng)缺陷型菌株生產時，營養(yǎng)缺陷物質的添加量一般在亞適量水平，否則引起反饋抑制。161。 目前，營養(yǎng)缺陷型和抗結構類似物育種常聯(lián)合161。 — 滲漏缺陷型的選育161。 通過誘變，使分支代謝途徑中優(yōu)先合成途徑中高活性的酶活性降低，代謝流轉換進入非優(yōu)先合成的途徑，使其終產物氨基酸過量積累。161。 如下圖，賴氨酸合成中， 如果降低高絲氨酸脫氫酶活性，則優(yōu)先合成賴氨酸。O琥珀酸高絲氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸 β半醛高絲氨酸二氫吡啶 2， 6二羧酸賴氨酸高絲氨酸磷酸蘇氨酸蛋氨酸異亮氨酸優(yōu)先合成 反饋抑制 阻遏①②③④⑤161。 161。 通過誘變，選育出在低溫條件下能正常生長，而在高溫條件下不能生長的菌株，稱為溫度敏感突變株。這是因為突變株基因發(fā)生轉換或顛轉，編譯的酶對溫度敏感，在高溫時成為營養(yǎng)缺陷型。161。 161。 把合成的氨基酸盡快排出細胞外，預防反饋抑制，大量合成氨基酸。如 、生物素缺陷型、 油酸缺陷型和甘油缺陷型。 氨基酸本身的合成在不同生物體中，有較大的差異，然而許多氨基酸的合成途徑在不同生物體中也有共同之處。 按照起始物可將氨基酸的合成分成幾個家族： ㈠ 谷氨酸族 （ α 酮戊二酸族） 包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、賴氨酸和脯氨酸； ㈡ 丙酮酸族 包括：丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸； ㈢ 天冬氨酸族 （草酰乙酸族） 包括：天冬氨酸、天冬酰胺、蛋氨酸、蘇氨酸和異亮氨酸； ㈣ 磷酸甘油酸族 包括：甘氨酸、絲氨酸和半胱氨酸； ㈤ 芳香族 包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸； 另外，組氨酸的合成為單獨的一條途徑。氨基酸的生物合成 谷氨酸的生物合成途徑與代謝調節(jié)161。 生產谷氨酸的主要菌株161。 生成谷氨酸的主要酶反應161。 谷氨酸生物合成的理想途徑161。 谷氨酸發(fā)酵的代謝途徑 Glu發(fā)酵常用菌種 谷氨酸棒桿菌 () 北京棒桿菌 ( ) 黃色短桿菌 (Brevibacterium flavum) 乳糖發(fā)酵短桿菌 ()谷氨酸發(fā)酵的代謝途徑161。 生成的丙 酮 酸，一部分在丙 酮 酸脫氫 酶 系的作用下氧化脫 羧 生成乙 酰CoA，另一部分 經(jīng) CO2固定反 應 生成草 酰 乙酸或蘋果酸，催化 CO2固定反 應 的 酶 有丙 酮 酸 羧 化 酶 、蘋果酸 酶 和磷酸 烯 醇式丙 酮 酸 羧 化 酶 。161。 草 酰 乙酸與乙 酰 CoA在 檸 檬酸合成酶 催化作用下， 縮 合成 檸 檬酸， 進入三 羧 酸循 環(huán) ， 檸 檬酸在 順烏頭 酸酶 的作用下生成異 檸 檬酸，異 檸 檬酸再在異 檸 檬酸脫 氫 酶 的作用下生成 α酮 戊二酸， α酮 戊二酸是谷氨酸合成的直接前體 。161。 α酮 戊二酸在谷氨酸脫 氫 酶 作用下經(jīng)還 原氨基化反 應 生成谷氨酸CO2固定 酶系活力 強Citrate synthase, Aconitase, ICDH, GDH酶 活力 強乙 醛 酸循 環(huán) 弱異 檸 檬酸裂解 酶活力欠缺或微弱α酮 戊二酸氧化能力缺失或微弱谷氨酸脫 氫 酶 能力 強l控制谷氨酸合成的重要措施l乙 醛 酸循 環(huán) 的作用谷氨酸發(fā)酵的代謝途徑? 乙醛酸循環(huán)途徑可看作三羧酸循環(huán)的支路和中間產物的補給途徑? 在菌體生長期之后，進入谷氨酸生成期，為了大量生成、積累谷氨酸 ，最好沒有異檸檬酸裂解酶催化反應，封閉乙醛酸循環(huán)2 谷氨酸生物合成的調節(jié)機制161。 優(yōu)先合成與反饋調節(jié)161。 生物素的調節(jié)作用l優(yōu) 先合成 谷氨酸比天冬氨酸優(yōu)先合成，谷氨酸合成過量后，就會抑制和阻遏自身的合成途徑，使代謝轉向合成天冬氨酸l檸 檬酸合成 酶 的 調節(jié) 檸檬酸合成酶是三羧酸循環(huán)的關鍵酶，除受能荷調節(jié)外，還受谷氨酸的反饋阻遏和順烏頭酸的反饋抑制（ 1）優(yōu)先合成與反饋調節(jié)lα酮 戊二酸脫 氫 酶 的 調節(jié)在谷氨酸產生菌中， α酮戊二酸脫氫酶活性微弱l谷氨酸脫 氫 酶 的 調節(jié)216。 谷氨酸對谷氨酸脫氫酶存在著反饋抑制和反饋阻遏216。 α酮戊二酸合成后由于 α酮戊二酸脫氫酶活性微弱，谷氨酸脫氫酶的活力很強，故優(yōu)先合成谷氨酸Glc丙酮酸草酰乙酸CO2天門冬氨酸（Asp）ACcoACO2羧化酶檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸α酮戊二酸Glu反饋抑制谷氨酸 脫氫酶α酮戊二酸 脫氫酶合成酶反饋阻遏161。 Glu產生菌主要生理生化特性 需氧，生物素缺陷型 bio,有乙醛酸循環(huán)，羧化酶活性強（ bio作為輔酶） 檸檬酸、異檸檬酸、谷氨酸脫氫酶活性高， Glu合成中存在正常反饋阻遏和反饋抑制。菌體細胞膜通透性差，不利于 Glu胞外分泌。（ 2）生物素對代謝的調控作用l 生物素對 CO2固定反應的影響 生物素是丙酮酸羧化酶的輔酶，參與 CO2固定反應，據(jù)報道，生物素大過量時（ 100?g/L以上）， CO2固定反應可提高 30%。l 生物素對糖代謝速率的影響 生物素充足條件下，丙酮酸以后的氧化活性雖然也有提高，但由于糖降解速率顯著提高，打破了糖降解速率與丙酮酸氧化速率之間的平衡，丙酮酸趨于生成乳酸的反應，因而會引起乳酸的溢出l 生物素對乙醛酸循環(huán)的影響 乙醛酸循環(huán)的關鍵酶異檸檬酸裂解酶