【模块二】
运用谷氨酸的发酵中微生物细胞内的自动代谢调节机制，进行谷氨酸生产的调控。

谷氨酸的发酵生产中，生产目的是为得到尽可能多的目标产物，请同学们在利用生产实践考察搜集资料、设计方案的基础上，进行讨论，提出你认为行之有效的措施？（提问）——梁英祖、卢瑞洁、黄荣、周辉
从大家的回答中我们就认可率和生产中应用最多的一种进行讨论，即在限量添加油酸的条件下采用谷氨酸生产菌油酸缺陷型菌株。

为什么要采用谷氨酸生产菌油酸缺陷型菌株呢？这是因为油酸是含单烯的
不饱和脂肪酸，它是细菌磷脂的重要脂肪酸。

因此如果是油酸缺陷型菌株，由于它不能合成油酸，结果就影响了细胞膜的完整性，即通过增加细胞膜的透性，提高了谷氨酸产量。

可见，提高谷氨酸产量的关键是这种营养缺陷型菌株能使谷氨酸不断地分泌到细胞外。

那么，这里就有一个问题，为什么存在于微生物细胞内的谷氨酸会影响发酵产生更多的目标产物——谷氨酸呢？
带着这个问题，我们来看下图：图中所示为微生物细胞内正常生理状态下产生谷氨酸的代谢途径。

图中，红色箭头表示：优先合成。

即在分支合成途径中，分支点后的两种酶竞争同一种底物，由于两种酶对底物的Km值（即对底物的亲和力）不同，故两条支路的一条优先合成。

绿色箭头表示：增强反馈抑制。

灰色箭头表示：反馈抑制。

可见，微生物正常菌株在合成谷氨酸后，由于反馈抑制的存在，已经合成的谷氨酸抑制了新的谷氨酸的合成。

谷氨酸的合成途径随即关闭，谷氨酸不再产生，自然状态的下的代谢只能产生非常有限的目标产物。

这样的代谢机制会对氨基酸的发酵生产造成什么影响呢？
一、反馈抑制对氨基酸生产的影响
首先，我们来回顾一下反馈抑制。

反馈抑制的实质即：在微生物代谢过程中，当代谢途径中某末端产物过量时，除可以用反馈抑制的方式抑制代谢途径中关键酶的活性，减少末端产物的合成外，还可通过反馈阻遏作用来阻碍代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的生物
合成，从而控制代谢的进行和减少末端产物的合成。

反馈抑制作用有利于生物体节省有限的养料和能量，却是一个发酵工业中的不利因素，在谷氨酸的发酵生产中，由于我们的目标产物谷氨酸对其合成代谢途径的反馈抑制强烈，反馈抑制的作用尤为明显，这就使末端产物反馈抑制成为了生产中首先必须克服的不利因素。

显然，如果我们能采用合适的措施使细胞膜透性增大的话，就能达到目的。

这即是通常所说的人工调控。

因为，发酵过程的代谢场所是微生物细胞，而微生物的细胞膜对于物质的通透性具有选择性，细胞内的代谢产物不能随意通过细胞膜而分泌到细胞外。

如果能够改变细胞膜透性，使代谢产物不断地分泌到细胞外，就能解除终产物的反馈抑制作用，增加发酵产量。

实际生产中如何解除反馈抑制这一不利因素呢？
二、通过人工调控发酵增加氨基酸产量的方法
促进微生物代谢产物大量积累的重要途径是改变微生物的遗传特性，影响细胞原有的代谢调控机制，常用的方法是选育营养缺陷型菌株，解除终产物的反馈抑制作用，或者选育抗反馈调节突变株，使细胞内的调节酶不受过量的终产物的反馈阻遏，从而提高发酵产量。

谷氨酸发酵生产中，多数利用营养缺陷型菌株。

这个概念是以前学习过的。

提问：何谓营养缺陷型菌株？——吴亚亚
例如，用谷氨酸棒杆菌的生物素营养缺陷型(biotin deficiency)进行谷氨酸发酵，生物素是合成脂肪酸所必需的，而脂肪酸又是组成细胞膜类脂的必要成分。

该缺陷型在生物素处于限量的情况下，不利于脂肪酸的合成，因而使细胞膜的透性发生变化，有利于将谷氨酸透过细胞膜分泌至胞外的发酵液中。

在【模块】选择合适的谷氨酸生产原料并进行适当的处理，进行发酵培养基的配制中，谷氨酸发酵采用糖蜜作为原料时，需要进行预处理，目的也是为了降低生物素的含量。

这样配制成的培养基能为谷氨酸棒杆菌的生物素营养缺陷型提供生物素受限的营养环境，影响脂肪酸的合成，进而使细胞膜透性增强，最终使生成的谷氨酸透过细胞膜分泌到发酵液中。

如果使用前面我们提到的生产中最常用的油酸缺陷型菌株或者甘油缺陷型
菌株，即使在生物素过量的条件下，也可使谷氨酸在胞外大量积累。

这部分内容的核心，即运用谷氨酸的发酵中微生物细胞内的自动代谢调节机制，进行谷氨酸生产的调控。

它的具体操作表现为，在发酵生产谷氨酸时，采用产L-谷氨酸的优良菌株进行人工诱变后选育出的营养缺陷菌株，并调控其他发酵条件与之配合，可以很有效地消弱反馈抑制，达到我们大量积累发酵产物的目的。