第二章 微生物代謝調節(jié)機制和調節(jié)模式

1、代謝工程代謝工程 Metabolic EngineeringMetabolic Engineering第三章第三章 代謝調節(jié)機制和調節(jié)模式代謝調節(jié)機制和調節(jié)模式代謝調節(jié)機制代謝調節(jié)機制1酶合成的調節(jié)機制酶合成的調節(jié)機制 2酶活性的調節(jié)機制酶活性的調節(jié)機制3細胞膜透性的調節(jié)細胞膜透性的調節(jié) 5能荷的調節(jié)能荷的調節(jié) 4微生物代謝途徑的調節(jié)模式微生物代謝途徑的調節(jié)模式6生命活動是由產(chǎn)能與生物合成中各種代謝途徑組成的生命活動是由產(chǎn)能與生物合成中各種代謝途徑組成的代謝網(wǎng)絡互相協(xié)調來維持的。生物要在自然界生存與代謝網(wǎng)絡互相協(xié)調來維持的。生物要在自然界生存與競爭，就必須生長迅速，以便很快適應環(huán)境，細胞必競爭

2、，就必須生長迅速，以便很快適應環(huán)境，細胞必須擁有適當?shù)姆椒▉砥胶飧鞣N代謝途徑的物流。須擁有適當?shù)姆椒▉砥胶飧鞣N代謝途徑的物流。為了為了響應環(huán)境變化的需要，細胞能夠對其代謝機構作定量響應環(huán)境變化的需要，細胞能夠對其代謝機構作定量調整調整代謝調節(jié)代謝調節(jié)一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制細胞只合成本身所需要的中間代謝產(chǎn)物，嚴格防止氨細胞只合成本身所需要的中間代謝產(chǎn)物，嚴格防止氨基酸、核苷酸等中間物質的大量積累。當氨基酸或核基酸、核苷酸等中間物質的大量積累。當氨基酸或核苷酸等物質進入細胞后，細胞立即停止該物質的合成，苷酸等物質進入細胞后，細胞立即停止該物質的合成，一直到所供應的養(yǎng)料消耗到很低濃度，細胞

3、才能重新一直到所供應的養(yǎng)料消耗到很低濃度，細胞才能重新開始進行該物質的合成開始進行該物質的合成代謝調節(jié)代謝調節(jié)一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制從細胞對能量和化學物質的內外交換、增收節(jié)支、協(xié)從細胞對能量和化學物質的內外交換、增收節(jié)支、協(xié)調自強的規(guī)律的客觀存在出發(fā)，可以把細胞作為按特調自強的規(guī)律的客觀存在出發(fā)，可以把細胞作為按特殊的經(jīng)濟規(guī)律運行的殊的經(jīng)濟規(guī)律運行的經(jīng)濟實體經(jīng)濟實體看待。細胞經(jīng)濟性可以看待。細胞經(jīng)濟性可以以生成細胞的質量與消耗基質的質量之比值以生成細胞的質量與消耗基質的質量之比值細胞細胞經(jīng)濟系數(shù)經(jīng)濟系數(shù)衡量衡量野生型微生物在其所處的環(huán)境中是富有競爭能力的，野生型微生物在其所處的環(huán)境中

4、是富有競爭能力的，它們的代謝流量在代謝網(wǎng)絡中的分布及細胞經(jīng)濟運行它們的代謝流量在代謝網(wǎng)絡中的分布及細胞經(jīng)濟運行狀況有利于細胞生長、繁殖和在競爭中獲勝，細胞經(jīng)狀況有利于細胞生長、繁殖和在競爭中獲勝，細胞經(jīng)濟系數(shù)大于人為改造的發(fā)酵工業(yè)微生物濟系數(shù)大于人為改造的發(fā)酵工業(yè)微生物代謝調節(jié)代謝調節(jié)一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制原核微生物細胞代謝調節(jié)部位原核微生物細胞代謝調節(jié)部位DNADNA底物底物產(chǎn)物產(chǎn)物底物底物中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物產(chǎn)物產(chǎn)物RNARNA可溶性營養(yǎng)物質或代謝產(chǎn)物的跨膜傳送可溶性營養(yǎng)物質或代謝產(chǎn)物的跨膜傳送 代謝途徑的酶的催化代謝途徑的酶的催化 酶和載體蛋白的合成酶和載體蛋白的合成 一、代謝調節(jié)

