第四章 生物产品代谢调控发酵机制 1
第四章 生物产品代谢调控发酵机制
本章主要内容,
? 氨基酸代谢调控机制
? 核酸与核苷酸代谢调控机制
? 抗生素代谢调控机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 2
§ 1 氨基酸代谢调控机制
代谢控制发酵 是用遗传学或其他生物化学的方法, 人为
地在 DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢, 打破微
生物正常的代谢调节, 使有用产物大量生成和积累 。
氨基酸发酵和核酸发酵是典型的代谢控制发酵。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 3
谷氨酸与瓜氨酸、鸟氨酸、精氨酸同属于谷氨酸
族氨基酸，其合成途径是首先由 ?-酮戊二酸生成
谷氨酸，再进一步合成 鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸
一、谷氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸生物
合成途径及其代谢调节机制
葡萄糖 →→ → 谷氨酸 → 鸟氨酸 → 瓜氨酸 → 精氨酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 4
?谷氨酸属, 非必需, 氨基酸, 是体内代谢的基本氨基酸之一 。
?在谷氨酰胺合成酶催化下, 能与氨反应生成谷氨酰胺由尿
排出, 起到解除氨毒作用；
?它还参与脑内蛋白质和糖代谢, 促进氧化过程, 改善中枢
神经系统的功能；
?在体内它能转化为丙酮或葡萄糖, 因而升高血糖, 减少糖
原异生, 从而减少脂肪分解, 减少酮体 。
1.谷氨酸族氨基酸生物合成途径及代谢调节机制
谷氨酸的功能
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 5
? 肝昏迷预防；
? 防止癫痫；
? 减轻酮尿症和酮血症；
? 胃酸不足；
? 一种脑营养剂；
? 食品保鲜剂。
药
物
保
健
品
食
品
L-谷氨酸的用途
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 6
HMP途径 谷氨酸代谢途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 7
由
葡
萄
糖
生
物
合
成
谷
氨
酸
的
代
谢
途
径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 8
EMP 途径 HMP 途径
TCA 循环 DCA 循环 CO2 固定
? 由葡萄糖生成谷氨酸的总反应式,
C6H12O6 + NH3 + O2 → C5H9O4N + CO2 + 3H2O
? 代谢途径,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 9
由二羧酸和三羧酸生成谷氨酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 10
? 研究证明,
? 谷氨酸生产菌种存在 EMP途径的全部酶和 HMP途径有关
的酶
? TCA循环中的柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸能定量地生
成谷氨酸，其相应的酶与谷氨酸合成有关
? 以醋酸和乙醇为原料进行谷氨酸发酵时,DCA循环是
C4
二羧酸的唯一补充来源；但是以葡萄糖为原料时，在谷
氨酸生成期此循环应关闭
? 谷氨酸菌存在 CO2固定生成草酰乙酸的 PEP羧化酶和苹
果
酸酶，与谷氨酸得率正相关
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 11
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 12
谷氨酸生产菌及酵
母菌等从谷氨酸到
精氨酸生物合成及
代谢调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 13
在黄色短杆菌中谷氨酸、天冬氨酸生物合成的调节机制
2,谷氨酸代谢调节机制
① 谷氨酸脱氢酶
② ?-酮戊二酸脱氢酶
③磷酸烯醇丙酮酸羧化酶
④柠檬酸合成酶
NH4+
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 14
? 在微生物的代谢中,Glu比 Asp优先合成；
合成过量时则抑制谷氨酸脱氢酶，使代谢转向合成 Asp；
Asp过量时反馈抑制 PEP羧化酶的活力，停止合成草酰乙酸。
? NH4+的导入不仅仅证明 Glu是氮素同化发酵，它还会抑制
Glu生成的逆反应，因此当 NH4+存在时，葡萄糖的消耗速度
很快,Glu的生成很高；但是当生物素充足时,NH4+几乎
不影响糖代谢。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 15
? Glu生产菌大多是生物素缺陷型，发酵时控制生物素亚适
量，使细胞变形拉长，改变了细胞膜的通透性引起代谢失
调使 Glu得以积累。
? 生物素贫乏时，细胞内的 Glu含量少而且容易析出，而培
养基中积累大量的 Glu；生物素丰富时，培养基中几乎不
积累 Glu，而细胞内却含有大量的 Glu，且不易被析出。
这说明生物素对细胞膜通透性有重要影响。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 16
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 17
表面活性剂拮抗作用部位
油酸缺陷型遗传阻碍部位
糖质或醋酸为碳源的磷脂合成途径
甘油缺陷型的遗传阻碍部位
石蜡为碳源的磷脂合成途径
细菌细胞 Glu排出控制机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 18
丧失或有微弱的 ?-酮戊二酸脱氢酶活力, 使 ?-酮戊二酸不能继
续氧化；
CO2固定能力强, 使四碳二羧酸全部由 CO2固定反应提供, 而不
走乙醛酸循环；
谷氨酸脱氢酶的活力很强, 并丧失谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反
馈抑制和反馈阻遏, 同时, NADPH2再氧化能力弱, 这会使 ?-
酮戊二酸到琥珀酸的过程受阻；
有过量的 NH4+ 存在, ?-酮戊二酸经氧化还原共轭氨基化反应而
生成谷氨酸却不形成蛋白质, 从而分泌泄漏于菌体外；
同时, 谷氨酸生产菌应不利用体外的谷氨酸, 使谷氨酸成为最
终产物 。
3,谷氨酸高产菌模型特征
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 19
从前图还可以看出,
生产菌株还应该具有生物素合成缺陷、油酸合成
缺陷和甘油合成缺陷等特点。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 20
-生物素缺陷型
-油酸缺陷型
-甘油缺陷型
-温度敏感缺陷型
-其它缺陷型
当前 Glu生产中的几种缺陷型,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 21
谷氨酸 —— 味精工业生产
? 味精 是 Glu单钠盐，学名,?-氨基戊二酸一钠,商品
中有一分子结晶水
COOH
CNH2
CH2
CH2
COOH
COONa·H2O
CNH2
CH2
CH2
COOH
L-谷氨酸 L-谷氨酸钠（味精）
H H
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 22
4,生产工艺流程,
淀粉 葡萄糖
糖蜜 稀释蜜
配 料 种子罐
发酵罐
玉
米
浆
糖
蜜
磷
酸
二
氢
钾
硫
酸
镁 无菌空气
Fe2+
,
Mn2+
NH3
菌
种
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 23
等电提取
中 和
除 铁
脱 色 浓缩、结晶 离 心 干 燥
味 精
发酵罐
Na2CO3
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 24
谷氨酸族氨基酸的生物合成, 是由葡萄糖开始, 经
EMP途径, HMP途径, TCA循环, DCA循环和 CO2
固定等, 首先合成谷氨酸, 再从谷氨酸依次经鸟氨
酸, 瓜氨酸生物合成精氨酸 。
谷氨酸 → N-乙酰谷氨酸 →→→ 鸟氨酸 → 瓜氨酸 →→ 精氨酸
Glu Orn Cit Arg
5,鸟氨酸发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 25
鸟氨酸发酵与瓜氨酸发酵的遗传缺陷位置
(谷氨酸棒杆菌为生产菌 )
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 26
选育瓜氨酸缺陷型（ Cit－ ）菌株，即丧失鸟氨酸转氨甲酰
酶，解除精氨酸的反馈抑制；
向发酵液中提供瓜氨酸或精氨酸（亚适量），缺陷型才能
生长；
在瓜氨酸缺陷型（ Cit－ ）的基础上，再选育精氨酸结构类
似物抗性突变株（如选育抗精氨酸氧肟酸 ArgHx和抗 D-精
氨酸等），就能遗传性的解除精氨酸的反馈调节。
? 鸟氨酸生产菌选育模型
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 27
6,瓜氨酸生物合成与发酵机制（讨论）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 28
鸟氨酸发酵与瓜氨酸发酵的遗传缺陷位置
(谷氨酸棒杆菌为生产菌 )
