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生物学基础
第二章发酵过程的生物学基础
第一节发酵过程与微生物（自学）
第二节微生物的营养与培养基的设计（自学）
第三节微生物的生长模式及其动力学（自学）
第四节环境对微生物的影响（自学）
第五节代谢产物的代谢调控
在生物进化过程中，微生物细胞形成了愈来愈完善的代谢调节机制，使细胞内复杂的生化反应能高度有序地进行，并对外界环境的改变迅速作出反应，因而在代谢繁殖过程中，能量的利用以及对细胞生长繁殖过程中所需的各种物质的形成是非常合理和经济的，需要多少合成多少，不需要的不合成或合成量很少，细胞经常处于平衡生长状态，不会有代谢产物的积累。
从进化角度看，代谢产物的过量产生，对细胞能量的利用和细胞组成物质的合成都是一种浪费。
在自然环境中，只有当条件改变时才会造成微生物积累某些代谢产物，如在厌氧条件下酒精、乳酸和醋酸的大量形成。
通过改变培养条件和遗传特性，使微生物的代谢途径；改变或代谢调节失控而获得某一发酵产物的过量产生，正是现代发酵工业要研究的主要内容。
其方法大体可分为两类，一是改变产生菌的基因型而改变代谢途径；二是改变控制代谢速率，即影响基因型的表达。
代谢调节是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。
包括酶量的调节和酶活性的调节。
微生物代谢的控制是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。
一、代谢调节方式
1，细胞透性的调节
细胞质膜的透性直接影响物质的吸收和代谢产物的分泌，从而影响到细胞内代谢的变化。
细胞质膜的透性的调节是微生物代谢调节的重要方式，由它控制着营养物质的吸收。
例如，大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌吸收乳糖是由渗透酶和环状AMP（cAMP）协同控制来完成的。
cAMP的浓度是由腺苷酸环化酶（AC）的活性控制的，也就是说，乳糖的吸收受渗透酶和AMP环化酶的控制，调节蛋白通过磷酸化的形式和腺苷酸环化酶（AC）或渗透酶结合，分别使腺苷酸环化酶活化或使渗透酶失活。
当有葡萄糖时，乳糖的渗透酶以无活性状态存在，而腺苷酸环化酶也以非活性状态存在。
2，代谢途径区域化
原核微生物细胞结构虽然简单，但也划分出不同的区域，对于某一代谢途径有关的酶系则集中某一区域，以保证这一代谢途径的酶促反应顺利进行，避免了其他途径的干扰。
例如呼吸的酶系集中在细胞质膜上；而与蛋白质合成有关的酶系则位于核蛋白体上；分解大分子的水解酶，在革兰氏阴性菌里是位于壁膜间隙中，而革兰氏阳性菌则将这些水解酶类，分泌于胞外。
在真核微生物细胞里，各种酶系被细胞器隔离分布。
如与呼吸产能有关的酶系集中于线粒体内膜上；蛋白质的合成酶系位于核蛋白体上；DNA合成的某些酶位于细胞核里。
细胞具有复杂的膜结构使其代谢活动只能在特定的部位上进行，即代谢活动是区域化的，其实质是控制酶与底物接触，使各个反应有序地进行。
3，代谢流向的调控
微生物在不同条件下可以通过控制各代谢途径中某个酶促反应的速率来控制代谢物的流向，从而保持机体代谢的平衡。
它包括两种形式：
由一个关键酶控制的可逆反应和由两种酶控制的逆单向反应。
（1）由一个关键酶控制的可逆反应
同一个酶可以通过不同辅基（或辅酶）控制代谢物的流向。
例如，谷氨酸脱氢酶以NADP+为辅酶时，主要是催化谷氨酸的合成，当以NAD+为辅酶时，则催化谷氨酸的分解。