5、機制一、代謝調節(jié)機制原核微生物細胞代謝調節(jié)部位原核微生物細胞代謝調節(jié)部位與細胞質膜密切相關的調節(jié)與細胞質膜密切相關的調節(jié) 膜的脂質（磷脂及其它脂類）的分子結構，以及環(huán)境膜的脂質（磷脂及其它脂類）的分子結構，以及環(huán)境條件（如離子強度、溫度、條件（如離子強度、溫度、pH等）對膜脂質理化性等）對膜脂質理化性質的影響。質的影響。膜蛋白（如酶、載體蛋白、電子傳遞鏈的成員及其它膜蛋白（如酶、載體蛋白、電子傳遞鏈的成員及其它蛋白質）的絕對數(shù)量及其活性的調節(jié)蛋白質）的絕對數(shù)量及其活性的調節(jié)跨膜的電化學梯度以及跨膜的電化學梯度以及ATP、ADP、AMP體系及無體系及無機（機（P）濃度對溶質輸送的調節(jié)。）濃度對溶

6、質輸送的調節(jié)。細胞壁結構（特別是骨架結構）的部分破壞或變形，細胞壁結構（特別是骨架結構）的部分破壞或變形，間接影響到膜對溶質的通透性間接影響到膜對溶質的通透性一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制原核微生物細胞代謝調節(jié)部位原核微生物細胞代謝調節(jié)部位酶分子的數(shù)量及活性的調節(jié)酶分子的數(shù)量及活性的調節(jié) 微生物可改變生物合成代謝途徑中的酶量，特別是關微生物可改變生物合成代謝途徑中的酶量，特別是關鍵酶合成或降解的相對速率，進而調節(jié)代謝流向鍵酶合成或降解的相對速率，進而調節(jié)代謝流向可改變酶的活性，特別是關鍵酶的活性（力）來調節(jié)可改變酶的活性，特別是關鍵酶的活性（力）來調節(jié)代謝速度。代謝速度。酶和底物的相對位置：

7、限制酶與基質的有形接觸（代酶和底物的相對位置：限制酶與基質的有形接觸（代謝途徑的區(qū)域化）謝途徑的區(qū)域化） 一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制真核微生物細胞代謝調節(jié)部位真核微生物細胞代謝調節(jié)部位可溶性營養(yǎng)物質或代謝產(chǎn)物的跨膜傳送可溶性營養(yǎng)物質或代謝產(chǎn)物的跨膜傳送 代謝途徑的酶的催化代謝途徑的酶的催化 細胞質中進行的翻譯細胞質中進行的翻譯核中進行的轉錄核中進行的轉錄 DNADNA底物底物產(chǎn)物產(chǎn)物底物底物中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物產(chǎn)物產(chǎn)物RNARNA 細胞內溶質的跨膜傳送細胞內溶質的跨膜傳送一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制代謝途徑 細胞內定位分解代謝酵解PP環(huán)氧化TCA環(huán)呼吸鏈細

8、胞質細胞質線粒體線粒體線粒體合成代謝生物異生作用脂肪酸合成細胞質細胞質一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制細 胞 器酶 系細胞核DNA、RNA、NAD的合成，酵解、三羧酸循環(huán)（TCA環(huán)）、戊糖磷酸循環(huán)（PPi）等線粒體TNA、電子傳遞、氧化磷酸化、尿素循環(huán)、脂肪酸氧化、脂肪酸合成（碳鏈延長）、鐵噗啉生成、轉氨作用、蛋白質合成、DNA、RNA聚合等溶酶體水解酶類（脂肪酶、酸性磷酸酶、DNA酶、組織蛋白酶等）微粒體蛋白質合成、菌物解毒、脂肪酸合成（碳鏈延長）、粘多糖、膽固醇、磷脂合成等過氧化物體氧化酶、過氧化氫酶等高而基體多糖、核蛋白、粘液鹼細胞質EMP途徑、PPi、糖原分解、糖原合成、糖異生、脂肪酸

