谷氨酸發(fā)酵ppt課件-資料下載頁
2025-01-15 12:28本頁面
【正文】 脂肪酸生物合成能力，必須由外界供給油酸，才能生長。故油酸含量的多少，直接影響到磷脂合成量的多少和細(xì)胞膜的通透性；通過控制油酸亞適量，使磷脂合成量減少到正常量的 1/2左右時(shí)，細(xì)胞變形，谷氨酸分泌于細(xì)胞外。 ② 控制的關(guān)鍵：對油酸缺陷突變株的谷氨酸產(chǎn)生菌來說，最重要的因素是細(xì)胞內(nèi)的油酸含量，必須控制油酸亞適量，而細(xì)胞內(nèi)生物素、棕櫚酸等飽和脂肪酸的含量多少卻影響甚微。若油酸過量時(shí)，則只長菌不產(chǎn)酸或長菌好產(chǎn)酸少；只有在油酸亞適量的條件下，當(dāng)油酸耗盡后，谷氨酸菌經(jīng)再度倍增，發(fā)生細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能上的特異性變化，除去谷氨酸向膜外漏出的滲透障礙物，谷氨酸才能高產(chǎn)。 (4) 甘油缺陷型 使用甘油缺陷型菌株進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵，通過限制發(fā)酵培養(yǎng)基中甘油的濃度而控制磷脂的合成。 ① 作用機(jī)制：甘油缺陷突變株的遺傳阻礙是喪失 L甘油 3磷酸 : NADP氧化還原酶，所以自身不能合成 α磷酸甘油和磷脂，必須由外界供給甘油才能生長。在甘油限量供應(yīng)下，由于控制了細(xì)胞膜中與滲透性有直接關(guān)系的磷脂含量，從而使谷氨酸得以積累。 ② 控制的關(guān)鍵：使用甘油缺陷型菌株，為了高產(chǎn)谷氨酸，必須控制添加亞適量的甘油或甘油衍生物 (添加 ％ )。對于甘油缺陷型菌株，其細(xì)胞內(nèi)的磷脂可以由添加甘油的數(shù)量來調(diào)節(jié)，添加甘油過少，菌株生長不好，數(shù)量不夠，周期長，產(chǎn)酸低；甘油過量，磷脂合成正常，只長菌不產(chǎn)酸或長菌好產(chǎn)酸低； 表 22 硫胺素、生物素或油酸對磷脂和谷氨酸的影響 菌株 添加量 /(mg/L) 磷脂量 (mg/g干細(xì)胞 ) 谷氨酸量 (mg/mL) №314 GL21 GL21 GL21 GL21 不加 不加 硫胺素 () 生物素 () 油 酸 (500) 注：溶烷棒桿菌 GL21，亞適量供給甘油 (200μg /mL)。 只有控制甘油亞適量時(shí)，開始菌體正常生長，當(dāng)甘油耗盡以后，通過再度增殖，細(xì)菌變形，細(xì)胞磷脂含量降為親株的50％以下 (見表 22)，從而破壞了細(xì)胞膜對谷氨酸的滲透障礙，使谷氨酸向膜外滲透。由于谷氨酸向胞外漏出，致使胞內(nèi)谷氨酸濃度降低，就解除了谷氨酸對自身合成的反饋調(diào)節(jié)，細(xì)胞內(nèi)繼續(xù)優(yōu)先合成谷氨酸，不斷地合成，又不斷地分泌于發(fā)酵液中，使谷氨酸得以大量積累。 (5) 溫度敏感突變株 溫度敏感突變株是通過誘變得到的在低溫下生長，而在高溫下卻不能生長繁殖的突變株。利用溫度敏感突變株進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵時(shí)，由于僅控制溫度就能實(shí)現(xiàn)谷氨酸生產(chǎn)，所以又把這種新工藝稱為物理控制方法。 ① 作用機(jī)制：溫度敏感突變株的突變位置是發(fā)生在與谷氨酸分泌有密切關(guān)系的細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)基因上，發(fā)生堿基的轉(zhuǎn)換或顛換，這樣為基因所指導(dǎo)釋出的酶，在高溫時(shí)失活，導(dǎo)致細(xì)胞膜某些結(jié)構(gòu)的改變。 ② 控制的關(guān)鍵：利用溫度敏感突變株進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵時(shí)，在生長的什么階段轉(zhuǎn)換溫度是影響產(chǎn)酸的關(guān)鍵。