2022年微生物学第六章微生物的代谢.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第十四授课单元一、 教学目的使同学明白呼吸与发酵作用,重点讲解微生物代谢的特别性,联系在食品和发酵生产上的应用,留意表达微生物不同发酵类型及代谢的特点；二、 教学内容（第六章 微生物的新陈代谢第一节 微生物的产能代谢 1. 代谢概论 简洁介绍新陈代谢的概念,同化作用和异化作用；2. 微生物的产能代谢：重点介绍化能异养微生物生物氧化的三种产能方式,即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸,3. 介绍乙醇发酵（酵母菌的乙醇发酵途径和运动发酵单胞菌的乙醇发酵途径）、乳酸发酵（同型乳酸发酵和异型乳酸发酵）、甘油发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵及丁二醇发酵；三、教学重点

2、、难点及处理方法重点 : 化能异养微生物生物氧化的三种产能方式,即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸,介绍乙醇发酵（酵母菌的乙醇发酵途径和运动发酵单胞菌的乙醇发酵途径）、乳酸发酵（同型乳酸发酵和异型乳酸发酵） 、甘油发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵及丁二醇发酵；由于同学在生物化学课程中已经学过各种代谢途径,因此在微生物学中不再作为重点讲解；本章内容主要使同学明白呼吸与发酵作用,重点讲解微生物代谢的特别性,联系在食品和发酵生产上的应用,留意表达微生物不同发酵类型及代谢的特点；难点 : 化能异养微生物生物氧化的三种产能方式,即发酵、有氧呼吸和无氧呼吸的区分；特别是发酵的概念, 同学只是在现实生活中知道这个名词

3、, 但是不清晰其准确的生物学含义, 指在能量代谢或生物氧化中,在无氧条件下,底物（有机物）氧化释放的氢（或电子）不经呼吸链传递, 而直接交给某种未完全氧化的中间产物的一类低效产能过程；实质 : 底物水平磷酸化产生 ATP. 另外 , 联系食品和发酵生产上应用的发酵类型及代谢特点更有助于同学理解发酵的概念实质及发酵的特点 . 有氧呼吸与无氧呼吸的概念 , 并介绍无氧呼吸中硝酸根（反硝化作用）、硫酸根作为最终电子受体的呼吸特点,介绍不同呼吸类型的微生物；介绍化能自养微生物的生物氧化特点,光能自养微生物的光合磷酸化途径（循环光合磷酸化、非循环光合磷酸化和嗜盐菌紫膜的光合作用）；四、板书设计第六章 微

4、生物的新陈代谢第一节 代谢概论能量代谢的中心任务,是生物体如何把外界环境中的多种形式的最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源-ATP ；这就是产能代谢；有机物 化能异养微生物最初能源仍原态无机物化能自养微生物通用能源ATP 日光 : 光能养分微生物名师归纳总结 其次节糖的代谢第 1 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 一 生物氧化（ biological 生物氧化就是发生在活细胞内的一切产能性氧化反应的总称生物氧化的三种形式 :与氧结合、脱氢或脱电子生物氧化的功能：产能（ATP）、产仍原力 H 和产小分子中间代谢物二、化能异养微生

5、物的生物氧化 依据氧化仍原反应中最终电子受体或氢受体的不同,可把生物氧化分为 3 种类型：发酵 没有外源电子受体参加,通常以分解代谢产生的中间产物如丙酮酸 作为电子受体；化能异养微生物 的产能方式 有氧呼吸 : 呼吸无氧呼吸 : 1. 发酵（ fermentation ）广义的 “ 发酵 ”,指利用微生物生产有用代谢产物的一种生产方式；狭义的 “ 发酵 ”,指在能量代谢或生物氧化中,在无氧条件下,底物（有机物）氧化释放的氢（或电子）不经呼吸链传递,而直接交给某种未完全氧化的中间产物的一类低效产能过程；ATP 实质 : 底物水平磷酸化产生 特点 : 底物氧化不完全,产能水平低；积存各种中间代谢产

6、物不行缺少的途径；1）乙醇发酵 多种微生物（如酵母菌,根霉,曲霉,某些细菌）能通过称为乙醇发酵的过程,将糖转 变成乙醇和 CO2 1）酵母菌进行的乙醇发酵 ED 途径 2）细菌进行的酒精发酵（运动发酵单胞菌）3） 甘油发酵（酵母菌）4） 丙酮、丁醇发酵 5）乳酸发酵 由于菌体内酶系不同,乳酸菌的代谢途径分三种类型：. 同型乳酸发酵途径：产物只有乳酸（德氏乳杆菌,植物乳杆菌）. 异型乳酸发酵途径：产物除了乳酸,仍有乙醇（或乙酸）等产物 . 双歧路径：双歧杆菌 6）混合酸发酵（大肠杆菌）甲基红反应 M.R ）阳性 7丁二醇发酵 丁二醇发酵的中间产物 3-羟基丁酮是 V.P 试验的物质基础 8）氨基