9、合成（從頭合成）、嘌呤嘧啶分解、氨基酸合成等質膜ATP酶、腺苷酸環(huán)化酶等（cAMP環(huán)化酶）真核微生物細胞代謝調節(jié)部位真核微生物細胞代謝調節(jié)部位在真核微生物細胞中，存在酶體系的區(qū)域化，酶與底在真核微生物細胞中，存在酶體系的區(qū)域化，酶與底物的分隔，使酶反應的調節(jié)更復雜化、多樣化。酶反物的分隔，使酶反應的調節(jié)更復雜化、多樣化。酶反應系列的總速度不僅取決于相鄰兩區(qū)域中的調節(jié)酶，應系列的總速度不僅取決于相鄰兩區(qū)域中的調節(jié)酶，底物的濃度，調節(jié)酶的活力，而且更取決于代謝中間底物的濃度，調節(jié)酶的活力，而且更取決于代謝中間產(chǎn)物的跨膜的交換速度。而這種交換速度是借助于載產(chǎn)物的跨膜的交換速度。而這種交換速度是借助于

10、載體（蛋白質），所以，這些載體的絕對數(shù)量及活性也體（蛋白質），所以，這些載體的絕對數(shù)量及活性也成為代謝調節(jié)的部位成為代謝調節(jié)的部位一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制基因表達基因表達 原 核 生 物 真 核 生 物1.沒有分化的細胞核和核膜，其DNA不受RNA與蛋白質結合的控制，其基因調控比較簡單。不同染色體數(shù)目為12.沒有膜分隔，轉錄、翻譯相偶聯(lián)，結構基因與mRNA是共線的3.原核生物有關功能的基因連鎖分布，組成多順反子mRNA，整個系統(tǒng)處于一個啟動區(qū)域的控制下，即以操縱子進行轉錄調控4.原核生物細胞中染色體常與染色體外的遺傳成分（質粒）共存，并同步各自復制。大部分DNA處于非結合狀態(tài)，不存在染

11、色質結構5.原核生物除了重復的rRNA和tRNA基因和少數(shù)特異性短序外，很少含重復序列，所以基因組80%以上都進行功能性表達1.DNA、RNA染色體蛋白在細胞核中，由核膜將核質和胞質分開，不同染色體數(shù)目大于12.真核生物基因的轉錄在核，轉錄在胞質中。基因在核內形成前體mRNA與胞質成熟的mRNA不共線3.真核生物中功能相關的基因（稱因基簇）常距很遠，甚至位于不同的染色體上，其mRNA通常是單順反子。除轉錄調控外，轉錄后的加工，和翻譯后修飾也很重要。4.真核生物細胞中組蛋白對DNA轉錄起著非常特異（專一性）性的抑制作用，而非組蛋白卻能解除此種抑制。5.真核生物DNA分子量龐大，并且DNA有相當一

12、部分由若干核苷酸序列重復，所以DNAP的相當大一部堿基序列不翻譯一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制v酶水平的調節(jié)酶水平的調節(jié)v細胞水平的調節(jié)細胞水平的調節(jié)v激素水平的調節(jié)激素水平的調節(jié)v神經(jīng)水平的調節(jié)神經(jīng)水平的調節(jié)一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制v酶合成的調節(jié)酶合成的調節(jié)v酶活性的調節(jié)酶活性的調節(jié)v能荷的調節(jié)能荷的調節(jié)v細胞膜透性的調節(jié)細胞膜透性的調節(jié) 酶、細胞水平調節(jié)酶、細胞水平調節(jié) 變構調節(jié)變構調節(jié)酶的結構調節(jié)酶的結構調節(jié)（快調）（快調） 酶促化學修飾調節(jié)酶促化學修飾調節(jié)細胞水平細胞水平 的調節(jié)的調節(jié) 誘導誘導 酶蛋白的合成酶蛋白的合成 酶的數(shù)量調節(jié)酶的數(shù)量調節(jié) 阻遏阻遏 （慢調慢調） 酶蛋