因此微生物可以通过不同的辅基来控制代谢物的流向。
（2）由两种酶控制的逆单向反应
逆单向反应是在生物体代谢的关键部位的某些反应，它是由两种各自不同的酶来催化的。
即在一个“可逆”反应中，其中一种酶催化正反应，而另一种酶则催化逆反应。
例如，葡萄糖转化为6-磷酸葡萄糖是由己糖激酶催化的，而其逆反应则是由6-磷酸葡萄糖酯酶催化的。
6-磷酸果糖转化为1，6-二磷酸果糖是由磷酸果糖激酶催化的，逆反应则由1，6-二磷酸果糖酯酶催化。
4，代谢速度的调控
在不可逆反应中，微生物通过调节酶的活性和酶量来控制代谢物的流量。
微生物在不同条件下能按照需要，通过酶活或抑制原有酶的活性或通过诱导或阻遏酶的合成来自我调节其代谢速度，使之高度经济有效地利用能量和原科进行生长繁殖。
二、酶合成的调节
1，酶合成的诱导
根据酶合成与底物的关系将酶分为组成型与诱导型两类。
组成酶是细胞固有的酶，其合成受相应基因控制，与底物、底物结构类似物及环境条件无关，它主要用于调节初级代谢。
诱导酶是细胞为适应外来底物或底物结构类似物而临时合成的酶。
如E.coli在含乳糖培养基上产生的β-半乳糖苷酶和半乳糖苷渗透酶就是由乳糖存在而诱导产生的。
能促进诱导酶产生的物质称为诱导物。
底物、难以代谢的底物结构类似物及底物前体均可作为诱导物。
-酶合成的诱导分为协同诱导与顺序诱导两种类型。
协同诱导指一种底物能同时诱导几种酶的合成。
顺序诱导指先合成分解底物的酶，再依次合成分解各中间产物的酶，达到对复杂代谢途径的分段调节。
2，酶合成的诱导的机制
在没有诱导物存在时，调节基因R编码的阻遏蛋白与操纵基因O相结合，使附着于启动基因P上的RNA聚合酶不能通过，从而阻止了RNA聚合酶对结构基因S的转录；当诱导物存在时，阻遏蛋白因受诱导物作用而构型发生变化，失去与操纵基因的结合能力，从操纵基因上解脱下来，使RNA聚合酶能对结构基因进行转录，进而翻译成酶蛋白。
3，酶合成的阻遏
在微生物的代谢过程中，当某途径的末端产物过量时，可通过阻碍该代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的生物合成，彻底控制代谢和末端产物合成。
阻遏作用有利于微生物从合成源头节省有限的养料与能量。
（1）终产物阻遏
末端产物阻遏指某代谢途径末端产物过量累积引起的阻遏。
在直线反应途径中，末端产物阻遏较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，使这些酶不能合成。
（2）分解代谢产物阻遏
分解代谢物阻遏指细胞内同时存在两种底物（碳源或氮源）时，易利用底物会阻遏难利用底物分解酶系的合成。
其实质并非易利用底物直接导致，而是易利用底物分解过程中产生的中间代谢物或末端代谢物的过量累积，阻遏了代谢途径中一些酶的合成。
导致所谓“二次生长现象”。
4，酶合成的阻遏的机制
终产物的反馈阻遏在转录水平上进行，终产物为辅阻遏物，它可激活由调节基因R生成的无活性阻遏蛋白。
辅阻遏物与阻遏蛋白结合形成活化阻遏物，它能与操纵基因O结合，阻止RNA聚合酶对结构基因S的转录。
三、酶活性的调节
1，概念
酶活性调节：
是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。
2，影响因素
影响酶活性的因素有：
（1）底物和产物的性质和浓度
（2）环境因子（如压力、pH、离子强度和辅助因子等）
（3）其他的酶的存在
