代谢控制发酵

1、代谢控制发酵复习题1名词解释代谢控制发酵：所谓代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核苷酸的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累发酵。关键酶：参与代谢调节的酶的总称。作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速作用。变构酶：有些酶在专一性的变构效应物的诱导下，结构发生变化，使催化活性改变，称为变构酶。诱导酶：诱导酶是在环境中有诱导物（通常是酶的底物）存在的情况下，由诱导物诱导而生成的酶。调节子：就是指接受同一调节基因所发出信号的许多操纵子。温度敏感突变株：通过诱变可以得到在低温下生长，而在高温下却不能生长繁殖的突变株。碳分解代谢物阻遏：

2、可被迅速利用的碳源抑制作用于含碳底物的酶的合成，就称为碳分解代谢阻遏。 氮分解代谢物阻遏：可被迅速利用的氮源抑制作用于含氮底物的酶的合成，就称为氮分解代谢阻遏。营养缺陷型突变菌株：原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养基中外源补加该营养物质才能生长的突变菌株。渗漏突变株：由于遗传性障碍的不完全缺陷，使它的某一种酶的活性下降而不是完全丧失。因此，渗漏突变菌株能少量的合成某一种代谢最终产物，能在基本培养基上进行少量的生长。代谢互锁：从生物合成途径来看，似乎是受一种完全无关的终产物的控制，它只是在较高浓度下才发生，而受这种抑制（阻遏）作用是部

3、分性的，不完全的。平衡合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E与G，由于a酶活性远远大于b酶，结果优先合成E。E过量后就会抑制a酶，使代谢转向合成G。G过量后，就会拮抗或逆转E的反馈抑制作用，结果代谢流转向又合成E，如此循环。（P45图）优先合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E和G，由于a酶的活性远远大于b酶的活性，结果优先合成E。E合成达到一定浓度时，就会抑制a酶，使代谢转向合成G。G合成达到一定浓度时就会对c酶产生抑制作用。代谢工程：指通过某些生化反应的修饰来定向改善细胞的特性或利用重组DNA技术来创造新的化合物。流量控制系数：单位酶的变化量所引起的某一分支稳态代谢流量的变化，用来

4、衡量某一步酶反应对整个反应体系的控制程度。弹性系数：酶促反应的速率对代谢物浓度的敏感性，即浓度对V的影响。用来判断酶是否是关键酶，小于1，各酶的总和为1，越大此酶约关键。 能荷：(ATP)+1/2(ADP)/(ATP)+(ADP)+(AMP)分叉中间体：糖代谢中间体既可以用来合成初级代谢产物，也可以用来合成次级代谢产物，这种中间体叫做分叉中间体。质粒产物：有一部分代谢产物的形成取决于由质粒遗传信息所产生的酶所控制的代谢途径，这类物质称为质粒产物。代谢网络：由分解合成代谢及膜运转体系有机构成，既包括物质代谢又包括能量代谢。节点：代谢网络中处于交叉点的物质。拟稳态：能量和物质代谢处于平衡状态。瓶颈

5、过程：影响代谢流的最后一步。2微生物细胞的代谢调节内容包括哪些？（1）通过控制基因的酶生物合成的控制机制。诱导促进酶的合成阻遏抑制酶的合成（终产物阻遏、分解代谢物阻遏）（2）酶活性的控制机制终产物抑制或激活通过辅酶水平的活性调节酶原的活化潜在酶的活化（3）通过细胞渗透性的控制调节酶（变构酶、同功酶、多功能酶）静态酶：一般与代谢调节关系不大。指酶原、非活性型或抑制剂结合的酶。3氨基酸代谢中，关键酶具有什么样的特点？（1）与氨基酸生物合成途径分支点有关系的分支点酶可以成为关键酶，但关键酶不都是分支点酶。（2）关键酶的关键效果也只是在特定的氨基酸生物合成过程中成立。（3）在每个氨基酸的生物合成途径中

