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代谢控制发酵绪论(3.5).ppt 36页

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代 谢 控 制 发 酵 Metabolic controlled fermentation 孙德福: dfsunyt@126.com 参考书: 《代谢控制发酵》 张克旭,陈宁等主编, 中国轻工业出版社 《氨基酸工艺学 》 张克旭 主编,中国轻工业出版社 课程内容安排: 第一章:绪论 2学时 第二章:微生物代谢调节机制 4学时 第三章:代谢控制发酵的基本思想 6学时 第四章:代谢控制发酵育种的基本技术 4学时 第五章:糖代谢与控制 4学时 第六章:脂类代谢与控制 4学时 第七章:氨基酸代谢与控制 4学时 第八章:微生物的次级代谢及调节 6学时 第一章 绪 论 内容: 代谢 发酵 代谢控制发酵 代谢工程 按代谢产物在机体中作用不同分: 初级代谢: 提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须的代谢物的代谢类型; 产物:氨基酸、核苷酸等. 次级代谢:在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型; 产物:抗生素、色素、激素、生物碱等 新陈代谢的特点: 生物反应条件温和,大多为酶催化。 反应具有顺序性。 具有灵敏的自动调节机制: ★ 内源性的调节 ★ 外源性的调节 活细胞内生命物质种类众多,这些物质代谢的转换犹如一个自动化的工厂,各种基因,蛋白,酶系统和代谢物等高度组织在一起,各种代谢反应错综复杂,相互制约、彼此协调,随细胞内外环境条件的变化而迅速改变代谢反应的速率、方向和流量,既不使代谢物蓄积造成浪费,也不致因代谢物缺损而供不应求,从而保持各种代谢物的浓度相对稳定和动态平衡,使细胞得以生长。 细胞受到离子,激素代谢物等特异或非特异信息的刺激时可以调整自己的酶活性水平、基因表达水平给出正调节(激活)或负调节(抑制),适应外界环境的变化 2 发酵: 应用微生物工业上将所有通过微生物的培养,使某种特定代谢产物积累的过程称为发酵。 举例: 谷氨酸生产 1866年德国的Ritthausen 博士利用硫酸水解小麦面筋,分离到一种酸性氨基酸,命名为谷氨酸。 1910年日本的味之素公司用水解法生产谷氨酸。 1956年,日本木下祝郎发表了用细菌发酵葡萄糖生成L-谷氨酸的方法,开创了味精生产的新时代。此法可用广泛存在的淀粉质为原料,不局限于面筋等蛋白质,周期短,收率高,成本低,是目前世界各国主要采用的方法。所用细菌有短杆菌、棒杆菌、小杆菌和节杆菌。淀粉水解为葡萄糖后,加适量有机氮源和尿素,在适当的通风、搅拌下,葡萄糖经细菌作用,经过三羧酸循环,在谷氨酸脱氢酶的逆反应下,在还原性辅酶Ⅱ存在下,α-酮戊二酸进行还原、氨化反应生成大量L-谷氨酸。 生物素缺陷型 生物素是脂肪酸生物合成中乙酰-CoA羧化酶的辅酶,生物素促进脂肪酸合成,再由脂肪酸合成磷脂。选育生物素缺陷型菌株,阻断生物素合成,最终导致磷脂合成不足,细胞膜结构不完整,提高细胞膜的谷氨酸通透性。 生物素的浓度对谷氨酸的累积量有明显的影响,只有把生物素的浓度控制在亚适量的情况下,才能分泌大量的谷氨酸。 控制生物素的含量可以改变细胞膜的成分,进而改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。 选育油酸缺陷型 不饱和脂肪酸是磷脂的组成部分。选育油酸(甘油)缺陷型,阻断不饱和脂肪酸的合成,并限制外源供给量,就可限制磷脂的合成。 选育甘油缺陷型 同上。该菌株缺失α-磷酸甘油脱氢酶,由磷酸二羟丙酮合成α-磷酸甘油的途径被阻断。 温度敏感突变株 其他突变株 3 代谢控制发酵 微生物发酵过程是一个典型的代谢控制发酵。 从微生物发酵的历史角度看,最早的微生物发酵是一个自然发酵过程,现代微生物工业通常是指微生物的代谢控制发酵。 定义:是指利用生物的、物理的、化学的方法,人为的改变了微生物的生长代谢途径,来提高目标产物的产量和产率,而实现大规模的工业生产。 代谢控制发酵的出现、发展与以下几方面密不可分: 生物化学的发展确立代谢图,随着代谢途径的研究,发现反馈调节机制,特别是酶的别构动力学指出酶的活性调节类型 分子生物学和分子遗传学的发展可以人为的在DNA水平上改变微生物的代谢,是微生物的菌学特性按人为目的的改变 合理控制

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