7、酸的发酵产能 Stickland 反应 2. 呼吸作用与发酵作用的根本区分：电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物,而是交给电子传递系统,逐步释放出能量后再交给最终电子受体 呼吸作用的实质：.最终电子受体是外源物质（氧气或氧化型化合物）；.产能方式是氧化磷酸化；A. 电子传递链：由一系列按氧化仍原电位由低到高次序排列起来的氢电子 传递体组成；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 两个功能：1）传递氢或电子；2）储存氢或电子传递过程释放的能量,用于合成 ATP；B. 氧化磷酸化：指呼吸链在传递氢（电子）过程中释放

8、的能量与ADP 磷酸化偶联产生ATP 的过程；化学渗透假说生化中学过 , 此处复习 3. 呼吸作用 1 有氧呼吸由于葡萄糖在有氧呼吸中产生的能量要高于发酵中产生的能量,程中 ,利用较少的糖而能获得厌氧条件下相同量的 ATP；即微生物在有氧呼吸过酿酒酵母等既可利用发酵产能,又可利用呼吸产能的兼性厌氧微生物,在有氧条件下终止厌氧发酵而转向有氧呼吸,这种呼吸抑制发酵 或氧抑制糖酵解 的现象称为巴斯德效应（Pasteur effect）；由此降低了葡萄糖的消耗,并抑制了乙醇的产生；1）定义呼吸链末端的电子受体是 O2的一种生物氧化2）微生物：大多数细菌,几乎全部的放线菌和真菌3）特点：好氧和兼性厌氧微

9、生物在有氧条件下进行的产能代谢；通过电子传递链传递电子,通过氧化磷酸化产能；底物（氧化基质）是有机物,最终电子受体是 O2 ；底物氧化完全,产能效率高；（2） 无氧呼吸1）定义：呼吸链末端的氢或电子受体是外源无机氧化物（少数为有机氧化物）的生物氧化；. 无机物： NO3-、NO 2-、SO4 2-、S2O3 2-、S、CO 2. 有机物：延胡索酸（fumarate）,罕见2）类型依据末端氢（电子）受体的不同,无氧呼吸分为多种类型：.硝酸盐呼吸等.硫酸盐呼吸.硫呼吸.铁呼吸.碳酸盐呼吸.延胡索酸呼吸反硝化作用：指 NO3- 被仍原成 NO2- ,再逐步仍原成NO 、N2O 和 N2 的过程,能进

10、行硝酸盐呼吸的细菌被称为硝酸盐仍原细菌（又称反硝化细菌）,主要生活在土 壤和水环境中,如地衣芽孢杆菌、铜绿假单胞菌、依氏螺菌、脱氮副球菌、脱氮硫杆菌和生 丝微菌属中的一些成员等；大肠杆菌也是一种反硝化细菌,但它只能将NO3-仍原成 NO2- ；名师归纳总结 产能方式有氧呼吸无氧呼吸发酵第 3 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 微生物好氧菌兼性厌氧菌兼性厌氧菌兼性厌氧菌厌氧菌厌氧菌电子受体O2 外源无机氧化物更氧化的有机底物有机物（少数有机氧化物）中间代谢物有机物有机物酶类脱氢酶脱氢酶脱氢酶氧化仍原酶特别氧化仍原酶直接产生产 ATP 方式

11、呼吸链呼吸链（氧化磷酸化）（氧化磷酸化）（底物水平磷酸化）产能效率高居中低三自养微生物的生物氧化 自学 1. 化能自养型 从对无机物的生物氧化过程中获得生长所需要能量的微生物一般都是化能自养型微生 物；（1） 氨的氧化 亚硝化细菌（亚硝化假单胞菌属,硝化螺菌属）：硝化细菌（硝化杆菌属,硝化球菌属）（2） 硫的氧化（3）铁的氧化（4） 氢的氧化2光能自养微生物（1）环式光合磷酸化（2）非环式光合磷酸化（3）嗜盐菌紫膜的光合作用摸索题 : 1“M ” 是一种硝酸盐仍原菌（反硝化细菌）,在无氧、有 NO3-的环境中生长,试回答：（1）何为碳源物质？（2）何为能源物质？ATP？（ 4） NO3-的生理

