代谢工程课件课件课件.pptVIP

第三章微生物的代谢调节和代谢工程;【教学目的与要求】掌握微生物自身代谢和次级代谢的机理、有关概念及代谢调控，了解代谢工程设计的方向。

【教学重点与难点】微生物自身代谢和次级代谢的机理、有关概念及代谢调控。

;;分解代谢:指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力（或称还原当量，一般用[H]来表示）的作用。

微生物通过分解代谢从环境中吸收的各种碳源、氮源等物质降解，为生命活动提供能源和小分子中间体。

包括：中心途径如TCA、EMP、HMP及外围途径（指碳源、氮源通过分解进入中心途径）;合成代谢

与分解代谢正好相反，指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。或利用分解代谢的能量和中间体合成氨基酸、核酸等单体物质及蛋白质、多糖等多聚物。

分解代谢与合成代谢是互相关联、互相制约，是生命活动的基础。

正常微生物的小分子物质的合成和降解是自身调节。;研究微生物代谢调节的意义;微生物的代谢产物可分为：

初级代谢产物

定义：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。

举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。

特征：

不同的微生物初级代谢产物基本相同；

初级代谢产物合成过程是连续不断的，

与菌体的生长呈平行关系。;次级代谢产物

定义：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。

举例：抗生物、毒素、激素、色素等。

特征：

不同的微生物次级代谢产物不同；

次级代谢产物的通常在菌体的生长后期合成，发酵分两个阶段进行，即营养增殖期和生产期。

在多数情况下，增加前体是有效的;两种代谢产物的不同：;第一节微生物代谢的自我调节;微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等。

其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面，一是“粗调”，即调节酶的合???量，二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力，两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节效果。;微生物自我调节部位

1养分的吸收和排泄细胞膜

2限制基质与酶的接近

3控制通量：

调节现有酶量和改变酶分子的活性

都涉及到酶促反应的调节

包括酶活性的调节和和酶合成的调节;一、酶活性的调节;;图：大肠杆菌代谢过程的抑制剂和激活剂;（一）酶活性的激活;（二）酶活性的抑制;反馈抑制的类型;;（1）同功酶调节

同功酶是指能催化相同的生化反应，但酶蛋白分子结构有差异的一类酶，它们虽同存于一个个体或同一组织中，但在生理、免疫和理化特性上却存在着差别。

同功酶的主要功能在于其代谢调节。

;在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶所催化时，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。

如：大肠杆菌天冬氨族氨基酸合成途径中，有三个同工酶天冬氨酸激酶ⅠⅡⅢ分别受赖氨酸、苏氨酸、硫氨酸反馈调节;（2）协同反馈抑制：

指分支代谢途径中的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。

如：谷氨酸棒杆菌合成天冬氨族氨基酸时，天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。

;（3）累积反馈抑制：催化分支合成途径第一步反应的酶有几种末端产物抑制物，但每一种如过量，按一定百分率单独抑制共同途径中的第一个酶活性，总的抑制效果是累加的，各末端产物所起的抑制作用互不影响，只影响这个酶促反应的速率。

两种末端产物同时存在时，可以起着比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。;（4）增效反馈抑制：代谢途径中任何一种末端产物过量时，仅部分抑制共同途径中的第一个酶活性，但两个末端产物同时过量时，其抑制作用可超过各产物存在的抑制能力的总和。如6-氨基嘌呤核苷酸和6-酮基嘌呤核苷酸合成途径。

;（5）顺序反馈抑制：每个分支末端产物抑制分支后的第一个酶，产生部分抑制作用。通过逐步有顺序的方式达到的调节。

如枯草芽孢杆菌的芳香族氨基酸合成途径和球型红假单胞菌的苏氨酸合成途径。;当E过多时，可抑制C→D，这时由于C的浓度过大而促使反应向F、G方向进行，结果又造成了另一末端产物G浓度的增高。由于G过多就抑制了C→F，结果造成C的浓度进一步增高。C过多又对A→B间的酶发生抑制，从而达到了反馈抑制的效果。这种通过逐步有顺序的方式达到的调节，称为顺序反馈抑制。

;二、酶合成的调节（酶量）;;与上述调节酶活性的反馈抑制等相比，调节酶的合成（即产酶量）而实现代谢调节的方式是一类较间接而缓慢的调节方式。

其优点则是通过阻止酶的过量合成，有利于节约生物合成的原料和能量。

在正常