代谢调节与代谢工程

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1、代谢调节与代谢工程(1).直线式代谢途径中的反馈抑制：苏氨酸脱氨酶苏氨酸α-酮丁酸异亮氨酸反馈抑制其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成(2).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，为了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，微生物发展出多种调节方式。主要有：同功酶的调节，顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。3.2.3反馈抑制的类型代谢调节与代谢工程(1)同功酶调节——isoenzyme定义：催化相同的生化反应，而酶分子结构有差别的一组酶。意义：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

2、酶催化时，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。———某一产物过量仅抑制相应酶活，对其他产物没影响。举例：大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节代谢调节与代谢工程代谢调节与代谢工程(2)协同反馈抑制定义：分支代谢途径中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种反馈调节方式。举例：谷氨酸棒杆菌（Corynebacteriumglutamicum）多粘芽孢杆菌（Bacilluspolymyxa）天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制和阻遏。代谢调节与代谢工程天冬氨酸E,R4-磷酸天冬氨酸E天冬氨酸半醛E

3、,RE二氢吡啶二羧酸同型丝氨酸同型丝氨酸磷酸E,RRO-琥珀酰同型丝氨酸苏氨酸E,R六氢吡啶二羧酸胱硫醚2-酮丁酸R二氨基庚二酸同型半胱氨酸R赖氨酸甲硫氨酸异亮氨酸天冬氨酸族（谷氨酸棒杆菌）代谢调节与代谢工程合作反馈抑制定义：两种末端产物同时存在时，共同的反馈抑制作用大于二者单独作用之和。举例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP（和IMP）的合作反馈抑制，二者共同存在时，可以完全抑制该酶的活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的70%和10%。代谢调节与代谢工程(3)积累反馈抑制定义：每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同途径中前面

4、的酶，所以当几种末端产物共同存在时它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。代谢调节与代谢工程Try16%CTP14%氨甲酰磷酸13%AMP41%……积累反馈抑制——E.coli谷氨酰胺合成酶的调节代谢调节与代谢工程(4)顺序反馈抑制一种终产物的积累,导致前一中间产物的积累，通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节代谢调节与代谢工程分支途径上游的某个酶受到另一条分支途径的终产物，甚至于本分支途径几乎不相关的代谢中间物的抑制或激活，使酶的活力受到调节，此即代谢互锁。4.1.8代谢互锁代谢

5、调节与代谢工程在分支合成途径中，分支点后的两种酶竞争同一种底物，如AMP与GMP，Thr与Lys、Met，由于两种酶对底物的Km值（即对底物的亲和力）不同，故两条支路的一条优先合成。3.1.8优先合成代谢调节与代谢工程3.2.5避开微生物固有代谢调节，过量生产代谢产物工业发酵的目的：大量积累人们所需要的微生物代谢产物。代谢的人工控制：人为地打破微生物的代谢控制体系，使代谢朝着人们希望的方向进行。人工控制代谢的手段：改变微生物遗传特性(遗传学方法）；控制发酵条件（生物化学方法）；改变细胞膜透性；代谢调节与代谢工程工业发酵的目的——大量地积累人们所需要的微生物代

6、谢产物。在正常生理条件下微生物通过其代谢调节系统吸收利用营养物质用于合成细胞结构，进行生长和繁殖，它们通常不浪费原料和能量，也不积累中间代谢产物代谢的人工控制人为地打破微生物的代谢控制体系，就有可能使代谢朝着人们希望的方向进行代谢调节与代谢工程（1）对于直线式代谢途径：选育营养缺陷性突变株只能积累中间代谢产物AaBbCcDdE1)营养缺陷型菌株的应用末端产物E对生长乃是必需的，所以，应在培养基中限量供给E，使之足以维持菌株生长，但又不至于造成反馈调节（阻遏或抑制），这样才能有利于菌株积累中间产物C。遗传学方法代谢调节与代谢工程(2)分支代谢途径：情况较复杂，

7、可利用营养缺陷性克服协同或累加反馈抑制积累末端产物，亦可利用双重缺陷发酵生产中间产物ABCDEFG代谢调节与代谢工程各图成立的条件：1.限量添加E；2.限量添加E；3.限量添加E和G；4.限量添加E和G；5.限量添加I“┄”表示营养缺陷突变位置；“≠”表示反馈调节解除要根据其不同反馈控制机制代谢调节与代谢工程谷氨酸棒杆菌的代谢调节与赖氨酸生产E：表示反馈抑制；R：表示反馈阻遏高丝氨酸脱氢酶（HSDH）天冬氨酸激酶（AK)赖氨酸生产菌:高丝氨酸缺陷型代谢调节与代谢工程分支途径——①赖氨酸发酵(谷氨酸棒杆菌的代谢调控)代谢调节与代谢工程分支途径——②肌苷酸发酵

8、（IMP合成途径的代谢调控）调控理论的实践应用代谢调