微生物的代谢调节.ppt

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1、微生物的代谢调节微生物的代谢调节现在学习的是第1页，共51页l新陈代谢：是指发生在活细胞中的各种分解新陈代谢：是指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。代谢和合成代谢的总和。l合成代谢合成代谢:在合成酶系的催化下，由简单的小分子、在合成酶系的催化下，由简单的小分子、ATP和还原力和还原力H一起合成复杂的生物的大分子的过一起合成复杂的生物的大分子的过程。程。l分解代谢：分解代谢：在分解代谢酶系的催化下，将复杂的有机分在分解代谢酶系的催化下，将复杂的有机分子分解为简单小分子、能量子分解为简单小分子、能量(ATP)及还原力及还原力H的过程。的过程。EMP、HMP、ED、TCA等。等。现在学习

2、的是第2页，共51页复杂分子复杂分子 简单分子简单分子+ATP+H(有机物有机物)分解代谢酶系分解代谢酶系合成代谢酶系合成代谢酶系现在学习的是第3页，共51页4.1 微生物初级代谢及次级代谢微生物初级代谢及次级代谢P64l微生物的初级代谢：微生物的初级代谢：微生物从外界吸收各种营微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程。生命活动所必需的物质和能量的过程。l初级代谢产物：初级代谢产物：糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及它们聚合成的大分子化合物：多糖、蛋白以及它们聚合成的大分子化合物

3、：多糖、蛋白质、酯类、核酸等质、酯类、核酸等现在学习的是第4页，共51页l微生物的次级代谢：微生物的次级代谢：微生物在一定的生长时期，微生物在一定的生长时期，为避免初级代谢产物积累造成不利影响，以其为避免初级代谢产物积累造成不利影响，以其为前体物质合成一些对微生物的生命活动为前体物质合成一些对微生物的生命活动无明无明确功能确功能的物质的代谢。的物质的代谢。l次级代谢产物：大多是分子结构比较复杂的化次级代谢产物：大多是分子结构比较复杂的化合物。如抗生素、毒素、激素、色素、生物碱合物。如抗生素、毒素、激素、色素、生物碱及维生素等。与人类的生活与健康密切相关及维生素等。与人类的生活与健康密切相关现在

4、学习的是第5页，共51页l初级代谢初级代谢系统、代谢途径和代谢产物在各类生物中基系统、代谢途径和代谢产物在各类生物中基本相同。本相同。产物产物是机体生存必不可少的物质，如果这些物质合成过是机体生存必不可少的物质，如果这些物质合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则导程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则导致机体发生突变或死亡。致机体发生突变或死亡。l次级代谢次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些微生物）只存在于某些生物（如植物和某些微生物）中，代谢途径和代谢产物因生物不同而不同，同种生中，代谢途径和代谢产物因生物不同而不同，同种生物由于培养条件不同而产物不同。物由于培养条件

5、不同而产物不同。产物非机体生存所必需的，次级代谢的某个环节上发生产物非机体生存所必需的，次级代谢的某个环节上发生障碍，不会导致机体生长的停止或死亡，通常分泌到胞障碍，不会导致机体生长的停止或死亡，通常分泌到胞外。外。现在学习的是第6页，共51页l微生物体内成千上万种酶和其他物质组成一套完整的代谢调节机构，微生物体内成千上万种酶和其他物质组成一套完整的代谢调节机构，反应链的各个酶构成这条链的反应链的各个酶构成这条链的多酶体系多酶体系。l限速步骤（最慢、通常为第一步）：反应链中速度最慢的限速步骤（最慢、通常为第一步）：反应链中速度最慢的一步，限制着反应链的全部反应。它的酶为限速酶。一步，限制着反应

