It has been produced that penicillin production in a batch fermentation process is affected by carbon catabolite regulation. The controlling mechanism, however, is still not clear enough if it involves catabolite inhibition or repression effect. This carbon catabolite regulation was studied for a better understanding of regulatory mechanism in penicillin production with $\underline{penicillium} $\underline{chrysogenum}$. Various carbon substrates were tested and corresponding penicillin productivities were analyzed in terms of volumetric penicillin production, specific penicillin production, and specific activity of penicillin synthesizing enzyme complex(penicillin synthetase) in mycelia.
Specific activity of penicillin synthetase was greatly affected by cell age and kind of carbon substrates employed. High specific activity of penicillin synthetase was observed in a early phase of fermentation in case of more rapidly assimilated carbon substrates (glucose & sucrose), although specific penicillin production was relatively low. However, in case of more slowly assimilated carbon substrate (lactose), the appearance of the synthetase activity was significantly delayed and the specific penicillin production increased slightly with specific synthetase activity. Furthermore, low specific penicillin production was observed when the residual glucose concentration in the broth was high, although the specific synthetase activity in mycelia remained almost constant. These findings confirm that the controlling mechanism of penicillin production by $\underline{P}$.$\underline{chrysogenum}$ is catabolite inhibition rather catabolite repression, which has been vaguely suggested by other researchers.
$\underline{P}.$\underline{chrysogenum}$ 균주가 penicillin 생성할 때의 탄소원대사 조절기작을 알아보기 위하여 유당, 포도당, 서당, 맥아당, galactose 등의 탄소원에 대해 성장정지 세포실험을 시행하였다.
각 탄소원을 사용한 배지에서 배양 시간에 따른 penicillin 생성 총효소의 생성을 조사하였다. 이때 5개의 탄소원 배지 모두가 세포가 성장을 시작함과 같이 효소가 생성됨을 보였다. 이와 같은 사실에서 조절기작이 carbon catabollite repression 아님을 알 수 있었다. 효소의 생성양은 유당을 탄소원으로 하는 경우 활성도가 제일 컷고 서당 galactose를 사용한 경우에 낮은 활성도를 보여 주었다. 그러나 5가지 탄소원을 사용한 배양 모두 초기 성장시에 최대 효소 활성도를 보여 주었다.
각 탄소원을 사용한 배지에서 단위 세포당 penicillin 생성을 조사 하였을 때 유당의 경우가 현저하게 높은 값을 보여 주었으며 나머지 서당, 맥아당, galactose의 경우는 비슷한 값을 보여 주었다. 그러나 위의 3개의 탄소원의 경우는 일정한 시간이 지난 후에 세포당 penicillin 생성이 빠르게 증가 하였다. 포도당의 경우가 가장 대표적으로 나타났다.
Carbon catabolite repression 이 조절기작이 아니라는 것을 더욱 확증하기 위하여 eucaryotic 세포의 단백질 합성을 방해하는 항생제인 cyclohexi mide를 유당과 포도당 3%가 탄소원으로 사용된 배지에 각 20시간 배양시 100ugml이 되도록 주입하여 주입하지 않은 배양 flask와 비교하였다.
두 경우 모두 같은 양상을 보였는데 antibiotic를 놓은 경우는 주입한 시간에 약간의 penicillin 생성 효소 활성이 존재하였으므로 단백질 합성이 방해됨에 따라 더 이상 증가하지 못하고 감소하였다. 그러나 그것을 주입하지 않은 배양 flask 에서는 20시간에서 부터 계속 증가하여 시간이 지난 후에 최대치를 보였다. 이와 같은 사실에서 penicillin 생성 효소는 세포의 성장과 함께 생성됨을 알 수 있었다.
그러면 이미 초기 성장시에 penicillin 생성 효소는 만들어져 있는데 penicillin 생성은 포도당, 서당 등의 유당을 제외한 대부분의 탄소원을 사용한 배지에서 성장이 stationary phase에서 급격히 일어나는 이유를 알아보기 위해 빨리 대사되는 상의 대표적 경우로 서당, 포도당과 느리게 대사되는 당의 경우인 유당에 대해서 탄소원의 농도를 3%, 6%, 9%로 한 경우에 배양하였다. 여기에서 포도당, 서당의 경우는 배지내에 당이 고갈되는 시간과 함께 세포당 penicillin 생성이 급격히 일어났다.
이것에서 조절기작이 carbon cataboliteinhibition이라고 제시할 수 있었다. 또한 단위 세포당 penicillin 생성도 3% 탄소원의 경우 가장 높은 값을 보였다. 반면 유당의 경우는 단위 세포당 penicillin 생성은 배지내의 탄소원에 전혀 영향을 받지 않았고 단위 세포당 penicillin 생성도 3경우 모두 비슷하였다.