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 29
精氨酸发酵不能用阻断代谢流和营养缺陷型来进行，而应
用 抗反馈调节突变株,选育抗 L-精氨酸结构类似物突变株
（如 D-ArgR,ArgHx等），解除精氨酸自身调节，使精氨
酸积累。
7,精氨酸生物合成与发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 30
二、天冬氨酸、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸
生物合成途径与发酵机制
天冬氨酸 ——Asp,C4H7O4N
赖氨酸 —— Lys,C6H14O2N2
苏氨酸 —— Thr,C4H9O3N
蛋氨酸 —— Met,C5H11O2SN
异亮氨酸 —— Ile,C6H13O2N
天冬氨酸与赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸同属于
天冬氨酸族的氨基酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 31
HMP途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 32
① 天冬氨酸激酶（ AK）
②高丝氨酸脱氢酶（ HD）
③二氢吡啶 -2,6-二羧酸（ DDP）合成酶
④高丝氨酸激酶
⑤ O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶
⑥半胱氨酸脱硫化氢酶
⑦苏氨酸脱氨酶
⑧天冬氨酸半醛脱氨酶
⑨二氢吡啶 -2,6-二羧酸（ DDP）还原酶
1,天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径
葡萄糖 → 四碳二羧酸 →
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 33
2,天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制
(1)大肠杆菌中
天冬氨酸族氨
基酸生物合成
的调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 34
在黄色短杆菌中赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸
和异亮氨酸生物合成的代谢调节
(2)谷氨酸棒 杆
菌, 黄 色 短 杆
菌 等 天 冬 氨 酸
族 氨 基 酸 的 代
谢调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 35
优先合成,⑴葡萄糖经酵解途径生成 PYR,PYR 经 CO2
固定和氧化脱羧进入 TCA循环，生成草酰
乙酸，再经氨基化反应生成 Asp；
⑵ Met比 Thr,Lys优先合成,Thr比 Lys优先
合成。
天冬氨酸激酶是关键酶,AK是变构酶，具有两个变构部
位，可以与终产物 Lys和 Thr结合，受终产物的反馈控制。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 36
在黄色短杆菌, 谷氨酸棒杆菌等微生物中, AK是单一的,
并且受 Lys 和 Thr的 协同反馈抑制, 反馈调节易于解除, 使育
种简单化, 所以常常被用作氨基酸发酵育种的出发菌株 。
黄色短杆菌的 AK受 Lys和 Thr协同反馈情况
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 37
“代谢互锁,
乳糖发酵短杆菌中赖
氨酸及其前体物生物
合成的代谢调节
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 38
在黄色短杆菌中天冬氨酸与乙酰 CoA形成的平衡合成
PC
平衡合成,Asp和乙酰 CoA形成 平衡合成,当乙酰 CoA合
成过量时，能解除 Asp对 PEP羧化酶的反馈抑制。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 39
?L-天冬氨酸是酸性氨基酸, 属, 非必需, 氨基酸 。
?可以作为 K+,Mg2+离子的载体向心肌输送电解质, 从
而改善心肌收缩功能, 同时降低氧消耗, 在冠状动脉循
环障碍缺氧时, 对心肌有保护作用 。
?参与鸟氨酸循环, 促使氨和二氧化碳生成尿素, 降低
血液中氨和二氧化碳的量, 增强肝脏功能, 消除疲劳 。
?新型甜味剂的原料 。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 40
高产赖氨酸菌的遗传标记位置
3,赖氨酸发酵机制
（高丝氨酸脱氢酶缺失） AK
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 41
1）切断或减弱支路代谢，选育高丝氨酸 缺陷型 （ Hom－ ）突
变株，或蛋氨酸和苏氨酸或异亮氨酸缺陷型（ Met－ + Thr－,
Ile－ ）突变株；
2）解除 Thr和 Lys的协同反馈抑制作用，选育 结构类似物抗性
突变株,使赖氨酸大量积累，如,
① S-(2-氨基乙基 )-L-半胱氨酸抗性株（ AECr）
② L-赖氨酸氧肟酸盐抗性株（ LysHxr）
③苏氨酸氧肟酸盐抗性突变株（ ThrHxr）等；
3）增加 Lys前体物 Asp的量：切断生成丙酮酸的支路，同时
解除 Asp对 PEP羧化酶（即 PC）的反馈抑制；选育丙氨酸缺
陷型（ Ala－ ）或温度敏感突变株（ tmps），中断丙酮酸到
Ala的反应；选育 AspHxr、磺胺类药物抗性突变株；
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 42
赖氨酸发酵育种所使用的一些结构类似物
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 43
4）在乳糖发酵短杆菌中,Lys的生物合成与亮氨酸（ Leu）之
间存在着,代谢互锁,，即赖氨酸分支途径的初始酶二氢
吡
啶 -2,6-二羧酸（ DDP）合成酶受 Leu的反馈阻遏（如图）
选育 Leu－ + LeuHxr或 Leu温度敏感突变株
乳酸发酵短杆菌中
Lys与 Leu生物合成
间的相互关系
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 44
⑴ 选择亮氨酸缺陷型菌株；
⑵ 选育抗亮氨酸结构类似物突变株；
⑶ 选育对苯醌或喹啉衍生物敏感株 ——这是一种寻找
亮氨酸渗漏缺陷型菌株的育种方法。
? 为解除代谢互锁，可选育,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 45
⑴ 选择丙氨酸缺陷型菌株；
⑵ 选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；
⑶ 选育适宜的 CO2固定酶 /TCA循环酶活性比的菌株。
? 增加前体物的合成和阻塞副产物生成,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 46
? 添加丰富的 生物素,既可以使 Glu不排出体外，并使代谢
流转向 Lys的合成，又能提高 PEP羧化酶（ PC ）的活性,
促使 PEP生成草酰乙酸，再生成 Asp。
? 选育 温度敏感突变株,
如，乳糖发酵短杆菌 AJ11093
AJ1099
在发酵前期于 29～ 33℃ 生长良好，而到 34 ℃ 以上时则不
能生长，发酵积累赖氨酸盐酸盐。
? 其它措施,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 47； +：回复突变。
某些赖氨酸产生菌及其产酸能力
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 48
? Lys的结构类似物的 作用,起到假反馈抑制作用 。
? Lys的结构类似物的 结构 与 Lys相似为 AK所误认, 与 Thr一
起在 AK的变构部位 上结合, 协同抑制酶的活性 。 但当 Lys的
结构类似物 （ AEC ） 单独存在时, 对酶活性没有抑制作用 。
? 通过改变 AK编码的结构基因, 可以使 AK对 Lys及结构类
似物不敏感, 即使在过量 Thr存在时, 该酶也不与 Lys或结
构类似物结合, 但 酶的活性中心 不变 。 （ 具有这一特性的
的菌株叫做 抗结构类似物突变株 或 代谢调节突变株 。 ）
? 具有抗性并兼有营养缺陷型的菌株, Lys才能高产 。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 49
赖氨酸工业化生产
? 赖氨酸,Lysine，化学名称 2,6-二氨基乙酸
化学组成 C6H14O2N2
CH2NH2
CH2
CH2
CH2
CH·NH2
COOH
L-赖氨酸
? Lys是人体必需的 8种氨基酸之一
? 产量在氨基酸中占第三位，仅次
于谷氨酸和蛋氨酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 50
糖 蜜
配 料
灭 菌
发酵罐
菌种斜面
摇瓶种子
种子罐
压缩空气
总过滤器
分过滤器
N,P,K,Mg
提取、精制 Lys
? Lys发酵工艺流程,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 51
? 温度,发酵前期 32℃
中后期 34℃
? pH, 6.5～ 7.5
? 种龄和接种量,二级种子接种量约 2%，种龄 8～ 12h
三级种子 ··· 10%,··· 6～ 28h
? 通风供氧, Lys的最大生成量是在供氧充足、细菌呼
吸充足的时候
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 52