6、链的全部反应。它的酶为限速酶。l微生物初级代谢的调节微生物初级代谢的调节l微生物次级代谢的调节微生物次级代谢的调节l微生物发酵中的代谢调控微生物发酵中的代谢调控现在学习的是第7页，共51页酶活性调节酶活性调节酶活性调节酶活性调节调调调调节节节节已已已已有有有有的的的的酶酶酶酶分分分分子的活性子的活性子的活性子的活性酶合成的调节酶合成的调节酶合成的调节酶合成的调节调调调调节节节节酶酶酶酶分分分分子子子子的的的的合合合合成量成量成量成量在酶化学水在酶化学水平上发生的平上发生的在遗传学水平在遗传学水平上发生的上发生的4.2 微生物初级代谢的调节微生物初级代谢的调节p50两两两两种种种种类类类类型型型

7、型激活激活抑制抑制诱导诱导阻遏阻遏现在学习的是第8页，共51页定义：定义：通过改变已有酶分子活性来调节新陈代谢的速率通过改变已有酶分子活性来调节新陈代谢的速率的方式。是酶分子水平上的的方式。是酶分子水平上的“精细调节精细调节”。酶的激活剂、抑制剂：酶的激活剂、抑制剂：引起酶活力提高或降低的物质。引起酶活力提高或降低的物质。酶活性的激活：酶活性的激活：在某个酶促反应系统中，加入（或生成）在某个酶促反应系统中，加入（或生成）某低分子量的物质，使酶的活性提高的现象。某低分子量的物质，使酶的活性提高的现象。酶活性的抑制：酶活性的抑制：在某个酶促反应系统中，加入（或生成）在某个酶促反应系统中，加入（或生

8、成）某低分子量的物质，使酶的活性降低的现象。某低分子量的物质，使酶的活性降低的现象。4.2.1 酶活性的调节酶活性的调节现在学习的是第9页，共51页A B C D E4.2.1.1 酶活性的激活：酶活性的激活：l 方式：代谢途径中，催化后面反应的酶活力被方式：代谢途径中，催化后面反应的酶活力被前面的中间代谢产物（前面的中间代谢产物（分解代谢时分解代谢时）或前体）或前体（合成代谢时合成代谢时）所促进的现象。）所促进的现象。现在学习的是第10页，共51页4.2.1.2 酶活性的抑制酶活性的抑制l反馈抑制反馈抑制在某代谢途径的在某代谢途径的末端产物末端产物过量时可反过量时可反过来直接抑制该途径中第一

9、个酶的活性的现象。主要过来直接抑制该途径中第一个酶的活性的现象。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。l特点特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除又可解除现在学习的是第11页，共51页 直链式代谢途径（直链式代谢途径（直链式代谢途径（直链式代谢途径（只有一种末端产物）只有一种末端产物）只有一种末端产物）只有一种末端产物）反馈抑制反馈抑制反馈抑制反馈抑制 （p57）同功酶调节同功酶调节同功酶调节同功酶调节 协同反馈抑制协同反馈抑制协同反馈抑制协同反馈抑制 分支代谢途径分支代谢途径分支代谢途径分支代谢途径 累积累积

10、累积累积反馈抑制反馈抑制 （有多种末端产物）有多种末端产物）有多种末端产物）有多种末端产物）增效增效反馈抑制反馈抑制反馈抑制反馈抑制 顺序反馈抑制顺序反馈抑制顺序反馈抑制顺序反馈抑制 现在学习的是第12页，共51页（1）直链式代谢途径中的反馈抑制）直链式代谢途径中的反馈抑制 苏氨酸脱氨酶l苏氨酸-酮丁酸异亮氨酸 反馈抑制A B C D E现在学习的是第13页，共51页（2）分支代谢途径中的反馈抑制）分支代谢途径中的反馈抑制l在分支代谢途径中，为了避免在一个分支上的在分支代谢途径中，为了避免在一个分支上的产物过多产物过多,影响另一分支上产物的供应，微生影响另一分支上产物的供应，微生物发展出多种调

