第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控.pptVIP

复习题 1.在化能异养微生物的生物氧化中，其基质脱氢和产能途径主要有哪几条？试比较各途径的主要特点。 2.试比较有氧呼吸、无氧呼吸和发酵的异同点。 3.微生物调节代谢流的主要方式有哪两类？反馈抑制有哪几种类型？ 3.2.1 反馈抑制的类型 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。 (1)直线式代谢途径中的反馈抑制 苏氨酸 苏氨酸脱氨酶 α-酮丁酸 异亮氨酸 反馈抑制 (2)分支代谢途径中的反馈抑制 ▼ 同功酶调节—isoenzyme 在一个分支代谢途径中，如果分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶催化时，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。如大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节。 ▼ 协同反馈抑制 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(一个也不能少)。 如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。 ▼ 合作反馈抑制 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。 如嘌呤核苷酸的合成，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%。 ▼ 积累反馈抑制 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。 如 E.coli谷氨酰胺合成酶的调节 ▼ 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。 如 枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节 ▼ 代谢互锁 一种氨基酸的合成受到另一种完全无关的氨基酸的控制，而且只有当该氨基酸浓度大大高于生理浓度时才能显示抑制作用. 如赖氨酸的生物合成与亮氨酸的生物合成之间存在着代谢互锁 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。 ▼优先合成 3.2.2 酶活力调节的机制—变构酶理论 变构酶为一种变构蛋白，酶分子空间构象的变化 影响酶的活性。它具有两个以上立体专一性不同的接受部位，一个是活性中心，另一个是调节中心。 反馈抑制和阻遏的概念 反馈抑制：是指代谢途径的终产物对催化该途径中的一个反应（通常是第一个反应）的酶活力的抑制，其实质是终产物结合到酶的变构部位，从而干扰酶和它底物的结合，当然与此相反为酶活性的激活。 反馈阻遏：是指终产物（或终产物的结构类似物）阻止催化该途径的一个或几个反应中的一个或几个酶的合成，其实质是调节基因的作用，这是微生物不通过基因突变而适应于环境改变的一种措施，当然与此相反有酶合成的诱导。 3.3 细胞膜通透性的调节 细胞膜是细胞与外界环境进行物质交换的屏障。细胞从外部环境中吸收营养物质或将细胞内代谢产物分泌至细胞外，都要通过细胞膜。细胞通过对膜透性大小的调节实现对代谢过程的部分调节。 （1）通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性： 筛选透性突变株。 （2）解除反馈抑制 当细胞膜完整时，透性小，细胞内的某代谢产物不能及时分泌到细胞外部，在细胞内不断累积，至其浓度达到一定程度时发生反馈抑制，导致该代谢产物合成减慢或停止。 0 2.5 10 1.3 30.8 3.7 生物素(μg/L) 谷氨酸(g/L) 谷氨酸生产过程发酵液中生物素与谷氨酸含量的关系 此外，加入青霉素等抗生素和吐温80等脂肪酸衍生物，都能增大膜的通透性，从而促进细胞内谷氨酸向细胞外大量分泌，以解除反馈抑制。 4.代谢的人工控制及其在发酵工业中的应用 基本方法： ① 遗传学方法-改变微生物遗传特性 ② 生物化学方法-控制发酵条件 ●工业发酵的目的——大量地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，就有可能使代谢朝着人们希望的方向进行。 4.1 遗传学方法 ◆营养缺陷型菌株的应用 ⑴ 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。典型例子： 利用谷氨酸棒状杆菌的精氨酸缺陷型突变株进行鸟氨酸发酵