12、功能是什么？（3）以何种方式产生2试述不同条件下各养分类型微生物产第十五授课单元一、教学目的ATP 和 NAD PH 的方式；1.懂得微生物调剂代谢流的两种主要方式及其特点 2.把握反馈抑制的类型及特点 3.懂得酶合成调剂的两种方式 4.明白乳糖操纵子的结构及其调剂方式名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5.懂得代谢调控在发酵工业中的一些应用二、教学内容二、糖的合成代谢第三节 氨基酸和蛋白质代谢一、蛋白质的分解二、氨基酸的分解三、氨基酸的合成第四节 脂类代谢第五节 微生物代谢调控与发酵生产一、酶活力的调剂二、酶合成的

13、调剂三、代谢调控在发酵工业中应用三、教学重点、难点及处理重点：1.微生物调剂代谢流的两种主要方式：微生物细胞的代谢调剂方式很多,其中酶的调剂是代谢最本质的调剂；在酶的调剂中又以调剂代谢流的方式最为重要,它包括两个方面,一是“粗调 ”,即调剂酶分子的合成或降解以转变酶分子的含量,二是 “ 细调 ”,即通过激活或抑制以转变细胞内已有酶分子的催化活力,两者往往亲密协作和和谐,以达到正确的调剂成效；酶活性的调剂：特别快速的调剂机制酶化学水平上发生 变构调剂（分子构象转变）修饰调剂（分子结构转变）包括 酶的激活酶的抑制酶量的调剂： 比较慢的调剂机制遗传水平上发生（原核生物的基因调控主要发生在转录水平）包

14、括 酶合成的诱导酶合成的阻遏机制2. 反馈抑制的类型每个代谢途径都至少有一个定步酶,催化代谢途径中的限速反应,一般是代谢途径中第一步反应的催化酶；代谢途径的终产物常抑制第一步反应的可调控酶的活性,此调控称为反馈抑制；反馈抑制这种调剂方式可以分为直线式代谢途径中的反馈抑制和分支代谢途径中的反馈抑制两大类；2.1 直线式代谢途径中的反馈抑制这是一种最简洁的反馈抑制类型；例如 E.coli 在合成异亮氨酸时；因合成产物过多可抑制途径中的第一个酶 苏氨酸脱氨酶的活性,从而使 -酮丁酸及其后一系列中间代谢物都无法合成,最终导致异亮氨酸合成的停止；2.2.分支代谢途径的反馈抑制：（1）同功酶调剂分支途径中

15、的第一个酶有几种同工酶,每一种代谢终产物只对 一种同工酶具有反馈抑制作用,只有当几种终产物同时过量时,才能完全阻挡反应的进行；例：大肠杆菌天冬氨酸族氨基酸的合成（有3 个天冬氨酸激酶催化途径的第一个反应,名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 分别受赖氨酸、苏氨酸及甲硫氨酸的调剂）（2）协同反馈抑制,或称“多价反馈抑制 ”只有当几个末端产物同时过量,才对途径中的第一个酶具有抑制作用；例：谷氨酸棒杆菌、 黄色短杆菌、 多粘芽孢杆菌合成赖氨酸、苏氨酸及甲硫氨酸途径中,关键酶天冬氨酸激酶不是同工酶,而是单一的；该酶在赖氨酸、苏

16、氨酸、甲硫氨酸或异亮氨酸等任何一种单独存在时,生协同反馈抑制；不受抑制, 只是赖氨酸和苏氨酸同时过量时才对天冬氨酸激酶发（ 3）合作反馈抑制,又称“ 增效反馈抑制 ”当任何一个末端产物单独过剩时,只部分反馈抑制第一个酶的活性,而当二个末端产物 同时过剩时,对第一个酶产生剧烈抑制,其抑制程度大于各自单独抑制成效之和；（4）累积反馈抑制 在分支代谢途径中, 任何一种末端产物过量时都对共同途径的第一个酶起部分的抑制作用,且各末端产物的抑制作用互不干扰；当末端产物同时过量时,它们的抑制作用是累积的；例：大肠杆菌的谷氨酰胺合成酶受（ 5）次序反馈抑制8 个最终产物的积存反馈抑制；例：枯草芽孢杆菌合成芳香