11、节方式。物发展出多种调节方式。现在学习的是第14页，共51页 同功酶调节同功酶调节l同功酶：同功酶：能催化相同的生化反应，但酶蛋白本能催化相同的生化反应，但酶蛋白本身的分子结构却不同的一组酶。身的分子结构却不同的一组酶。l特点特点：在分支途径中的第一个酶有几种结构不：在分支途径中的第一个酶有几种结构不同的一组同功酶，每一种代谢终产物只对一种同的一组同功酶，每一种代谢终产物只对一种同功酶具有反馈抑制作用，同功酶具有反馈抑制作用，只有当几种终产物只有当几种终产物同时同时过量时，才能完全阻止反应的进行过量时，才能完全阻止反应的进行。现在学习的是第15页，共51页同功酶的反馈抑制同功酶的反馈抑制同功酶

12、的反馈抑制同功酶的反馈抑制l典型实例：大肠杆菌天冬氨酸族氨基酸的合成典型实例：大肠杆菌天冬氨酸族氨基酸的合成 有有3个天冬氨酸激酶催化途径的第一个反应，分别受赖氨个天冬氨酸激酶催化途径的第一个反应，分别受赖氨酸，苏氨酸，甲硫氨酸的调节酸，苏氨酸，甲硫氨酸的调节。D EHA A B B C C F F GG现在学习的是第16页，共51页 协同反馈抑制协同反馈抑制v在分支代谢途径中，几种末端产物在分支代谢途径中，几种末端产物同时都同时都过量，过量，才才对途径中的第一个酶具有抑制作用。对途径中的第一个酶具有抑制作用。v若某一末端产物单独过量则对途径中的第一个若某一末端产物单独过量则对途径中的第一个酶

13、无抑制作用。酶无抑制作用。v如，在多粘芽孢杆菌合成赖氨酸、蛋氨酸和苏如，在多粘芽孢杆菌合成赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸的途径中，终点产物苏氨酸和赖氨酸协同氨酸的途径中，终点产物苏氨酸和赖氨酸协同抑制天冬氨酸激酶。抑制天冬氨酸激酶。现在学习的是第17页，共51页协同反馈抑制协同反馈抑制协同反馈抑制协同反馈抑制A B C F GD EH现在学习的是第18页，共51页 累积反馈抑制累积反馈抑制l在分支代谢途径中，任何一种末端产物过量时都能对在分支代谢途径中，任何一种末端产物过量时都能对共同途径中的第一个酶起抑制作用，而且各种末端产共同途径中的第一个酶起抑制作用，而且各种末端产物的抑制作用互不干扰。当各种末

14、端产物同时过量时，物的抑制作用互不干扰。当各种末端产物同时过量时，它们的它们的抑制作用是累积的抑制作用是累积的抑制作用是累积的抑制作用是累积的。l最早是在大肠杆菌的谷氨酰胺合成酶的调节过程中最早是在大肠杆菌的谷氨酰胺合成酶的调节过程中发现的，该酶受发现的，该酶受8个最终产物的积累反馈抑制。个最终产物的积累反馈抑制。8个最个最终产物同时存在时，酶活力完全被抑制。终产物同时存在时，酶活力完全被抑制。现在学习的是第19页，共51页D EH累积反馈抑制累积反馈抑制A A B B C C F F GG现在学习的是第20页，共51页 增效反馈抑制（合作反馈抑制）增效反馈抑制（合作反馈抑制）l在分支代谢途径

15、中，当分支的末端产物同时过在分支代谢途径中，当分支的末端产物同时过量时，反馈抑制作用程度明显大于各种末端产量时，反馈抑制作用程度明显大于各种末端产物独立过量时的总和。也就是物独立过量时的总和。也就是1+12的效果。的效果。现在学习的是第21页，共51页 顺序反馈抑制顺序反馈抑制v分支代谢途径中的两个末端产物，不能直接抑制代谢分支代谢途径中的两个末端产物，不能直接抑制代谢途径中的第一个酶，而是途径中的第一个酶，而是分别抑制分支点后的反应步分别抑制分支点后的反应步骤，骤，造成分支点上中间产物的积累，这种高浓度的中间造成分支点上中间产物的积累，这种高浓度的中间产物再反馈抑制第一个酶的活性。因此，只有