必須控制好溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間 (由 30℃ 提高到 38℃ 的時(shí)間 )，并且要在溫度轉(zhuǎn)換之后菌體進(jìn)行適度的剩余生長。溫度轉(zhuǎn)換的最適時(shí)間，因菌株、接種量、培養(yǎng)基組成和發(fā)酵條件而異。轉(zhuǎn)換時(shí)間不同，產(chǎn)酸顯著變化。在溫度轉(zhuǎn)換之后，必須進(jìn)行適度地剩余生長，完成從谷氨酸非積累型細(xì)胞向谷氨酸積累型細(xì)胞的轉(zhuǎn)變。剩余生長太多，意味著細(xì)胞未能進(jìn)行有效的生理學(xué)變化；剩余生長太少，意味著細(xì)胞沒有機(jī)會(huì)完成這種轉(zhuǎn)變。 使用典型的溫度敏感突變株 1021發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時(shí)，通過控制發(fā)酵溫度，在生長的適當(dāng)階段將發(fā)酵溫度由 33℃ 提高到38℃ ，可在生物素過量的發(fā)酵培養(yǎng)基（糖蜜培養(yǎng)基）中，產(chǎn)生 150g/L谷氨酸，對糖的轉(zhuǎn)化率大于 62％。因此，發(fā)酵工藝在發(fā)酵期間僅需控制溫度，而不需添加表面活性劑等化學(xué)物質(zhì)，就能在富含生物素的天然培養(yǎng)基中高產(chǎn)谷氨酸。 控制細(xì)胞壁的合成 通過控制細(xì)胞壁的合成，形成不完全的細(xì)胞壁，進(jìn)而導(dǎo)致形成不完全的細(xì)胞膜，間接控制細(xì)胞膜通透性。這可以通過在發(fā)酵對數(shù)生長期的早期，添加青霉素或頭孢霉素 C等抗生素來實(shí)現(xiàn)。 (1)作用機(jī)制 添加青霉素是抑制谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞壁的后期合成，主要是抑制肽聚糖轉(zhuǎn)肽酶，影響細(xì)胞壁肽聚糖的合成。因?yàn)榍嗝顾氐慕Y(jié)構(gòu)與谷氨酸產(chǎn)生菌所特有的糖肽 DAlaDAla末端結(jié)構(gòu)相似，因而它取代合成糖肽的底物而與酶活性中心結(jié)合，使五肽末端丙氨酸不能被轉(zhuǎn)肽酶移去，因此交聯(lián)不能形成，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接不起來，結(jié)果造成不完全的細(xì)胞壁，使細(xì)胞壁處于無保護(hù)狀態(tài)，又由于膜內(nèi)外滲透壓差，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞膜物理損傷，增大了谷氨酸向胞外滲透性。 (2) 控制的關(guān)鍵 在生長的什么階段添加青霉素或頭孢霉素是影響產(chǎn)酸的關(guān)鍵。必須要在增殖過程中適當(dāng)時(shí)期添加，并且必須在添加后再進(jìn)行一定的增殖。一般應(yīng)考慮在接種后，開始進(jìn)入對數(shù)生長期的早期(3～ 6h)添加，添加青霉素或頭孢霉素的時(shí)間與濃度，因菌種、接種量、培養(yǎng)基的組成及發(fā)酵條件而異。發(fā)酵過程中還要根據(jù)菌體形態(tài)、產(chǎn)酸、 OD值、耗糖等變化情況，確定是否補(bǔ)加、補(bǔ)加的時(shí)間與濃度。加入青霉素或頭孢霉素后，進(jìn)而在菌體再度倍增期間使新增殖的細(xì)胞沒有充足的細(xì)胞壁合成，菌體形態(tài)急劇變化，多呈現(xiàn)伸張、膨潤的形態(tài)，完成從谷氨酸非積累型細(xì)胞向谷氨酸積累型細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，此轉(zhuǎn)移期是非常重要的。
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