13、白的降解酶蛋白的降解一、代謝調節(jié)機制一、代謝調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 v酶的誘導負向控制（如乳糖對酶的誘導負向控制（如乳糖對-半乳糖苷酶）與正向半乳糖苷酶）與正向控制控制v終產(chǎn)物阻遏作用和弱化調節(jié)終產(chǎn)物阻遏作用和弱化調節(jié)v分解代謝物阻遏（如葡萄糖對分解代謝物阻遏（如葡萄糖對-半乳糖苷酶的阻遏）半乳糖苷酶的阻遏）v轉錄后的調節(jié)轉錄后的調節(jié)二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 微生物細胞并不是任何空間、時間內合成它們所能合微生物細胞并不是任何空間、時間內合成它們所能合成的各種酶。在一定生理條件下，微生物細胞只在有成的各種酶。在一定生理條件下，微生物細胞只在有限空間內合成

14、它們當時所需的酶。盡管指導酶系合成限空間內合成它們當時所需的酶。盡管指導酶系合成的基因是穩(wěn)定的，但微生物在改變其成分和代謝狀況的基因是穩(wěn)定的，但微生物在改變其成分和代謝狀況來響應環(huán)境的變化方向具有驚人的靈活性，環(huán)境并不來響應環(huán)境的變化方向具有驚人的靈活性，環(huán)境并不影響遺傳物質的結構，卻能顯著左右基因的表達。能影響遺傳物質的結構，卻能顯著左右基因的表達。能否合成某個酶首先取決于微生物內因，即有無合成此否合成某個酶首先取決于微生物內因，即有無合成此酶的基因。環(huán)境外因只影響基因表達的水平。酶的基因。環(huán)境外因只影響基因表達的水平。酶合成酶合成的調節(jié)說到底就是基因的轉錄（的調節(jié)說到底就是基因的轉錄（DN

15、AmRNA）和）和轉譯轉譯(mRNA蛋白質蛋白質)水平的調節(jié)水平的調節(jié)酶合成的誘導作用酶合成的誘導作用誘導作用（酶合成的誘導作用）誘導作用（酶合成的誘導作用）是指培養(yǎng)基中某種基質與微生物接觸而增加（誘導）是指培養(yǎng)基中某種基質與微生物接觸而增加（誘導）細胞中相應酶的合成速率。誘導的生理作用是可以保細胞中相應酶的合成速率。誘導的生理作用是可以保證能量與氨基酸不浪費，不把它們用于合成那些暫時證能量與氨基酸不浪費，不把它們用于合成那些暫時無用的酶上，只有在需要時細胞才迅速合成它們無用的酶上，只有在需要時細胞才迅速合成它們.能引能引起誘導作用的化合物稱為起誘導作用的化合物稱為誘導物誘導物（Inducer

16、），它可），它可以是基質、基質的衍生物，甚至是產(chǎn)物。一般來說酶以是基質、基質的衍生物，甚至是產(chǎn)物。一般來說酶基質的結構類似物常常是很好的誘導物，它們不能作基質的結構類似物常常是很好的誘導物，它們不能作為基質被酶轉化為基質被酶轉化二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 誘導機制誘導機制 操縱子操縱子是是DNA上的一段區(qū)域，它包括共轉錄到一條上的一段區(qū)域，它包括共轉錄到一條mRNA上的上的多個多個結構基因結構基因和這些基因轉錄所需的順式作用序列，這些序列包和這些基因轉錄所需的順式作用序列，這些序列包括括啟動序列啟動序列、調節(jié)基因調節(jié)基因和轉錄調控有關的和轉錄調控有關的操縱序列操縱序列；因為一個操