16、当两个末产物再反馈抑制第一个酶的活性。因此，只有当两个末端产物都过量时，才能对途径中的第一个酶起到抑制作端产物都过量时，才能对途径中的第一个酶起到抑制作用。用。v枯草芽孢杆菌合成芳香族氨基酸的代谢途径就采取这枯草芽孢杆菌合成芳香族氨基酸的代谢途径就采取这种方式进行调节。种方式进行调节。现在学习的是第22页，共51页顺序反馈抑制顺序反馈抑制ABCDFGE E现在学习的是第23页，共51页4.2.1.3 酶活性调节的机制酶活性调节的机制 P51 变构变构调节理论调节理论+酶分子的化学修饰酶分子的化学修饰调节理论调节理论酶的变构调节理论酶的变构调节理论：受受最最终终代代谢谢产产物物调调节节的的酶酶是

17、是一一种种变变构构酶酶。其其分分子子有两个中心：有两个中心：与底物结合的与底物结合的活性中心活性中心(又称催化中心又称催化中心)，与末端产物结合的与末端产物结合的调节中心调节中心(即变构中心即变构中心)。现在学习的是第24页，共51页酶酶的的变变构构调调节节：一一一一些些些些小小小小分分分分子子子子物物物物质质质质（即即即即效效效效应应应应剂剂剂剂）能能能能够够够够与与与与酶酶酶酶的的的的调调调调节节节节部部部部位位位位以以以以非非非非共共共共价价价价键键键键形形形形式式式式结结结结合合合合，使使使使酶酶酶酶的的的的构构构构象象象象发发发发生生生生改变，导致酶活性增强或减弱，从而调控代谢反应。

18、改变，导致酶活性增强或减弱，从而调控代谢反应。改变，导致酶活性增强或减弱，从而调控代谢反应。改变，导致酶活性增强或减弱，从而调控代谢反应。变构酶：变构酶：变构酶：变构酶：受变构调节的酶。受变构调节的酶。受变构调节的酶。受变构调节的酶。效应剂：效应剂：效应剂：效应剂：变构激活剂与变构抑制剂变构激活剂与变构抑制剂变构激活剂与变构抑制剂变构激活剂与变构抑制剂受受受受反反反反馈馈馈馈抑抑抑抑制制制制调调调调节节节节的的的的酶酶酶酶都都都都是是是是变变变变构构构构酶酶酶酶，为为为为分分分分支支支支途途途途径径径径中中中中的的的的第第第第一个酶。一个酶。一个酶。一个酶。变构酶是具有变构酶是具有变构酶是具有

19、变构酶是具有多亚基四级结构的蛋白质多亚基四级结构的蛋白质多亚基四级结构的蛋白质多亚基四级结构的蛋白质。现在学习的是第25页，共51页现在学习的是第26页，共51页反馈抑制机理：反馈抑制机理：l当末端产物过量时，其与调节中心结合，导致当末端产物过量时，其与调节中心结合，导致酶分子构型发生改变，破坏了酶的活性中心，酶分子构型发生改变，破坏了酶的活性中心，因而酶的活性降低或丧失，反应停止；因而酶的活性降低或丧失，反应停止；l当末端产物浓度降低时，同调节中心结合的末当末端产物浓度降低时，同调节中心结合的末端产物被释放出来，导致酶的活性中心形成，端产物被释放出来，导致酶的活性中心形成，酶的活性恢复，反应

20、进行，合成代谢产物。酶的活性恢复，反应进行，合成代谢产物。l通过末端代谢产物胞内浓度的变化，控制变构通过末端代谢产物胞内浓度的变化，控制变构酶的活性变化，调节代谢产物的合成。酶的活性变化，调节代谢产物的合成。现在学习的是第27页，共51页 共价修饰调节理论共价修饰调节理论l共价调节酶：共价调节酶：通过化学基团的引入或者除去，通过化学基团的引入或者除去，使其化学活性改变的酶。使其化学活性改变的酶。l分子的化学修饰：分子的化学修饰：蛋白质共价结构发生改变，蛋白质共价结构发生改变，从而改变酶学性质的修饰。从而改变酶学性质的修饰。l形式：形式：磷酸化、甲基化、乙酰化等。磷酸化、甲基化、乙酰化等。l可逆