3，调节方式
酶活性的调节方式有两种：
激活已有酶的活性和抑制已有酶的活性
（1）激活
激活：
在激活剂的作用下，使原来无活性的酶变成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性的现象。
代谢调节的激活作用：
主要是指代谢物对酶的激活。
前体激活，指代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。
代谢中间产物的反馈激活，指代谢中间产物对该代谢途径的前面的酶起激活作用
（2）抑制
抑制和激活相反。
由于某些物质的存在，降低酶活性，称为抑制。
抑制可以是不可逆的，这将造成代谢作用的停止；抑制也有可逆的，当抑制剂除去后，酶活性又恢复。
在代谢调节过程中所发生的抑制现象主要是可逆的，而且大多属于反馈抑制。
（2）反遗抑制：
反馈抑制是指代谢的末端产物对酶（往往是代谢途径中的第一个酶）活性的抑制。
反馈抑制作用在生物体内普通存在，它在维持细胞正常代谢、经济有效地利用代谢原料、以及适应环境的变化，都具有重要作用。
包括无分支代谢途径的调节和有分支代谢途径的调节。
①
无分支代谢途径的调节
通常是在线形的代谢途径中末端产物对催化第一步反应的酶活性有抑制作用。
例如，在大肠杆菌中，由苏氨酸（Thr）合成异亮氨酸（IIeu）时，异亮氨酸对催化反应途径中的第一步反应的苏氨酸脱氨酶（TD）有抑制作用。
苏氨酸α-酮丁酸异亮氨酸
TD
②有分支代谢途径的调节
在有两种或两种以上的末端产物的分支合成代谢途径中，调节方式较复杂，其共同特点是每个分支途径的末端产物控制分支点后的第一个酶，同时每个末端产物又对整个途径的第一个酶有部分的抑制作用，分支代谢的反馈调节方式有多种:
酶的顺序反馈抑制
分支代谢途径中的两个末端产物，不能直接抑制途径中的第一个酶，只有当两个末端产物都过量时，才能对途径中的第一个酶有抑制作用。
例如，枯草杆菌在芳香族氨基酸合成中，色氨酸（Try）抑制邻氨基苯甲酸合成酶（AS），苯丙氨酸（Phe）抑制预苯酸脱水酶（PT），酪氨酸（Tyr）抑制预苯酸脱氢酶（PD），预苯酸和分支酸又部分地抑制7-磷酸-2-酮-3-脱氧庚糖酸合成酶（DS）。
EP：
磷酸烯醇丙酮酸；E4P：
4-磷酸赤藓糖；DAHP：
7-磷酸-2-酮-3-脱氧庚糖酸；CA：
分支酸；Per：
预苯酸；AA：
邻氨基苯甲酸；HPPA：
对羟基苯丙酮酸；PPA：
苯丙酮酸；Tyr：
酪氨酸；Try：
色氨酸；Phe：
苯丙氨酸；I：
7-磷酸-2-酮-3-脱氧庚糖酸合成酶；II：
邻氨基苯甲酸合成酶；III：
分支酸变位酶；IV：
预苯酸脱氢酶；V：
预苯酸脱水酶
同工酶的反馈抑制
同功酶是指能催化同一生化反应，但它们的结构稍有不同，可分别被相应的末端产物抑制的一类酶。
其特点是：
途径中第一个反应被两个不同的酶所催化，一个酶被H抑制，另一个酶被G抑制。
只有当H和G同时过量才能完全阻止A转变为B。
例如，大肠杆菌以天门冬氨酸为前体合成苏氨酸（Thr）、异亮氨酸（Ileu）、甲硫氨酸（Met）和赖氨酸（Lys）的代谢途径中有三种天门冬氨酸激酶的同功酶（AKI、AKII和AKIII）和两种高丝氨酸脱氢酶的同功酶（HSDHI和HSDHII）。
其中AKI和HSDHI受到苏氨酸、异亮氨酸的反馈抑制和阻遏，AKII和HSDHII受甲硫氨酸的反馈抑制和阻遏；AKIII受赖氨酸的反馈抑制和阻遏。
协同反馈抑制
在分支代谢系统中，几种末端产物同时都过量，才对途径中的第一个酶具有抑制作用，如果末端产物单独过量则对途径中的第一个酶无抑制作用。