17、；因為一個操縱子的所有結構基因均由同一啟動子起始轉錄并受相同調控元件縱子的所有結構基因均由同一啟動子起始轉錄并受相同調控元件的調節(jié)，所以從結構上可以將它們看作同一個整體的調節(jié)，所以從結構上可以將它們看作同一個整體二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 調節(jié)基因調節(jié)基因調節(jié)基因調節(jié)基因編碼調節(jié)（阻遏）蛋白，有兩種調節(jié)蛋白編碼調節(jié)（阻遏）蛋白，有兩種調節(jié)蛋白 負作用調節(jié)蛋白負作用調節(jié)蛋白，結合，結合DNA阻斷操縱子轉錄，此種阻斷操縱子轉錄，此種調節(jié)蛋白也稱為調節(jié)蛋白也稱為阻遏物阻遏物正作用調節(jié)蛋白正作用調節(jié)蛋白，結合，結合DNA啟動操縱子轉錄，此種啟動操縱子轉錄，此種調節(jié)蛋白也稱為調節(jié)蛋白也稱為

18、激活因子激活因子與阻遏物或激活因子結合，從而啟動操縱子轉錄的效與阻遏物或激活因子結合，從而啟動操縱子轉錄的效應物稱作該操作子的應物稱作該操作子的誘導物誘導物與阻遏物結合而阻斷轉錄的效應物稱為與阻遏物結合而阻斷轉錄的效應物稱為輔阻遏物輔阻遏物二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 調節(jié)基因調節(jié)基因阻遏物阻遏物誘導物誘導物基因誘導基因誘導基因阻遏基因阻遏阻遏物阻遏物輔阻遏物輔阻遏物二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 操縱序列操縱序列操縱序列：操縱序列：操縱子中一個成員，它能控制決定蛋白質操縱子中一個成員，它能控制決定蛋白質（酶）的氨基酸順序的一整套結構基因的轉錄，而操（酶）的氨基酸順序的一

19、整套結構基因的轉錄，而操縱基因可受調節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏物所阻遏，許多情況縱基因可受調節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏物所阻遏，許多情況下，單個操縱基因可以控制一個或一個以上（多個）下，單個操縱基因可以控制一個或一個以上（多個）結構基因結構基因二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 結構基因結構基因結構基因：結構基因：操縱基因鄰近（一般在下游處）存在一個操縱基因鄰近（一般在下游處）存在一個或多個基因，它編碼不起調控轉錄作用的蛋白質，如或多個基因，它編碼不起調控轉錄作用的蛋白質，如酶、膜蛋白和核糖體等。一部分結構基因的酶、膜蛋白和核糖體等。一部分結構基因的RNA合合成速度精確地被控制，但許多結構基因以一種（或多成

20、速度精確地被控制，但許多結構基因以一種（或多或少）不變的速度持續(xù)地轉錄或少）不變的速度持續(xù)地轉錄DNA上的遺傳信息，上的遺傳信息，生成相應的信使生成相應的信使RNA（mRNA）進而轉譯成特定的）進而轉譯成特定的酶（蛋白質）酶（蛋白質）二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 啟動序列啟動序列啟動序列：啟動序列：含有兩個和含有兩個和RNA多聚酶結合的順序，一多聚酶結合的順序，一個集中在個集中在RNA多聚酶起始位置前約多聚酶起始位置前約10個堿基對，另個堿基對，另一個則集中在這個位置前一個則集中在這個位置前35個堿基對，當個堿基對，當RNA多聚多聚酶與啟動子接觸并結合上去，酶與啟動子接觸并結合上去

21、，mRNA合成即開始合成即開始阻遏物與操縱序列結合，則阻遏物與操縱序列結合，則RNA聚合酶就不能向前聚合酶就不能向前移動，也就不能轉錄出結構基因的移動，也就不能轉錄出結構基因的mRNA二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 DNA與蛋白結合與蛋白結合二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 阻遏物操縱子的操縱基因上，阻礙阻遏物操縱子的操縱基因上，阻礙RNA多聚酶通過操多聚酶通過操縱基因而關閉操縱子的轉錄；而激活物常結合于啟動子縱基因而關閉操縱子的轉錄；而激活物常結合于啟動子-35區(qū)上游，與區(qū)上游，與RNA多聚酶作用，促使操縱子轉錄多聚酶作用，促使操縱子轉錄DNA結合蛋白：結合蛋白：螺旋螺旋轉