?生物素,要充足,20～ 30?g/L以上
? 维生素 B1,有促进作用
? 醋酸,加入醋酸比单独采用糖质原料 Lys产量高
? 硫酸铵,适当增加,4%～ 4.5%
? Cu2+：一定浓度的 CuSO4·5H2O，可提高产量
? 流加糖和其它生长因子
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 53
发酵液 → 菌体分离 → 上清液 → 离子交换 → 真空浓缩
离子分离 ← 重结晶 ← 粗结晶 ← 离子分离 ← 结晶
结晶 → 干燥 → Lys成品
菌体 → 水洗 → 二次菌体分离 → 上清液
饲料 ← 菌体 母液
二次母液
调 pH，加入絮凝剂
? Lys 提取与精制工艺,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 54
1） 发酵液的处理, 用草酸除去发酵液中的 Ca3+,调节 pH至 2～ 3
2） 菌体分离, 用碟片式自动卸渣高速离心机，分离菌体和草酸钙等
3） 离子交换吸附及洗脱, 铵型阳离子交换树脂，洗脱剂为氨水加氯
化铵；用茚三酮检查流出液,pH9.5～ 12，得率可达 90%～ 95%
4） 真空浓缩, 去除氨，并提高 Lys含量，真空时温度 65℃,浓度 22～
23° Bé
5） 中和结晶, 加入工业盐酸，搅拌,pH5.2，自然冷却结晶，至 5℃ 结
晶完全（粗结晶，含一分子结晶水的粗 L-Lys盐酸盐）
6） 重结晶, 用蒸馏水溶解,11～ 12° Bé，加入活性炭脱色，压滤，再真
空浓缩至 22° Bé，再结晶、冷却、离心分离并水洗
7） 干燥, 60℃ 热风干燥，去结晶水，得到 L-Lys盐酸盐，含水 0.1%以下
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 55
4,苏氨酸高产菌
的生化模型特
征（讨论）
异亮氨酸 反馈控制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 56
? 切断支路代谢，选育 Met－, Lys－ 的突变株；
? 选育抗 Thr和 Lys结构类似物的突变株, 遗传性的解除
Thr对高丝氨酸脱氢酶的反馈调节, 以及遗传性的解除
Thr,Lys对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制；
? 切断 Thr进一步代谢途径, 选育 Ile－ 的突变株, 或异亮
氨酸渗漏突变株 （ IleL）, 或异亮氨酸缺陷回复突变株
（ Ile+） ；
? 增强 Asp的生物合成 。
?苏氨酸高产菌的生化模型特征,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 57
? 利用现代生物技术选育苏氨酸生产菌
⑴ 利用转导和原生质体转化法选育 Thr生产菌
转导作用 就是利用转导噬菌体为媒介，将供体菌的部
分基因导入到受体菌中从而使受体均获得供体菌的部
分遗传性状的过程。
特点：过程容易；易获得优良性状；选育时间短。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 58
? 大肠杆菌中天冬氨酸族氨基酸生物合成的调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 59
大肠杆菌野生型 B1
双缺突变株 B2（ TDH － ＋ TD － ）
羟缬氨酸抗性标记 B3
AKⅠ, HDⅠ 反馈
抑制脱敏株 B4
AKⅠ, HDⅠ 去
阻遏突变株 B5
AECr反馈抑
制脱敏株 B6
B7 B8
4种调节变异组合在一起的转导子 B9
具有 6 种调节变异组合的转导子 B12
2次诱变
带上 Thr－ 带上 Thr－
2次转导
导入解除 AKⅠ 和 HDⅠ 反馈阻遏的 B10基因 导入解除 AKⅠ 和 HDⅡ 反馈阻遏的 B11基因
发酵 Thr达 40g/L
TDH —— Thr脱氢酶
TD —— Thr脱氨酶
AK —— Asp激酶
HD —— Hom脱氢酶
带上羟缬氨酸抗性标记
木柱等：利用
转导和原生质
体转化法选育
Thr生产菌方法
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 60
⑵ 利用原生质体融合技术选育 Thr生产菌
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 61
⑶ 利用基因工程技术构建 Thr工程菌
?利用重组 DNA技术构建 Thr工程菌株，即可采用简单的
鸟枪法单克隆，也可采用整个 Thr操纵子的体外诱变及体
外重组。
?最基本的方法是：将 Thr生物合成途径中起限速作用的
限速酶 AK和 HD的基因连续在多拷贝的载体质粒上并克
隆化，使该基因进行扩增，通过发挥基因的基因扩增效
应，排除生物合成中的“瓶颈”效应，从而使 Thr产量得
以大大提高。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 62
苏氨酸的生物合成及苏氨酸操纵子的结构
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 63
?将 Thr合成酶系 HD基因, HK基因, thr合成基因组入 L-Lys产
生菌谷氨酸棒杆菌中, 由积累 L-Lys62g/L变成积累 L-Thr51g/L。
?据田边制药公司报道, 将改良后不再受反馈抑制的苏氨酸合
成酶 （ AK,HD） 基因导入改良型粘质沙雷氏菌 （ Serratiamar
cescens）, 以蔗糖为碳源进行发酵, 积累苏氨酸 60mgml。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 64
高产蛋氨酸菌的遗传标记位置
1) 解除反馈抑制；
2) 切断支路代谢；
3) 切断 Met向下反
应的通路；
4) 增加前体物的
合成。
5,蛋氨酸发酵机制
（讨论）
（ SAM）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 65
三、分支链氨基酸族氨基酸生物合成途径与缬
氨酸、亮氨酸、异亮氨酸发酵机制
亮氨酸 Leu,C6H13O2N
异亮氨酸 Ile,C6H13O2N
缬氨酸 Val,C5H11O2N
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 66
1,分支链氨基酸族氨基酸生物合成途径和代谢调节机制
天冬氨酸
葡萄糖 生物合成途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 67
分支链氨基酸
族氨基酸生物
合成途径调节
L-苏氨酸
脱氨酶
L-苏氨酸
TD
AS TD—— L-苏氨酸脱氨酶 AS—— ?-乙酰乳酸合成酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 68
1） 分枝链氨基酸生物合成的优先顺序为,Ile,Leu,Val
2） TD受 Ile的强烈反馈抑制；
3） AS受 Val的反馈抑制；
4） ?-异丙基苹果酸合成酶受 Leu的反馈抑制；
5） 分枝链氨基酸合成酶系的各个酶的生成，受这三种末端
氨基酸 ——Ile+Val+Leu的多价阻遏。
? 分枝链氨基酸生物合成途径和自我调节的特点,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 69
添加 D-苏氨酸,α-溴丁酸,α-氨基丁酸等前提物，绕过反
馈调节；
添加的 D-苏氨酸脱氢酶是诱导酶，不受反馈抑制，并选育
Ile结构类似物抗性突变株，从而解除 Ile对 TD和对 AS的反
馈调节；
由于添加 D-苏氨酸，则会使 Ile,Val,Leu在菌体内的贮存
平衡受到破坏，使 Ile大量积累；
注意控制培养基中 Val和Ｇ亚适量，并选育 Leu－ 突变株；
增加前体物质的生成量。
2,异亮氨酸代谢调节的解除及育种途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 70
切断支路代谢，选育 Ile－ ＋ Leu－ 突变株；
解除 Ile,Val,Leu对合成酶系（ AS）的多价阻遏（筛
选结构类似物突变株）；
解除 Val对 α -乙酰乳酸合成酶的反馈抑制。
Val生产菌的遗传标记,
Ile－ ＋ Leu－ ＋ α-ABr＋ 2-TAr＋ CMr
（ ?-氨基丁酸 ） （ 2-噻唑丙氨酸）
3,缬 氨酸育种机制（讨论）
（“共系的生物合成途径” ——分别为共同的酶所催化）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 71
首先必须解除 Leu对 ?-异丙基苹果酸合成酶的反馈抑制,
选育抗 Leu结构类似物 (如 2-TA)突变株；
选育抗 Val结构类似物 (如 2-AB)的突变株；
切断支路代谢，选育 Ile－ 突变株。
4.亮氨酸发酵机制（讨论）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 72
四、芳香族氨基酸生物合成途径与色氨酸,
苯丙氨酸、酪氨酸的发酵机制
1,芳香族氨基酸生物合成途径
色氨酸 Trp
苯丙氨酸 Phe
酪氨酸 Tyr
分子中都含有苯环
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 73
1.芳香族氨基酸的生物合成途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 74
从 4-磷酸赤藓糖与磷酸烯醇丙酮酸合成 3-脱氧 -D-阿拉伯糖
型庚酮糖 -7-磷酸（ DAHP）到分支酸，是 Phe,Tyr和 Trp
的共同途径；
从分支酸到预苯酸（ PPA）,是 Phe和 Tyr的共同途径；
在分枝酸处，倾向于优先合成氨茴酸；在预苯酸处，倾向