例如，荚膜红假单胞菌中天门冬氨酸族氨基酸生物合成途径中，天门冬氨酸激酶（AK）是受末端产物赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。
Asp：
天门冬氨酸；Asp-Pi：
天门冬酰磷酸；Asa：
天门冬氨酸半醛Thr：
苏氨酸；Lys：
赖氨酸；AK：
天门冬氨酸激酶
累积反馈抑制
在分支代谢途径中各种末端产物单独过量时，它们各自能对途径中的第一个反应的酶仅产生较小的抑制作用。
一种末端产物单独过量并不影响其它末端产物的形成，只有当几种末端产物同时过量时，才对途径中的第一个酶产生较大的抑制。
例如，大肠杆菌谷氨酰胺合成酶（GS）活性的调节是一个典型的累积反馈调节的例子。
谷氨酰胺由谷氨酸、铵和ATP合成。
谷氨酰胺中的酰胺基是色氨酸、组氨酸、氨基甲酰磷酸、6—磷酸葡萄糖胺、CTP、AMP、GMP等化合物生物合成过程中的氮源。
谷氨酰胺合成酶被谷氨酰胺代谢的每种末端产物以及丙氨酸和甘氨酸所累积抑制。
谷氨酰胺合成酶对这些抑制物中的每一种末端产物均有特异的结合部位。
当上述8种末端产物同时过量都与酶结合时，谷氨酰胺合成酶的活性将受到最大的抑制。
超相加反馈抑制
超相加反馈抑制是一种既不同于协同反馈抑制又不同于累积反馈抑制。
对一个分支代谢途径中，几种末端产物单独过量时，仅产生对共同途径的第一个酶部分的抑制。
如果每种末端产物都过量时，其抑制作用则超过各种末端产物单独过量时抑制的总和。
例如，在嘌呤核苷酸的生物合成途径中，催化第一步反应的酶，5-磷酸核糖-1-焦磷酸（PRPP）的酰胺基转移酶，可被各种嘌呤核苷酸产物（如AMP、GMP）所抑制。
例如，一定量的GMP或AMP仅能抑制5-磷酸核糖-1-焦磷酸酰胺基转移酶活力的10％，而当二者混合时，则可抑制其酶活力的50％。
因为这些嘌呤核苷酸与5-磷酸核糖-1-焦磷酸并无结构相似性，又因该酶是一种调节酶，GMP和AMP可能分别结合在该酶的不同部位上。
4，酶活性调节的分子机制
解释酶活性调节机制的理论：
（1）别构调节理论（其核心是酶分子构象的改变）
（2）酶分子的化学修饰理论（其核心是酶分子结构的改变）。
四、初级代谢的调节
初级代谢的调节方式有：
1，产能代谢的调节：
能荷调节
能荷：
即指细胞中ATP、ADP、AMP系统中可为代谢反应供能的高能磷酸键的量度
能荷的大小与细胞中ATP、ADP和AMP的相对含量有关。
当细胞中全部腺苷酸均以ATP形式存在时，则能荷最大，为100%，即能荷为满载。
当全部以AMP形式存在时，则能荷最小，为零。
当全部以ADP形式存在时，能荷居中，为50%。
若三者并存时，能荷则随三者含量的比例不同而表现不同的百分值。
研究证明，细胞中能荷高时，抑制了ATP的生成，但促进了ATP的利用，也就是说，高能荷可促进分解代谢，并抑制合成代谢。
相反，低能荷则促进合成代谢，抑制分解代谢。
能荷调节是通过ATP、ADP和AMP分子对某些酶分子进行变构调节进行的。
例如糖酵解中，磷酸果糖激酶是一个关键酶，它受ATP的强烈抑制，但受ADP和AMP促进。
丙酮酸激酶也是如此。
在三羧酸环中，丙酮酸脱氢酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶等，都受ATP的抑制和ADP的促进。
呼吸链的氧化磷酸化速度同样受ATP抑制和ADP促进。
2，核蛋白体合成的调节
3，氨基酸、核苷酸合成代谢的调节