6、，都有一种以上的关键酶。生物合成途径越长，关键酶数目越多。（4）关键酶所受的反馈调节因菌而异。4变构酶的动力学性质、构象、脱敏作用分别是什么？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形，而一般的酶的反应都呈双曲线形。（1）S形曲线表示在其关系式中作为变数的底物浓度是一n（n>1）次幂加进去的，也说明底物之间有协同作用。（2）变构酶的S形动力学意味着存在底物及效应物对反应速度发生影响的阈值。构象：（1）变构酶一般是具有多亚基四级结构的蛋白质。（2）变构酶存在着两种构象状态，即R状态（催化状态或松弛态）和T状态（也称抑制状态或紧张态）。（3）添加底物、激活剂或抑制剂可以使R状态和

7、T状态这两种构象状态之间发生平衡移动。（4）变构酶蛋白质分子具有对称性，当酶的状态发生改变时，分子对称性仍维持不变。脱敏作用：（1）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性，称为脱敏作用。说明了变构酶活性中心的独立性。（2）脱敏方法：利用汞盐、对氯汞苯甲酸（PCMB）处理，05低温处理，以及诸如冷水、尿素或蛋白酶等处理方法。（3）原理是变构酶解聚、基因突变。5几种酶活力调节类型的比较：协作反馈抑制、合作反馈抑制、积累反馈抑制。（1）协作反馈抑制，又称多价反馈抑制。当一条代谢途径中有两个以上终产物时，任何一个终产物都不能单独抑制途径第一个共同的酶反应，但当两者同时过剩时，他们协

8、同抑制第一个酶反应。（2）合作反馈抑制，也称增效反馈抑制。当任何一个终产物单独过剩时，只是部分的反馈抑制第一个酶的活性，只有当G、E两个终产物都过剩存在时，才能引起强烈抑制，其抑制程度大于各自单独存在的和。（3）积累反馈抑制。在积累反馈抑制中，每一个最终产物只单独地、部分地抑制共同步骤第一个酶，并且各最终产物的抑制作用互不影响。所以几个共同产物同时存在时，他们的抑制作用是积累的。6酶的诱导的方式及模式图。（P22） 方式：顺序诱导、协同诱导 模式图：7分解代谢物阻遏的定义及模式图。所谓分解代谢物阻遏是指当细胞内具有一优先利用的营养物（通常是，但并不总是葡萄糖）时，其分解产物对分解利用其它（难利

9、用）营养物质所需的酶系合成起阻遏作用。 CAMP受体蛋白CRP与CAMP结合成复合物，介导RNA聚合酶与启动子结合。调节基因编码的阻遏物与O区结合；在诱导物存在时，诱导物与阻遏物结合，使之失活，与O区分离。以上两步共同作用使结构基因顺利表达。8酶活力调控和分解代谢物阻遏的实质是什么？酶活力调控的实质是变构酶的变构调节。分解代谢物阻遏的实质是由于细胞内缺少了环腺甘酸（cAMP）。9葡萄糖如何调节cAMP的水平的？（1）可能是由于葡萄糖分解过程中的某种中间产物抑制了细胞内cAMP的形成。（2）可能是这种中间产物激活了（cAMP）的分解。10终产物阻遏模式图。11反馈阻遏与反馈抑制的比较。反馈阻遏反

10、馈抑制控制对象酶的生物合成酶的生物活性控制量终产物浓度终产物浓度控制水平DNARNA酶蛋白酶蛋白构象的变化控制装置终产物与阻遏蛋白亲和力终产物与变构部位亲和力控制装置的动作阻遏蛋白与操控基因结合，不能合成mRNA通过变构效应，酶的结构变化形成的控制开、关控制控制酶活性大小反应迟缓、粗的控制迅速、精确的控制代谢途径无定向代谢途径和合成代谢途径分支点等无定向代谢途径和合成代谢途径分支点等细胞经济高分子化合物（酶蛋白）低分子化合物（酶反应生成物）12几种调节机制的比较。机制变构蛋白效应物单独作用结合后作用生理结果终产物抑制反应途径的第一个酶终产物正常发挥酶的活性活性降低调节终产物合成（小分子）酶的诱

