代谢控制原理与方法课件.ppt

控制生物素添加量使菌种生产Glu 高浓度bio增强羧化酶活性，促进羧化反应利于Glu合成。低浓度bio降低裂解酶活性，使菌体生长后关闭乙醛酸循环，使底物流向Glu合成，低浓度bio使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于Glu胞外分泌，解除反馈调节，利于Glu合成并大量积累。 添加亚适量，5-10μg/L 培养基，生产Glu 培养前期，bio充足，存在乙醛酸循环，中间物质和能量充足，长细胞，膜磷脂合成正常，正常反馈调节，不积累Glu，细胞形态正常。 8hr Glu非积累型细胞 Glu积累型细胞 培养中后期，bio浓度渐低，乙醛酸途径减弱直至关闭，膜磷脂合成缺陷，膜透性增强，分泌Glu，解除反馈调节，大量积累Glu，细胞形态异常，未溶解。 氨基酸工业代谢控制发酵 马 挺 课程教学的基本要求 了解氨基酸发酵行业发展现状与中国氨基酸行业存在问题，氨基酸发酵行业发展方向 掌握谷氨酸的生物合成途径和谷氨酸发酵调节机制，掌握谷氨酸细胞膜渗透性的控制方法 了解谷氨酸生产菌的主要特征以及谷氨酸生产菌在发酵过程中的形态变化，掌握谷氨酸发酵的代谢控制育种策略 第一节 氨基酸工业现状及发展方向 近40多年来，国内外在研究、开发和应用氨基酸方面均取得重大进展，新发现的氨基酸种类和数量已由20世纪60年代50种左右，发展到20世纪80年代的400种，目前已达1000多种。其中用于药物的氨基酸及氨基酸衍生物的品种达100多种。 氨基酸分为两大类，即蛋白质氨基酸和非蛋白质氨基酸。 氨基酸中有8种氨基酸人体本身不能合成，只能从食物的蛋白质中摄取，称为必需氨基酸，它们是L-赖氨酸、L-色氨酸、L-苏氨酸、L-缬氨酸、L-亮氨酸、L-异亮氨酸、L-苯丙氨酸和L-蛋氨酸。 还有两种半必需氨基酸，即精氨酸和酪氨酸。 氨基酸的生产方法 抽提法（水解蛋白质） 化学合成法 生物法（包括直接发酵法和酶转化） 目前绝大多数氨基酸是以发酵法或酶法生产的 谷氨酸发酵的历史 1866年德国化学家里豪森利用硫酸水解小麦面筋，分离到一种酸性氨基酸，依据原料的取材，将此氨基酸命名为谷氨酸 1872年赫拉西维茨等用酪蛋白也制取了谷氨酸 1890年沃尔夫利用α-酮戊酸经溴化后合成DL-谷氨酸。日本池田菊苗教授在探讨海带汁的鲜味时，提取了谷氨酸，并在1908年开始制造商品味之素 1910年日本味之素公司用水解法生产谷氨酸。1936年美国从甜菜废液(司蒂芬废液)中提取谷氨酸。 我国氨基酸发酵的发展 我国氨基酸生产最早在1922年用酸法水解面筋生产谷氨酸钠即味精，在上海开办了天厨味精厂，该味精的制造方法曾向美、英、法申请专利，并取得了专利权。并先后建立了沈阳味精厂、青岛味精厂和天津味精厂，规模均很小，1949年全国味精总产量不到500吨。 1965年发酵法生产味精取得成功，带动了其他氨基酸的研究开发。 1965年以后，我国味精生产全部采用以淀粉质或糖蜜为原料的微生物发酵工艺，大大的促进了生产的发展，到1985年全国味精生产企业达到140家。随着酶制剂的应用和生产工艺及装备的改进，技术水平不断提高，进一步推动了味精生产的快速发展。 发酵法L-赖氨酸生产起步于20世纪70年代，当时仅有上海天厨味精厂少量生产，以实用为主，1981年在广西建成年产100吨食品级L-赖氨酸试验工厂，于1987年投产。 氨基酸发酵的发展动向 新技术和工艺的开发应用 1.现代生物技术在氨基酸工业中的应用 2.生物化工技术在氨基酸工业中的应用 新产品的开发、新应用领域的拓展 1.医药中间体 2.肽类 3.多聚氨基酸 4.氨基酸系表面活性剂 第二节 微生物代谢控制发酵 微生物代谢调节 1、时序调节(temporal regulation) 微生物对生长、发育、分化不同生理时期的代谢调节 2、适应调节 微生物对细胞内外环境的变化作出应答性调节 微生物的经济化学与合目的性 Economic Biochemistry（经济化学）：微生物利于生存发生的所有生化反应皆有精确计算，有很高经济效益 Telenomic （合目的性）：微生物按需要有目的进行物质合成的能力 一、代谢控制发酵的定义 代谢控制发酵：微生物正常代谢调节，不过量积累初级代谢产物；人为解除正常代谢调节，而大量积累初级代谢产物的发酵方式。 代谢控制发酵方法： 1、发酵条件控制 2、菌种遗传改造 1、分解代谢降解物阻遏 分解代谢降解物阻遏：几种底物同时存在时，易利用对难利用或利用快对利用慢底物分解的抑制作用。 2、解除分解代谢降解物阻遏的技术与方法 发酵条件控制 加入安慰诱导物：如Lac结构类似物IPTG 抗降解物阻