微生物的代谢调控理论讲稿.ppt

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1、微生物的代谢调控理论第一页，讲稿共五十二页哦一、初级代谢和次级代谢一、初级代谢和次级代谢合成代谢和分解代谢（合成代谢和分解代谢（P49）初级代谢和次级代谢（初级代谢和次级代谢（P49P50）第二页，讲稿共五十二页哦（1 1）调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力-通道调节；通道调节；（2 2）调节代谢流）调节代谢流-通量调节通量调节；（3 3）通过酶的定位以限制它与相应底物）通过酶的定位以限制它与相应底物的接近的接近-限制其基质有形接近限制其基质有形接近。代谢流调节代谢流调节粗调：粗调：酶量的调节。酶量的调节。微调：微调：现有的酶的活性的调节。现有的酶的活

2、性的调节。二、代谢调控的方式二、代谢调控的方式第三页，讲稿共五十二页哦三、与代谢调节有关的酶（一）同功酶调节（一）同功酶调节 同功酶：同功酶：指能催化相同的生化反应，但酶蛋白分子结构有差指能催化相同的生化反应，但酶蛋白分子结构有差异的一类酶，它们虽同存于一个个体或同一组织中，但在生异的一类酶，它们虽同存于一个个体或同一组织中，但在生理、免疫和理化特性上却存在着差别。理、免疫和理化特性上却存在着差别。同功酶在代谢调节中的作用：同功酶在代谢调节中的作用：在一个分支代谢途径中，如果在在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶所催化时，则分支点以前的一个较早的反应是由几个同功

3、酶所催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。作用。第四页，讲稿共五十二页哦同工酶调节示意图第五页，讲稿共五十二页哦（二）（二）别构酶：别构酶：具有别构作用（或变构具有别构作用（或变构作用）的酶。其分子有活性中心和别构作用）的酶。其分子有活性中心和别构中心，往往是具有四级结构的多亚基的中心，往往是具有四级结构的多亚基的寡聚酶。寡聚酶。第六页，讲稿共五十二页哦多数别构酶处于代谢途径的开端，别构剂多是一些生理性多数别构酶处于代谢途径的开端，别构剂多是一些生理性小分子及该酶作用的底物或该代谢途径的中间产物或终产小分子及该酶

4、作用的底物或该代谢途径的中间产物或终产物。物。故别构酶的催化活性受细胞内底物浓度、代谢中间物或终故别构酶的催化活性受细胞内底物浓度、代谢中间物或终产物浓度的调节。终产物抑制该途径中的别构酶称反馈抑产物浓度的调节。终产物抑制该途径中的别构酶称反馈抑制制(feedback inhibition)。别构酶在细胞物质代谢上的调节中发挥重要作用，故又称别构酶在细胞物质代谢上的调节中发挥重要作用，故又称调节酶。（调节酶。（regulatory enzyme）（中国酶网（中国酶网 ）第七页，讲稿共五十二页哦（三）（三）多功能酶：多功能酶：分子组成只有一条多分子组成只有一条多肽链，但具有两种或两种以上催化活力

5、肽链，但具有两种或两种以上催化活力的酶。的酶。一个终产物的过量，在使共同途径第一步反应受一个终产物的过量，在使共同途径第一步反应受到部分抑制的同时，分支途径第一步反应也受到到部分抑制的同时，分支途径第一步反应也受到抑制，使代谢沿着其他分支进行。因此，一个产抑制，使代谢沿着其他分支进行。因此，一个产物的过量不致干扰其他产物的生成。物的过量不致干扰其他产物的生成。第八页，讲稿共五十二页哦第二节 微生物代谢的协调作用一、酶活性的调节一、酶活性的调节l酶活性的调节：酶活性的调节：是指在酶分子水平上的一是指在酶分子水平上的一种代谢调节，它是通过改变现成的酶分子种代谢调节，它是通过改变现成的酶分子活性来调

