代谢工程课件.ppt

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1、第三章微生物的代谢调节和代谢工程第一节微生物代谢的自我调节第二节代谢调控第三节次级代谢产物的主要调控机制第四节代谢工程【教学目的与要求】掌握微生物自身代谢和次级代谢的机理、有关概念及代谢调控，了解代谢工程设计的方向。【教学重点与难点】微生物自身代谢和次级代谢的机理、有关概念及代谢调控。微生物的生长繁殖和新陈代谢代谢类型：主要依赖两种代谢途径：分解代谢合成代谢分解代谢:指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力（或称还原当量，一般用[H]来表示）的作用。微生物通过分解代谢从环境中吸收的各

2、种碳源、氮源等物质降解，为生命活动提供能源和小分子中间体。包括：中心途径如TCA、EMP、HMP及外围途径（指碳源、氮源通过分解进入中心途径）合成代谢与分解代谢正好相反，指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。或利用分解代谢的能量和中间体合成氨基酸、核酸等单体物质及蛋白质、多糖等多聚物。分解代谢与合成代谢是互相关联、互相制约，是生命活动的基础。正常微生物的小分子物质的合成和降解是自身调节。研究微生物代谢调节的意义十分重要，在工业上可通过对微生物的代谢途径加以控制来满足生产的

3、需要。如：谷氨酸发酵菌种：微生物的代谢产物可分为：初级代谢产物定义：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。特征：不同的微生物初级代谢产物基本相同；初级代谢产物合成过程是连续不断的，与菌体的生长呈平行关系。次级代谢产物定义：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。举例：抗生物、毒素、激素、色素等。特征：不同的微生物次级代谢产物不同；次级代谢产物的通常在菌体的生长后期合成，发酵分两个阶段进行，即营养增殖期和生产

4、期。在多数情况下，增加前体是有效的两种代谢产物的不同：1、次级代谢通常在生长后期合成。不是微生物生长所必需的，不参与微生物的生长和繁殖。2、次级代谢对环境条件的变化很敏感，其产物的合成往往会因环境条件的变化而停止。3、不同微生物的次级代谢产物有很大区别。基于菌种的特异性4、催化次级代谢产物合成的某些酶专一性不强。第一节微生物代谢的自我调节微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过酶的定位

5、以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等。其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量，二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节效果。微生物自我调节部位1养分的吸收和排泄细胞膜2限制基质与酶的接近3控制通量：调节现有酶量和改变酶分子的活性都涉及到酶促反应的调节包括酶活性的调节和和酶合成的调节一、酶活性的调节酶活性的调节：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活性来调节新陈代谢的速率。酶活性的抑制激活是微生物代谢中存在的两种矛盾的过程。酶活性的激

6、活系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。酶活性的抑制主要是反馈抑制，它主要表现在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，促使整个反应过程减慢或停止，从而避免了末端产物的过多累积。图：大肠杆菌代谢过程的抑制剂和激活剂（一）酶活性的激活常见的酶活性的激活是前体激活，多发生在分支代谢途径，即代谢途径中的后面的反应可被较前面的一种代谢中间产物所促进。如：粗糙脉胞酶的异柠檬酸脱氢酶的活性受到柠檬酸的激活。（二）酶活性的抑制酶活性的抑制包括：竞争性抑制反馈抑制反馈抑制：指反应途径

7、中某些中间产物或末端产物对该途径中前面反应的影响。凡是反映加速地称为正反馈；凡是反应减速的称为负反馈。末端产物的反馈抑制普遍存在于合成途径中。反馈抑制：直链式分支代谢途径：两种以上的末端产物反馈抑制的类型1．直线式代谢途径中的反馈抑制2．分支代谢途径中的反馈抑制。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。（1）同功酶调节同功酶是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，但在生理、免疫和理化特性上却存在着差别。同功酶的

8、主要功能在于其代谢调节。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。如：大肠杆菌天冬氨族氨基酸合成途径中，有三个