第四章 代谢调控课件

第三章

发酵代谢的调节与控制

第四章代谢调控第三章发酵代谢的调节与控制

一.活细胞中的化学反应

二.细胞内代谢调节的类型和原理三.反馈阻遏与反馈抑制四.代谢调节体系的突破及其在发酵工业上的应用

第四章代谢调控一、活细胞中的化学反应

活细胞在繁殖过程中是有条不紊的。同时进行产物合成，既不会过多，又不会过少，可以说一个活细胞是一个高度完善的自动调节的化工厂。特点：1、细胞内一切反应都是酶催化的2、催化剂——酶的催化作用是高度专一的，每一类酶只能催化一类特殊的化学反应第四章代谢调控3、细胞中的酶促反应，都是遵循克分子量关系，而且酶催化的反应能进行到底，产量达100%，无副产品生成。4、在细胞内发生的数百种酶促反应并不是各自独立进行的而是联接成为连续反应的系列。第一反应的产物成为第二反应的反应物，因而就有很多中间产物。这些不同的系列进一步联接起来而组成细胞的反应网。5、由于细胞内形成一个酶促反应网，从而使代谢调节成为可能。而且具有自我调节特性。6、由于细胞内形成一个酶促反应网，因而使细胞内的供能和需能过程偶联起来，且进行自动调节。第四章代谢调控

二、细胞内代谢调节的类型和原理

A、酶的活性调节（1）酶活性的一般调节（2）调节酶调节B、酶的合成调节第四章代谢调控（一）、酶的活性调节

（1）酶活性的一般调节1、各种酶都有一个最适PH，PH变化，使酶活性变化2、每个酶促反应都和底物浓度有关，浓度变化，催化速度变化3、许多酶的活性和金属离子有关，Mg2+K+

浓度变化也就调节酶活性第四章代谢调控（2）调节酶调节1、变构酶类2、共价调节酶类3、同功酶第四章代谢调控1、变构酶类调节机能如下：A、变构酶类有两个或两个以上，立体专一性不同的接受部位，酶的活性中心，催化反应部位，变构部位

B、变构酶和作用物形成一个复合体使酶分子产生可逆性变化，这种效应称变构效应。可引起酶的活性中心发生变化，从而影响酶的催化作用。

C、有的作用物（如代谢终产物）与酶结合后，降低了酶的催化活性称为“抑制剂”或“负调节剂”，有些与酶结合后，能增加酶的催化部位对底物亲和力，就称为“激活剂”或“正调节剂”。

D、一种变构酶只有一种特异性作用物时，称它属于单价变构酶。有些能对两种或多种作用底物有反应。每种作用物都能结合到酶分子特异部位上，则属于多价变构酶。结合有两个活性中心的多价变构酶，催化两个以上的反应，则称为多功能酶。第四章代谢调控2、共价调节酶类通过其他酶类的催化作用，在调节酶的分子上，以共价键连上或脱下某种特殊化学基团，从而使调节酶的活性形式，失活形式相互转变的一类酶。3、同功酶是作用于同一底物，催化同一反应，但分子结构不同且分别受不同末端产物抑制的一类酶。第四章代谢调控B、酶的合成调节在细胞内有两种酶，一种是含量经常近乎恒定的酶称为组成酶，而另一种酶是只有某种底物存在时才合成的酶，称为诱导酶。诱导酶生成与否，就对代谢过程起调节作用。生物体合成诱导酶的基因存在于细胞染色体（DNA）内，通常处于阻遏状态，只有当诱导剂存在时阻遏状态被解除，合成该酶的基因就起作用，诱导酶大量生成。第四章代谢调控三、反馈阻遏与反馈抑制

凡是使反应速度加快的称正反应凡是使反应速度减慢的称负反应有反馈阻遏和反馈抑制两种类型第四章代谢调控1、反馈阻遏通过阻遏酶调节的合成类型称为反馈阻遏Monod认为调节基因有两种类型：一种类型如大肠杆菌乳糖操纵子那样，产生的阻遏蛋白与诱导物结合后，会失去活性，因而不能与操纵基因结合，从而使酶大量生成。这叫酶的诱导合成。另一种类型，调节基因能产生无活性的阻遏蛋白，当它与合成代谢某产物结合生成，称“反馈阻遏”第四章代谢调控2、反馈抑制酶促反应的终产物抑制代谢途径第一个酶的活性，这称反馈抑制。特点：(1)只有终产物或相应的结构类似物，才能有效作为抑制物。(2)只有代谢途径中，第一个酶被抑制。(3)抑制作用一般是可逆的，当终产物的浓度降低时，酶的活性就会逐步恢复。第四章代谢调控反馈抑制类型