6、节新陈代谢的速率，包括酶活性活性来调节新陈代谢的速率，包括酶活性的激活和抑制两个方面。的激活和抑制两个方面。第九页，讲稿共五十二页哦（1）酶活性的激活：酶活性的激活：指在分解代谢途径中，后面的反应指在分解代谢途径中，后面的反应可被较前面的中间产物所促进。可被较前面的中间产物所促进。（2 2）酶活性的抑制：酶活性的抑制：主要是反馈抑制主要是反馈抑制。反馈抑制：反馈抑制：某代谢途径的末端产物（即终产物）过量时，这个产某代谢途径的末端产物（即终产物）过量时，这个产物可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，促使整个反应过物可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，促使整个反应过程减慢或停止，从而避免了末

7、端产物的过多累积。程减慢或停止，从而避免了末端产物的过多累积。第十页，讲稿共五十二页哦（3 3）反馈抑制的类型）反馈抑制的类型 直线式代谢途径中的反馈抑制第十一页，讲稿共五十二页哦 分支代谢途径中的反馈抑制。在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂。为避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物已发展出多种调节方式。第十二页，讲稿共五十二页哦（1 1）协同反馈抑制：协同反馈抑制：指分支代谢途径中的几个末端指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。种反馈调节方式。（2 2）合作反馈

8、抑制：合作反馈抑制：指两种末端产物同时存在时，指两种末端产物同时存在时，可以起着比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。可以起着比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。（3 3）累积反馈抑制：累积反馈抑制：每一分支途径的末端产物按一每一分支途径的末端产物按一定百分率单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末定百分率单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时，它们的抑制作用是累积的。端产物共同存在时，它们的抑制作用是累积的。第十三页，讲稿共五十二页哦第十四页，讲稿共五十二页哦（4 4）顺序反馈抑制：）顺序反馈抑制：当当E E过多时，可抑制过多时，可抑制CDCD，这时由于，这时由于C C的浓度

9、过大而促使反应的浓度过大而促使反应向向F F、G G方向进行，结果又造成了另一末端产物方向进行，结果又造成了另一末端产物G G浓度的增高。由浓度的增高。由于于G G过多就抑制了过多就抑制了CFCF，结果造成，结果造成C C的浓度进一步增高。的浓度进一步增高。C C过多过多又对又对ABAB间的酶发生抑制，从而达到了反馈抑制的效果。这种通间的酶发生抑制，从而达到了反馈抑制的效果。这种通过逐步有顺序的方式达到的调节，称为顺序反馈抑制。过逐步有顺序的方式达到的调节，称为顺序反馈抑制。第十五页，讲稿共五十二页哦二、酶合成的调节二、酶合成的调节 酶合成的调节是一种通过调节酶的合成量进而调酶合成的调节是一种

10、通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，这是一种在基因水平上节代谢速率的调节机制，这是一种在基因水平上（在原核生物中主要在转录水平上）的代谢调节。（在原核生物中主要在转录水平上）的代谢调节。凡能促进酶生物合成的现象，称为凡能促进酶生物合成的现象，称为诱导诱导。能阻碍酶生物合成的现象，则称为能阻碍酶生物合成的现象，则称为阻遏阻遏。第十六页，讲稿共五十二页哦与调节酶活性的反馈抑制等相比，调节酶的合成（即产酶量）而实现代谢调节的方式是一类较间接而缓慢的调节方式。其优点则是通过阻止酶的过量合成，有利于节约生物合成的原料和能量。在正常代谢途径中，酶活性调节和酶合成调节两者是同时存在且密切配合、协调

11、进行的。酶合成调节与酶活性调节的比较酶合成调节与酶活性调节的比较第十七页，讲稿共五十二页哦（一）酶合成调节的类型（一）酶合成调节的类型 1诱导诱导根据酶的生成是否与环境中所存在的该酶底物或其根据酶的生成是否与环境中所存在的该酶底物或其有关物的关系，可把酶划分成有关物的关系，可把酶划分成组成酶组成酶和和诱导酶诱导酶两类。两类。诱导酶：诱导酶：是细胞为适应外来底物或其结构类似物是细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶。而临时合成的一类酶。能促进诱导酶产生的物质称为能促进诱导酶产生的物质称为诱导物诱导物，它可以是，它可以是该酶的底物，也可以是难以代谢的底物类似物或是该酶的底物，也可以是难

