第2章 微生物代谢的调节机制PPT.ppt

第二章 微生物代谢的调节机制;微生物的代谢错综复杂，参与代谢的物质多种多样，即使同一物质也会有不同的代谢途径，而且各种物质的代谢之间存在着复杂的相互联系和相互影响。在长期进化过程中，微生物建立了一套严密、精确、灵敏的代谢调节体系，能严格控制代谢活动。 微生物的代谢调节具有多系统、多层次的特点。本章主要讨论对酶的调节。微生物可以按照适应环境的需要调节酶的表达（即酶蛋白的合成）及调节酶的活性（即酶的激活或抑制）。;;第一节 酶合成的调节;一、酶的诱导 enzyme induction;酶的诱导合成又可分为两种： 同时诱导：即当诱导物加入后，微生物能同时或几乎同时诱导几种酶的合成，它主要存在于短的代谢途径中。例如，将乳糖加入到E.coli培养基中后，可同时诱导出β-半乳糖苷透性酶、β-半乳糖苷酶和半乳糖苷转乙酰酶的合成。 顺序诱导：即先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中间代谢物的酶，以达到对较复杂代谢途径的分段调节。 ;几个术语;1.1 操纵子学说——转录水平调节;每个操纵子（元）至少由4个基因（部分）组成： （1）调节基因（Regulatory gene) ：编码组成型调节蛋白的基因； （2）操纵基因（Operator gene）：位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，能与阻遏物（一种调节蛋白）结合，以此来决定结构基因的转录能否进行； （3）结构基因（Structural gene）：决定某一多肽的DNA模板，可根据其上的碱基顺序转录出对应的mRNA，再通过核糖体翻译出相应的酶蛋白； （4）启动基因（Promoter gene）：能被依赖于DNA的RNA聚合酶所识别的碱基顺序，即使RNA聚合酶的结合部位，也是转录的起始点。;（1）调节基因（Regulatory gene) ;（2）操纵基因（Operator gene） ;（3）结构基因（Structural gene） ;（4）启动基因（Promoter gene） ;;1.2 乳糖操纵子（lac operon）——酶合成的负调控诱导;调控机制 ;酶合成的正调节诱导—— 大肠杆菌的麦芽糖操纵子 ;1.3 阿拉伯糖操纵子（arabinose operon）;2、Ara操纵子的结构 与araB、araA和araD这3个结构基因相邻的是一个复合启动子区和一个调节基因C，由调节基因C合成的AraC蛋白是一个自我调节蛋白（autoregulated protein），??既是ara操纵子的正调节蛋白，又是负调节蛋白。 复合启动子区主要有： PBAD区：Ara BAD启动子区 AraC位点：C蛋白·阿拉伯糖复合物与操纵子结合区 -280区：C蛋白与操纵子结合区;二、AraC蛋白的正、负调节作用 1、AraC蛋白的正调节作用 正调节蛋白是激活蛋白，它存在时，结构基因表达。在阿拉伯糖存在时，AraC蛋白与其形成C蛋白·阿拉伯糖复合物，复合物与启动子区的AraC位点结合，激活PBAD，活化RNA聚合酶，使结构基因mRNA正常转录，产生上述3种酶，完成调控。;2、AraC蛋白的负调节作用 没有阿拉伯糖时，AraC蛋白同时与AraC位点及远距离的-280区结合，造成DNA链的扭曲，不能起始mRNA的转录。;酶诱导物的种类：可分3类;;1.4 诱导调节的克服 ;组成型突变株的富集方法 ;一亲株经诱变的群体，生长在含有很低浓度的诱导物的恒化器中，有利于不需诱导物的组成型突变株的生长。那些由于诱导物浓度很低而生长缓慢的亲株被恒化器逐渐淘汰。恒化器起到一种富集组成型突变株的作用。 如大肠杆菌在低浓度乳糖的恒化器中生长，就可以筛选出没有诱导物存在也能生产β-半乳糖苷酶的组成型突变株。;2、将菌株轮番在有、无诱导物的培养基中培养;3.使用诱导性能很差的基质;4.使用阻碍诱导作用的抑制剂;5.提高筛选效率的方法;要使少数的组成型突变株在琼脂培养基上显形，可采用下面的方法。 要筛选β-半乳糖苷酶组成型突变株，可通过富集过的培养物铺在以甘油为碳源的琼脂平板培养基上，待菌落长成后，在平板上喷洒邻硝基酚-β-半乳糖苷，在没有诱导物下，只有组成型突变株能产生β-半乳糖苷酶，能将邻硝基酚-β-半乳糖苷水解，生成黄色的邻硝基酚。在众多白色亲株菌落中，出现一个或数个黄色所需菌落很容易察觉。;二、酶的阻遏;2.1 末端代谢产物阻遏（end-product repression） ;对分支代谢途径来说，情况就较复杂。每种末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。代谢途径分支点以前的“公共酶”受所有分支途径末端产物的阻遏，此即称多价阻遏作用（multivalent repression）。也就是说，任何单独一种末端产物的存在，都没有影响，只有当所有末端产物都同时存在时，才能发挥出阻遏功能。 典型