chap5-微生物的新陳代謝-資料下載頁(yè)
2025-01-06 14:20本頁(yè)面
【正文】 第五節(jié) 微生物代謝與生產(chǎn)實(shí)踐 1． 發(fā)酵條件的控制 人們通過(guò)對(duì)微生物菌種營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)條件的控制生產(chǎn)所要的目的產(chǎn)品 : 1） 培養(yǎng)條件 ：溫度、 pH值、滲透壓的控制； 2） 營(yíng)養(yǎng)成分 的控制：葡萄糖濃度、碳氮比、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)離子等； 3） 溶解氧 的控制：通氣量，攪拌等。 2．代謝調(diào)節(jié)的控制 （ 1）應(yīng)用營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株以解除正常的反饋調(diào)節(jié) 賴氨酸發(fā)酵 —— （高絲氨酸缺陷型菌株） 在這個(gè)代謝工程的設(shè)計(jì)中，是利用阻斷分支途徑的高絲氨酸的合成，來(lái)解除(Lys+Thr)的反饋調(diào)節(jié)。即造成高絲氨酸缺陷型(Hser一 )，就可解除末端產(chǎn)物對(duì)限速酶的反饋抑制。 選育 細(xì)胞膜缺損突變株 —— 油酸缺陷型、甘油缺陷型，或生物素缺陷型 利用油酸缺陷型菌株 ， 限量添加油酸 ， 限制細(xì)胞膜磷脂中不飽和脂肪酸的合成而使細(xì)胞膜缺損 ， 利于代謝產(chǎn)物滲漏而提高谷氨酸的產(chǎn)量 。 生物素缺陷型原理 在脂肪酸生物合成途徑中 ， 由乙酰輔酶 A羧化成丙二酸單酰輔酶 A的反應(yīng)是一個(gè)限速步驟 ， 該反應(yīng)由乙酰輔酶 A羧化酶系催化 ， 包括生物素羧化酶 ， 羧基轉(zhuǎn)移酶和生物素羧基載體蛋白 CCP， 并且需要生物素作輔酶 。 選育生物素營(yíng)養(yǎng)缺陷型菌株 ， 使細(xì)胞中的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的合成受阻 ，從而影響到磷脂的合成 。 在培養(yǎng)時(shí)限量添加生物素或含生物素的原料 ， 可以控制膜的厚度來(lái)調(diào)節(jié)透性 。 （ 2） 應(yīng)用抗反饋調(diào)節(jié)的突變株解除反饋調(diào)節(jié) 抗反饋調(diào)節(jié)突變菌株 ， 就是指一種對(duì)反饋抑制不敏感或?qū)ψ瓒粲锌剐缘慕M成型菌株 ，或兼而有之的菌株 。 在這類菌株中 ， 因其反饋抑制或阻遏已解除 ， 或是反饋抑制和阻遏已同時(shí)解除 ， 所以能分泌大量的末端代謝產(chǎn)物 。 如Corynebacteriumcrenatum(鈍齒棒桿菌 )的抗 α 氨基 β 羥基戊酸 （ AHV） 菌株能積累蘇氨酸 。 3．微生物代謝與代謝工程 近年來(lái) ， 基因工程的不斷發(fā)展 ， 也為微生物代謝在發(fā)酵生產(chǎn)的應(yīng)用提供了新的方法 。 人們通過(guò)分子生物學(xué)技術(shù)和 DNA重組技術(shù) , 可以定向地對(duì)細(xì)胞代謝途徑進(jìn)行修飾或引入新的反應(yīng) ， 以改進(jìn)產(chǎn)物的生成或改變細(xì)胞的代謝特性 。 但這些改進(jìn)都是與微生物的基因調(diào)控和代謝調(diào)控及生化工程相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)的 。 