21、的共价修饰与不可逆的共价修饰可逆的共价修饰与不可逆的共价修饰l酶原激活为不可逆的共价修饰。酶原激活为不可逆的共价修饰。现在学习的是第28页，共51页4.2.2 酶合成的调节酶合成的调节 P52v细胞内的酶可分为两大类：细胞内的酶可分为两大类：组成酶、诱导酶组成酶、诱导酶组成酶、诱导酶组成酶、诱导酶vv组成酶：组成酶：组成酶：组成酶：在相应基因控制下合成，是细胞内固有的酶。合在相应基因控制下合成，是细胞内固有的酶。合成不受环境条件的影响，含量相对稳定。保持机体基本能成不受环境条件的影响，含量相对稳定。保持机体基本能量供应的酶是组成酶。量供应的酶是组成酶。EMP、TCA途径中的很多酶。途径中的很多

22、酶。vv诱导酶诱导酶诱导酶诱导酶：当作用底物或结构类似物（诱导物）存在时，：当作用底物或结构类似物（诱导物）存在时，细胞细胞临时临时合成的能降解此物的酶。合成受环境条件影合成的能降解此物的酶。合成受环境条件影响。响。P53图图4-4粗调粗调现在学习的是第29页，共51页l l酶合成的调节，包括酶合成的调节，包括 底物对酶合成系统的底物对酶合成系统的诱导作用诱导作用和产物对酶合成和产物对酶合成系统的系统的阻遏作用阻遏作用。两者同时存在。两者同时存在l l诱导作用诱导作用：在某种化合物的作用下，导致酶在某种化合物的作用下，导致酶合成速率提高的现象。合成速率提高的现象。l l阻遏作用阻遏作用：在某种

23、化合物的作用下，导致酶合在某种化合物的作用下，导致酶合成速率降低或停止的现象。成速率降低或停止的现象。现在学习的是第30页，共51页4.2.2.1 酶合成的诱导酶合成的诱导v如某些细菌只有生长在含淀粉的培养基中才能如某些细菌只有生长在含淀粉的培养基中才能产生淀粉酶。产生淀粉酶。v诱导酶只有在诱导剂存在时才生成，当除去诱诱导酶只有在诱导剂存在时才生成，当除去诱导剂后，酶的合成便停止了。导剂后，酶的合成便停止了。v由于酶诱导生成的调节，使得微生物只有在需由于酶诱导生成的调节，使得微生物只有在需要时才合成某种酶，不需要时便不合成，这对要时才合成某种酶，不需要时便不合成，这对微生物新陈代谢是十分经济有

24、利的。微生物新陈代谢是十分经济有利的。现在学习的是第31页，共51页现在学习的是第32页，共51页4.2.2.2 酶生成的阻遏酶生成的阻遏l l阻遏阻遏：阻碍：阻碍代谢过程中包括关键酶在内的代谢过程中包括关键酶在内的一一系列酶系列酶的合成的现象。的合成的现象。能更彻底地控制和减少末端产物的合成。能更彻底地控制和减少末端产物的合成。现在学习的是第33页，共51页天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸高丝氨酸高丝氨酸高丝氨酸高丝氨酸胱氨酸胱氨酸胱氨酸胱氨酸高半胱氨酸高半胱氨酸高半胱氨酸高半胱氨酸甲硫甲硫甲硫甲硫氨酸氨酸氨酸氨酸甲硫氨酸反馈阻遏大肠杆菌合成甲硫氨酸反馈阻遏大肠杆菌合成甲硫氨酸的酶的生成甲硫

25、氨酸的酶的生成末端代谢产物反馈阻遏末端代谢产物反馈阻遏指由于某代谢途径的末端产指由于某代谢途径的末端产物的过量积累，物的过量积累，同时同时阻止合阻止合成途径中成途径中所有酶的合成所有酶的合成的阻遏。的阻遏。在氨基酸、维生素和核苷酸在氨基酸、维生素和核苷酸等合成途径中普遍存在。等合成途径中普遍存在。现在学习的是第34页，共51页 分解代谢产物阻遏分解代谢产物阻遏l分解代谢物阻遏：分解代谢物阻遏：当微生物在含有两种能够利用当微生物在含有两种能够利用的底物的培养基中生长时，利用快的那种底物会的底物的培养基中生长时，利用快的那种底物会阻遏利用慢的底物的有关酶的合成的现象。阻遏利用慢的底物的有关酶的合成