同功酶的反馈抑制顺序反馈抑制协同反馈抑制积累反馈控制第四章代谢调控反馈阻遏反馈抑制控制对象酶的生物合成酶的活性控制量终产物的浓度终产物的浓度控制水平DNA—mRNA—酶蛋白酶蛋白的构象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的亲和力控制装置的动作阻遏蛋白与效应底物结合，不能合成mRNA酶的变构部位与效应物结合，酶的活性中心变形形成的控制开、关控制控制酶活力的大小反应速度迟缓、粗的控制迅速精确的控制代谢途径（相同）

无定向途径和合成代谢途径的分支点等反馈阻遏与反馈抑制的比较第四章代谢调控四、代谢调节体系的突破及其在发酵工业上的应用

常用的方法：1、

应用营养缺陷型菌株2、

应用抗反馈调节突变株3、

改变细胞膜通透性第四章代谢调控营养缺陷型变异株的应用

营养缺陷型菌株特点，就是在合成该营养物质的途径中缺少一种或一种以上的酶，因而自身就不能合成这种物质，当在培养基中，控制该营养物质添加量，即只能供给菌体生长到需要程度的用量，当菌体生长到一定程度以后，由于该营养物已消耗完，菌体不能继续增殖，但代谢仍然进行，由于该物质的浓度受控制，不足以引起对它的前体物质合成的反馈抑制作用，因此，就可以积累遗传缺陷的那一反应前体物质并且迫使向旁路进行，而积累我们所需的代谢产物。第四章代谢调控抗反馈调节突变株的应用

（1）选育抗反馈调节突变株的方法反馈抑制的作用原理：代谢的终产物或结构类似物与变构酶的变构部分相结合，使酶分子发生变形，从而影响酶的活性中心发生变化，结果抑制酶的活性。如果我们采用诱变的方法，使产生变构酶的结构基因发生突变，使变构酶的变构部分不能与终产物或相应的结构类似物结合，则酶的活性中心不发生变化，也就是酶的活性不受影响，则反馈抑制作用被解除。对反馈阻遏来说，也就是用诱变使调节基因突变，使它产生的阻遏物，不再和代谢终产物或结构类似物结合，这个突变型也就是一个抗阻遏的突变株第四章代谢调控筛选方法可以采用梯度培养皿法，具体做法如下：1、制备一系列放有某种结构类似物并按浓度梯度依次改变浓度的琼脂平板，反别在这些平板上涂布浓度为106—109的培养细胞,然后进行培养。2、培养数天后,选出完全阻止菌体增殖所需结构类似物的平板,这种浓度,叫做该结构类似物的临界用量浓度。3、大量制备加有临界用量浓度的结构类似物的平板,然后把经过诱变处理的菌体培养液涂布于平板上,使每个平板的细胞数达107—108个,在适温下培养数日,如果某菌体在这样的培养基中能够生长,则这些菌落为抗结构类似物的突变株,可以分离出来，摇瓶测定。第四章代谢调控选育抗反馈调节突变株的原理

在正常代谢过程中，代谢终产物和阻遏物或和变构酶结合。形成的反馈调节是可逆的代谢终产物浓度降低以后，酶的合成或活性恢复起来。而结构类似物和代谢终产物结构相似，所以同样能和阻遏物以及变构酶相结合，但结构类似物并不能代替代谢终产物，它们并不能代替真正的氨基酸合成蛋白质，也就是它们在细胞中的浓度不会降低。因此结构类似物和阻遏物或变构酶的结合是不可逆的结合后，使有关的酶永远停止合成或使变构酶永远失活，这样，菌体的代谢便不能进行。也就不能生长。第四章代谢调控现在，经过诱变的菌体，在含一定浓度的结构类似物的培养基中仍能良好生长，就说明突变株形成的新酶。同样具有酶的活性。但并不再和结构类似物结合。也不再和相应的代谢终产物结合。这样，原来菌株的反馈抑制与反馈阻遏作用就被解除了。第四章代谢调控（三）选育细胞膜透性高的突变株

以使终产物在细胞内不能积累到引起反馈调节的浓度。第四章代谢调控思考题

1.细胞中