12、以代谢的底物类似物或是底物的前体物质。底物的前体物质。第十八页，讲稿共五十二页哦第十九页，讲稿共五十二页哦同时诱导同时诱导，即当诱导物加入后，微生物能同时或几，即当诱导物加入后，微生物能同时或几乎同时诱导几种酶的合成，它主要存在于短的代谢乎同时诱导几种酶的合成，它主要存在于短的代谢途径中。例如，将乳糖加入到途径中。例如，将乳糖加入到E Ecolicoli培养基中后，培养基中后，即可同时诱导出即可同时诱导出-半乳糖苷透性酶、半乳糖苷透性酶、-半乳糖苷半乳糖苷酶和半乳糖苷转乙酰酶的合成；酶和半乳糖苷转乙酰酶的合成；顺序诱导，顺序诱导，即先合成能分解底物的酶，再依次合成即先合成能分解底物的酶，再依次

13、合成分解各中间代谢物的酶，以达到对较复杂代谢途径分解各中间代谢物的酶，以达到对较复杂代谢途径的分段调节。的分段调节。第二十页，讲稿共五十二页哦2 2阻遏阻遏在微生物的代谢过程中，当代谢途径中某末端产物过在微生物的代谢过程中，当代谢途径中某末端产物过量时，除可用前述的反馈抑制的方式来抑制该途径中量时，除可用前述的反馈抑制的方式来抑制该途径中关键酶的活性以减少末端产物的生成外，还可通过关键酶的活性以减少末端产物的生成外，还可通过阻阻遏遏作用来阻碍代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶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，从而更彻底地控制代谢和减少末端产物的生物合成，从而更彻底地控制代

14、谢和减少末端产物的合成。的合成。阻遏作用有利于生物体节省有限的养料和能量。阻遏作用有利于生物体节省有限的养料和能量。阻遏的类型主要有阻遏的类型主要有末端代谢产物阻遏末端代谢产物阻遏和和分解代谢产物分解代谢产物阻遏阻遏两种。两种。第二十一页，讲稿共五十二页哦（1 1）末端产物阻遏）末端产物阻遏指由某代谢途径末端产物的过量累积而引起的阻指由某代谢途径末端产物的过量累积而引起的阻遏。对直线式反应途径来说，末端产物阻遏的情遏。对直线式反应途径来说，末端产物阻遏的情况较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，况较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，使之合成受阻遏。使之合成受阻遏。第二十二页，讲稿共五

15、十二页哦对分支代谢途径来说，情况就较复杂。每种末端对分支代谢途径来说，情况就较复杂。每种末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。代谢途径分支点以前的代谢途径分支点以前的“公共酶公共酶”仅受所有分支途仅受所有分支途径末端产物的阻遏，此即称多价阻遏作用。径末端产物的阻遏，此即称多价阻遏作用。末端产物阻遏在代谢调节中有着重要的作用，它末端产物阻遏在代谢调节中有着重要的作用，它可保证细胞内各种物质维持适当的浓度。可保证细胞内各种物质维持适当的浓度。第二十三页，讲稿共五十二页哦（2）分解代谢物阻遏）分解代谢物阻遏概念：概念：指细胞内同时有两种分解底物（碳源

16、或氮源）指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。底物的有关酶合成的现象。分解代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的甲碳源分解代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的甲碳源本身直接作用的结果，而是通过甲碳源（或氮源等）本身直接作用的结果，而是通过甲碳源（或氮源等）在其分解过程中所产生的中间代谢物所引起的阻遏作在其分解过程中所产生的中间代谢物所引起的阻遏作用。用。因此，分解代谢物的阻遏作用，就是指代谢反应因此，分解代谢物的阻遏作用，就是指代谢反应链中，某些中间代谢物或末端代谢物的过量累积链中，某些