26、的现象。l“葡萄糖效应葡萄糖效应”：大肠杆菌生长在含葡萄糖和乳大肠杆菌生长在含葡萄糖和乳糖的培养基时，优先利用葡萄糖，葡萄糖耗尽时糖的培养基时，优先利用葡萄糖，葡萄糖耗尽时才开始利用乳糖，导致才开始利用乳糖，导致2个对数期中间隔开一个个对数期中间隔开一个延滞期，出现延滞期，出现“二次生长二次生长”现象。现象。P54图图4-5l原因：原因：葡萄糖的中间代谢物或末端代谢物阻遏了葡萄糖的中间代谢物或末端代谢物阻遏了分解乳糖酶系的合成。分解乳糖酶系的合成。现在学习的是第35页，共51页酶诱导的操纵子模型酶诱导的操纵子模型 酶阻遏的色氨酸操纵子模型酶阻遏的色氨酸操纵子模型4.2.2.3 酶合成调节的酶合

27、成调节的机制机制现在学习的是第36页，共51页操纵子（操纵子（operon）：）：基因表达和控制的一个完整单元，基因表达和控制的一个完整单元，包括结构基因，调节基因，操作子和启动子包括结构基因，调节基因，操作子和启动子l结构基因结构基因(structural genes)：是决定某一多肽的是决定某一多肽的DNA 模板，可根据其上的碱基顺序转录出相应的模板，可根据其上的碱基顺序转录出相应的mRNA，然后再可通过核糖体转译出相应的酶。（编码蛋白质的，然后再可通过核糖体转译出相应的酶。（编码蛋白质的DNA序列）序列）l启动子启动子(promoter)：能被依赖于能被依赖于DNA的的RNA聚合酶聚合酶

28、所识别的碱基顺序，是所识别的碱基顺序，是RNA聚合酶的结合部位和转录聚合酶的结合部位和转录起点。多数情况下还包括促进这一过程的调节蛋白结合位起点。多数情况下还包括促进这一过程的调节蛋白结合位点。点。现在学习的是第37页，共51页l操纵子（操纵子（operator）：）：位于启动基因和结构基位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，是阻遏蛋白的结合位点，因之间的一段碱基顺序，是阻遏蛋白的结合位点，能通过与阻遏物相结合来决定结构基因的转录是能通过与阻遏物相结合来决定结构基因的转录是否能进行。否能进行。l调节基因（调节基因（regulator gene）：）：用于编码组成用于编码组成型调节蛋白的基因

29、，一般远离操纵子型调节蛋白的基因，一般远离操纵子,但在原但在原核生物中核生物中,可以位于操纵子旁边可以位于操纵子旁边,编码调节蛋白。编码调节蛋白。现在学习的是第38页，共51页半乳糖苷酶透过酶乙酰基转移酶现在学习的是第39页，共51页终产物阻遏终产物阻遏现在学习的是第40页，共51页4.2.3 能量负荷调节能量负荷调节l许多中间代谢反应都是以许多中间代谢反应都是以ATP作为能量储存形式作为能量储存形式。l能量负荷调节能量负荷调节：对利用：对利用ATP的合成代谢途径中酶活性的合成代谢途径中酶活性或产或产ATP的分解代谢途径中酶的活性进行调节。的分解代谢途径中酶的活性进行调节。lATP含量的变化将

