氢酶复合物的活性,就能防止α-酮戊二酸的降解,提高谷氨酸的产量。影响谷氨酸产量提 高的另一个重要因素是细胞壁的通透性。细胞内的谷氨酸必需释放到细胞外,才能使胞内谷 氨酸浓度保持在适当的水平,不至产生严重的负反馈抑制。过去曾有人认为生物素是谷氨酸 产生的必要条件,但是通过深入研究表明,生物素的主要作用是改善细胞壁的通透性而并不 是谷氨酸产生的必要条件。有人研究了原来不产谷氨酸的大肠杆菌经诱变后得到的a-酮戊 二酸脱氢酶缺失的突变株,发现不需要生物素就能积累2.3g/L的谷氨酸。虽然亚适量的生 物素(2.5~5.0μgL)可以促进谷氨酸棒杆菌的生长和谷氨酸积累,但是过量的生物素(25 30ug/L)反而会抑制谷氨酸的有效产生。研究表明,生物素在谷氨酸合成中的作用一方面是 作为乙酰辅酶A的辅基,当这种辅酶参与油酸和其他脂肪酸的合成反应时会受到CsI8饱和 脂肪酸的抑制,这样有利于乙酰辅酶A进入三羧酸循环,减少用于合成脂肪酸的消耗:生物 素更重要的作用是使细胞壁中的脂肪酸含量发生变化,从而改变了细胞壁的通透性,有利于 谷氨酸的释放。因此,生物素并不是谷氨酸合成的必要条件。进一步的研究表明,不仅生物 素,培养基中加入油酸盐和饱和脂肪酸也能改善细胞壁的通透性,提高谷氨酸的产量。某些 抗生素,如青霉素和头孢菌素C,也会有利于谷氨酸释放到胞外,但是作用的机理不同。抗 生素的加入会阻碍细胞壁的合成,使细胞膨胀、拉长,结果也是增加了细胞的通透性 从图7.21还可以看到,α-酮戊二酸是谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸的共同前体, 培养条件的改变会使最终产物发生变化。例如,同样是生产谷氨酸的谷氨酸棒杆菌,在高浓 度氯化铵存在下、保持培养基呈弱酸性并加入锌离子会提高谷氨酰胺合成酶的活力,使谷氨 酸转化为谷氨酰胺:而当培养基中含有过量的生物素和高浓度氯化铵时,L-脯氨酸的积累量 将超过40g/L。上述方法已经用于谷氨酰胺和L脯氨酸的工业化生产 7.2.2发酵法生产氨基酸的菌种选育 工业发酵要求选育出高产菌种。一种微生物经过育种,能够积累过量的目标产物,就可 以用于工业发酵,同时也说明它的遗传基因型与野生菌相比已经发生了变化。如果目标产物 的代谢途径和调控机制已经比较清楚,在菌种选育时就能够有目的地采用适当的方法对细胞 内的调节控制机理进行改造,就能够比较容易地获得高产菌种。微生物中氨基酸合成的代谢 途经和调控机制已经进行了深入研究,为菌种选育创造了良好的条件。根据已经掌握的微生 物中氨基酸生物合成的代谢途径和调控机制,发酵法生产氨基酸的菌种选育方法主要有:选 育营养缺陷型菌种;选育调节突变型菌种及用基因工程方法获得髙产菌种。下面将对这三种 方法分别予以讨论 7.2.2.1从营养缺陷型突变株选育氨基酸产生菌 营养缺陷型突变株的特点是:当菌株生长所必需的某种营养物质供应受到限制时,就不 会合成产生负反馈抑制的抑制剂,从而解除了反馈抑制,使得该代谢途径下游的有关代谢产 物或其前体物质能够过量积累。从氨基酸的合成途径可以看到,各种氨基酸的合成存在着密 切的关系,有些有共同的前体;有些是在同一条支路上合成,既是前面一种氨基酸的反应产 物,又是后一种氨基酸合成的反应物。因此为了使某一种氨基酸大量积累,就必须增加合成 氨基酸前体的速率,切断竞争消耗共同前体的其它氨基酸的代谢支路,防止目标产物被下游 的反应消耗。为了达到上述目标,选育营养缺陷型突变株是最简单有效的提高目标氨基酸产 量的方法。表7.2.1列出了部分氨基酸生产菌种及其遗传标记,其中的鸟氨酸和瓜氨酸是精 氨酸合成的中间产物 表7、2、1用营养缺陷型突变菌株生产的氨基酸4 氢酶复合物的活性，就能防止α-酮戊二酸的降解，提高谷氨酸的产量。