微生物的代谢调控与发酵生产

微生物的代谢调控与发酵消费本节提要：微生物代谢过程中的自我调理酶活性的调理酶合成的调理代谢调控实际的运用微生物代谢过程中的自我调理☆微生物代谢调理系统的特点：准确、可塑性强，细胞程度的代谢调理才干超越高等生物。成因：细胞体积小，所处环境多变。举例：大肠杆菌细胞中存在2500种蛋白质，其中上千种是催化正常新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只能包容10万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到100个分子。如何处理合成与运用效率的经济关系？处理方式：组成酶〔constitutiveenzyme〕经常以高浓度存在，其它酶都是诱导酶〔inducibleenzyme〕，在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细胞总蛋白含量的10%。☆微生物自我调理代谢的方式1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞2.经过酶的定位控制酶与底物的接触3.控制代谢物流向: 1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞如：只需当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶系统。2.经过酶的定位控制酶与底物的接触1〕真核微生物酶定位在相应细胞器上；细胞器各

自行使某种特异的功能；2〕原核微生物在细胞内划分区域集中某类酶行使

功能：与呼吸产能代谢有关的酶位于膜上；蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上；同核苷酸吸收有关的酶在G-菌的周质区。3.控制代谢物流向：(经过酶促反响速度来调理)1)可逆反响途径由同种酶催化，可由不同辅基或辅酶控制代谢物流向：如:两种Glu脱氢酶：以NADP为辅基Glu合成以NAD为辅基Glu分解2)经过调理酶的活性或酶的合成量。关键酶:某一代谢途径中的第一个酶或分支点后的第一个酶。①粗调：调理酶的合成量 ②细调：调理现有酶分子的活性3)经过调理产能代谢速率。☆PossiblepointsforRegulationofVariousMetabolicControlMechanisms一、酶活性的调理经过改动现成的酶分子活性来调理新陈代谢的速率的方式。是酶分子程度上的调理，属于精细的调理。〔一〕调理方式：包括两个方面：1、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反响可被较前面的反响产物所促进的景象；常见于分解代谢途径。如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进2、酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反响抑制。概念：反响：指反响链中某些中间代谢产物或终产物对该途径关键酶活性的影响。凡使反响速度加快的称正反响；凡使反响速度减慢的称负反响〔反响抑制〕；反响抑制——主要表如今某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性。主要表如今氨基酸、核苷酸合成途径中。特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除FeedbackInhibitionFigure3.Figure4.1.直线式代谢途径中的反响抑制： 苏氨酸脱氨酶苏氨酸 α-酮丁酸 异亮氨酸 反响抑制 其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成2.分支代谢途径中的反响抑制：在分支代谢途径中，反响抑制的情况较为复杂，为了防止在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物开展出多种调理方式。主要有：同功酶的调理，顺序反响，协同反响，积累反响调理等。〔二〕反响抑制的类型〔1〕同功酶调理——isoenzyme定义：催化一样的生化反响，而酶分子构造有差别的一组酶。意义：在一个分支代谢途径中，假设在分支点以前的一个较早的反响是由几个同功酶催化时，那么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造用。———某一产物过量仅抑制相应酶活，对其他产物没影响。举例：大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调理天冬氨酸族 天冬氨酸 E,R IIII E,R 4-磷酸天冬氨酸 E 天冬氨酸半醛 E,R III E二氢吡啶二羧酸 同型丝氨酸 同型丝氨酸磷酸 E,R R O-琥珀酰同型丝氨酸 苏氨酸 E,R六氢吡啶二羧酸 胱硫醚 2-酮丁酸 R 二氨基庚二酸 同型半胱氨酸 R赖氨酸 甲硫氨酸 异亮氨酸〔2〕协同反响抑制——concertedfeedbackinhibition定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才干抑制共同途径中的第一个酶的一种反响调理方式。举例：谷氨酸棒杆菌〔Corynebacteriumglutamicum〕 多粘芽孢杆菌〔Bacilluspolymyxa〕 天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反响抑制和阻遏。 天冬氨酸 E,R

4-磷酸天冬氨酸 E 天冬氨酸半醛 E,R E二氢吡啶二羧酸 同型丝氨酸 同型丝氨酸磷酸 E,R R O-琥珀酰同型丝氨酸 苏氨酸 E,R六氢吡啶二羧酸 胱硫醚 2-酮丁酸 R 二氨基庚二酸 同型半胱氨酸 R赖氨酸 甲硫氨酸 异亮氨酸天冬氨酸族

〔谷氨酸棒杆菌〕〔3〕协作反响抑制——cooperativefeedbackinhibition定义：两种末端产物同时存在时，共同的反响抑制造用大于二者单独作用之和。举例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP〔和IMP〕的协作反响抑制，二者共同存在时，可以完全抑制该酶的活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的70%和10%。〔4〕积累反响抑制——cumulativefeedbackinhibition定义：每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时它们的抑制造用是积累的，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。Try16%CTP14%氨甲酰磷酸13%AMP41%……积累反响抑制——E.coli谷氨酰胺合成酶的调理〔5〕顺序反响抑制——sequentialfeedbackinhibition一种终产物的积累,导致前一中间产物的积累，经过后者反响抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调理〔6〕平衡合成在黄色短杆菌〔Brevibacteriumflavus〕中天冬氨酸的合成 PEP Py 草酰乙酸 乙酰CoA Asp 柠檬酸 ATP CO2〔7〕代谢互锁外表完全不相关的两条途径之间的调理。这种作用普通在高浓度下才显示，且为部分抑制。Asp Asp-p Asa DAP Lys，二氢吡啶二 羧酸合成酶 Hse Thr IlePy 异丙基 Leu 苹果酸在分支合成途径中，分支点后的两种酶竞争同一种底物，如AMP与GMP，Thr与Lys、Met，由于两种酶对底物的Km值〔即对底物的亲和力〕