利用 DNA重組技術(shù)改變微生物代謝流 ， 擴(kuò)展和構(gòu)建新的代謝途徑 ， 或通過(guò)關(guān)聯(lián)酶將兩個(gè)代謝途徑連接形成新的的代謝流的研究 ， 取得了令人矚目的進(jìn)展 。 1) 克隆來(lái)自細(xì)菌的木糖異構(gòu)酶基因 ， 2) 克隆來(lái)自柄狀畢赤酵母 （ Pichia stipitis） 的木糖還原酶和木糖醇脫氫酶基因 。 引入木糖代謝途徑 （戊糖代謝生產(chǎn)乙醇的代謝工程） — 酵母菌 Saccharomyces的代謝工程 二 、 微生物代謝活性的利用 1． 生物轉(zhuǎn)化 生物轉(zhuǎn)化 是指利用生物體代謝過(guò)程中產(chǎn)生的酶使底物進(jìn)行有機(jī)反應(yīng) 。 生物轉(zhuǎn)化一般采用微生物細(xì)胞或微生物酶作催化劑 ， 故又稱作 微生物轉(zhuǎn)化 。 微生物轉(zhuǎn)化 的一個(gè)重要領(lǐng)域是手性化合物的合成與拆分 。 主要應(yīng)用在 藥物 、 香料 ， 殺蟲劑 、 殺菌劑 ， 除草劑 ， 昆蟲激素等方面 。 如 ， 光學(xué)活性的 R和 L4氯 3羥基 — 丁酸乙酯（ R和 SCHBE） 是制備各種光學(xué)活性化合物的基本原料 ， 如L肉毒堿 （ R型 ） ， 3羥基 3甲基戊二酰 （ HMG） CoA還原酶抑制劑和 1， 4二氫吡啶 型的 阻斷劑 （ L型 ） 。 2．微生物降解秸桿 秸稈成分中的纖維素和半纖維素能夠被草食動(dòng)物的瘤胃微生物充分降解利用 ， 但由于木質(zhì)素和纖維素之間鑲嵌在一起形成堅(jiān)固的酯鍵 ， 阻礙了瘤胃微生物對(duì)纖維素的降解 ， 導(dǎo)致秸稈消化率低 。 因此提高秸稈消化率的關(guān)鍵是降解木質(zhì)素 ， 打斷酯鍵 。 英國(guó) Aston大學(xué)最近從秸稈堆中分離出一種 白腐真菌 ， 這種微生物只降解木質(zhì)素 ， 不降解纖維素 ， 用作處理秸稈 ， 可使秸稈的體外消化率從 %提高到 %。 白腐真菌分解木質(zhì)素的機(jī)理是 ：在適宜的條件下 ， 白腐真菌的菌絲首先用其分泌的超纖維氧化酶溶解表面的蠟質(zhì) ， 然后菌絲進(jìn)入秸稈內(nèi)部 ， 并產(chǎn)生纖維素酶 、 半纖維素酶 、 內(nèi)切聚糖酶 、 外切聚糖酶 ， 降解秸稈中的木質(zhì)素和纖維素 ， 使其成為含有酶的糖類 ， 從而使秸稈變得香甜可口 ， 易于消化吸收 。 3．微生物冶金、采油 人類利用具有 氧化硫化物礦中的硫和硫化物能力的微生物將硫化礦中的重金屬通過(guò)轉(zhuǎn)化成高度水溶性的重金屬硫酸鹽而從低品位礦中浸出來(lái) 生產(chǎn)黃金 。 如，氧化亞鐵硫桿菌 (Thiobacillus ferooxidans)的氧化作用可從金礦石中除去硫、砷，浸提黃金，如果用化學(xué)方法浸提金的話，其得率不到 70％； 俄羅斯科學(xué)家使用多種適于在 石油 中生存的 微生物 ，將其與催化劑一同置于采油管內(nèi)，這些微生物新陳代謝的產(chǎn)物可以大大 增強(qiáng)石油的流動(dòng)性 ，從而 提高采油率 ，而不會(huì)影響石油的質(zhì)量。 4．生物降解 迄今為止 ,已知的環(huán)境污染物達(dá)數(shù)十萬(wàn)種之多，其中大量的是有機(jī)物。由于微生物的代謝類型極其多樣，作為一個(gè)整體， 微生物分解有機(jī)物的能力是驚人的。可以說(shuō)，凡自然界存在的有機(jī)物，幾乎都能被微生物所分解。 我們可從中 篩選 出一些 污染物的高效降解菌 。更可利用這一原理定向馴化、選出污染物的高效降解菌，以使不可降解的或難降解的污染物，轉(zhuǎn)變?yōu)槟芙到獾?，甚至能使它們迅速、高效地去除?
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