17、族氨基酸的代谢途径 3. 酶合成的调剂 酶合成的调剂是一种通过调剂酶的合成量进而调剂代谢速率的调剂机制,这是一种基因 水平上的代谢调剂；由代谢终产物抑制酶合成的负反馈作用称为反馈阻遏（repression）；反之,代谢终产物促进酶生物合成的现象,称为诱导作用（induction ）；与上述调剂酶活性的反馈抑制等相比, 调剂酶的合成 （即产酶量） 而实现代谢调剂的方式是一类较间接而缓慢的调剂方式； 其优点是通过阻挡酶的过量合成,节约生物合成的原料和能量；在正常代谢途径中,酶活性调剂和酶合成调剂两者是同时存在且亲密协作、和谐进行的；3.1 酶合成调剂的机制微生物不仅能够通过酶活性对代谢进行掌握,而

18、且仍能够通过掌握基因组的表达来掌握酶的合成,从而实现对细胞代谢的掌握；酶合成调剂主要通过酶合成的诱导和阻遏来调剂的；操纵子模型能较好地说明酶合成的诱导和阻遏现象；操纵子由三部分组成：启动子,操作子,结构基因（功能相关的一组基因）细菌操纵子的调控是在调剂基因编码的调剂蛋白作用下进行的；酶合成的诱导：调剂基因产生的阻遏蛋白可以与操纵子结合,因此关闭了转录； 当培育基中加入诱导物时,诱导物与阻遏蛋白结合,阻挡了阻遏蛋白与操纵基因的结合,操纵子开放,结构基因转 录；大肠杆菌乳糖操纵子：lacZ,lacY,lacA 分别编码 半乳糖苷酶 , 半乳糖苷透性酶,乙酰基转移酶 在缺乏乳糖等诱导物时,阻遏蛋白结

19、合在操纵基因上,抑制结构基因的转录；当乳糖存在时, 乳糖与阻遏蛋白结合,使其发生构象变化而不能与操纵基因结合,结构基因就能转录和转译；酶合成的阻遏调剂基因编码的阻遏蛋白不能结合在操纵子部位上,当辅阻遏物与阻遏蛋白结合后,改变了阻遏蛋白的构象,使之能与启动子邻近的操纵基因结合,终止结构基因的转录；色氨酸操纵子的阻遏是对合成代谢酶类进行正调剂的例子；大肠杆菌的色氨酸操纵子：含5 个结构基因,编码色氨酸生物合成途径的各种酶名师归纳总结 当色氨酸（辅阻遏物）丰富时,结合到游离的阻遏物上诱发变构转换,使阻遏物结合在第 6 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - -

20、 - - 操纵区；当色氨酸不足时,阻遏物失去了所结合的色氨酸,从操纵区解离下来,trp 操纵子开头转录；4. 代谢调控在发酵工业的应用 代谢掌握发酵的基本思想就是要打破微生物自身的代谢调剂掌握机制,使其能够大量积存某种代谢产物,详细的措施主要从以下几方面入手；4.1 解除菌体自身的反馈调剂：4.1.1 选育代谢拮抗物抗性突变株 选育代谢拮抗物抗性突变菌株是代谢掌握发酵的主要方法；例如,当把钝齿棒杆菌（Corymebacterium crenaturn）培育在含苏氨酸和异亮氨酸的结构类似物 -氨基 -羟基戊酸（ AHV ）的培育基上时,由于 AHV 可干扰该菌的高丝氨酸脱氢酶、 苏氨酸脱氢酶以及

21、二羧酸脱水酶,所以抑制了该菌的正常生长；假如采纳诱变后所获得的抗 AHV 突变株进行发酵,就能分泌较多的苏氨酸和异亮氨酸；这是由于,该突变株的高丝氨酸脱氢酶或苏氨酸脱氢酶和二羧酸脱水酶的结构基因发生了突变,故不再受苏氨酸或异亮氨酸的反馈抑制,于是就有大量的苏氯酸和异亮氨酸的累积；4.1.2 选育养分缺陷型菌株（切断支路代谢）（ 1）赖氨酸发酵工业上选育高丝氨酸养分缺陷型（Hom- ）的谷氨酸棒杆菌作为赖氨酸的发酵菌株；由于它不能合成高丝氨酸脱氢酶（HSDH ）,故不能合成高丝氨酸,阻断了合成Met 和 Thr的支路代谢, 节约了原料, 使天冬氨酸半醛这个中间产物全部转入Lys 的合成； 在补给

22、适量高丝氨酸（或苏氨酸和甲硫氨酸）的条件下,使Met 和 Thr 的生成有限,从而解除了Thr和 Lys 对天冬氨酸激酶（AK ）的协同反馈抑制,使Lys 得以积存；能产生大量赖氨酸；（ 2）肌苷酸发酵该菌的一个腺苷酸琥珀酸合成酶（酶 量 AMP 就可正常生长并累积 IMP ；12）缺失的腺嘌呤缺陷型,如在培育基中补充少腺嘌呤养分缺陷型菌株（Ade- ）：即丢失 SAMP 合成酶的突变株,切断 IMP SAMP 的支路代谢,可通过限量添加腺嘌呤,解除腺嘌呤对关键酶 PRPP 转酰胺酶的反馈抑制和阻遏,有利于 IMP （肌苷的直接前体物）的积存；选育黄嘌呤缺陷型（Xan- ）或鸟嘌呤缺陷型（Gu