于优先合成对羟苯丙酮酸。即优先合成顺序是,Trp- Tyr-
Phe。
? 合成途径特点,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 75
? 大肠杆菌中有三种 DAHP合成酶
? 谷氨酸棒杆菌中，在芳香族氨基酸生物合成途径中
受调节控制的 关键酶, DAHP合成酶（ DS）、分枝
酸变位酶（ CM）、预苯酸脱氢酶（ PD）、预苯酸脱
水酶（ PT）和氨茴酸合成酶（ AS）
? 黄色短杆菌中有一种 DAHP合成酶，代谢调节较易控制
2,芳香族氨基酸的代谢调控机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 76 大肠杆菌中芳香族氨基酸生物合成途径与代谢控制
① DAHP合成酶
② 分支酸变位酶
③ PPA脱氢酶
④ PPA脱水酶
⑤ 氨茴酸合成酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 77
在黄色短杆菌中芳香族氨基酸生物合成的调节机制
DS－ DAHP合成酶
CM－分支酸变位酶
PD－预苯酸脱氢酶
PT－预苯酸脱水酶
AS－氨茴酸合成酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 78
色氨酸生产菌的遗传标记位置
3,色氨酸发酵机制（讨论）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 79
? 色氨酸代谢调控机制（大量生成和积累色氨酸）,
? 切断支路代谢，选育苯丙氨酸和酪氨酸双重缺陷型
（ phe-+tyr-）的突变株；
? 然后遗传性的解除色氨酸自身的反馈抑制和阻遏及
苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸对 DAHP合成酶的反馈调
节；
? 选育色氨酸多重结构类似物抗性突变株；
? 在发酵过程中限量添加苯丙氨酸和酪氨酸。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 80 苯丙氨酸生产菌的遗传标记位置
4,苯丙氨酸和酪氨酸发酵机制（讨论）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 81
? 苯丙氨酸代谢调控机制,
? 首先切断芳香族氨基酸生物合成向酪氨酸和色氨酸的代
谢支路，选育色氨酸和酪氨酸双重缺陷型（ tyr-+trp-）突
变株；
? 然后遗传性的解除苯丙氨酸自身对预苯酸脱水酶和分支
酸变位酶的反馈抑制和阻遏，及苯丙氨酸、酪氨酸和色
氨酸对 DAHP合成酶的反馈调节；
? 选育苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸多重结构类似物抗性突
变株；
? 发酵中限量添加酪氨酸和色氨酸，使苯丙氨酸大量积累。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 82
§ 2 核酸类物质的代谢调控机制
一、核苷酸的生物合成途径
核酸发酵是在
氨基酸发酵基础上的
进一步深化和发展
的代谢控制发酵
1,嘌呤核苷酸的全合成途径（, 从无到有, 途径）
IMP－肌苷酸 SAICAR－ 5-氨基 -(N-琥珀基 )代氨甲
AMP－腺苷酸 酰咪唑核苷酸
GMP－鸟苷酸 AICAR－ 5-氨基 -4-氨甲酰咪唑核苷酸
XMP－黄苷酸 PRPP－磷酸核糖焦磷酸
SAMP－腺苷琥珀酸 PRA－ 5-磷酸核糖胺
（次黄嘌呤核苷一磷酸）
（腺嘌呤核苷一磷酸）
（黄嘌呤核苷一磷酸）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 83
嘌呤核苷酸的全合成途径 (1) —— 5' -IMP的生成（“从无到有”）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 84
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 85
嘌呤核苷酸的全合成途径 (2) —— AMP和 GMP的互变
（枯草芽孢杆菌）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 86
各种微生物合成 IMP的途径是一样的,但是从 IMP分别
生成 AMP和 GMP的途径是不同的。
从 IMP开始,
? 枯草杆菌 以 IMP为中心分出两条环形路线,
由此 AMP与 GMP可以互相转换；
? 产黄短杆菌 分出的两条路线不是环形,
而是单项分枝的,AMP与 GMP不能互相转换
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 87
枯草杆菌的嘌呤核苷酸生物合成途径
葡萄糖 →→→ 5-磷酸核糖 → （磷酸核糖焦磷酸）
（ 5-磷酸核糖胺）
（ 5-胺基 -4-（ N-琥珀基 ）
代氨甲酰咪唑核苷酸 ）
（ 5-胺基 -4-氨甲酰咪唑核苷酸 ）
肌苷酸
黄苷酸
鸟苷酸
腺苷酸
琥珀酰腺苷酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 88
产黄短杆菌的嘌呤核苷酸生物合成途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 89
2,嘧啶核苷酸的全合成途径 （略）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 90
3,核苷酸生物合成的补救途径
当全合成受阻时，微生物可从培养基中取得完整的
嘌呤或嘧啶，和戊糖、磷酸通过酶的作用直接合成
单核苷酸所以称为, 补救途径, 。
嘌呤碱基、核苷和核苷酸之间能通过分段合成互相
转变
其中最重要的反应是,
碱基 + PRPP 5'- 核苷酸 + PPi 核苷酸焦磷酸化酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 91
嘌呤核苷酸的补救合成途径
—— 嘌呤碱基、核苷和核苷酸的相互转换
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 92
IMP合成系的代谢控制及嘌呤核苷酸互变的代谢控制
二、嘌呤核苷酸的代谢调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 93
嘌呤核苷酸可以分为 GMP,IMP等 6-羟基 嘌呤核苷酸与
ADP,AMP等的 6-氨基 嘌呤核苷酸 两类 。
如果同时添加这两类嘌呤核苷酸（ GMP+AMP 或
IMP+ADP），抑制作用就会相乘的提高，这种现象叫
做,合作终产物抑制,。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 94
嘌呤核苷酸相互转换系的代谢控制
调节位点
A
①
②
③
④
⑤
⑥
PR-ATP 1-
（ 5'-磷酸核糖基）
-三磷酸腺苷
⑥ AMP脱氨酶
⑤ SAMP裂解酶
④ SAMP合成酶
③ XMP氨化酶
② GMP还原酶
① IMP脱氢酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 95
?以 IMP为中心的两个循环，各个反应是不可逆的
?IMP脱氢酶受 GMP的反馈抑制，也被 GMP阻遏； GMP
还原酶受 ATP的反馈抑制。
?同样的,AMP抑制 SAMP合成酶,GTP抑制 AMP脱氨酶
?SAMP→AMP 反应的供能体为 GTP,XMP→GMP 反应
的供能体为 ATP
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 96
?根据上述调节机制，当细胞中的 GMP水平提高到一定程
度时，从 IMP的代谢流就自动地转向 AMP方面；反之，
当细胞的 AM水平高到一定程度时，从 IMP的代谢流就自
动地转向 GMP方面。
?另一方面，核苷酸的代谢也与组氨酸的生物合成有关,
AICAR→IMP→AMP→ATP→PR -ATP→AICAR 形成一个
循环，由 PRATP经咪唑甘油磷酸生成组氨酸。假入组氨
酸过剩，则不走此途径。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 97
三、肌苷和肌苷酸高产菌的选育模型
1）切断两条支路代谢，选育腺嘌呤缺陷型（ Ade－ ）和黄
嘌呤缺陷型（ Xan－ ）的双重缺陷型突变株；
2）通过限量腺嘌呤和鸟嘌呤来解除腺嘌呤系和鸟嘌呤系
化合物对 IMP生物合成的酶的反馈抑制；
3）进一步选育抗腺嘌呤、鸟嘌呤类似物和（或）抗磺胺
剂突变株，从遗传上解除正常代谢控制；
（选育抗性突变株时，应采用丧失腺嘌呤脱氢酶（ dea－ ）
的菌株为出发菌株）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 98
4）选育 Mn2+脱敏突变株（ MnINS），或控制培养基中 Mn2+
的浓度，解除细胞膜渗透型障碍。
5）生产肌苷时，肌苷酸酶活性要强，而肌苷酸化酶要越
弱越好，以使生成的肌苷不再分解。
模型,
Ade－ + Xa－ + dea－ + GMPred－ + 8AGr（或 8AXr,ARr） +
SGr + NP－ + ARr + Smr （符号见, 微生物工程工艺原理, p.116）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 99
? 5-IMP发酵应具备的条件,
选择肌苷酸酶弱或丧失的出发菌株；
切断 IMP向下的两条支路，使 IMP大量生成和积累；
选育结构类似物双重抗性突变株；
限量添加 Mn2+，解除细胞膜渗透型障碍。
? 肌苷酸发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 100
?鸟苷酸发酵机制 (讨论 )