11、导阻遏蛋白诱导物结合在操纵基因上，阻止酶的合成将阻遏蛋白从操纵基因上替换下来酶只有在机制存在的培养基上才能存在分解代谢产物阻遏CRPCAMP不能结合在启动基上结合在启动基上促进转录让细胞使用更为有利的碳源，调节分解代谢速率终产物阻遏阻遏蛋白终产物不能结合在操纵基因上，酶合成正常酶不能合成调节酶合成（大分子）13改变细胞膜的透性可以采取那些措施？（1）控制脂膜的生物合成。选育生物素缺陷株、油酸缺陷株或甘油缺陷株，并限制添加量添加表面活性剂（2）膜蛋白合成缺陷或阻遏合成膜蛋白（3）细胞壁对膜通透性的影响（添加抗生素磷霉素、D环丝氨酸、衣霉素、杆菌肽、青霉素）（4）胞膜所处的生理环境改变14青霉素、

12、磷霉素、D环丝氨酸、衣霉素、杆菌肽影响细胞壁合成的作用机理。（1）青霉素头孢霉素转肽酶抑制剂。（2）磷霉素是PEP的结构类似物干扰了UDP-N-乙酰胞壁酸合成。（3）D-环丝氨酸是DAla的结构类似物竞争性地抑制Ala消旋酶D-Ala-D-Ala合成酶。（4）杆菌肽使ACL-P不能循环返回。（5）衣霉素可抑制合成细菌细胞壁的肽聚糖和胞壁酸的合成。15代谢控制发酵：8个思想及主要措施（1）切断支路代谢（2）解除菌体自身的反馈调节（3）增加前体物的合成（4）去除终产物（5）特殊调节机制的利用（6）条件突变株的应用（7）选育不生成副产物的菌株（8）选育生产代谢拮抗物质的菌株16能荷对糖代谢是如何调节

13、的？ 当生物体内生物合成或其他需能反应加强时，细胞内ATP分解生成ADP或AMP。一旦ATP减少，ADP或AMP增加，即能荷降低，就会激活某些催化糖类分解的酶或解除ATP对这些酶的抑制（如糖原磷酸化酶、磷酸果糖激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶等），并抑制糖原合成的酶（如糖原合成酶、果糖1,6二磷酸酯酶等），从而加速糖酵解、TCA循环产生能量，通过氧化磷酸化作用生成ATP。当能荷高时，即细胞内能量水平高时，AMP、ADP都转变成ATP。ATP增加，就会抑制糖原降解、糖酵解和TCA循环的关键酶，如糖原磷酸化酶、磷酸果糖激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶，并激活糖类合成的酶，如糖原合成酶和果糖1，

14、6二磷酸酯酶，从而抑制糖的分解，加速糖原的合成。17生物素如何调节糖代谢过程？（1）对糖代谢速率的调节。生物素充分时，解糖速度显著提高，比丙酮酸进一步氧化速度提升得快，造成乳酸积累。（2）对CO2固定反应的影响。生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶。（3）对乙醛酸循环的影响。乙醛酸循环的关键酶异柠檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸的阻遏，为醋酸所诱导。总之，生物素限量，造成异柠檬酸裂解酶几乎没有，琥珀酸氧化力弱，苹果酸或草酰乙酸的脱羧反应停滞，CO 固定反应加强，乙醛酸循环微弱。同时，又由于完全氧化能力降低，ATP降低，蛋白质合成活动停滞，从而在NH4、环境条件适宜的情况下，大量积累谷氨酸。反之，生物素过量，造

15、成琥珀酸氧化力强，苹果酸、草酰乙酸脱羧反应活跃，倾向于完全氧化，ATP增加，蛋白质合成加剧，谷氨酸剧减。18脂代谢与糖代谢的关系是怎样的？（1）运送乙酰基（2）限速反应。脂肪酸合成是以乙酰CoA为引物，通过对脂肪酸合成起限速作用的反应进行的。（3）能荷调节（ATP水平）。ATP水平高时，存在于线粒体中的异柠檬酸脱氢酶活性受抑制，柠檬酸得以积累。柠檬酸透过线粒体膜，进入细胞质，在细胞质中合成乙酰CoA，被利用于脂肪酸的生物合成。当ATP水平低时，在线粒体内积累AMP，异柠檬酸脱氢酶活性明显增加，结果导致TCA循环整体活性提高，柠檬酸被氧化，几乎看不到柠檬酸从线粒体向细胞质游离，脂肪酸不再合成。1