23、-）4.1.3 选育养分缺陷型回复突变株4.1.4 选育渗漏缺陷型突变株4.2 增加前体物增加目标产物的前体物的合成,可以为目标代谢物合成途径供应更多的“原料 ”,使目标代谢物大量积存；去除代谢终产物其他措施难点及处理：1. 酶合成的调剂名师归纳总结 酶合成的调剂是一种通过调剂酶的合成量进而调剂代谢速率的调剂机制,这是一种基因第 7 页,共 16 页水平上的代谢调剂；这种调剂涉及到基因组的结构、转录、翻译和基因的表达调控,因此需- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 要同学们具备完整的分子生物学学问；而同学们此时只是从生物化学明白了一点这方面的知 识；因此,

24、讲解这种调剂方式时,不行能讲解太多,否就同学不能接受；所以,挑选从两个 典型的操纵子： 大肠杆菌乳糖操纵子和色氨酸操纵子来讲解酶合成的诱导机制和酶合成的阻 遏机制,从而转变酶量；第一讲解操纵子的结构和调剂方式,体说明；然后通过大肠杆菌乳糖操纵子和色氨酸操纵子来具操纵子的结构：启动子,操作子,结构基因（功能相关的一组基因）细菌操纵子的调控是在调剂基因编码的调剂蛋白作用下进行的,分为诱导和阻遏两种；大肠杆菌乳糖操纵子对酶合成的诱导：lacZ,lacY,lacA 分别编码 半乳糖苷酶 , 半乳糖苷透性酶,乙酰基转移酶 在缺乏乳糖等诱导物时,阻遏蛋白结合在操纵基因上,抑制结构基因的转录；当乳糖存在时,

25、 乳糖与阻遏蛋白结合,使其发生构象变化而不能与操纵基因结合,结构基因就能转录和转译；色氨酸操纵子的阻遏是对酶合成的阻遏的例子；大肠杆菌的色氨酸操纵子：含5 个结构基因,编码色氨酸生物合成途径的各种酶当色氨酸（辅阻遏物）丰富时,结合到游离的阻遏物上诱发变构转换,使阻遏物结合在操纵区；当色氨酸不足时,阻遏物失去了所结合的色氨酸,从操纵区解离下来,trp 操纵子开头 转录；四、教学方法与手段 本节学问是与实践联系很紧密的；工业中的很多产品的生产,都以发酵产物的代谢调控 为基础；因此,可以通过生产中的详细例子,生动地讲解调控的类型；五、板书设计 二、糖的合成代谢 第三节 氨基酸和蛋白质代谢 一、蛋白质

26、的分解 二、氨基酸的分解 三、氨基酸 第四节 脂类代谢 第五节 微生物代谢调控与发酵生产1微生物调剂代谢流的两种主要方式：酶活性的调剂：特别快速的调剂机制 酶化学水平上发生 变构调剂（分子构象转变）修饰调剂（分子结构转变）包括 酶的激活 酶的抑制 酶量的调剂： 比较慢的调剂机制遗传水平上发生（原核生物的基因调控主要发生在转录水平）包括 酶合成的诱导 酶合成的阻遏机制2. 反馈抑制的类型 2.1 直线式代谢途径中的反馈抑制 2.2.分支代谢途径的反馈抑制：（1）同功酶调剂：大肠杆菌天冬氨酸族氨基酸的合成名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - -

27、- - - - - （2）协同反馈抑制,或称 菌合成赖氨酸“多价反馈抑制 ” ： 谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌、多粘芽孢杆（3）合作反馈抑制,又称“增效反馈抑制 ” ：（4）累积反馈抑制例：大肠杆菌的谷氨酰胺合成酶受（ 5）次序反馈抑制8 个最终产物的积存反馈抑制；例：枯草芽孢杆菌合成芳香族氨基酸的代谢途径 3. 酶合成的调剂 3.1 酶合成调剂的机制 操纵子：启动子,操作子,结构基因（功能相关的一组基因）3.2 酶合成的诱导：大肠杆菌乳糖操纵子：lacZ,lacY,lacA 分别编码 半乳糖苷酶 , 半乳糖苷透性酶,乙酰基转移酶 在缺乏乳糖等诱导物时,阻遏蛋白结合在操纵基因上,抑制结构基因的转录