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 101
第四章 生物产品代谢调控发酵机制
本章主要内容,
? 氨基酸代谢调控机制
? 核酸与核苷酸代谢调控机制
? 抗生素代谢调控机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 2
§ 1 氨基酸代谢调控机制
代谢控制发酵 是用遗传学或其他生物化学的方法, 人为
地在 DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢, 打破微
生物正常的代谢调节, 使有用产物大量生成和积累 。
氨基酸发酵和核酸发酵是典型的代谢控制发酵。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 3
谷氨酸与瓜氨酸、鸟氨酸、精氨酸同属于谷氨酸
族氨基酸，其合成途径是首先由 ?-酮戊二酸生成
谷氨酸，再进一步合成 鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸
一、谷氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸生物
合成途径及其代谢调节机制
葡萄糖 →→ → 谷氨酸 → 鸟氨酸 → 瓜氨酸 → 精氨酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 4
?谷氨酸属, 非必需, 氨基酸, 是体内代谢的基本氨基酸之一 。
?在谷氨酰胺合成酶催化下, 能与氨反应生成谷氨酰胺由尿
排出, 起到解除氨毒作用；
?它还参与脑内蛋白质和糖代谢, 促进氧化过程, 改善中枢
神经系统的功能；
?在体内它能转化为丙酮或葡萄糖, 因而升高血糖, 减少糖
原异生, 从而减少脂肪分解, 减少酮体 。
1.谷氨酸族氨基酸生物合成途径及代谢调节机制
谷氨酸的功能
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 5
? 肝昏迷预防；
? 防止癫痫；
? 减轻酮尿症和酮血症；
? 胃酸不足；
? 一种脑营养剂；
? 食品保鲜剂。
药
物
保
健
品
食
品
L-谷氨酸的用途
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 6
HMP途径 谷氨酸代谢途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 7
由
葡
萄
糖
生
物
合
成
谷
氨
酸
的
代
谢
途
径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 8
EMP 途径 HMP 途径
TCA 循环 DCA 循环 CO2 固定
? 由葡萄糖生成谷氨酸的总反应式,
C6H12O6 + NH3 + O2 → C5H9O4N + CO2 + 3H2O
? 代谢途径,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 9
由二羧酸和三羧酸生成谷氨酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 10
? 研究证明,
? 谷氨酸生产菌种存在 EMP途径的全部酶和 HMP途径有关
的酶
? TCA循环中的柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸能定量地生
成谷氨酸，其相应的酶与谷氨酸合成有关
? 以醋酸和乙醇为原料进行谷氨酸发酵时,DCA循环是
C4
二羧酸的唯一补充来源；但是以葡萄糖为原料时，在谷
氨酸生成期此循环应关闭
? 谷氨酸菌存在 CO2固定生成草酰乙酸的 PEP羧化酶和苹
果
酸酶，与谷氨酸得率正相关
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 11
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 12
谷氨酸生产菌及酵
母菌等从谷氨酸到
精氨酸生物合成及
代谢调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 13
在黄色短杆菌中谷氨酸、天冬氨酸生物合成的调节机制
2,谷氨酸代谢调节机制
① 谷氨酸脱氢酶
② ?-酮戊二酸脱氢酶
③磷酸烯醇丙酮酸羧化酶
④柠檬酸合成酶
NH4+
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 14
? 在微生物的代谢中,Glu比 Asp优先合成；
合成过量时则抑制谷氨酸脱氢酶，使代谢转向合成 Asp；
Asp过量时反馈抑制 PEP羧化酶的活力，停止合成草酰乙酸。
? NH4+的导入不仅仅证明 Glu是氮素同化发酵，它还会抑制
Glu生成的逆反应，因此当 NH4+存在时，葡萄糖的消耗速度
很快,Glu的生成很高；但是当生物素充足时,NH4+几乎
不影响糖代谢。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 15
? Glu生产菌大多是生物素缺陷型，发酵时控制生物素亚适
量，使细胞变形拉长，改变了细胞膜的通透性引起代谢失
调使 Glu得以积累。
? 生物素贫乏时，细胞内的 Glu含量少而且容易析出，而培
养基中积累大量的 Glu；生物素丰富时，培养基中几乎不
积累 Glu，而细胞内却含有大量的 Glu，且不易被析出。
这说明生物素对细胞膜通透性有重要影响。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 16
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 17
表面活性剂拮抗作用部位
油酸缺陷型遗传阻碍部位
糖质或醋酸为碳源的磷脂合成途径
甘油缺陷型的遗传阻碍部位
石蜡为碳源的磷脂合成途径
细菌细胞 Glu排出控制机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 18
丧失或有微弱的 ?-酮戊二酸脱氢酶活力, 使 ?-酮戊二酸不能继
续氧化；
CO2固定能力强, 使四碳二羧酸全部由 CO2固定反应提供, 而不
走乙醛酸循环；
谷氨酸脱氢酶的活力很强, 并丧失谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反
馈抑制和反馈阻遏, 同时, NADPH2再氧化能力弱, 这会使 ?-
酮戊二酸到琥珀酸的过程受阻；
有过量的 NH4+ 存在, ?-酮戊二酸经氧化还原共轭氨基化反应而
生成谷氨酸却不形成蛋白质, 从而分泌泄漏于菌体外；
同时, 谷氨酸生产菌应不利用体外的谷氨酸, 使谷氨酸成为最
终产物 。
3,谷氨酸高产菌模型特征
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 19
从前图还可以看出,
生产菌株还应该具有生物素合成缺陷、油酸合成
缺陷和甘油合成缺陷等特点。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 20
-生物素缺陷型
-油酸缺陷型
-甘油缺陷型
-温度敏感缺陷型
-其它缺陷型
当前 Glu生产中的几种缺陷型,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 21
谷氨酸 —— 味精工业生产
? 味精 是 Glu单钠盐，学名,?-氨基戊二酸一钠,商品
中有一分子结晶水
COOH
CNH2
CH2
CH2
COOH
COONa·H2O
CNH2
CH2
CH2
COOH
L-谷氨酸 L-谷氨酸钠（味精）
H H
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 22
4,生产工艺流程,
淀粉 葡萄糖
糖蜜 稀释蜜
配 料 种子罐
发酵罐
玉
米
浆
糖
蜜
磷
酸
二
氢
钾
硫
酸
镁 无菌空气
Fe2+
,
Mn2+
NH3
菌
种
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 23
等电提取
中 和
除 铁
脱 色 浓缩、结晶 离 心 干 燥
味 精
发酵罐
Na2CO3
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 24
谷氨酸族氨基酸的生物合成, 是由葡萄糖开始, 经
EMP途径, HMP途径, TCA循环, DCA循环和 CO2
固定等, 首先合成谷氨酸, 再从谷氨酸依次经鸟氨
酸, 瓜氨酸生物合成精氨酸 。
谷氨酸 → N-乙酰谷氨酸 →→→ 鸟氨酸 → 瓜氨酸 →→ 精氨酸
Glu Orn Cit Arg
5,鸟氨酸发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 25
鸟氨酸发酵与瓜氨酸发酵的遗传缺陷位置
(谷氨酸棒杆菌为生产菌 )
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 26
选育瓜氨酸缺陷型（ Cit－ ）菌株，即丧失鸟氨酸转氨甲酰
酶，解除精氨酸的反馈抑制；
向发酵液中提供瓜氨酸或精氨酸（亚适量），缺陷型才能
生长；
在瓜氨酸缺陷型（ Cit－ ）的基础上，再选育精氨酸结构类
似物抗性突变株（如选育抗精氨酸氧肟酸 ArgHx和抗 D-精
氨酸等），就能遗传性的解除精氨酸的反馈调节。
? 鸟氨酸生产菌选育模型
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 27
6,瓜氨酸生物合成与发酵机制（讨论）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 28
鸟氨酸发酵与瓜氨酸发酵的遗传缺陷位置
(谷氨酸棒杆菌为生产菌 )