17、中间代谢物或末端代谢物的过量累积而阻遏代谢途径中一些酶合成的现象。而阻遏代谢途径中一些酶合成的现象。第二十四页，讲稿共五十二页哦分解代谢物阻遏的典型实例：葡萄糖效应分解代谢物阻遏的典型实例：葡萄糖效应葡萄糖效应（葡萄糖效应（glucose effect）：）：又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖或又称葡萄糖阻遏或分解代谢产生阻遏作用。葡萄糖或某些容易利用的碳源某些容易利用的碳源,其分解代谢产物阻遏某些诱导其分解代谢产物阻遏某些诱导酶体系编码的基因转录的现象。酶体系编码的基因转录的现象。第二十五页，讲稿共五十二页哦（二）酶合成调节的机制（二）酶合成调节的机制 1.1.操纵子：操纵子：是在

18、转录水平上控制基因表达是在转录水平上控制基因表达的协调单位，由调节基因（的协调单位，由调节基因（R）、启动子）、启动子（P）、操纵基因（）、操纵基因（O）和在功能上相关的）和在功能上相关的几个结构基因几个结构基因(S)组成组成；调节基因调节基因:用于编码调节蛋白的基因。用于编码调节蛋白的基因。启动基因启动基因:是一种能被依赖于是一种能被依赖于DNADNA的的RNARNA聚合酶所识别的聚合酶所识别的碱基顺序，它既是碱基顺序，它既是RNARNA多聚酶的结合部位，也是转录多聚酶的结合部位，也是转录的起始点；的起始点；第二十六页，讲稿共五十二页哦操纵基因操纵基因是位于启动基因和结构基因之间的一段碱是位

19、于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，能与阻遏物（一种调节蛋白）相结合，以基顺序，能与阻遏物（一种调节蛋白）相结合，以此来决定结构基因的转录是否能进行；此来决定结构基因的转录是否能进行；结构基因结构基因则是决定某一多肽的则是决定某一多肽的DNADNA模板，可根据其上模板，可根据其上的碱基顺序转录出对应的的碱基顺序转录出对应的mRNAmRNA，然后再可通过核糖体，然后再可通过核糖体而转译出相应的酶。一个操纵子的转录，就合成了而转译出相应的酶。一个操纵子的转录，就合成了一个一个mRNAmRNA分子。分子。第二十七页，讲稿共五十二页哦操纵子分两类操纵子分两类:一类是诱导型操纵子，只有当存在诱导物（

20、一种效一类是诱导型操纵子，只有当存在诱导物（一种效应物）时，其转录频率才最高，并随之转译出大量应物）时，其转录频率才最高，并随之转译出大量诱导酶，出现诱导现象。诱导酶，出现诱导现象。另一类是阻遏型操纵子，只有当缺乏辅阻遏物（一种另一类是阻遏型操纵子，只有当缺乏辅阻遏物（一种效应物）时，其转录频率才最高。由阻遏型操纵子所效应物）时，其转录频率才最高。由阻遏型操纵子所编码的酶的合成，只有通过去阻遏作用才能启动。编码的酶的合成，只有通过去阻遏作用才能启动。第二十八页，讲稿共五十二页哦效应物效应物 是一类低分子量的信号物质（如糖类及是一类低分子量的信号物质（如糖类及其衍生物、氨基酸和核苷酸等），包括其

21、衍生物、氨基酸和核苷酸等），包括诱导物和辅阻遏物两种，它们可与调节诱导物和辅阻遏物两种，它们可与调节蛋白相结合以使后者发生变构作用，并蛋白相结合以使后者发生变构作用，并进一步提高或降低与操纵基因的结合能进一步提高或降低与操纵基因的结合能力。力。第二十九页，讲稿共五十二页哦调节蛋白调节蛋白 是一类变构蛋白，它有两个特殊位点，其一可与操纵基因结合，另一位点则可与效应物相结合。当调节蛋白与效应物结合后，就发生变构作用。有的调节蛋白在其变构后可提高与操纵基因的结合能力，有的则会降低其结合能力。调节蛋白可分两种，其一称阻遏物，它能在没有诱导物（效应物的一种）时与操纵基因相结合；另一则称阻遏物蛋白，它只能