22、角轉角螺旋、鋅指結構、螺旋、鋅指結構、亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈螺旋螺旋- -轉角轉角- -螺旋螺旋鋅指結構鋅指結構亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈正、負調控正、負調控凡是某一細胞成分的存在使某種細胞功能能夠實現(xiàn)，凡是某一細胞成分的存在使某種細胞功能能夠實現(xiàn)，而這一成分的消失或失活使這一功能不能實現(xiàn)，這種而這一成分的消失或失活使這一功能不能實現(xiàn)，這種調控就屬于調控就屬于正調控正調控；凡是某一細胞成分的存在使某種；凡是某一細胞成分的存在使某種細胞功能不能實現(xiàn)，而這一成分的消失或失活使這一細胞功能不能實現(xiàn)，而這一成分的消失或失活使這一功能得以實現(xiàn)，這種調控就屬于功能得以實現(xiàn)，這種調控就屬于負調控負調控按照這個定義，

23、阻遏物對操縱子的作用為負調控，這按照這個定義，阻遏物對操縱子的作用為負調控，這是由于其活性狀態(tài)抑制了操縱子的轉錄；相反，激活是由于其活性狀態(tài)抑制了操縱子的轉錄；相反，激活因子對操縱子的作用為正調控，原因是其活性狀態(tài)能因子對操縱子的作用為正調控，原因是其活性狀態(tài)能夠開啟它所控制的操縱子基因的轉錄夠開啟它所控制的操縱子基因的轉錄二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 正、負調控正、負調控負調控負調控正調控正調控誘誘導導阻阻遏遏二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 負調控（乳糖操縱子）負調控（乳糖操縱子）二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 正調控（麥芽糖操縱子）正調控（麥芽糖操縱子）二、

24、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 正、負調控（阿拉伯糖操縱子）正、負調控（阿拉伯糖操縱子）負調控負調控正調控正調控二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 誘導物的種類誘導物的種類二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 誘導調節(jié)的克服誘導調節(jié)的克服 只有需要時才合成所需的酶是微生物應有的、正常的只有需要時才合成所需的酶是微生物應有的、正常的調節(jié)機制。采用誘變方法，借強力因素誘變，引起突調節(jié)機制。采用誘變方法，借強力因素誘變，引起突變，消除誘導酶合成所必需依賴誘導物這種障礙，如變，消除誘導酶合成所必需依賴誘導物這種障礙，如突變不是發(fā)生在結構基因上，而是發(fā)生在調節(jié)基因或突變不是發(fā)生在結構基因

25、上，而是發(fā)生在調節(jié)基因或操縱基因上，從而導致調節(jié)基因編碼的阻遏物（阻遏操縱基因上，從而導致調節(jié)基因編碼的阻遏物（阻遏蛋白）無活性，或操縱基因對活性阻遏物的親和力衰蛋白）無活性，或操縱基因對活性阻遏物的親和力衰退，則無需誘導物便能產(chǎn)生誘導酶，這種突變作用稱退，則無需誘導物便能產(chǎn)生誘導酶，這種突變作用稱為調節(jié)性或組成型突變，具有這種特性的菌株稱為為調節(jié)性或組成型突變，具有這種特性的菌株稱為組組成型突變株成型突變株二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 組成型突變株篩選組成型突變株篩選在誘導物為限制性基質的恒化器中篩選在誘導物為限制性基質的恒化器中篩選將菌株輪番在有、無誘導物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)將菌株輪