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 29
精氨酸发酵不能用阻断代谢流和营养缺陷型来进行，而应
用 抗反馈调节突变株,选育抗 L-精氨酸结构类似物突变株
（如 D-ArgR,ArgHx等），解除精氨酸自身调节，使精氨
酸积累。
7,精氨酸生物合成与发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 30
二、天冬氨酸、赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸
生物合成途径与发酵机制
天冬氨酸 ——Asp,C4H7O4N
赖氨酸 —— Lys,C6H14O2N2
苏氨酸 —— Thr,C4H9O3N
蛋氨酸 —— Met,C5H11O2SN
异亮氨酸 —— Ile,C6H13O2N
天冬氨酸与赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸同属于
天冬氨酸族的氨基酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 31
HMP途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 32
① 天冬氨酸激酶（ AK）
②高丝氨酸脱氢酶（ HD）
③二氢吡啶 -2,6-二羧酸（ DDP）合成酶
④高丝氨酸激酶
⑤ O-琥珀酰高丝氨酸转琥珀酰酶
⑥半胱氨酸脱硫化氢酶
⑦苏氨酸脱氨酶
⑧天冬氨酸半醛脱氨酶
⑨二氢吡啶 -2,6-二羧酸（ DDP）还原酶
1,天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径
葡萄糖 → 四碳二羧酸 →
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 33
2,天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制
(1)大肠杆菌中
天冬氨酸族氨
基酸生物合成
的调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 34
在黄色短杆菌中赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸
和异亮氨酸生物合成的代谢调节
(2)谷氨酸棒 杆
菌, 黄 色 短 杆
菌 等 天 冬 氨 酸
族 氨 基 酸 的 代
谢调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 35
优先合成,⑴葡萄糖经酵解途径生成 PYR,PYR 经 CO2
固定和氧化脱羧进入 TCA循环，生成草酰
乙酸，再经氨基化反应生成 Asp；
⑵ Met比 Thr,Lys优先合成,Thr比 Lys优先
合成。
天冬氨酸激酶是关键酶,AK是变构酶，具有两个变构部
位，可以与终产物 Lys和 Thr结合，受终产物的反馈控制。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 36
在黄色短杆菌, 谷氨酸棒杆菌等微生物中, AK是单一的,
并且受 Lys 和 Thr的 协同反馈抑制, 反馈调节易于解除, 使育
种简单化, 所以常常被用作氨基酸发酵育种的出发菌株 。
黄色短杆菌的 AK受 Lys和 Thr协同反馈情况
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 37
“代谢互锁,
乳糖发酵短杆菌中赖
氨酸及其前体物生物
合成的代谢调节
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 38
在黄色短杆菌中天冬氨酸与乙酰 CoA形成的平衡合成
PC
平衡合成,Asp和乙酰 CoA形成 平衡合成,当乙酰 CoA合
成过量时，能解除 Asp对 PEP羧化酶的反馈抑制。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 39
?L-天冬氨酸是酸性氨基酸, 属, 非必需, 氨基酸 。
?可以作为 K+,Mg2+离子的载体向心肌输送电解质, 从
而改善心肌收缩功能, 同时降低氧消耗, 在冠状动脉循
环障碍缺氧时, 对心肌有保护作用 。
?参与鸟氨酸循环, 促使氨和二氧化碳生成尿素, 降低
血液中氨和二氧化碳的量, 增强肝脏功能, 消除疲劳 。
?新型甜味剂的原料 。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 40
高产赖氨酸菌的遗传标记位置
3,赖氨酸发酵机制
（高丝氨酸脱氢酶缺失） AK
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 41
1）切断或减弱支路代谢，选育高丝氨酸 缺陷型 （ Hom－ ）突
变株，或蛋氨酸和苏氨酸或异亮氨酸缺陷型（ Met－ + Thr－,
Ile－ ）突变株；
2）解除 Thr和 Lys的协同反馈抑制作用，选育 结构类似物抗性
突变株,使赖氨酸大量积累，如,
① S-(2-氨基乙基 )-L-半胱氨酸抗性株（ AECr）
② L-赖氨酸氧肟酸盐抗性株（ LysHxr）
③苏氨酸氧肟酸盐抗性突变株（ ThrHxr）等；
3）增加 Lys前体物 Asp的量：切断生成丙酮酸的支路，同时
解除 Asp对 PEP羧化酶（即 PC）的反馈抑制；选育丙氨酸缺
陷型（ Ala－ ）或温度敏感突变株（ tmps），中断丙酮酸到
Ala的反应；选育 AspHxr、磺胺类药物抗性突变株；
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 42
赖氨酸发酵育种所使用的一些结构类似物
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 43
4）在乳糖发酵短杆菌中,Lys的生物合成与亮氨酸（ Leu）之
间存在着,代谢互锁,，即赖氨酸分支途径的初始酶二氢
吡
啶 -2,6-二羧酸（ DDP）合成酶受 Leu的反馈阻遏（如图）
选育 Leu－ + LeuHxr或 Leu温度敏感突变株
乳酸发酵短杆菌中
Lys与 Leu生物合成
间的相互关系
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 44
⑴ 选择亮氨酸缺陷型菌株；
⑵ 选育抗亮氨酸结构类似物突变株；
⑶ 选育对苯醌或喹啉衍生物敏感株 ——这是一种寻找
亮氨酸渗漏缺陷型菌株的育种方法。
? 为解除代谢互锁，可选育,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 45
⑴ 选择丙氨酸缺陷型菌株；
⑵ 选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；
⑶ 选育适宜的 CO2固定酶 /TCA循环酶活性比的菌株。
? 增加前体物的合成和阻塞副产物生成,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 46
? 添加丰富的 生物素,既可以使 Glu不排出体外，并使代谢
流转向 Lys的合成，又能提高 PEP羧化酶（ PC ）的活性,
促使 PEP生成草酰乙酸，再生成 Asp。
? 选育 温度敏感突变株,
如，乳糖发酵短杆菌 AJ11093
AJ1099
在发酵前期于 29～ 33℃ 生长良好，而到 34 ℃ 以上时则不
能生长，发酵积累赖氨酸盐酸盐。
? 其它措施,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 47； +：回复突变。
某些赖氨酸产生菌及其产酸能力
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 48
? Lys的结构类似物的 作用,起到假反馈抑制作用 。
? Lys的结构类似物的 结构 与 Lys相似为 AK所误认, 与 Thr一
起在 AK的变构部位 上结合, 协同抑制酶的活性 。 但当 Lys的
结构类似物 （ AEC ） 单独存在时, 对酶活性没有抑制作用 。
? 通过改变 AK编码的结构基因, 可以使 AK对 Lys及结构类
似物不敏感, 即使在过量 Thr存在时, 该酶也不与 Lys或结
构类似物结合, 但 酶的活性中心 不变 。 （ 具有这一特性的
的菌株叫做 抗结构类似物突变株 或 代谢调节突变株 。 ）
? 具有抗性并兼有营养缺陷型的菌株, Lys才能高产 。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 49
赖氨酸工业化生产
? 赖氨酸,Lysine，化学名称 2,6-二氨基乙酸
化学组成 C6H14O2N2
CH2NH2
CH2
CH2
CH2
CH·NH2
COOH
L-赖氨酸
? Lys是人体必需的 8种氨基酸之一
? 产量在氨基酸中占第三位，仅次
于谷氨酸和蛋氨酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 50
糖 蜜
配 料
灭 菌
发酵罐
菌种斜面
摇瓶种子
种子罐
压缩空气
总过滤器
分过滤器
N,P,K,Mg
提取、精制 Lys
? Lys发酵工艺流程,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 51
? 温度,发酵前期 32℃
中后期 34℃
? pH, 6.5～ 7.5
? 种龄和接种量,二级种子接种量约 2%，种龄 8～ 12h
三级种子 ··· 10%,··· 6～ 28h
? 通风供氧, Lys的最大生成量是在供氧充足、细菌呼
吸充足的时候
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 52
?生物素,要充足,20～ 30?g/L以上