28、；当乳糖存在时, 乳糖与阻遏蛋白结合,使其发生构象变化而不能与操纵基因结合,结构基因就能转录和转译；酶合成的阻遏大肠杆菌的色氨酸操纵子：含5 个结构基因,编码色氨酸生物合成途径的各种酶当色氨酸（辅阻遏物）丰富时,结合到游离的阻遏物上诱发变构转换,使阻遏物结合在操纵区；当色氨酸不足时,阻遏物失去了所结合的色氨酸,从操纵区解离下来,trp 操纵子开头 转录；4. 代谢调控在发酵工业的应用 4.1 解除菌体自身的反馈调剂：4.1.1 选育代谢拮抗物抗性突变株 例如,选育抗 AHV 钝齿棒杆菌的突变株生产苏氨酸和异亮氨酸4.1.2 选育养分缺陷型菌株（切断支路代谢）（ 1）赖氨酸发酵（ 2）肌苷酸发酵

29、 腺嘌呤养分缺陷型菌株（Ade- ）：选育黄嘌呤缺陷型（Xan- ）或鸟嘌呤缺陷型（Gu-）4.1.3 选育养分缺陷型回复突变株 4.1.4 选育渗漏缺陷型突变株 4.2 增加前体物 3.3 去除代谢终产物 3.4 其他措施 六 摸索题1.微生物调剂代谢流的类型 2.反馈抑制的类型 3.操纵子的结构与调剂方式 4.依据代谢调剂理论,如何获得一株生产赖氨酸（或苏氨酸）的高产菌株？第十五授课单元 一、教学目的名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 1.懂得微生物调剂代谢流的两种主要方式及其特点 2.把握反馈抑制的类型及特点

30、3.懂得酶合成调剂的两种方式 4.明白乳糖操纵子的结构及其调剂方式 5.懂得代谢调控在发酵工业中的一些应用 二、教学内容 二、糖的合成代谢 第三节 氨基酸和蛋白质代谢 一、蛋白质的分解 二、氨基酸的分解 三、氨基酸的合成 第四节 脂类代谢 第五节 微生物代谢调控与发酵 生产 一、酶活力的调剂 二、酶合成的调剂 三、代谢调控在发酵工业中应用 三、教学重点、难点及处理 重点：1.微生物调剂代谢流的两种主要方式：微生物细胞的代谢调剂方式很多,其中酶的调剂是代谢最本质的调剂；在酶的调剂中 又以调剂代谢流的方式最为重要,它包括两个方面,一是“粗调 ”,即调剂酶分子的合成或降 解以转变酶分子的含量,二是

31、“ 细调 ”,即通过激活或抑制以转变细胞内已有酶分子的催化活 力,两者往往亲密协作和和谐,以达到正确的调剂成效；酶活性的调剂：特别快速的调剂机制酶化学水平上发生 变构调剂（分子构象转变）修饰调剂（分子结构转变）包括 酶的激活 酶的抑制 酶量的调剂： 比较慢的调剂机制遗传水平上发生（原核生物的基因调控主要发生在转录水平）包括 酶合成的诱导 酶合成的阻遏机制2. 反馈抑制的类型 每个代谢途径都至少有一个定步酶,催化代谢途径中的限速反应,一般是代谢途径中第 一步反应的催化酶；代谢途径的终产物常抑制第一步反应的可调控酶的活性,此调控称为反 馈抑制；反馈抑制这种调剂方式可以分为直线式代谢途径中的反馈抑制

32、和分支代谢途径中的 反馈抑制两大类；2.1 直线式代谢途径中的反馈抑制 这是一种最简洁的反馈抑制类型；例如 E.coli 在合成异亮氨酸时；因合成产物过多可抑 制途径中的第一个酶 苏氨酸脱氨酶的活性,从而使 -酮丁酸及其后一系列中间代谢物 都无法合成,最终导致异亮氨酸合成的停止；2.2.分支代谢途径的反馈抑制：名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - （1）同功酶调剂分支途径中的第一个酶有几种同工酶,每一种代谢终产物只对 一种同工酶具有反馈抑制作用,只有当几种终产物同时过量时,才能完全阻挡反应的进行；例：大肠杆菌天冬氨酸