26、番在有、無誘導物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)使用誘導性能很差的基質，如苯使用誘導性能很差的基質，如苯-半乳糖苷半乳糖苷使用阻礙誘導作用的抑制劑使用阻礙誘導作用的抑制劑提高篩選效率的方法，組成型突變株的富集提高篩選效率的方法，組成型突變株的富集 二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 酶合成的阻遏和弱化酶合成的阻遏和弱化二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 色氨酸操縱子色氨酸操縱子阻遏阻遏弱化子弱化子二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 在在TrpE基因起始密碼前有一個長基因起始密碼前有一個長162bp的的mRNA片段被稱為前片段被稱為前導區(qū)，在前導區(qū)中堿基序列為導區(qū)，在前導區(qū)中堿基序列為12315

27、0位的區(qū)域，當位的區(qū)域，當mRNA合成起始以后，除非培養(yǎng)基中完全沒有色氨酸，否則轉錄總在這合成起始以后，除非培養(yǎng)基中完全沒有色氨酸，否則轉錄總在這一區(qū)域終止。產(chǎn)生一個只有一區(qū)域終止。產(chǎn)生一個只有140個核苷酸的個核苷酸的RNA分子，它編碼一分子，它編碼一條末端有多個色氨酸的多肽鏈（前導鏈）。若將此區(qū)域缺失后，條末端有多個色氨酸的多肽鏈（前導鏈）。若將此區(qū)域缺失后，trp基因表達可提高基因表達可提高6000倍。這個前導區(qū)域稱為弱化區(qū)域，這個倍。這個前導區(qū)域稱為弱化區(qū)域，這個前導肽稱為前導肽稱為弱化子弱化子弱化子弱化子二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 酶合成的阻遏和弱化酶合成的阻遏和弱化二

28、、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 高色氨酸時高色氨酸時低色氨酸時低色氨酸時阻遏和弱化的協(xié)調阻遏和弱化的協(xié)調二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 野生型細胞中同時存在著有活性和無活性的阻遏物。野生型細胞中同時存在著有活性和無活性的阻遏物。阻遏物從有活性到無活性的轉變速度極低阻遏物從有活性到無活性的轉變速度極低，需要有一，需要有一個能更快地做出反應的系統(tǒng)（弱化子）來維持適當氨個能更快地做出反應的系統(tǒng)（弱化子）來維持適當氨基酸的水平基酸的水平當有大量外源色氨酸存在時，通過阻遏體系阻止非必當有大量外源色氨酸存在時，通過阻遏體系阻止非必須的先導須的先導mRNA合成，使合成更加經(jīng)濟合成，使合成更

29、加經(jīng)濟His操縱子中，沒有阻遏體系，只有弱化子調節(jié)。操縱子中，沒有阻遏體系，只有弱化子調節(jié)。弱弱化子的調節(jié)作用是控制轉錄的終止，控制轉錄精細化子的調節(jié)作用是控制轉錄的終止，控制轉錄精細，是阻遏調控體系的次級調節(jié)是阻遏調控體系的次級調節(jié)分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏是指當細胞內具有一優(yōu)先利用的營養(yǎng)是指當細胞內具有一優(yōu)先利用的營養(yǎng)物（通常是，但并不總是葡萄糖）時，其分解產(chǎn)物對物（通常是，但并不總是葡萄糖）時，其分解產(chǎn)物對分解利用其它（難利用）營養(yǎng)物質所需的酶系合成起分解利用其它（難利用）營養(yǎng)物質所需的酶系合成起阻遏作用。后來研究發(fā)

30、現(xiàn)，分解代謝物阻遏并不僅限阻遏作用。后來研究發(fā)現(xiàn)，分解代謝物阻遏并不僅限于碳源，能被優(yōu)先利用的氮源，如銨離子，谷氨酰胺于碳源，能被優(yōu)先利用的氮源，如銨離子，谷氨酰胺也阻遏降解其它含氮代謝的酶系也阻遏降解其它含氮代謝的酶系阻遏機制對微生物是很有利的，只要有一個容易同化阻遏機制對微生物是很有利的，只要有一個容易同化的底物存在，的底物存在，細胞就不必耗費能量去合成效率較低的細胞就不必耗費能量去合成效率較低的途徑中的酶系，而使其代謝作用能更多地用于產(chǎn)生細途徑中的酶系，而使其代謝作用能更多地用于產(chǎn)生細胞生長所必需的組分胞生長所必需的組分分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制