? 维生素 B1,有促进作用
? 醋酸,加入醋酸比单独采用糖质原料 Lys产量高
? 硫酸铵,适当增加,4%～ 4.5%
? Cu2+：一定浓度的 CuSO4·5H2O，可提高产量
? 流加糖和其它生长因子
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 53
发酵液 → 菌体分离 → 上清液 → 离子交换 → 真空浓缩
离子分离 ← 重结晶 ← 粗结晶 ← 离子分离 ← 结晶
结晶 → 干燥 → Lys成品
菌体 → 水洗 → 二次菌体分离 → 上清液
饲料 ← 菌体 母液
二次母液
调 pH，加入絮凝剂
? Lys 提取与精制工艺,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 54
1） 发酵液的处理, 用草酸除去发酵液中的 Ca3+,调节 pH至 2～ 3
2） 菌体分离, 用碟片式自动卸渣高速离心机，分离菌体和草酸钙等
3） 离子交换吸附及洗脱, 铵型阳离子交换树脂，洗脱剂为氨水加氯
化铵；用茚三酮检查流出液,pH9.5～ 12，得率可达 90%～ 95%
4） 真空浓缩, 去除氨，并提高 Lys含量，真空时温度 65℃,浓度 22～
23° Bé
5） 中和结晶, 加入工业盐酸，搅拌,pH5.2，自然冷却结晶，至 5℃ 结
晶完全（粗结晶，含一分子结晶水的粗 L-Lys盐酸盐）
6） 重结晶, 用蒸馏水溶解,11～ 12° Bé，加入活性炭脱色，压滤，再真
空浓缩至 22° Bé，再结晶、冷却、离心分离并水洗
7） 干燥, 60℃ 热风干燥，去结晶水，得到 L-Lys盐酸盐，含水 0.1%以下
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 55
4,苏氨酸高产菌
的生化模型特
征（讨论）
异亮氨酸 反馈控制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 56
? 切断支路代谢，选育 Met－, Lys－ 的突变株；
? 选育抗 Thr和 Lys结构类似物的突变株, 遗传性的解除
Thr对高丝氨酸脱氢酶的反馈调节, 以及遗传性的解除
Thr,Lys对天冬氨酸激酶的协同反馈抑制；
? 切断 Thr进一步代谢途径, 选育 Ile－ 的突变株, 或异亮
氨酸渗漏突变株 （ IleL）, 或异亮氨酸缺陷回复突变株
（ Ile+） ；
? 增强 Asp的生物合成 。
?苏氨酸高产菌的生化模型特征,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 57
? 利用现代生物技术选育苏氨酸生产菌
⑴ 利用转导和原生质体转化法选育 Thr生产菌
转导作用 就是利用转导噬菌体为媒介，将供体菌的部
分基因导入到受体菌中从而使受体均获得供体菌的部
分遗传性状的过程。
特点：过程容易；易获得优良性状；选育时间短。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 58
? 大肠杆菌中天冬氨酸族氨基酸生物合成的调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 59
大肠杆菌野生型 B1
双缺突变株 B2（ TDH － ＋ TD － ）
羟缬氨酸抗性标记 B3
AKⅠ, HDⅠ 反馈
抑制脱敏株 B4
AKⅠ, HDⅠ 去
阻遏突变株 B5
AECr反馈抑
制脱敏株 B6
B7 B8
4种调节变异组合在一起的转导子 B9
具有 6 种调节变异组合的转导子 B12
2次诱变
带上 Thr－ 带上 Thr－
2次转导
导入解除 AKⅠ 和 HDⅠ 反馈阻遏的 B10基因 导入解除 AKⅠ 和 HDⅡ 反馈阻遏的 B11基因
发酵 Thr达 40g/L
TDH —— Thr脱氢酶
TD —— Thr脱氨酶
AK —— Asp激酶
HD —— Hom脱氢酶
带上羟缬氨酸抗性标记
木柱等：利用
转导和原生质
体转化法选育
Thr生产菌方法
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 60
⑵ 利用原生质体融合技术选育 Thr生产菌
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 61
⑶ 利用基因工程技术构建 Thr工程菌
?利用重组 DNA技术构建 Thr工程菌株，即可采用简单的
鸟枪法单克隆，也可采用整个 Thr操纵子的体外诱变及体
外重组。
?最基本的方法是：将 Thr生物合成途径中起限速作用的
限速酶 AK和 HD的基因连续在多拷贝的载体质粒上并克
隆化，使该基因进行扩增，通过发挥基因的基因扩增效
应，排除生物合成中的“瓶颈”效应，从而使 Thr产量得
以大大提高。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 62
苏氨酸的生物合成及苏氨酸操纵子的结构
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 63
?将 Thr合成酶系 HD基因, HK基因, thr合成基因组入 L-Lys产
生菌谷氨酸棒杆菌中, 由积累 L-Lys62g/L变成积累 L-Thr51g/L。
?据田边制药公司报道, 将改良后不再受反馈抑制的苏氨酸合
成酶 （ AK,HD） 基因导入改良型粘质沙雷氏菌 （ Serratiamar
cescens）, 以蔗糖为碳源进行发酵, 积累苏氨酸 60mgml。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 64
高产蛋氨酸菌的遗传标记位置
1) 解除反馈抑制；
2) 切断支路代谢；
3) 切断 Met向下反
应的通路；
4) 增加前体物的
合成。
5,蛋氨酸发酵机制
（讨论）
（ SAM）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 65
三、分支链氨基酸族氨基酸生物合成途径与缬
氨酸、亮氨酸、异亮氨酸发酵机制
亮氨酸 Leu,C6H13O2N
异亮氨酸 Ile,C6H13O2N
缬氨酸 Val,C5H11O2N
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 66
1,分支链氨基酸族氨基酸生物合成途径和代谢调节机制
天冬氨酸
葡萄糖 生物合成途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 67
分支链氨基酸
族氨基酸生物
合成途径调节
L-苏氨酸
脱氨酶
L-苏氨酸
TD
AS TD—— L-苏氨酸脱氨酶 AS—— ?-乙酰乳酸合成酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 68
1） 分枝链氨基酸生物合成的优先顺序为,Ile,Leu,Val
2） TD受 Ile的强烈反馈抑制；
3） AS受 Val的反馈抑制；
4） ?-异丙基苹果酸合成酶受 Leu的反馈抑制；
5） 分枝链氨基酸合成酶系的各个酶的生成，受这三种末端
氨基酸 ——Ile+Val+Leu的多价阻遏。
? 分枝链氨基酸生物合成途径和自我调节的特点,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 69
添加 D-苏氨酸,α-溴丁酸,α-氨基丁酸等前提物，绕过反
馈调节；
添加的 D-苏氨酸脱氢酶是诱导酶，不受反馈抑制，并选育
Ile结构类似物抗性突变株，从而解除 Ile对 TD和对 AS的反
馈调节；
由于添加 D-苏氨酸，则会使 Ile,Val,Leu在菌体内的贮存
平衡受到破坏，使 Ile大量积累；
注意控制培养基中 Val和Ｇ亚适量，并选育 Leu－ 突变株；
增加前体物质的生成量。
2,异亮氨酸代谢调节的解除及育种途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 70
切断支路代谢，选育 Ile－ ＋ Leu－ 突变株；
解除 Ile,Val,Leu对合成酶系（ AS）的多价阻遏（筛
选结构类似物突变株）；
解除 Val对 α -乙酰乳酸合成酶的反馈抑制。
Val生产菌的遗传标记,
Ile－ ＋ Leu－ ＋ α-ABr＋ 2-TAr＋ CMr
（ ?-氨基丁酸 ） （ 2-噻唑丙氨酸）
3,缬 氨酸育种机制（讨论）
（“共系的生物合成途径” ——分别为共同的酶所催化）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 71
首先必须解除 Leu对 ?-异丙基苹果酸合成酶的反馈抑制,
选育抗 Leu结构类似物 (如 2-TA)突变株；
选育抗 Val结构类似物 (如 2-AB)的突变株；
切断支路代谢，选育 Ile－ 突变株。
4.亮氨酸发酵机制（讨论）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 72
四、芳香族氨基酸生物合成途径与色氨酸,
苯丙氨酸、酪氨酸的发酵机制
1,芳香族氨基酸生物合成途径
色氨酸 Trp
苯丙氨酸 Phe
酪氨酸 Tyr
分子中都含有苯环
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 73
1.芳香族氨基酸的生物合成途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 74
从 4-磷酸赤藓糖与磷酸烯醇丙酮酸合成 3-脱氧 -D-阿拉伯糖
型庚酮糖 -7-磷酸（ DAHP）到分支酸，是 Phe,Tyr和 Trp
的共同途径；
从分支酸到预苯酸（ PPA）,是 Phe和 Tyr的共同途径；
在分枝酸处，倾向于优先合成氨茴酸；在预苯酸处，倾向
于优先合成对羟苯丙酮酸。即优先合成顺序是,Trp- Tyr-
Phe。
? 合成途径特点,
