微生物学章节总结笔记第四章 微生物的代1

1、第四章 微生物的代谢与调节及其人工控制微生物的代谢 新陈代谢 metabolism The complex of physical and chemical processes occurring within a living cell or organism that are necessary for the maintenance of life. In metabolism some substances are broken down to yield energy for vital processes while other substances, necessary for

2、life, are synthesized.分解代谢的三个阶段初级代谢和初级代谢产物次级代谢和次级代谢产物第一节 微生物的代谢（一）生物氧化反应生物氧化与普通氧化反应的区别生物氧化反应的三个阶段 （二）电子载体 自由扩散型 NAD+和NADP+，氢原子的载体 电极对的还原电势相同，功能不同 NAD+/NADH直接参与产能反应 NADP+/NADPH主要参与合成反应 与细胞膜紧密结合型 电子传递系统或电子传递链 组成：多酶体系，一系列能够进行氧化和还原的载体 分布：不对称排列在膜上，定向有序传递（三）生物能的产生 借助于磷酸化反应 ADP形成ATP，实现能量存储1. 底物水平磷酸化 生物氧化过程

3、中生成的含有高能键的化合物在酶的作用下，直接将能量转给ADP（GDP）生成ATP（GTP） 存在于呼吸和发酵过程中 发酵过程中唯一能量获取方式微生物代谢中的底物水平磷酸化2. 电子传递氧化磷酸化 生物氧化中伴随着电子传递发生的磷酸化作用 发生在呼吸作用（有氧或无氧）中Ø 呼吸时大多数伴随ATP的合成 典型的呼吸链：Ø 3分子ATP ， 2分子ATP （黄素蛋白起始）化学渗透学说(chemiosmotic hypothesis)3. 光合磷酸化 只发生在光合细胞中 循环式光合磷酸化：反应产物只有ATP 非循环式光合磷酸化：反应的产物是ATP、氧和NADPH （四）微生物能量代

4、谢的多样性n 能源物质的多样性n 能源物质在微生物中的代谢途径多样性n 不同环境条件下微生物产能方式的多样性不同微生物中葡萄糖降解途径的分布 二.化能营养型微生物的能量代谢1、有氧呼吸 aerobic respiration2、无氧呼吸anaerobic respiration3、发酵作用 fermentation呼吸作用与发酵作用的比较化能营养型微生物的代谢产能方式三、 葡萄糖分解代谢与工业发酵 EMP途径PK途径1.乙醇发酵酵母发酵的类型2. 乳酸发酵同型乳酸发酵途径4.丁二醇发酵 微生物发酵葡萄糖得到大量的丁二醇与少量的乳酸 、乙酸、二氧化碳、氢气等产物的代谢过程。 Voges-Pros

5、kauer试验（V.P反应） 将细菌接种至葡萄糖蛋白胨水培养基中，于37培养24小时，加入与培养基等量的VP试剂，置37保温30分钟，呈红色者为阳性，不呈红色者为阴性。 VP反应结果 产气杆菌为阳性，大肠杆菌 的为阴性V.P反应机理5.丁酸发酵葡萄糖发酵的主要终产物不同菌种的发酵终产物第二节 微生物的代谢调节 代谢调节：Regulation of metabolism 微生物按照需要改变体内的代谢活动的速度和方向的一种作用。 调节方式： 酶合成和活性的调节Ø 实现代谢途径、代谢流量及速率的调控 区域分隔调节 细胞透性调节一. 微生物代谢调节的部位与方式 物质进出细胞 胞内的生化反应

6、代谢反应的区域分割及关联（一）物质进出细胞（二）胞内的代谢反应 通过酶的生物合成与活性调节而实现对代谢反应的调节！代谢流向的调控可逆反应：不同的辅基（辅酶）控制流向 谷氨酸脱氢酶： 谷氨酸合成：NADP+ 谷氨酸的分解：NAD+ 互逆单向反应：不同的酶控制不同方向的反应 2. 代谢反应区域分割及关联 原核微生物Ø 细胞膜Ø 酶Ø 酶与底物相对位置 真核微生物Ø 细胞膜与细胞器膜Ø 酶Ø 酶与底物的相对位置及间隔状况微生物酶的调节 粗调节：酶合成量的调节，是发生在基因水平上的调节。 精细调节：酶活性的调节，调节细胞内已有酶分子的活性，是

