工业微生物代谢控制育种.ppt

三、反馈阻遏与反馈抑制的比较 类型 项目 反馈阻遏 反馈抑制 调控对象 调控开关 调控的水平 调控方式 调控动作 形成的控制 调控反应速度 酶的合成 终产物浓度 DNA—mRNA—酶蛋白（转录水平） 终产物与阻遏蛋白亲和力 阻遏蛋白与操纵基因结合,不能合成mRNA 开、关控制 迟缓、粗的控制 酶的活性 终产物浓度 酶蛋白的构象变化 终产物与变构部位亲和力 通过变构效应,酶的构象变化 控制酶活性的大小 迅速、精确的控制 第二十九页，共六十三页，2022年，8月28日 第三节 次级代谢的调节控制 1. 细胞生长期到抗生素产生期的过渡 在细胞生长期，负责次级代谢产物合成的酶处于抑制或阻遏状态，进入稳定期，这些酶便开始被激活或被合成（解除阻遏作用的原因是多方面的）。 (1)一种诱导因子在生长期末积累或从外源加入以解除生产期的阻遏作用。 (2)初级代谢的终产物对次级代谢途径的反馈阻遏作用，当终产物耗尽后，受阻遏的基因就被解除阻遏。 (3)在一种易被利用的糖源中生长，其分解代谢物对抗生素合成有阻遏作用，当这些阻遏剂被利用后，便解除了阻遏作用。 第三十页，共六十三页，2022年，8月28日 2. 酶的诱导作用 在细胞营养期一般不出现催化次级代谢的酶，在稳定期发生了次级代谢酶的诱导或解阻遏而生成。如色氨酸（或其类似物）刺激麦角菌诱导合成麦角灵生物碱；蛋氨酸刺激顶头孢霉生物合成头孢菌素C。 (4)抗生素合成途径受高能化合物的阻遏，当ATP形成减少后，阻遏作用随即解除。 (5)在生长期，RNA聚合酶只能启动生长期基因的转录作用，它不能附着在生产期操纵的促进子的位置上，结果次级代谢途径的酶合成受阻遏；当生长停止后，酶的结构改变，允许RNA聚合酶启动生产期基因的转录作用，负责抗生素合成的酶开始生成。 第三十一页，共六十三页，2022年，8月28日 3. 分解代谢产物的调节控制 葡萄糖效应（分解产物阻遏）：在含有葡萄糖和第二种碳源的培养基中，葡萄糖首先被利用，抑制抗生素的生物合成，只有在葡萄糖耗尽时，利用第二种碳源（如半乳糖）所需的酶开始合成，并解除对抗生素生物合成的抑制。此外，甘露糖、甘油也呈现明显的阻遏作用。 第三十二页，共六十三页，2022年，8月28日 4. 磷酸盐的调节 高浓度磷酸盐对许多抗生素合成具有阻遏和抑制作用。高浓度磷酸盐只长菌体而不合成抗生素；但磷酸盐太少时，菌体生长不够，也不利于合成抗生素。因此，发酵工艺上要严格控制“亚适量”的磷酸盐浓度。 5. NH4＋的抑制作用 在抗生素发酵中，供给高浓度的容易被利用的无机氨态氮或其他迅速被利用的氮源，由于它们促进生长，而强烈抑制抗生素的合成。 第三十三页，共六十三页，2022年，8月28日 6. 初级代谢调节对次级代谢的作用 许多次级代谢产物来自初级代谢的关键中间体，因此次级代谢也就受初级代谢调节的影响。 7. 次级代谢的反馈抑制（或阻遏） 许多抗生素能阻止自身的合成。 8. 次级代谢的能荷调节 能荷调节机制对次级代谢途径的控制也是有效的。 第三十四页，共六十三页，2022年，8月28日 第四节 代谢调节控制育种 从工业微生物育种史来看，诱变育种曾取得了巨大的成就，使微生物有效产物成百倍、乃致成千倍的增加。但是诱变育种工作量繁重，盲目性大。 近年来由于应用生物化学和遗传学原理，深入研究了生物合成代谢途径以及代谢调节控制的基础理论： （1）可进行外因控制，通过培养条件来解除反馈调节而使生物合成的途径朝着人们所希望的方向进行，即实现代谢控制发酵； 第三十五页，共六十三页，2022年，8月28日 （2）还可进行内因改变，通过定向选育某种特定的突变株，以达到大量积累有益产物的目的，即所谓代谢控制育种。 内因是变化的根据，所以改变微生物的遗传型往往是控制代谢的更为有效的途径。 代谢控制育种可以大大减少传统育种的盲目性，提高了效率。 代谢控制育种很快在初级代谢产物的育种中得到广泛的应用，成就也十分显赫，几乎全部氨基酸和多种核苷酸生产菌株都被打上了抗性或缺陷型遗传标记。 第三十六页，共六十三页，2022年，8月28日 代谢调节控制育种通过特定突变型的选育，达到改变代谢通路、降低支路代谢终产物的产生或切断支路代谢途径及提高细胞膜的透性，使代谢流向目的产物积累方向进行。 下表列出微生物代谢控制育种措施 第三十七页，共六十三页，2022年，8月28日 调节体系 育种措施 诱导 分解阻遏 分解抑制 1.组成型突变株的选育 2.抗分解调节突变株的选育 解除碳源分解调节突变株的选育 解除氮源分解调节突变株的选育 解除磷酸盐调节突变株的选育 反馈阻遏 反馈抑制 3.营养缺陷型突变株的选育 4.渗漏型缺陷型突变株的选育 5.回复突变株的选育 6.耐自身代谢