微生物代谢调节概要.ppt

为了使细胞生长处于平衡状态，并对外界环境的改变能够做出迅速响应，在长期的进化过程中，微生物建立了一套严密、精确、灵敏的代谢调节体系，使之能严格地控制代谢活动，灵活地适应外界环境，经济合理地利用和合成所需的各种物质和能量，以达到新的代谢平衡。微生物的代谢调节具有多系统、多层次的特点，主要机制有两类，即酶活性的调节（激活或抑制）和酶合成的调节（诱导或阻遏）。这些调节机制的协同作用保证微生物细胞的新陈代谢，实现细胞的经济运行。 7.1代谢调节的部位 微生物的代谢调节是发生在微生物细胞中的生物化学现象，是通过微生物细胞本身来实现的，主要通过养分的吸收、排泄，调节与酶和底物的相对位置，控制细胞内现有酶量及其活性等几个方面来实现的。 7.1.1 细胞（及细胞器）膜 微生物自我调节的三个部位实际上就是微生物代谢调节的三种主要方式，包括细胞透性的调节、代谢途径的区域化和流向以及代谢速度的调节，这三种方式都涉及到酶促反应调节。酶促反应调节的方式包括酶活性调节和酶合成调节两大类。 7.1.2 酶本身 调节酶的方法有两种，一是调节酶的生成量，可以通过增加或减少关键酶的合成速度或降解速度进行；二是改变已有酶分子的活性（激活或抑制），特别是关键酶的活性。 7.1.3 酶与底物的相对位置及间隔状况 细胞具有复杂的膜结构，这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的接触，使各个反应有序地进行。这种通过控制酶与底物的相对位置来控制代谢途径活性的方式被称作代谢通道控制作用。 7.2 酶活性的调节 通过改变代谢途径中一个或几个关键酶的活性来调节代谢速度的调节方式称为酶活性的调节，它是蛋白质水平上的调节。通过特异的小分子代谢物与酶的可逆性结合来实现。 7.2.1 激活和抑制 ①酶活性的激活：是指在某个酶促反应系统中，导致原来无活性或活性很低的酶转变为有活性或活性提高，从而使得该酶促反应速度提高的过程。常见于分解代谢途径。 ②酶活性的抑制：是指在某个酶促反应系统中，加入某种低分子量的物质后，导致酶活力降低的过程。 7.2.2 酶活性调节的方式 7.2.2.1 无分支途径的调节方式 （1）前馈作用： 前馈作用指的是在代谢途径中前面的底物对其后某一催化反应的调节酶有作用。该作用可以是对酶活性的激活或抑制。 （2）终产物抑制 反馈抑制调节方式可以分为多种类型，在直链反应A→B…→P中，当产物P仅对顺序反应中的第一个酶E1的活性产生抑制作用，该作用类型被称为终产物抑制。 同功酶调节模式 7.2.3 酶活性调节的分子机制 7.2.3.1 变构调节理论——反馈的普遍机制 有些酶分子除了具有活性中心（结合部位和催化部位）外，还存在一个特殊的调控部位，即变构中心。 变构中心虽然不是酶活性中心的组成部分，但它可以与某些化合物（称为变构剂）发生非共价结合，引起酶分子构象的改变，对酶起到激活或抑制的作用。这类酶通常称为变构酶，由于变构剂与变构中心的结合而引起酶活性改变的现象则称为变构调节作用。 目前已知的变构酶均为寡聚酶，含两个或两个以上的亚基，一般分子量较大，而且具有复杂的空间结构。 大多数由变构酶催化的反应不遵守米氏方程，由变构剂所引起的抑制作用也不服从典型的竞争性或非竞争性抑制作用的数量关系。 变构酶的作用程序： 专一性的代谢物（变构效应物）与酶蛋白表面的特定部位（变构部位）结合 酶分子构象发生变化（变构转换） 活性中心修饰 抑制或促进酶活性。 变构酶的模型 ① 莫诺德等人的协调模型 (3) 底物、激活剂或抑制剂可以使两种状态之间的平衡发生移动。 (4) 变构酶蛋白分子具有对称性，各亚基对称排列，当酶的状态发生改变时，分子的对称性仍维持不变。 ② 科什兰等人的顺序模型 构象的变化并不是同时发生在所有的亚基上，而是仅发生在结合有配体的亚基上。 由于这一构象的变化才使得临近亚基间发生相互作用的变化，从而促进或减弱了底物与其他亚基的亲和力，并在其影响下促进下一个配体的结合。 动力学性质 变构酶的反应速度与底物浓度的关系曲线呈S-型。 当底物浓度固定时，变构抑制剂浓度与酶反应速度之间的关系也呈S-型曲线。 脱敏作用 变构酶经特定处理后，不丧失酶活性而失去对变构效应物的敏感作用，称为脱敏作用。 方法： (1) 利用物理化学方法使变构酶解聚。 (2) 基因突变。 脱敏作用的现象，说明了变构中心的独立性。 变构剂可分为两类 激活变构剂：变构剂与酶分子结合后，酶的构象发生了变化，这种新的构象有利于底物分子与酶的结合，使酶促反应速度提高。 抑制变构剂：变构剂与酶分子结合所引起的酶的构