五、次级代谢的调节
次级代谢的调节方式有：
1，初级代谢对次级代谢的调节
许多次级代谢产物的基本结构是由少数几种初级代谢产物构成的，所以次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生出来的，次级代谢途径并不是独立的，而是与初级代谢途径有密切关系的。
因此次级代谢必然会受到初级代谢的调节。
例如青霉素的合成会受到赖氨酸的强烈抑制，而赖氨酸合成的前体a-氨基己二酸可以缓解赖氨酸的抑制作用，并能刺激青霉素的合成。
这是因为a-氨基己二酸是合成青霉素和赖氨酸的共同前体。
如果赖氨酸过量，它就会抑制这个反应途径中的第一个酶，减少a-氨基己二酸的产量，从而进一步影响青霉素的合成。
2，碳代谢物的调节作用
碳分解代谢产物调节指能迅速被利用的碳源（葡萄糖）或其分解代谢产物，对其他代谢中的酶（包括分解酶和合成酶）的调节。
分为分解产物阻遏和抑制两种。
葡萄糖是菌体生长良好的碳源和能源，但对青霉素、头孢菌素、卡那霉素、新霉素、丝裂霉素等都有明显降低产量的作用。
3，氮代谢物的调节作用
在初级代谢中，氮分解代谢产物调节，即被迅速利用的氮源（氨）抑制作用于含底物的酶（蛋白酶、硝酸盐还原酶、酰胺酶、脲酶、组氨酸酶）的合成。
在次级代谢中，其阻遏作用也确实存在。
在抗生素生产中使用黄豆饼粉就是由于它缓慢分解成有阻遏作用的氨基酸和氨，防止或减弱氮分解代谢产物阻遏作用的结果。
4，磷酸盐的调节作用
磷酸盐不仅是菌体生长的主要限制性营养成分，还是调节抗生素生物合成的重要参数。
其机制按效应剂说有直接作用，即磷酸盐自身影响抗生素合成，和间接作用，即磷酸盐调节胞内其他效应剂（如ATP、腺苷酸能量负荷和cAMP），进而影响抗生素合成。
已发现过量磷酸盐对四环素、氨基糖苷类和多烯大环内酯等32种抗生素的合成产生阻抑作用。
5，次级代谢中的诱导作用及产物的反馈作用
6，次级代谢中细胞膜透性调节
外界物质的吸收或代谢产物的分泌都需经细胞膜的运输，如发生障碍，则胞内合成代谢物不能分泌出来，影响发酵产物收获，或胞外营养物不能进入胞内，也影响产物合成，使产量下降。
如在青霉素发酵中，产生菌细胞膜输入硫化物能力的大小影响青霉素发酵单位的高低。
如果输入硫化物能力增加，硫源供应允足，合成青霉素的量就增多。
第六节微生物代谢产物的过量产生
一，提高初级代谢产物产量的方法
我们知道，初级和次级代谢产物在遗传控制、合成时期、合成途径等方面是存在差异的，因而获得发酵产物过量生产的方法也不同。
由于次级代谢产物的合成远离初级代谢的主要途径，微生物细胞对其合成控制较弱，因此，改变环境条件易于影响其表达，基因型改变后的产量变异幅度也较大，而初级代用产物则与此相反。
这在选择提高代谢产物方法时应予考虑。
提高初级代谢产物产量的方法主要有以下几种：
1，使用诱导物
与糖类和蛋白质降解有关的水解酶类大都属诱导酶类，因此向培养基中加入诱导物就会增加胞外酶的产量。
如加入槐糖（1，2—β—D—葡二糖）诱导木霉菌的纤维素酶的生成，木糖诱导半纤维素酶和葡萄糖异构酶的生成等。
但诱导物的价格往往比较贵，经济上未必合算。
加入廉价的含有诱导物的原料，如槐豆英等某些种籽皮中含有槐糖，玉米芯富含木聚糖，培养过程中可陆续被水解产生槐糖、木糖，这都是经常采用的方法。
但是，玉米芯等这类不溶性聚合物的分解过程缓慢，以其为唯一碳源时，培养周期比较长，产品的体积生产率仍难大幅度提高。
可考虑先使微生物在廉价的可溶性碳源中迅速生长，形成大量菌体后，再加入诱导物诱导水解酶类生成的方法。