30、引起与合成酶、分解酶相关代谢反应含量的变化将引起与合成酶、分解酶相关代谢反应的变化，以此调节某些产物的合成。的变化，以此调节某些产物的合成。l能荷对代谢起着重要的调控作用能荷对代谢起着重要的调控作用现在学习的是第41页，共51页l1968年年Atkinson和和Walton提出了能荷概念。提出了能荷概念。l能荷能荷：细胞中高能磷酸键状态的一种数量上的衡量，表示细胞：细胞中高能磷酸键状态的一种数量上的衡量，表示细胞内内ATP-ADP-AMP系统的能量状态。系统的能量状态。l能荷能荷=（ATP+1/2ADP)/(ATP+ADP+AMP)lATP+ADP+AMP：指总腺苷酸系统：指总腺苷酸系统(AT

31、P、ADP和和AMP的的总和总和)的浓度的浓度 lATP+0.5ADP：ATP及相当及相当ATP的浓度。的浓度。l能荷的数值在能荷的数值在0-1之间。之间。l当所有腺苷酸充分磷酸化为当所有腺苷酸充分磷酸化为ATP，能荷值为，能荷值为1；l当所有腺苷酸去磷酸化为当所有腺苷酸去磷酸化为AMP，能荷值为零，能荷值为零，l正常情况下细胞的能荷值大约为正常情况下细胞的能荷值大约为0.75-0.95。现在学习的是第42页，共51页lATP的生成和的生成和ATP的消耗途径是和细胞内能荷的消耗途径是和细胞内能荷状态相呼应的：状态相呼应的：l高能荷时，高能荷时，ATP生成过程被抑制，而生成过程被抑制，而ATP的

32、利的利用过程被激发；当能荷值低时，其效应相反用过程被激发；当能荷值低时，其效应相反l当体系中当体系中ATP含量高时，含量高时，ATP抑制磷酸果糖激抑制磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的活性，使糖酵解减少。酶、丙酮酸激酶的活性，使糖酵解减少。l当需要能量时，当需要能量时，ATP分解为分解为ADP、AMP，这样，这样ATP减少，减少，ADP、AMP增加增加能荷降低能荷降低激酶激酶活性增大活性增大l无机磷也是调节者，它能解除无机磷也是调节者，它能解除6-磷酸葡萄糖对磷酸葡萄糖对己糖激酶的抑制，加快糖酵解。己糖激酶的抑制，加快糖酵解。现在学习的是第43页，共51页4.3 微生物次级代谢的调节微生物次级代谢的调

33、节l初级代谢与次级代谢途径相互交错，调节控制相初级代谢与次级代谢途径相互交错，调节控制相互影响。互影响。抗生素等调控类型（自学抗生素等调控类型（自学）l（1）诱导调节）诱导调节l（2）次级代谢产物的自身反馈调节）次级代谢产物的自身反馈调节l（3）初级代谢产物对次级代谢产物的调节）初级代谢产物对次级代谢产物的调节l（4）分解代谢产物调节）分解代谢产物调节l（5）磷酸盐调节）磷酸盐调节l（6）细胞膜透性调节）细胞膜透性调节现在学习的是第44页，共51页4.4 代谢调控代谢调控工业发酵的目的：大量积累人们所需要的代谢产物。工业发酵的目的：大量积累人们所需要的代谢产物。代谢控制：人为地打破微生物细胞内

34、的自动代谢调节机制，使代谢控制：人为地打破微生物细胞内的自动代谢调节机制，使代谢朝着人们希望的方向进行。代谢朝着人们希望的方向进行。控制代谢的手段：控制代谢的手段：控制发酵条件控制发酵条件 （生物化学方法）（生物化学方法）改变细胞膜透性改变细胞膜透性；（生物化学方法）（生物化学方法）改变微生物遗传特性改变微生物遗传特性 (遗传学方法）遗传学方法）现在学习的是第45页，共51页4.4.1 发酵条件的控制发酵条件的控制（1）培养基成分的控制：）培养基成分的控制：l尽量避免使用引起分解代谢阻遏的碳源或氮源。尽量避免使用引起分解代谢阻遏的碳源或氮源。如嗜如嗜热脂肪芽孢杆菌产生热脂肪芽孢杆菌产生-淀粉酶