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 75
? 大肠杆菌中有三种 DAHP合成酶
? 谷氨酸棒杆菌中，在芳香族氨基酸生物合成途径中
受调节控制的 关键酶, DAHP合成酶（ DS）、分枝
酸变位酶（ CM）、预苯酸脱氢酶（ PD）、预苯酸脱
水酶（ PT）和氨茴酸合成酶（ AS）
? 黄色短杆菌中有一种 DAHP合成酶，代谢调节较易控制
2,芳香族氨基酸的代谢调控机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 76 大肠杆菌中芳香族氨基酸生物合成途径与代谢控制
① DAHP合成酶
② 分支酸变位酶
③ PPA脱氢酶
④ PPA脱水酶
⑤ 氨茴酸合成酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 77
在黄色短杆菌中芳香族氨基酸生物合成的调节机制
DS－ DAHP合成酶
CM－分支酸变位酶
PD－预苯酸脱氢酶
PT－预苯酸脱水酶
AS－氨茴酸合成酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 78
色氨酸生产菌的遗传标记位置
3,色氨酸发酵机制（讨论）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 79
? 色氨酸代谢调控机制（大量生成和积累色氨酸）,
? 切断支路代谢，选育苯丙氨酸和酪氨酸双重缺陷型
（ phe-+tyr-）的突变株；
? 然后遗传性的解除色氨酸自身的反馈抑制和阻遏及
苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸对 DAHP合成酶的反馈调
节；
? 选育色氨酸多重结构类似物抗性突变株；
? 在发酵过程中限量添加苯丙氨酸和酪氨酸。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 80 苯丙氨酸生产菌的遗传标记位置
4,苯丙氨酸和酪氨酸发酵机制（讨论）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 81
? 苯丙氨酸代谢调控机制,
? 首先切断芳香族氨基酸生物合成向酪氨酸和色氨酸的代
谢支路，选育色氨酸和酪氨酸双重缺陷型（ tyr-+trp-）突
变株；
? 然后遗传性的解除苯丙氨酸自身对预苯酸脱水酶和分支
酸变位酶的反馈抑制和阻遏，及苯丙氨酸、酪氨酸和色
氨酸对 DAHP合成酶的反馈调节；
? 选育苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸多重结构类似物抗性突
变株；
? 发酵中限量添加酪氨酸和色氨酸，使苯丙氨酸大量积累。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 82
§ 2 核酸类物质的代谢调控机制
一、核苷酸的生物合成途径
核酸发酵是在
氨基酸发酵基础上的
进一步深化和发展
的代谢控制发酵
1,嘌呤核苷酸的全合成途径（, 从无到有, 途径）
IMP－肌苷酸 SAICAR－ 5-氨基 -(N-琥珀基 )代氨甲
AMP－腺苷酸 酰咪唑核苷酸
GMP－鸟苷酸 AICAR－ 5-氨基 -4-氨甲酰咪唑核苷酸
XMP－黄苷酸 PRPP－磷酸核糖焦磷酸
SAMP－腺苷琥珀酸 PRA－ 5-磷酸核糖胺
（次黄嘌呤核苷一磷酸）
（腺嘌呤核苷一磷酸）
（黄嘌呤核苷一磷酸）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 83
嘌呤核苷酸的全合成途径 (1) —— 5' -IMP的生成（“从无到有”）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 84
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 85
嘌呤核苷酸的全合成途径 (2) —— AMP和 GMP的互变
（枯草芽孢杆菌）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 86
各种微生物合成 IMP的途径是一样的,但是从 IMP分别
生成 AMP和 GMP的途径是不同的。
从 IMP开始,
? 枯草杆菌 以 IMP为中心分出两条环形路线,
由此 AMP与 GMP可以互相转换；
? 产黄短杆菌 分出的两条路线不是环形,
而是单项分枝的,AMP与 GMP不能互相转换
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 87
枯草杆菌的嘌呤核苷酸生物合成途径
葡萄糖 →→→ 5-磷酸核糖 → （磷酸核糖焦磷酸）
（ 5-磷酸核糖胺）
（ 5-胺基 -4-（ N-琥珀基 ）
代氨甲酰咪唑核苷酸 ）
（ 5-胺基 -4-氨甲酰咪唑核苷酸 ）
肌苷酸
黄苷酸
鸟苷酸
腺苷酸
琥珀酰腺苷酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 88
产黄短杆菌的嘌呤核苷酸生物合成途径
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 89
2,嘧啶核苷酸的全合成途径 （略）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 90
3,核苷酸生物合成的补救途径
当全合成受阻时，微生物可从培养基中取得完整的
嘌呤或嘧啶，和戊糖、磷酸通过酶的作用直接合成
单核苷酸所以称为, 补救途径, 。
嘌呤碱基、核苷和核苷酸之间能通过分段合成互相
转变
其中最重要的反应是,
碱基 + PRPP 5'- 核苷酸 + PPi 核苷酸焦磷酸化酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 91
嘌呤核苷酸的补救合成途径
—— 嘌呤碱基、核苷和核苷酸的相互转换
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 92
IMP合成系的代谢控制及嘌呤核苷酸互变的代谢控制
二、嘌呤核苷酸的代谢调节机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 93
嘌呤核苷酸可以分为 GMP,IMP等 6-羟基 嘌呤核苷酸与
ADP,AMP等的 6-氨基 嘌呤核苷酸 两类 。
如果同时添加这两类嘌呤核苷酸（ GMP+AMP 或
IMP+ADP），抑制作用就会相乘的提高，这种现象叫
做,合作终产物抑制,。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 94
嘌呤核苷酸相互转换系的代谢控制
调节位点
A
①
②
③
④
⑤
⑥
PR-ATP 1-
（ 5'-磷酸核糖基）
-三磷酸腺苷
⑥ AMP脱氨酶
⑤ SAMP裂解酶
④ SAMP合成酶
③ XMP氨化酶
② GMP还原酶
① IMP脱氢酶
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 95
?以 IMP为中心的两个循环，各个反应是不可逆的
?IMP脱氢酶受 GMP的反馈抑制，也被 GMP阻遏； GMP
还原酶受 ATP的反馈抑制。
?同样的,AMP抑制 SAMP合成酶,GTP抑制 AMP脱氨酶
?SAMP→AMP 反应的供能体为 GTP,XMP→GMP 反应
的供能体为 ATP
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 96
?根据上述调节机制，当细胞中的 GMP水平提高到一定程
度时，从 IMP的代谢流就自动地转向 AMP方面；反之，
当细胞的 AM水平高到一定程度时，从 IMP的代谢流就自
动地转向 GMP方面。
?另一方面，核苷酸的代谢也与组氨酸的生物合成有关,
AICAR→IMP→AMP→ATP→PR -ATP→AICAR 形成一个
循环，由 PRATP经咪唑甘油磷酸生成组氨酸。假入组氨
酸过剩，则不走此途径。
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 97
三、肌苷和肌苷酸高产菌的选育模型
1）切断两条支路代谢，选育腺嘌呤缺陷型（ Ade－ ）和黄
嘌呤缺陷型（ Xan－ ）的双重缺陷型突变株；
2）通过限量腺嘌呤和鸟嘌呤来解除腺嘌呤系和鸟嘌呤系
化合物对 IMP生物合成的酶的反馈抑制；
3）进一步选育抗腺嘌呤、鸟嘌呤类似物和（或）抗磺胺
剂突变株，从遗传上解除正常代谢控制；
（选育抗性突变株时，应采用丧失腺嘌呤脱氢酶（ dea－ ）
的菌株为出发菌株）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 98
4）选育 Mn2+脱敏突变株（ MnINS），或控制培养基中 Mn2+
的浓度，解除细胞膜渗透型障碍。
5）生产肌苷时，肌苷酸酶活性要强，而肌苷酸化酶要越
弱越好，以使生成的肌苷不再分解。
模型,
Ade－ + Xa－ + dea－ + GMPred－ + 8AGr（或 8AXr,ARr） +
SGr + NP－ + ARr + Smr （符号见, 微生物工程工艺原理, p.116）
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 99
? 5-IMP发酵应具备的条件,
选择肌苷酸酶弱或丧失的出发菌株；
切断 IMP向下的两条支路，使 IMP大量生成和积累；
选育结构类似物双重抗性突变株；
限量添加 Mn2+，解除细胞膜渗透型障碍。
? 肌苷酸发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 100
?鸟苷酸发酵机制 (讨论 )
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 101