22、在辅阻遏物（效应物的另一种）存在时才能与操纵基因相结合。第三十页，讲稿共五十二页哦大肠杆菌乳糖酶诱导合成大肠杆菌乳糖酶诱导合成-调节基因产物对转录的调控调节基因产物对转录的调控调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因阻遏蛋白阻遏蛋白操纵基因操纵基因基因合成的开关基因合成的开关.关关阻遏蛋白阻挡操纵基因，结构基因不表达阻遏蛋白阻挡操纵基因，结构基因不表达.开开诱导物阻止阻遏蛋白功能发挥诱导物阻止阻遏蛋白功能发挥.诱导物（乳糖）诱导物（乳糖）mRNA第三十一页，讲稿共五十二页哦三、能荷的调节1.能荷（能荷（energy charge）能能荷荷是是一一个个表表示示细细胞胞能能量量状状态态的的

23、参参数数。是是细细胞胞中中所所含含有有的的相相当当于于ATP的的数数量量的的腺腺苷苷酸酸分分子子数数占占全部腺苷酸分子数的百分比，其表示式为：全部腺苷酸分子数的百分比，其表示式为：能荷（能荷（EC）=ATP+0.5ADPATP+ADP+AMP 100%第三十二页，讲稿共五十二页哦当细胞中腺苷酸全部是当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为，能荷为1；当细胞中腺苷酸全部是当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为，能荷为0.5；当细胞中腺苷酸全部是当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为，能荷为0 当当细细胞胞或或线线粒粒体体中中三三种种核核苷苷酸酸同同时时并并存存时时，能能荷荷大大小小随随三三者者比比例例而而异异

24、，三三者者的的比比例例随随细细胞胞生生理理状态而变化。状态而变化。第三十三页，讲稿共五十二页哦2.能荷在细胞不同生长时期的变化 E.coli生长期间，能荷为生长期间，能荷为0.8，静止期为，静止期为0.5，低于，低于0.5时死亡；时死亡；Asp.niger柠檬酸生产菌，生长期能荷为柠檬酸生产菌，生长期能荷为0.85，而产酸期，而产酸期为为0.8。另外一个度量细胞能量状态的参数是磷酸化位。磷酸另外一个度量细胞能量状态的参数是磷酸化位。磷酸化位化位=ATP/ADPPi 磷酸化位除了腺苷酸外，还决定于无机磷浓度。磷酸化位除了腺苷酸外，还决定于无机磷浓度。磷酸化位与能荷相比，其值变化范围更宽，因此是磷

25、酸化位与能荷相比，其值变化范围更宽，因此是反映细胞能量状态更加灵敏的指标。反映细胞能量状态更加灵敏的指标。第三十四页，讲稿共五十二页哦3.能荷调节的意义能荷调节的意义 当能荷降低时：则激活催化糖分解，（能量生成）酶系，或解当能荷降低时：则激活催化糖分解，（能量生成）酶系，或解除除ATP对这些酶的抑制（如糖原磷酸化酶、果糖磷酸激对这些酶的抑制（如糖原磷酸化酶、果糖磷酸激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、反丁烯二酸酶等）酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、反丁烯二酸酶等）并抑制糖原合成酶，并抑制糖原合成酶，1、6磷酸果糖酯酶，从而加速糖分磷酸果糖酯酶，从而加速糖分解和解和TCA的产能代谢。的产能代谢

26、。当能荷升高时：细胞中当能荷升高时：细胞中AMP，ADP转变为转变为ATP，这时，这时ATP则抑制糖原降解以及糖酵解和则抑制糖原降解以及糖酵解和TCA环中的关键酶（如糖原环中的关键酶（如糖原磷酸化酶，磷酸果糖激酶，柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱磷酸化酶，磷酸果糖激酶，柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱氢酶）并激活糖类合成酶（糖原合成酶、氢酶）并激活糖类合成酶（糖原合成酶、1、6-P-果糖酯果糖酯酶）从而抑制糖的分解，加速糖原的合成。酶）从而抑制糖的分解，加速糖原的合成。第三十五页，讲稿共五十二页哦4.能荷调节与巴斯德效应：能荷调节与巴斯德效应：巴斯德效应（巴斯德效应（Pasteur effect)：巴斯德在研