33、族氨基酸的合成（有 分别受赖氨酸、苏氨酸及甲硫氨酸的调剂）3 个天冬氨酸激酶催化途径的第一个反应,（2）协同反馈抑制,或称“多价反馈抑制 ”只有当几个末端产物同时过量,才对途径中的第一个酶具有抑制作用；例：谷氨酸棒杆菌、 黄色短杆菌、 多粘芽孢杆菌合成赖氨酸、苏氨酸及甲硫氨酸途径中,关键酶天冬氨酸激酶不是同工酶,而是单一的；该酶在赖氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸或异亮氨酸等任何一种单独存在时,生协同反馈抑制；不受抑制, 只是赖氨酸和苏氨酸同时过量时才对天冬氨酸激酶发（3）合作反馈抑制,又称“ 增效反馈抑制 ”当任何一个末端产物单独过剩时,只部分反馈抑制第一个酶的活性,而当二个末端产物同时过剩时,对第一

34、个酶产生剧烈抑制,其抑制程度大于各自单独抑制成效之和；（4）累积反馈抑制在分支代谢途径中, 任何一种末端产物过量时都对共同途径的第一个酶起部分的抑制作用,且各末端产物的抑制作用互不干扰；当末端产物同时过量时,它们的抑制作用是累积的；例：大肠杆菌的谷氨酰胺合成酶受（ 5）次序反馈抑制8 个最终产物的积存反馈抑制；例：枯草芽孢杆菌合成芳香族氨基酸的代谢途径 3. 酶合成的调剂 酶合成的调剂是一种通过调剂酶的合成量进而调剂代谢速率的调剂机制,这是一种基因 水平上的代谢调剂；由代谢终产物抑制酶合成的负反馈作用称为反馈阻遏（repression）；反之,代谢终产物促进酶生物合成的现象,称为诱导作用（in

35、duction ）；与上述调剂酶活性的反馈抑制等相比, 调剂酶的合成 （即产酶量） 而实现代谢调剂的方式是一类较间接而缓慢的调剂方式； 其优点是通过阻挡酶的过量合成,节约生物合成的原料和能量；在正常代谢途径中,酶活性调剂和酶合成调剂两者是同时存在且亲密协作、和谐进行的；3.1 酶合成调剂的机制微生物不仅能够通过酶活性对代谢进行掌握,而且仍能够通过掌握基因组的表达来掌握酶的合成,从而实现对细胞代谢的掌握；酶合成调剂主要通过酶合成的诱导和阻遏来调剂的；操纵子模型能较好地说明酶合成的诱导和阻遏现象；操纵子由三部分组成：启动子,操作子,结构基因（功能相关的一组基因）细菌操纵子的调控是在调剂基因编码的调

36、剂蛋白作用下进行的；酶合成的诱导：调剂基因产生的阻遏蛋白可以与操纵子结合,因此关闭了转录； 当培育基中加入诱导物时,诱导物与阻遏蛋白结合,阻挡了阻遏蛋白与操纵基因的结合,操纵子开放,结构基因转 录；大肠杆菌乳糖操纵子：lacZ,lacY,lacA 分别编码 半乳糖苷酶 , 半乳糖苷透性酶,乙酰基转移酶 在缺乏乳糖等诱导物时,阻遏蛋白结合在操纵基因上,抑制结构基因的转录；当乳糖存在时, 乳糖与阻遏蛋白结合,使其发生构象变化而不能与操纵基因结合,结构基因就能转录和转译；酶合成的阻遏名师归纳总结 调剂基因编码的阻遏蛋白不能结合在操纵子部位上,当辅阻遏物与阻遏蛋白结合后,改第 11 页,共 16 页-

37、 - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 变了阻遏蛋白的构象,使之能与启动子邻近的操纵基因结合,终止结构基因的转录；色氨酸操纵子的阻遏是对合成代谢酶类进行正调剂的例子；大肠杆菌的色氨酸操纵子：含5 个结构基因,编码色氨酸生物合成途径的各种酶当色氨酸（辅阻遏物）丰富时,结合到游离的阻遏物上诱发变构转换,使阻遏物结合在操纵区；当色氨酸不足时,阻遏物失去了所结合的色氨酸,从操纵区解离下来,trp 操纵子开头转录；2. 反馈抑制的类型每个代谢途径都至少有一个定步酶,催化代谢途径中的限速反应,一般是代谢途径中第一步反应的催化酶；代谢途径的终产物常抑制第一步反应的可调控酶的

38、活性,此调控称为反馈抑制；反馈抑制这种调剂方式可以分为直线式代谢途径中的反馈抑制和分支代谢途径中的反馈抑制两大类；2.1 直线式代谢途径中的反馈抑制这是一种最简洁的反馈抑制类型；例如 E.coli 在合成异亮氨酸时；因合成产物过多可抑制途径中的第一个酶 苏氨酸脱氨酶的活性,从而使 -酮丁酸及其后一系列中间代谢物都无法合成,最终导致异亮氨酸合成的停止（图 6-50）；2.2.分支代谢途径的反馈抑制：（1）同功酶调剂分支途径中的第一个酶有几种同工酶,每一种代谢终产物只对 一种同工酶具有反馈抑制作用,只有当几种终产物同时过量时,才能完全阻挡反应的进行；例：大肠杆菌天冬氨酸族氨基酸的合成（有 分别受赖