7、发生在酶化学水平上的调节。二、 酶活性调节 以酶分子结构为基础 指调节胞内已有酶分子的构象或分子结构来改变酶活性，从而调节所催化的代谢反应的速率 特点：作用直接、响应快、可逆酶活性的调节机制 酶的变构调节 allosteric regulationØ 激活Ø 抑制 酶的共价修饰 covalent modification of enzymeØ 激活 Ø 抑制 酶蛋白的降解失活 能荷调节 激活的调节类型 前体激活Ø 在分解代谢途径和合成体系中，处于途径前面的代谢产物促进催化后面反应的酶活性 补偿性激活Ø 在关联分支合成途径中，从H到I的

8、反应需要E的参与，则H可激活催化合成E的途径中的第一个酶活性分支途径酶活性的调节类型 能荷 energy charge 对酶活力的调节巴斯德效应： 在有氧情况下，由于呼吸作用，酒精产量大大下降，糖的消耗速率大幅减慢。三、酶合成的调节操纵子的构成 3、阻尼 attenuation § 氨基酸生物合成途径中的酶的合成受相应的氨基酰-tRNA浓度的控制§ 当有过量的氨基酰-tRNA存在时，对于已被引发的转录，但在第一个结构基因被转录之前即终止转录。§ 阻遏是对转录启动的控制； 阻尼是对已被引发的转录实现转录终止的控制§ trp operon 受trp-tRNA

9、的阻尼，受trp的阻遏4、基于rRNA水平的调节§ 酶的转译受rRNA形成的控制前体 氨基酸 AA-tRNA 蛋白质 酶 核糖体(rRNA+P)第三节 微生物代谢的人工控制及其应用微生物代谢的人工控制代谢的人工控制：人为地打破微生物细胞内代谢的自动调节，使细胞过量积累目的代谢产物。 代谢控制发酵：利用生物化学和遗传学的原理，控制培养条件，使微生物代谢朝向人们希望的方向进行，过量积累代谢产物 代谢控制育种：通过遗传变异来改变微生物的正常代谢，使某种代谢产物形成和积累代谢控制育种 目的代谢产物大量累积Ø 人为打破自动调节，改变代谢流向Ø 减少或切断支路产物的形成

10、16; 提高细胞膜的通透性 减少育种的盲目性Ø 初级代谢产物生产，成效显著Ø 次生代谢产物生产，效果不明显代谢调控育种的措施 2、应用渗漏突变株(leakage mutant)解除反馈抑制 例：利用Hserl解除（Thr+Lys)对AK的协同反馈抑制： Hserl细胞能合成Hser，但合成的量仅能维持细胞的最低生长，胞内的浓度达不到进行反馈调节的浓度。 筛选： Hser- 诱变 挑选在MM上生长缓慢而且菌落小的回复突变株 Threonine AHV a-Amino-b-hydroxyvaleric acid a-氨基-b-羟戊酸突变前 突变后 抗反馈抑制突变的机制 Lys

11、AEC S-(2-Aminoethyl)-L-Cysteine抗结构类似物突变株(Thr+AEC)r的筛选筛选突变株中常用的几种结构类似物积累的物质 结构类似物 Arg 刀豆氨酸 Phe 对-氟苯丙氨酸、噻恩基丙氨酸 Trp 5-甲基色氨酸、6-甲基色氨酸 Val a-氨基丁酸盐 Ile Val Met a-氨基-4-乙硫基丁酸 腺嘌呤 2,6-二氨基嘌呤 尿嘧啶 5-氟尿嘌呤4、应用营养缺陷型回复突变解除反馈抑制（二）提高细胞对目的产物的通透性1、应用营养缺陷型突变株条件控制细胞膜的透性-代谢控制育种例：C. glutamicum的谷氨酸发酵，细胞膜对产物的通透性不好，从而影响产物的分泌和积累。 生物素缺