16、9单核苷酸的合成途径有哪两条？肌苷和5 肌苷酸分别通过什么途径合成？单核苷酸的合成途径：（1）全合成途径，也称为“从无到有途径”，由磷酸戊糖先同尚未完成的嘌呤或嘧啶环结合，在这未完成的环上逐渐加上必要的部分，然后闭合成环。（2）补救途径，也称分段合成，由食物中取得完整的嘌呤或嘧啶与戊糖、磷酸，通过酶的作用直接合成单核苷酸。肌苷以全合成为主，5 肌苷酸以补救途径为主。20什么是补救途径？补救途径的模式图及反应式。补救途径：也称分段合成或短路合成。微生物可从培养基中取得完整的嘌呤或嘧啶，与戊糖、磷酸通过酶的作用直接合成单核苷酸。当全合成途径受阻时，微生物可通过此途径来合成核苷酸，所以称为补救途径。

17、（1）核苷磷酸化酶 碱基+核糖1磷酸（R1P）核苷+Pi（2）核苷酸焦磷酸化酶 碱基+PRPP5核苷酸+PPi（3）核苷酸磷酸激酶 核苷+ATP5核苷酸+ADP21抗生素的合成分为哪几个时期？生长期（营养期）和生产期（抗生素分泌期）22谷氨酸的分泌机制是什么？渗漏模型、载体逆转模型、分泌载体模型23什么是代谢工程？代谢途径中节点类型分为哪几种？代谢工程：指通过某些生化反应的修饰来定向改善细胞的特性或利用重组DNA技术来创造新的化合物。节点类型：刚性节点、柔性节点、半柔性节点。24增强CO 固定反应、增强能量代谢、改变细胞膜渗透性、减弱HMP途径和减弱TCA循环途径的具体措施分别是什么？增强CO

18、 固定反应：a、选育氟丙酮酸敏感突变株b、选育丙氨酸缺陷渗漏突变株c、选育丙酮酸温度敏感突变株d、选育天冬氨酸缺陷突变株和天冬氨酸渗漏突变株e、加大生物素用量，激活丙酮酸羧化酶f、扩增PEP和丙酮酸羧化酶基因增强能量代谢：a、选育呼吸抑制剂突变株b、选育ADP磷酸化抑制剂突变株c、选育抑制能量代谢的抗生素抗性突变株减弱HMP途径：a、选育莽草酸缺陷突变株b、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、辅酶Q、叶酸缺陷突变株c、抗核苷酸类抗生素突变株。减弱TCA循环途径：氟丙酮酸敏感突变株25试论述色氨酸发酵的代谢控制育种。 （1）合成途径PEP：磷磷酸烯醇式丙酮酸EP：4磷酸赤藓糖DAHP：3脱氧D阿拉伯糖型庚

19、酮糖酸7磷酸CA：分支酸AS：氨茴酸合成酶TS：Trp合成酶PPA：预苯酸CM：分支酸变位酶PT：PPA脱水酶PD：PPA脱氢酶Tyr：酪氨酸Phe：苯丙氨酸Trp：色氨酸 （2）调节机制谷氨酸棒状杆菌 DS：受Tyr+Phe协作反馈抑制，Trp存在能增强抑制CM：Tyr（I）、Phe（I、R）、Trp(激活)，三者平衡合成比例AS：Trp（I、R）PD：Tyr（I）PT：Phe（I）、Trp（I）、Tyr（激活），Tyr、Phe合成达到平衡（3）育种思路发出菌株选择：谷氨酸棒状杆菌切断支路代谢：Ppa缺陷株、Tyr缺陷株、Phe缺陷株解除自身反馈调节选育Trp结构类似物（S甲基色氨酸（5MT）增加前体物：减少PEP和EP支路代谢（硫辛酸缺陷株、硫胺素缺陷株）、解除Tyr和Phe对DS的反馈调节（结构类似物抗性）、提高分支酸浓度切断进一步代谢：Trp酶缺失突变株、Trp脱羧酶缺失突变株基