39、氨酸、苏氨酸及甲硫氨酸的调剂）3 个天冬氨酸激酶催化途径的第一个反应,（2）协同反馈抑制,或称“多价反馈抑制 ”只有当几个末端产物同时过量,才对途径中的第一个酶具有抑制作用；例：谷氨酸棒杆菌、 黄色短杆菌、 多粘芽孢杆菌合成赖氨酸、苏氨酸及甲硫氨酸途径中,关键酶天冬氨酸激酶不是同工酶,而是单一的；该酶在赖氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸或异亮氨酸等任何一种单独存在时,生协同反馈抑制；不受抑制, 只是赖氨酸和苏氨酸同时过量时才对天冬氨酸激酶发（ 3）合作反馈抑制,又称“ 增效反馈抑制 ”当任何一个末端产物单独过剩时,只部分反馈抑制第一个酶的活性,而当二个末端产物 同时过剩时,对第一个酶产生剧烈抑制,其抑制

40、程度大于各自单独抑制成效之和；（4）累积反馈抑制 在分支代谢途径中, 任何一种末端产物过量时都对共同途径的第一个酶起部分的抑制作用,且各末端产物的抑制作用互不干扰；当末端产物同时过量时,它们的抑制作用是累积的；例：大肠杆菌的谷氨酰胺合成酶受（ 5）次序反馈抑制8 个最终产物的积存反馈抑制；例：枯草芽孢杆菌合成芳香族氨基酸的代谢途径（ 3）合作反馈抑制,又称“ 增效反馈抑制 ”当任何一个末端产物单独过剩时,只部分反馈抑制第一个酶的活性,而当二个末端产物同时过剩时,对第一个酶产生剧烈抑制,其抑制程度大于各自单独抑制成效之和；（4）累积反馈抑制在分支代谢途径中, 任何一种末端产物过量时都对共同途径的

41、第一个酶起部分的抑制作名师归纳总结 用,且各末端产物的抑制作用互不干扰；当末端产物同时过量时,它们的抑制作用是累积的；第 12 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 例：大肠杆菌的谷氨酰胺合成酶受（ 5）次序反馈抑制8 个最终产物的积存反馈抑制；例：枯草芽孢杆菌合成芳香族氨基酸的代谢途径 3. 酶合成的调剂 酶合成的调剂是一种通过调剂酶的合成量进而调剂代谢速率的调剂机制,这是一种基因 水平上的代谢调剂；由代谢终产物抑制酶合成的负反馈作用称为反馈阻遏（repression）；反之,代谢终产物促进酶生物合成的现象,称为诱导作用（inductio

42、n ）；与上述调剂酶活性的反馈抑制等相比, 调剂酶的合成 （即产酶量） 而实现代谢调剂的方式是一类较间接而缓慢的调剂方式； 其优点是通过阻挡酶的过量合成,节约生物合成的原料和能量；在正常代谢途径中,酶活性调剂和酶合成调剂两者是同时存在且亲密协作、和谐进行的；3.1 酶合成调剂的机制微生物不仅能够通过酶活性对代谢进行掌握,而且仍能够通过掌握基因组的表达来掌握酶的合成,从而实现对细胞代谢的掌握；酶合成调剂主要通过酶合成的诱导和阻遏来调剂的；操纵子模型能较好地说明酶合成的诱导和阻遏现象；操纵子由三部分组成：启动子,操作子,结构基因（功能相关的一组基因）细菌操纵子的调控是在调剂基因编码的调剂蛋白作用下进行的；酶合成的诱导：调剂基因产生的阻遏蛋白可以与操纵子结合,因此关闭了转录； 当培育基中加入诱导物时,诱导物与阻遏蛋白结合,阻挡了阻遏蛋白与操纵基因的结合,操纵子开放,结构基因转 录；大肠杆菌乳糖操纵子：lacZ,lacY,lacA 分别编码 半乳糖苷酶 , 半乳糖苷透性酶,乙酰基转移酶 在缺乏乳糖等诱导物时,阻遏蛋白结合在操纵基因上,抑制结构基因的转录；当乳糖存在时, 乳糖与阻遏蛋白结合,使其发生构象变化而不能与操纵基因结合,结构基因