微生物代谢调节和代谢工程

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1、微生物的代谢调节和代谢工程微生物的生长过程中机体内的复杂代谢过程是相互协调和高度有序的，并对外环境的改变能迅速作出适应反应。我们的目的：让微生物建立新的代谢方式，高浓度的积累人们所期望的产品。代谢调节代谢工程代谢调节1、微生物的代谢类型和自我调节2、酶活性调节3、酶合成调节4、分支生物合成途径调节5、能荷调节6、代谢调控（人为）7、次级代谢与次级代谢调节微生物的自我调节微生物体内物质的合成和降解是由其自我调控的。在单一有机化合物碳源的培养基中，大分子合成途径中各个环节配合的很好，效率高。存在多种不同的碳源时，细胞会优先吸收某一碳源，在体内合

2、成大量与代谢相关的酶类。分解途径合成代谢葡萄糖合成培养基中葡萄糖培养基中甘露糖抑制？阻遏？自我调节的部位膜系统的选择性吸收。核内相关基因的调控表达。酶系在细胞基质内被分隔。酶活性的调节调节的是已有酶的活性，是在酶化学水平上发生的调节。包括酶活性的激活和抑制两个方面。酶合成的调节调节的是酶分子的合成量，是在遗传水平上发生的调节包括酶合成的诱导和阻遏二种水平上的重要的两种方式：反馈抑制和反馈阻遏酶活性调节酶的激活作用酶的抑制作用酶活性的调节机制——别构调节（变构调节）别构效应：底物或底物以外的物质和别构酶分子上的相应部位可逆地非共价结合后，通过

3、酶分子构象的变化影响酶的催化活性，这种效应称为别构效应别构效应剂：引起别构效应的物质称为效应物别构激活剂：凡是和酶分子结合后使酶反应速度加快的别构效应剂就称为别构激活剂（正效应剂）别构抑制剂：（负效应剂）别构酶：具有别构效应的酶称之为别构酶别构酶通常能对反应起调节作用，是调节酶的一种。别构酶举例——大肠杆菌（E.coli）天冬氨酸转氨甲酰酶（简称ATCase）ATCase有二个底物和CTP、ATP二个别构效应剂——Asp、ATP是别构激活剂，CTP是别构抑制剂ATCase（天冬氨酸转氨甲酰酶）ATCase的相对分子质量是310000，由12

4、条多肽链组成每个调节亚基上有两个别构效应剂（CTP、ATP）的结合部位完整有活性的酶催化亚基（三聚体）调节亚基（二聚体）酶合成的调节诱导和阻遏诱导：某种化合物作用下，导致某种酶合成或合成速率提高的现象。阻遏：某种化合物作用下，导致某种酶合成停止或合成速率降低的现象。酶合成的诱导作用组成酶：不依赖于酶底物或底物的结构类似物的存在二合成的酶。诱导酶：依赖于某种底物或底物的结构类似物的存在而合成的酶。酶合成的阻遏酶合成的阻遏：在微生物代谢中，胞内某种产物的积累造成该产物合成途径中前面某种酶的合成受到阻碍。末端产物阻遏：如果代谢产物是合成途径的终产

5、物，则为末端产物阻遏。分解代谢产物阻遏：如果代谢产物是某种化合物分解的中间产物，则为分解代谢产物阻遏。葡萄糖效应酶合成的机制乳糖操纵子模型诱导和阻遏分支生物合成途径的调节同工酶调节协同反馈抑制增效（合作）反馈抑制累积反馈抑制顺序反馈抑制联合激活或抑制调节酶的共价修饰天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸半醛赖氨酸苏氨酸甲硫氨酸高丝氨酸AKHSDHAK：天冬氨酸激酶；HSDH：天冬氨酸脱氢酶分支生物合成途径的调节同工酶：E.coli天冬氨酸族氨基酸合成，天冬氨酸激酶I、II、III。协同反馈调节：一种酶受到反馈调节，但需要一种以上终产物过量累加反馈调节

6、：多个末端产物抑制第一个酶，单独只能部分抑制或阻遏，总的效果是累加的增效反馈调节：多个末端产物抑制第一个酶，多个末端产物抑制第一个酶，单独只能部分抑制或阻遏，总的效果是增效的分支生物合成途径的调节顺序反馈调节：依次反馈调节联合激活或抑制调节：一种生物合成的中间产物参与两个完全独立的、不交叉的合成途径的控制。这种中间体物质浓度的变化会影响这两个独立代谢途径的代谢效率。如：肠细菌氨甲酰磷酸合成酶的联合激活和抑制调节分支生物合成途径的调节酶的共价修饰大肠杆菌谷胺酰胺合成酶由于共价修饰引起活力的改变有无腺苷酰基中间产物UVW末端产物tuvw反馈抑制

7、末端产物直线式抑制ABCDEFGHabc同工酶调节能荷代谢能荷：细胞中ATP、ADP、AMP系统中可为代谢反应功能的高能磷酸键的量度。表示式：P64（35）大肠杆菌的能荷在生长期间为0.8，静止期为0.5。代谢调控在人为条件的控制下，可以使微生物过量产生各级初级代谢产物和次级代谢产物。一般可以根据代谢调节理论，通过改变发酵工艺条件如pH、温度、通气量、培养基的组成和微生物遗传特性等，达到改变菌体内的代谢平衡，过量产生所需要产物的目的。代谢调控发酵条件的控制改变细胞的透性菌种遗传特性的改变在生产中，如果发酵的条件不同，可能生成的主要产物也不同

8、。控制不同的发酵条件，影响微生物的代谢调节系统，使其体内代谢按人们设想的方向进行。(一）发酵条件的控制1.以谷氨酸生产工艺为例—各种发酵条件改变的影响工业化生产开始于由水解小麦面