代谢控制发酵-第四章脂类代谢与控制2.ppt

脂类代谢与控制 第三节 谷氨酸发酵的代谢控制育种 一、谷氨酸的生物合成途径及调节机制 （一）生成谷氨酸的主要酶反应 除此之外， Glu的合成，还与糖代谢、氮代谢的调节有关。 （1）糖代谢的调节 ①能荷调节 当生物合成或需能反应加强时 （2）生物素的影响 （2）氮代谢的调节 Glu发酵控制的关键：降低Pr合成能力，使合成的Glu不能转化成其他aa和参与Pr的合成。 生物素亚适量：几乎没有异柠檬酸裂解酶、琥珀酸氧化能力弱，苹果酸、草酰乙酸脱羧反应停滞；又由于完全氧化降低的结果，ATP形成量减少， Pr合成活动停滞，铵离子适量存在，生成积累Glu. 二、谷氨酸生产菌的育种思路 葡萄糖 1、切断或减弱支路代谢 （1）减弱α-酮戊二酸进一步氧化 （2）选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株 从葡萄糖到丙酮酸的反应是EMP和HMP途径组成的，但HMP还可生成核糖、核苷酸、莽草酸等物质，消耗了葡萄糖，降低Glu产率。 （3）选育不分解利用Glu的突变株 切断α-酮戊二酸继续向下氧化的反应，选育以Glu为唯一碳源，菌体不生长或生长微弱的突变株。 （4）选育减弱乙醛酸循环的突变株 四碳二羧酸是由CO2固定反应和乙醛酸循环所提供的，减弱乙醛酸循环， CO2固定反应所占比例就会增大， Glu产率就高。 ①选育琥珀酸敏感突变株 琥珀酸是异柠檬酸裂解酶的阻遏物 ②选育不分解利用乙酸的突变株 以醋酸为唯一碳源，菌要生长，必须走乙醛酸循环。 （5）阻止Glu进一步代谢 由于细胞还可以Glu为前体，继续向下代谢合成谷氨酰胺等，导致Glu积累量减少。 2、解除自身反馈调节 （1）选育耐高渗透压的菌株 耐高糖、高Glu的菌株 ①耐高糖突变株：20~30% G ②耐高Glu突变株：15~20%味精 ③耐高糖、高Glu突变株：20%G+15%味精 （2）选育解除Glu对谷氨酸脱氢酶反馈调节的突变株 Glu结构类似物抗性突变株，如Glu氧肟酸盐抗性突变株 3、增加前体物的合成 （1）选育强化TCA循环中从柠檬酸到α-酮戊二酸的突变株 ①选育柠檬酸合成酶活力强的突变株 ②选育抗氟乙酸、氟化钠、氮丝氨酸、氟柠檬酸等突变株。他们是乌头酸酶的抑制剂 ①选育以琥珀酸或苹果酸为唯一碳源生长良好的菌株。 ②选育氟丙酮酸敏感性突变株 氟丙酮酸是丙酮酸脱氢酶的抑制剂，越敏感表明菌通过丙酮酸向乙酰COA的转化反应越弱，相对地CO2固定化占比越大。 4、提高细胞膜的渗透性 ⑴ 抗Vp类衍生物突变株 ⑵ 选育溶菌酶敏感突变株 ⑶ 选育二氨基庚二酸缺陷突变株 ⑷ 选育温度敏感突变株 5、选育强化能量代谢的突变株 能量代谢受阻： α-酮戊二酸继续向下氧化能力的缺陷 乙醛酸循环弱 TCA循环前一阶段的代谢减慢 End Thanks! * * （1）谷氨酸脱氢酶(GDH)催化的还原氨基化反应 α-酮戊二酸+NH4++NADPH2 谷氨酸+H2O+NADP AT （2）转氨酸（AT）催化的转氨基反应 α-酮戊二酸+氨基酸 谷氨酸+ α-酮酸 GDH （3）谷氨酸合成酶(GS)催化的反应 α-酮戊二酸+谷氨酰胺 2谷氨酸 GS NADPH2 NADP 1.谷氨酸生产菌中存在2个糖酵解途径EMP/HMP 生物素参与糖代谢作用：增加糖代谢的速度 而丙酮酸氧化脱羧的速度未改变 丙酮酸积累 乳酸积累 2.α-酮戊二酸脱氢酶缺失 TCA环阻断， α-酮戊二酸积累 生物素充足：HMP 占38% 生物素亚适量：HMP 占26% 3.四碳二羧酸的来源 Δ在生产菌中检出CO2固定反应酶活性 磷酸烯醇丙酮酸(PEP)羧化酶和苹果酸酶 谷氨酸对糖的转化率达到81.7% Δ DCA循环 标志酶：异柠檬酸裂解酶 在谷氨酸发酵中，DCA循环一方面可以作为TCA循环有缺陷时C4二羧酸的补充 在谷氨酸生产菌的生长中提供能量 作用 谷氨酸生成期中要封闭DCA环？ 通过DCA环提供C4二羧酸时谷氨酸对糖的转化率仅为54.4% 四碳二羧酸100%通过CO2反应供给 C6H12O6+NH3+1.5O2→C5H9O4N+CO2+3H2O 理论收率81.7% 四碳二羧酸100%通过乙醛酸循环供给 3C6H12O6→6丙酮酸→6乙酸+6CO2 6乙酸+2NH3+3O2→2C5H9O4N+2CO2+6H2O 理论收率54.4% 4.异柠檬酸脱氢酶活力强 提供NADPH，用于还原α-酮