诱导物的浓度过高及能被迅速利用时，也会发生酶合成的阻遏，这在纤维二糖对纤维素酶的产生，木二糖对半纤维素酶产生中都己观察到，这也是使用诱导物时应予注意的。
2，除去诱导物——选育组成型产生菌
在发酵工业中，要选择到一种廉价、高效的诱导物是不容易的，分批限量加入诱导物在工艺上也多不便，更为有效的方法是改变菌株的遗传特性，除去对诱导物的需要，即选育组成型突变株。
通过诱变处理，使调节基因发生突变，不产生有活性的阻遏蛋白，或者操纵基因发生突变不再能与阻遏物相结合，都可达到此目的。
迄今尚未见由于结构基因发生改变而得到组成型的报道。
已设计出多种选育组成型突变株的方法，其主要原则是创造一种利于组成型菌株生长而不利于诱导型菌株生长的培养条件，造成对组成型的选择优势以及适当的识别两类菌落的方法，从而把产生的组成型突变株选择出来。
例如把大肠杆菌半乳糖苷酶的诱导型菌株经诱变处理后，先在含乳糖的培养基中培养，由于组成型突变株半乳糖苷酶的合成不需诱导即能产生，因此可较诱导型的出发菌株较早开始生长，在一定时期内菌数的增加便较快，如持续进行培养时，由于诱导酶形成后，原菌株生长速率亦逐渐增加，这种选择性造成的差别就会减少，可用交替在乳糖、葡萄糖培养基中进行培养的方法。
两者利用葡萄糖时的生长速率是相同的，乳糖为碳源造成的组成型菌株的优势生长会持续下去，最后由平板分离就易于得到组成型突变株。
以乳糖为限制性生长因子进行连续培养时，生长速率较低的诱导型菌株就会被冲洗掉，也是利用了上述原理。
诱导型菌株不经诱变处理，利用其自发突变，用连续培养方法，也能得到组成型突变株。
在平板上识别组成型突变株的方法，主要是利用在无诱导物存在时进行培养，它能产生酶，加入适当的底物进行反应显示酶活加以识别。
经常使用酶解后可以有颜色变化的底物，便于迅速捡出组成型菌落。
如甘油培养基平板中培养大肠杆菌时，诱导型菌株不产酶，组成型菌株可产生半乳糖苷酶。
菌落长出后喷布邻硝基苯半乳糖苷，组成型菌株的菌落由于能水解它而呈现硝基苯的黄色，诱导型则无颜色变化。
另如羧甲基纤维素被内切纤维素酶水解后，由于暴露出更多的还原性末端而能被刚果红所染色。
可由此方便地检出纤维素酶产生菌。
3，降低分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生
高分子的多糖类、蛋白质等的分解代谢产物（如能被迅速利用的单糖、氨基酸以及脂肪酸、磷酸盐等）都会阻遏分解其聚合物的水解酶类的生成。
因此用限量流加这类物质或改用难以被水解的底物的方法，都可减少阻遏作用的发生，而获得较高的酶产量。
但是由于它并未改变产生菌的遗传特性，只是暂时地改变了酶的合成速率，因此结果往往不稳定。
更有效的方法是筛选抗降解物阻遏的突变栋。
4，解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻退突变株
从遗传学角度来考虑，如调节基因发生突变，使产生的阻遏蛋白失活；不能与末端分解代谢产物结合，或操纵基因发生突变使阻遏蛋白不能与其结合，都能获得抗分解代谢阻遏的突变株。
前者为隐性突变，后者为显性突变，都能由此导致酶的过量产生。
可以直接以末端代谢产物为底物来筛选抗阻遏突变株，如以葡萄糖、甘油为碳源筛选纤维系酶抗阻遏突变株。
但更多地是利用选育结构类似物抗性菌株的方法。
它所依据的机制是，结构类似物由于在分子结构上与分解代谢的未端产物相类似，因此、它也能与阻遏蛋白相结合，如调节基因发生突变而使阻遏蛋白不能与结构类似物结合，即出现抗性菌株。