27、究酵母的酒精发酵时发现：在通氧巴斯德在研究酵母的酒精发酵时发现：在通氧的情况下，由于进行呼吸作用，酒精产量大大下降，的情况下，由于进行呼吸作用，酒精产量大大下降，糖的消耗速度也变缓，这种有氧呼吸抑制发酵的作糖的消耗速度也变缓，这种有氧呼吸抑制发酵的作用被后人称为巴斯德效应。用被后人称为巴斯德效应。巴斯德效应是能荷调节的一个好的实例巴斯德效应是能荷调节的一个好的实例。第三十六页，讲稿共五十二页哦第三节第三节 代谢调控在代谢调控在工业发酵中的应用工业发酵中的应用 一、发酵工艺条件的控制一、发酵工艺条件的控制环境条件既影响微生物生长，又影响代谢速度和方向及产环境条件既影响微生物生长，又影响代谢速度和

28、方向及产物形成与积累。物形成与积累。现以谷氨酸棒杆菌发酵为例来说明控制发酵条件包括现以谷氨酸棒杆菌发酵为例来说明控制发酵条件包括O O2 2浓浓度、度、NHNH4 4浓度浓度 、pHpH、磷酸盐浓度、生物素浓度等，环境条件改变，、磷酸盐浓度、生物素浓度等，环境条件改变，可使代谢转换方向，不生成谷氨酸，而生成乳酸、琥珀酸、谷氨可使代谢转换方向，不生成谷氨酸，而生成乳酸、琥珀酸、谷氨酰胺等产物。酰胺等产物。第三十七页，讲稿共五十二页哦二、菌种遗传特性的改变二、菌种遗传特性的改变（一）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节（一）应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节营养缺陷型菌株：营养缺陷型菌株：野

29、生型菌株经过人工诱变或者自然突变野生型菌株经过人工诱变或者自然突变失去合成某种营养（氨基酸，维生素，核酸等）的能力，失去合成某种营养（氨基酸，维生素，核酸等）的能力，只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长的菌只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长的菌株。株。营养缺陷型是一种生化突变株，它的出现是由基因突变引营养缺陷型是一种生化突变株，它的出现是由基因突变引起的。由于核酸系列中某碱基发生突变，导致该基因所控起的。由于核酸系列中某碱基发生突变，导致该基因所控制的酶合成受阻，该菌株也因此不能合成某种营养因子，制的酶合成受阻，该菌株也因此不能合成某种营养因子，从而使正常代谢失去平衡。从

30、而使正常代谢失去平衡。第三十八页，讲稿共五十二页哦第三十九页，讲稿共五十二页哦谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物谷氨酸棒杆菌鸟氨酸生物合成途径合成途径乙酰谷氨酸合成酶乙酰谷氨酸激酶 NO乙酰谷氨酸醛脱氢酶乙酰鸟氨酸转氨酶NO乙酰谷氨酸O乙酰鸟氨酸乙酰基转移酶鸟氨酸氨甲酰基转移酶精氨琥珀酸合成酶精氨琥珀酸酶第四十页，讲稿共五十二页哦2、分支途径、分支途径 第四十一页，讲稿共五十二页哦第四十二页，讲稿共五十二页哦第四十三页，讲稿共五十二页哦第四十四页，讲稿共五十二页哦例如：谷氨酸棒杆菌 、产氨短杆菌、黄色短杆菌的选育高丝氨酸脱氢酶缺陷型（hom-）来积累大量Lys。黄色短杆菌的赖氨酸合成调节图黄色短杆菌的赖氨

