微生物的代谢调节和代谢工程

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1、第三章微生物的代谢调节和代谢工程2微生物代谢的代谢类型和自我调节酶活性、酶合成调节分支生物合成途径的调节能荷调节代谢调控次级代谢调节本章内容3现代发酵工业要研究的主要内容就是通过改变培养条件和遗传特性，使微生物的代谢途径改变或代谢调节失控而获得某一发酵产物的过量产生。其方法大体可分为两类：多种方法育种选育基因突变株控制培养条件，调节代谢4代谢调节(regulationofmetablism）是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。酶活性的调节酶合成的调节5微生物代谢的控制是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生

2、物制品。6第一节微生物代谢的代谢类型和自我调节7细胞内发生的各种化学反应的总称为代谢！一、代谢类型8二、代谢调节部位（方式）细胞透性的调节代谢途径区域化代谢速度的调控91、细胞透性的调节细胞质膜的透性直接影响物质的吸收和代谢产物的分泌，从而影响到细胞内代谢的变化。细胞质膜的透性的调节是微生物代谢调节的重要方式，由它控制着营养物质的吸收和产物分泌。102、代谢途径区域化原核微生物细胞结构虽然简单，但也划分出不同的区域，与某一代谢途径有关的酶系则集中某一区域，以保证这一代谢途径的酶促反应顺利进行，避免了其他途径的干扰。例如呼吸的酶系集中在细胞质膜上；而与蛋白质合成有关的酶系则位于核蛋白体上

3、；分解大分子的水解酶，在革兰氏阴性菌里是位于壁膜间隙中，而革兰氏阳性菌则将这些水解酶类，分泌于胞外。11在真核微生物细胞里，各种酶系被细胞器隔离分布。如与呼吸产能有关的酶系集中于线粒体内膜上；蛋白质的合成酶系位于核蛋白体上；DNA合成的某些酶位于细胞核里。12细胞具有复杂的膜结构使其代谢活动只能在特定的部位上进行，即代谢活动是区域化的，其实质是控制酶与底物接触，使各个反应有序地进行。13线粒体:丙酮酸氧化;三羧酸循环;-氧化;呼吸链电子传递;氧化磷酸化细胞质:酵解;磷戊糖途径;糖原合成;脂肪酸合成;细胞核:核酸合成内质网:蛋白质合成;磷脂合成酶定位的区域化143、代谢速度的调控微生物通

4、过调节酶的活性和酶量来控制代谢物的流量。微生物在不同条件下能按照需要，通过激活或抑制原有酶的活性或通过诱导或阻遏酶的合成来自我调节其代谢速度，使之高度经济有效地利用能量和原料进行生长繁殖。15第二节酶合成的调节16一、酶合成的诱导诱导酶是微生物需要它们时才产生的酶类，所以诱导的意义在于它为微生物提供了一种只是在需要时才合成酶、以避免浪费能量与原料的调控手段。乳糖是大肠杆菌β-半乳糖苷酶合成的诱导剂。17二、酶合成的阻遏微生物代谢过程中，当胞内某种代谢产物积累到一定程度时，不仅可以反馈抑制产物合成途径中某种酶的活性，还可以阻遏酶的继续合成。181、末端产物阻遏由于终产物的过量积累而导致的生

5、物合成途径中酶合成的阻遏称为终产物阻遏。常发生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等这些重要结构元件生物合成的时候。正常情况下，当微生物细胞中的氨基酸、嘌呤和嘧啶过量时，与这些物质合成有关的许多酶就停止合成。19意义有效地保证了微生物细胞内氨基酸等重要物质维持在适当浓度，不会把有限的能量和养料用于合成那些暂时不需要的酶。微生物通过终产物阻遏与反馈抑制的完美配合有效地调节着氨基酸等重要物质的生物合成。202、分解代谢产物阻遏：葡萄糖效应葡萄糖常对分解利用其他底物的有关酶的合成有阻遏作用，因为葡萄糖的分解代谢产物阻遏了分解利用其他底物的有关酶合成的结果。分解代谢产物阻遏导致所谓“二次生长”，即先是利用葡萄糖

6、生长，待葡萄糖耗尽后再利用另一种底物生长，两次生长中间隔着一个短暂的停滞期。21三、酶合成调节机制单一效应物调节两种效应物共同调节弱化调节22第三节酶活性的调节23一、激活在激活剂的作用下，使原来无活性的酶变成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性的现象。24代谢调节的激活作用：代谢物对酶的激活。前（体）馈激活，指代谢途径中后面的酶促反应，被该途径中较前面的一个中间产物所促进。代谢中间产物的反馈激活，指代谢中间产物对该代谢途径的前面的酶起激活作用。25前（体）馈激活和反馈激活示意图ABCDFE+AB•••••GCDE++例1:糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶。例2：乙酰

7、CoA的积累激活PEP羧化酶。26酶的反馈激活27二、抑制抑制：由于某些物质的存在，降低酶活性的现象。可逆或不可逆。28三、酶活性调节的机制变构调节化学修饰29变构调节(allostericregulation)有些酶除了活性中心外，还有一个或几个部位，当特异性分子非共价地结合到这些部位时，可改变酶的构象，进而改变酶的活性，酶的这种调节作用称为变构调节。具有变构作用的酶称为变构酶。变构酶分子组成，一般是多亚基的，分子中