由于分子结构上的类似，这种抗性菌株产生的阻遏蛋白也不能与正常的分解代谢产物相结合，即同时也具有对相应的分解代谢产物阻遏作用的抗性，而能导致相应酶类的过量生产。
由于结构类似物与正常代谢产物结构上的差异，它与阻遏蛋白的结合往往是不可逆的。
氨基酸类的结构类似物也不能用以合成具有正常功能的蛋白质，因此它在细胞中会达到较高的浓度。
这都是用结构类似物为底物筛选抗阻遏菌株，较之用正常的分解代谢末端产物更为有效的原因。
如果结构类似物与调节酶相结合，所获得的便是抗反馈抑制的抗性菌株。
筛选抗阻遏和抗反馈的双重突变则更易于获得高产菌株。
对一末端产物的生成途径了解的愈加清楚，就能定向选育多重突变株，而得到过量生产。
菌种选育中常用的结构类似物列于表4—1。
表中的类似物未区分其在作用机制上是抗阻遏或抗反馈，这是由于有的作用机制尚未完全弄清楚，有的则因菌种而异。
有些酶的合成可为铵盐、磷酸盐类所阻遏，用筛选对这类化合物的结构类似物有抗性的突变株的方法，也可达到脱阻遏的效果。
如构巢曲霉的蛋白酶的合成可为铵盐所阻遏，筛选抗甲基铵盐的抗性突变株，其蛋白酶合成即不为铵盐所阻遏。
表4—1结构类似物及代谢末端产物
5，解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株
如上所述，在生物合成途径中广泛存在着反馈抑制调节——末端产物抑制合成途径（包括分枝途径）中第一个酶的活力，因此，降低末端产物的浓度就能积累代谢途径中间体，如同由培养物中去除阻遏物一样，这种方法的实施比较困难，比较有效的方法是选育对末端产物有抗性的突变株。
如天冬氨酸激酶是赖氨酸生物合成途径中的调节酶，由黄色短杆菌分离到对赖氨酸的类似物（2—氨基半胱氨酸）有抗性的突变株，它对天冬氨酸激酶的反馈抑制不敏感，赖氨酸的产量可达57mg／m1。
解除反馈抑制的另一种方法是选育营养缺陷型。
即筛选丧失了合成途径中某种酶，而必需供给某一中间代谢产物才能生长的突变株。
限量供给此中间代谢产物就能降低或解除末端产物的反馈抑制，而获得另—中间产物的过量产生。
这在较简单的直线式合成途径中已获得不少成功的实例。
谷氨酸经过乙酰谷氨酸、乌氨酸、瓜氮酸而合成精氨酸（图4—7）。
经诱变处理后得到的瓜氨酸营养缺陷型失去了合成催化鸟氨酸合成瓜氨酸的鸟氨酸转氨甲酰酶的能力，必需供给瓜氨酸或精氨酸时，此菌株才能生长。
控制供给亚适量的精氨酸或瓜氨酸使菌体生长，但又不致引起反馈抑制时（精氨酸抑制N一乙酰谷氨酸激酶活力），就能使鸟氨酸大量产生。
如选育丧失精氨酸琥珀酸合成酶的精氨酸缺陷型，就能得到瓜氨酸的过量生产。
上述的直线式合成途径中，用营养缺陷型方法只能使中间代谢产物积累而不能使末端产物积累。
在分枝途径中则能得到使末端产物过量产生的营养缺陷型突变。
谷氨酸棒状杆菌的苏氨酸、异亮氨酸、甲硫氨酸和赖氨酸的合成是与分枝途径相联系的（图4-8），筛选高丝氨酸营养缺陷型后，限量供给苏氨酸时，就能解除由苏氨酸和赖氨酸的协同反馈抑制作用，而获得赖氨酸的过量生产。
这是因为仅有赖氨酸或苏氨酸存在时，天冬氨酸激酶不被抑制，只有两者的协同效应才能造成抑制。
在限量供给苏氨酸的情况下，即使赖氨酸过剩，抑制作用也很难发生。
6，防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株
经诱变产生的高产菌
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