31、酸合成调节图第四十五页，讲稿共五十二页哦抗反馈调节突变菌株：抗反馈调节突变菌株：就是指一种对反馈抑制不敏就是指一种对反馈抑制不敏感或对反馈阻遏有抗性，或二者兼而有之的菌株。感或对反馈阻遏有抗性，或二者兼而有之的菌株。在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是反馈抑制和阻遏已同时解除，所以能分泌大量是反馈抑制和阻遏已同时解除，所以能分泌大量的末端代谢产物。的末端代谢产物。（二）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节（二）应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节第四十六页，讲稿共五十二页哦2.获得抗反馈调节突变株方法获得抗反馈调节突变株方法 选育抗代谢类似物的突变

32、株选育抗代谢类似物的突变株选育抗代谢类似物的突变株选育抗代谢类似物的突变株 从营养缺陷型回复突变株中获得对途径中调节酶解除从营养缺陷型回复突变株中获得对途径中调节酶解除从营养缺陷型回复突变株中获得对途径中调节酶解除从营养缺陷型回复突变株中获得对途径中调节酶解除反馈抑制的突变株反馈抑制的突变株反馈抑制的突变株反馈抑制的突变株第四十七页，讲稿共五十二页哦3.抗反馈调节突变株的应用抗反馈调节突变株的应用在以积累末端产物为目的的发酵生产中，如果代在以积累末端产物为目的的发酵生产中，如果代谢途径单一无分枝，往往不能选用营养缺陷型突谢途径单一无分枝，往往不能选用营养缺陷型突变株。要提高产量，最好采用抗反馈

33、突变株。变株。要提高产量，最好采用抗反馈突变株。例如例如:用类似物用类似物D-精氨酸选出的谷氨酸棒杆菌的抗反精氨酸选出的谷氨酸棒杆菌的抗反馈突变株可使馈突变株可使L-精氨酸的产量得到提高。精氨酸的产量得到提高。第四十八页，讲稿共五十二页哦三、控制细胞膜的渗透性三、控制细胞膜的渗透性 微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。细胞内的代谢产物常常以很高的浓度累积着，并自然地通过反馈阻遏限制了它们的进一步合成。采取生理学或遗传学方法，可以改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。这种解除末端产物反馈抑制作用的菌株，可以提高发酵产物的产量。第四十九页，讲稿共五十二页哦例：谷氨酸

34、发酵过程中，可通过通过控制生物素、油酸、甘油的亚适量，控制细胞膜的合成；控制生物素、油酸、甘油的亚适量，控制细胞膜的合成；加入青霉素加入青霉素,抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联；抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联；加入表面活性剂如吐温加入表面活性剂如吐温8080或阳离子表面活性剂或阳离子表面活性剂(如聚氧化如聚氧化乙酰硬脂酰胺乙酰硬脂酰胺),),将脂类从细胞壁中溶解出来将脂类从细胞壁中溶解出来,使细胞壁疏松使细胞壁疏松,通通透性增加。透性增加。第五十页，讲稿共五十二页哦再例：再例：在在IMP发酵中，控制发酵中，控制Mn2+（限量）造成细胞膨胀的（限量）造成细胞膨胀的不规则形态，膜产生异常，非常专

35、一性的膜透性被不规则形态，膜产生异常，非常专一性的膜透性被破坏，核苷酸生物合成补救途径酶系破坏，核苷酸生物合成补救途径酶系 PRPP激酶、激酶、Hx（次黄嘌呤）（次黄嘌呤）焦磷酸化酶焦磷酸化酶 及及Hx和和R5-P都分泌都分泌于体外，在体外大量生物合成于体外，在体外大量生物合成IMP。第五十一页，讲稿共五十二页哦本章内容小结本章内容小结第一节第一节 微生物的代谢与调节的生化基础微生物的代谢与调节的生化基础1.什么叫初级代谢和次级代谢，微生物的初级代什么叫初级代谢和次级代谢，微生物的初级代谢产物和次级代谢产物分别有哪些？谢产物和次级代谢产物分别有哪些？2.微生物代谢过程的自我调节方式主要有哪些？微生物代谢过程的自我调节方式主要有哪些？3.什么叫同功酶，它与微生物的代谢调节有什么关什么叫同功酶，它与微生物的代谢调节有什么关系？别构酶和多功能酶呢？系？别构酶和多功能酶呢？第五十二页，讲稿共五十二页哦