影响谷氨酸产量提 高的另一个重要因素是细胞壁的通透性。细胞内的谷氨酸必需释放到细胞外，才能使胞内谷 氨酸浓度保持在适当的水平，不至产生严重的负反馈抑制。过去曾有人认为生物素是谷氨酸 产生的必要条件，但是通过深入研究表明，生物素的主要作用是改善细胞壁的通透性而并不 是谷氨酸产生的必要条件。有人研究了原来不产谷氨酸的大肠杆菌经诱变后得到的α-酮戊 二酸脱氢酶缺失的突变株，发现不需要生物素就能积累 2.3g/L 的谷氨酸。虽然亚适量的生 物素（2.5～5.0μg/L）可以促进谷氨酸棒杆菌的生长和谷氨酸积累，但是过量的生物素(25～ 30μg/L)反而会抑制谷氨酸的有效产生。研究表明，生物素在谷氨酸合成中的作用一方面是 作为乙酰辅酶 A 的辅基，当这种辅酶参与油酸和其他脂肪酸的合成反应时会受到 C16-18 饱和 脂肪酸的抑制，这样有利于乙酰辅酶 A 进入三羧酸循环, 减少用于合成脂肪酸的消耗；生物 素更重要的作用是使细胞壁中的脂肪酸含量发生变化，从而改变了细胞壁的通透性，有利于 谷氨酸的释放。因此，生物素并不是谷氨酸合成的必要条件。进一步的研究表明，不仅生物 素，培养基中加入油酸盐和饱和脂肪酸也能改善细胞壁的通透性, 提高谷氨酸的产量。某些 抗生素，如青霉素和头孢菌素 C，也会有利于谷氨酸释放到胞外，但是作用的机理不同。抗 生素的加入会阻碍细胞壁的合成，使细胞膨胀、拉长，结果也是增加了细胞的通透性。 从图 7.2.1 还可以看到，α-酮戊二酸是谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸和精氨酸的共同前体， 培养条件的改变会使最终产物发生变化。例如，同样是生产谷氨酸的谷氨酸棒杆菌，在高浓 度氯化铵存在下、保持培养基呈弱酸性并加入锌离子会提高谷氨酰胺合成酶的活力，使谷氨 酸转化为谷氨酰胺；而当培养基中含有过量的生物素和高浓度氯化铵时，L-脯氨酸的积累量 将超过 40g/L。上述方法已经用于谷氨酰胺和 L-脯氨酸的工业化生产。 7. 2. 2 发酵法生产氨基酸的菌种选育 工业发酵要求选育出高产菌种。一种微生物经过育种，能够积累过量的目标产物，就可 以用于工业发酵，同时也说明它的遗传基因型与野生菌相比已经发生了变化。如果目标产物 的代谢途径和调控机制已经比较清楚，在菌种选育时就能够有目的地采用适当的方法对细胞 内的调节控制机理进行改造，就能够比较容易地获得高产菌种。微生物中氨基酸合成的代谢 途经和调控机制已经进行了深入研究，为菌种选育创造了良好的条件。根据已经掌握的微生 物中氨基酸生物合成的代谢途径和调控机制，发酵法生产氨基酸的菌种选育方法主要有：选 育营养缺陷型菌种；选育调节突变型菌种及用基因工程方法获得高产菌种。下面将对这三种 方法分别予以讨论。 7.2.2.1 从营养缺陷型突变株选育氨基酸产生菌 营养缺陷型突变株的特点是: 当菌株生长所必需的某种营养物质供应受到限制时，就不 会合成产生负反馈抑制的抑制剂，从而解除了反馈抑制，使得该代谢途径下游的有关代谢产 物或其前体物质能够过量积累。从氨基酸的合成途径可以看到, 各种氨基酸的合成存在着密 切的关系, 有些有共同的前体; 有些是在同一条支路上合成, 既是前面一种氨基酸的反应产 物, 又是后一种氨基酸合成的反应物。因此为了使某一种氨基酸大量积累, 就必须增加合成 氨基酸前体的速率, 切断竞争消耗共同前体的其它氨基酸的代谢支路, 防止目标产物被下游 的反应消耗。为了达到上述目标, 选育营养缺陷型突变株是最简单有效的提高目标氨基酸产 量的方法。表 7.2.1 列出了部分氨基酸生产菌种及其遗传标记，其中的鸟氨酸和瓜氨酸是精 氨酸合成的中间产物。 表 7、2、1 用营养缺陷型突变菌株生产的氨基酸