35、受果糖的分解阻遏，以淀粉酶受果糖的分解阻遏，以甘油做碳源，酶活性增加甘油做碳源，酶活性增加25倍。倍。l速效碳源（氮源）与迟效碳源（氮源）配比合适。速效碳源（氮源）与迟效碳源（氮源）配比合适。如青霉素发酵采用葡萄糖和乳糖以适当比例组合，提高产如青霉素发酵采用葡萄糖和乳糖以适当比例组合，提高产量。量。l 加入诱导剂，提高有诱导酶的产量。加入诱导剂，提高有诱导酶的产量。l 加入前体物质，提高代谢产物的产量加入前体物质，提高代谢产物的产量。现在学习的是第46页，共51页l（2）培养条件温度、培养条件温度、pH、通气量的控制、通气量的控制P61表表4-2l（3）发酵与分离过程耦合发酵与分离过程耦合：产

36、物不在发酵体：产物不在发酵体系中积累，膜分离、吸附分离等系中积累，膜分离、吸附分离等现在学习的是第47页，共51页4.4.2 控制细胞膜的通透性控制细胞膜的通透性改改变变细细胞胞膜膜的的通通透透性性，使使胞胞内内的的代代谢谢产产物物迅迅速速渗渗漏漏出出去去,解除末端产物的反馈抑制。解除末端产物的反馈抑制。生理学手段生理学手段：直接抑制膜的合成或使膜受缺损：直接抑制膜的合成或使膜受缺损 在在Glu发发酵酵中中把把生生物物素素浓浓度度控控制制在在亚亚适适量量，可可改改变变谷谷氨氨酸酸棒棒状状杆杆菌菌细细胞胞膜膜透透性性，大大量量Glu分分泌泌到到胞胞外外；解解除除过量谷氨酸多谷氨酸脱氢酶的反馈抑制

37、过量谷氨酸多谷氨酸脱氢酶的反馈抑制如如果果培培养养液液中中生生物物素素含含量量高高，可可添添加加青青霉霉素素使使细细胞胞壁壁缺缺损损添加表面活性剂等添加表面活性剂等现在学习的是第48页，共51页 4.4.3 改变微生物的遗传特性改变微生物的遗传特性（1）营养缺陷型突变株的应用）营养缺陷型突变株的应用（2）抗反馈调节突变株的应用）抗反馈调节突变株的应用（3）抗分解阻遏突变株的应用）抗分解阻遏突变株的应用现在学习的是第49页，共51页（1）营养缺陷型菌株应用）营养缺陷型菌株应用-解除正常的反馈调节解除正常的反馈调节 （高丝氨酸缺陷型菌株）（高丝氨酸缺陷型菌株）天冬氨酸天冬氨酸 磷酸天冬氨酸半醛高丝

38、氨酸 苏氨 酸 甲硫氨酸 赖氨酸AKHSDH为反馈抑制为阻遏谷氨酸棒状杆菌谷氨酸棒状杆菌(C.glutamicum)的代谢调节与赖氨酸生产的代谢调节与赖氨酸生产 P63AK：天冬氨酸激酶；：天冬氨酸激酶；HSDH：高丝氨酸脱氢酶：高丝氨酸脱氢酶协同反馈抑制协同反馈抑制现在学习的是第50页，共51页（2）抗反馈调节突变株的应用）抗反馈调节突变株的应用l抗反馈调节的突变株抗反馈调节的突变株指对反馈抑制不敏感指对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性，或两者兼有之的菌株。或对阻遏有抗性，或两者兼有之的菌株。l在调节基因或操纵基因上突变引起酶合成诱导在调节基因或操纵基因上突变引起酶合成诱导机制的失灵，菌株不经诱导也能合成酶，或不机制的失灵，菌株不经诱导也能合成酶，或不受终产物阻遏的调节突变型。受终产物阻遏的调节突变型。l抗反馈调节突变株筛选抗反馈调节突变株筛选：用末端代谢产物结构：用末端代谢产物结构类似物筛选和营养缺陷型回复突变株筛选。类似物筛选和营养缺陷型回复突变株筛选。现在学习的是第51页，共51页