Podział metabolitów:

- pierwotne – związki niskocząsteczkowe, są konieczne do wzrostu komórek, np.

aminokwasy, monosacharydy

- wtórne – często związki wielkocząsteczkowe, ich synteza zachodzi później podczas wzrostu

hodowli, nie są potrzebne do wzrostu komórki, są ważne z punktu widzenia przeżycia

producenta

Jeśli chcemy otrzymywać metabolity pierwotne, musimy utrzymywać hodowle (ciągła) na

etapie wzrostu logarytmicznego, gdy chcemy metabolity wtórne – etap fazy stacjonarnej.

Jak przekonać komórkę, aby produkowała dany produkt?

Każdy organizm ma mechanizm kontroli np.

Sprzężenie zwrotne – końcowy produkt szlaku metabolicznego hamuje cały szlak np.:

Jako inhibitor pierwszego enzymu ze szlaku – gdy stężenie produktu końcowego dojdzie do

pewnego poziomu, zachodzi inhibicja enzymu, gdy wyczerpuje sie produkt, cykl rusza od

nowa

Produkt może też być represorem genu kodującego enzym, enzym w ogóle nie powstaje –

większa oszczędność.

By komórka nadprodukowała dany produkt, trzeba ominąć system kontroli:

• Utrzymujemy stężenie produktu końcowego na niskim poziomie przez zwiększenie

przepuszczalności błony np. dodajemy do podłoża antybiotyki uszkadzające błonę lub

otrzymujemy szczep mutantów, które nie wytwarzają błony, w ten sposób produkujemy

kwas glutaminowy, ten sposób dodatkowo pozwala na łatwiejsze uzyskanie produktu z

komórki

• Wprowadza sie zmiany genetyczne, które sprawiające, że organizm wytwarza enzym

niewrażliwy na sprzężenie zwrotne, wtedy szlak metaboliczny działa niezależnie od stężenia produktu końcowego, ten sposób jest trudniejszy do wykonania

Podstawowy szlak regulacji metabolizmu to sprzężenie zwrotne.

Enzym, którego synteza jest regulowana przy udziale końcowego produktu szlaku

metabolicznego (mechanizm represji) nazywamy enzymem represyjnym. Represorem mogą

też być produkty pośrednie w szlaku metabolicznym.

Znajomość mechanizmu regulacji jest bardzo ważna, gdy chcemy otrzymywać produkt

końcowy lub sam enzym.

Przykłady omijania:

Komórki mutujemy tak, aby nie wytwarzały biotyny (która jest składnikiem błony

komórkowej), zwiększa sie przepuszczalność błony komórkowej , taka komórka nie

zatrzymuje produktu końcowego, nie następuje sprzężenie zwrotne, komórka jest

nadproducentem

Dodanie antybiotyku – penicyliny, która uszkadza ścianę komórkowa, prze to zwiększa

sie przepuszczalność komórki

Represja kataboliczna – przy danym środowisku, komórka nie produkuje danego enzymu,

dopiero zmiana w środowisku prowadzi do uruchomienia jakiegoś szlaku metabolicznego,

może to być np. ubytek określonego źródła węgla.

Niektóre komórki mogą być wrażliwe na własny antybiotyk, zwłaszcza w fazie wzrostu

logarytmicznego, gdzie przeważają młode, szybko dzielące sie komórki. Natomiast w fazie

stacjonarnej przeważają dojrzałe komórki, bardziej odporne na własny antybiotyk. W tej

fazie można sobie pozwolić na produkcje antybiotyku. Może on eliminować szczepy

konkurenckie, które zaczynają sie namnażać. Komórka zaczyna produkować antybiotyk gdy

zabraknie jakiegoś składnika np. źródła węgla, azotu czy fosforu. Odpowiednio dobierając

skład podłoża, możemy sterować produkcja antybiotyków.

Obecność jakichś związków w podłożu może indukować jakiś szlak metaboliczny. Związki

te nazywamy induktorami.

Produkcja wielu antybiotyków również działa na zasadzie sprzężenia zwrotnego np.

penicyliny, chloramfenikolu.

Jeżeli mamy komórki zmutowane tak, aby nadprodukowały jakiś związek (np. nie produkują

biotyny) otrzymujemy produkcje metabolitu nawet 1000-krotnie większa, musimy jednak

zachować idealne warunki sterylne, ponieważ w przypadku, gdy dojdzie do zakażenia jakimś

dzikim szczepem, będzie on lepiej przystosowany i wyprze nasz szczep producencki.