第一第一节 切断支路代切断支路代谢第二第二节 解除微生物自身反解除微生物自身反馈抑制抑制 1956年，年，报道了道了二步二步发酵法酵法进行工行工业生生产赖氨酸的氨酸的专利，首先是培养大利，首先是培养大肠杆菌的杆菌的赖氨酸氨酸营养缺陷型，使之养缺陷型，使之产生二氨基庚二酸，然后生二氨基庚二酸，然后再以再以产期杆菌或不要求期杆菌或不要求赖氨酸的大氨酸的大肠杆菌野杆菌野生型所生型所产生的二氨基庚二酸脱生的二氨基庚二酸脱羧酶，将二氨，将二氨基庚二酸脱去基庚二酸脱去羧基形成基形成赖氨酸。氨酸。二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸赖氨酸一步发酵法一步发酵法谷氨酸棒状杆菌高丝氨酸缺陷型赖氨酸的发酵机制谷氨酸棒状杆菌高丝氨酸缺陷型赖氨酸的发酵机制 末端产物对生长乃是必需的，所以，应在末端产物对生长乃是必需的，所以，应在培养基中限量供给，使之足以维持菌株生长，培养基中限量供给，使之足以维持菌株生长，但又不至于造成反馈调节（阻遏或抑制），这但又不至于造成反馈调节（阻遏或抑制），这样才能有利于菌株积累中间产物。样才能有利于菌株积累中间产物。 在高丝氨酸缺陷型中，在高丝氨酸缺陷型中，由于缺乏催化天冬氨酸由于缺乏催化天冬氨酸-B-B-半醛为高丝氨酸的高丝氨酸半醛为高丝氨酸的高丝氨酸脱氢酶，因而丧失了合成高脱氢酶，因而丧失了合成高丝氨酸的能力。这就一方面丝氨酸的能力。这就一方面切断了生物合成苏氨酸和蛋切断了生物合成苏氨酸和蛋氨酸的支路代谢，使天冬氨氨酸的支路代谢，使天冬氨酸半醛这一中间产物全部转酸半醛这一中间产物全部转入赖氨酸的合成。入赖氨酸的合成。 另一方面通过限量添加另一方面通过限量添加高丝氨酸，可使蛋氨酸、苏高丝氨酸，可使蛋氨酸、苏氨酸生成有限，因而解除了氨酸生成有限，因而解除了苏氨酸、赖氨酸对天冬氨酸苏氨酸、赖氨酸对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制，使赖激酶的协同反馈抑制，使赖氨酸得以积累。氨酸得以积累。该突变是使酶的活性下降而不是完全丧失。该突变是使酶的活性下降而不是完全丧失。因此，因此，渗漏缺陷型能够少量地合成某一种代谢最终产物，渗漏缺陷型能够少量地合成某一种代谢最终产物，能在基本培养基上进行少量的生长。由于渗漏缺能在基本培养基上进行少量的生长。由于渗漏缺陷型不能合成过量的最终产物，所以不会造成反陷型不能合成过量的最终产物，所以不会造成反馈抑制而影响中间代谢产物的积累。馈抑制而影响中间代谢产物的积累。一、一、选育拮抗育拮抗类似物突似物突变株株 拮抗拮抗类似物突似物突变株也称株也称为代代谢拮抗物抗性突拮抗物抗性突变株。株。选育抗育抗类似物突似物突变株，是目前微生物代株，是目前微生物代谢控制育种的主流。因控制育种的主流。因为代代谢调节可被可被遗传性地解性地解除，在除，在发酵酵时可不再受培养基成分的影响，生可不再受培养基成分的影响，生产较为稳定。定。 另外，拮抗另外，拮抗类似突似突变株不易株不易发生回复突生回复突变，因此在因此在发酵生酵生产上被广泛采用。上被广泛采用。 我我们知道正常的合成代知道正常的合成代谢的最的最终产物能与阻物能与阻遏蛋白以及遏蛋白以及变构构酶相相结合，合，对于有关于有关酶的合成的合成具有阻遏作用，具有阻遏作用，对于合成途径的第一个于合成途径的第一个酶具有具有反反馈抑制作用。抑制作用。 由于由于这种种结合是可逆的，所以当代合是可逆的，所以当代谢最最终产物例如某一氨基酸渗入蛋白物例如某一氨基酸渗入蛋白质而在而在细胞中胞中浓度度降低降低时，它就不再与阻遏物以及，它就不再与阻遏物以及变构构酶相相结合，合，这时有关的有关的酶合成以及它合成以及它们的催化作用便又可的催化作用便又可继续进行。行。 代代谢拮抗物的作用机制是代拮抗物的作用机制是代谢拮抗物由于与代拮抗物由于与代谢产物物结构相似，所以同构相似，所以同样能与阻遏物以及能与阻遏物以及变构构酶相相结合，可是它合，可是它们往往不能代替正常的氨基酸而合往往不能代替正常的氨基酸而合成成为蛋白蛋白质，也就是，也就是说它它们在在细胞中的胞中的浓度不会降度不会降低，因此与阻遏物以及低，因此与阻遏物以及变构构酶的的结合是不可逆的。合是不可逆的。这就使得有关的就使得有关的酶不可逆地停止了合成，或是不可逆地停止了合成，或是酶的的催化作用不可逆地被抑制。催化作用不可逆地被抑制。 一个菌株是怎一个菌株是怎样会成会成为代代谢拮抗物的抗性菌拮抗物的抗性菌株的。一个可能的途径是株的。一个可能的途径是变构构酶结构基因构基因发生突生突变，使使变构构酶调节部位不再能与代部位不再能与代谢拮抗物相拮抗物相结合。合。这种突种突变型就是一个抗反型就是一个抗反馈突突变型。正常代型。正常代谢最最终产物由于与代物由于与代谢拮抗物的拮抗物的结构相构相类似，所以在似，所以在这一突一突变型中也不与型中也不与结构构发生改生改变的的变构构酶相相结合。合。这样，该突突变型型细胞中已胞中已经有大量最有大量最终产物，但仍能物，但仍能继续不断地合成。不断地合成。 另一可能的途径是另一可能的途径是调节基因基因发生突生突变，使阻遏，使阻遏物不能再与代物不能再与代谢拮抗物拮抗物结合，合，这种突种突变型也将是一型也将是一个代个代谢拮抗物的抗性突拮抗物的抗性突变株，同株，同时也是一个抗阻遏也是一个抗阻遏突突变型。在型。在这一突一突变型中，由于正常代型中，由于正常代谢的最的最终产物不与物不与结构构发生改生改变的阻遏蛋白相的阻遏蛋白相结合，所以在合，所以在细胞尽管已胞尽管已经有大量最有大量最终产物，仍能不断地合成有关物，仍能不断地合成有关的的酶。 选用抗代用抗代谢拮抗物突拮抗物突变株是株是应用代用代谢调节控制控制理理论于育种及于育种及发酵生酵生产的另一条途径。在多数情况的另一条途径。在多数情况下，与下，与营养缺陷型的养缺陷型的筛选相配合，是定向相配合，是定向选育高育高产菌株的有效方法。一般来菌株的有效方法。一般来说，在分支合成途径中使，在分支合成途径中使用抗性突用抗性突变株育高株育高产菌株往往菌株往往难于达到于达到产量提高之量提高之目的。目的。 故首先必故首先必须选取合适的取合适的营养缺陷型，同养缺陷型，同时又又选取具有一定抗性突取具有一定抗性突变的菌株，的菌株，产量才会大幅度提量才会大幅度提高。高。