31、 菌種菌種受分解代謝物阻遏的酶或酶系受分解代謝物阻遏的酶或酶系引起阻遏的物質引起阻遏的物質大腸桿菌大腸桿菌乳糖操縱子，半乳糖操縱子，阿拉伯乳糖操縱子，半乳糖操縱子，阿拉伯糖操縱子，油酸酶，組氨酸的降解糖操縱子，油酸酶，組氨酸的降解易利用的碳源，葡萄糖，易利用的碳源，葡萄糖，葡萄糖酸，葡萄糖酸，6-6-P-P-葡萄糖酸葡萄糖酸枯草桿菌枯草桿菌蔗糖酶蔗糖酶孢子形成酶系孢子形成酶系易利用的碳源易利用的碳源易利用的碳源與氮源易利用的碳源與氮源根酶菌屬與固根酶菌屬與固氮細菌氮細菌氮固定酶系氮固定酶系易利用的氮源，尤其是氮易利用的氮源，尤其是氮離子離子假單孢菌屬假單孢菌屬葡萄糖氧化葡萄糖氧化琥珀酸琥珀酸酵

32、母酵母麥芽糖酶麥芽糖酶精氨酸酶精氨酸酶易利用的碳源易利用的碳源易利用的碳源與氮源易利用的碳源與氮源構巢曲霉構巢曲霉Pro,ArgPro,Arg酰胺酶酰胺酶易利用的碳源與氮源易利易利用的碳源與氮源易利用的氮源用的氮源粗糙鏈孢酶粗糙鏈孢酶轉化酶轉化酶葡萄糖、甘露糖、果糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、木糖木糖嗜熱芽孢桿菌嗜熱芽孢桿菌-淀粉酶淀粉酶果糖果糖綠色木霉綠色木霉纖維素酶纖維素酶葡萄糖、甘油、淀粉、纖葡萄糖、甘油、淀粉、纖維二糖維二糖節(jié)芽孢桿菌節(jié)芽孢桿菌亞甲基羧化酶亞甲基羧化酶乙酸乙酸分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 分解代謝物阻遏的引起，并不是葡萄糖本身，而是一

33、分解代謝物阻遏的引起，并不是葡萄糖本身，而是一種共同的代謝產(chǎn)物種共同的代謝產(chǎn)物cAMP可解除分解代謝物的阻遏可解除分解代謝物的阻遏分解代謝物阻遏的實質是由于細胞內缺少了分解代謝物阻遏的實質是由于細胞內缺少了cAMP大量實驗證實了分解代謝物阻遏作用是發(fā)生在轉錄水大量實驗證實了分解代謝物阻遏作用是發(fā)生在轉錄水平上，平上，cAMP在乳糖操縱子等操縱子中的作用，是調在乳糖操縱子等操縱子中的作用，是調節(jié)節(jié)mRNA的生成的生成分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 cAMPcAMP在乳糖操縱子轉錄中的作用在乳糖操縱子轉錄中的作用分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調節(jié)機制

34、二、酶合成的調節(jié)機制 轉錄開始時，轉錄開始時，cAMP先與先與CAP或結合生成或結合生成cAMP-CAP復合物復合物CAP-cAMP復合物再與啟動基因的復合物再與啟動基因的CAP結合位點結結合位點結合，從而激活了位點，進而促進合，從而激活了位點，進而促進RNA多聚酶與它的多聚酶與它的結合位點結合，使轉錄啟動結合位點結合，使轉錄啟動RNA多聚酶進入多聚酶進入RNA多聚酶位點向前漂移多聚酶位點向前漂移當有誘導物存在時，當有誘導物存在時，RNA多聚酶進入操縱基因多聚酶進入操縱基因O位點位點內的轉錄起始點內的轉錄起始點cAMP在乳糖操縱子轉錄中是通過在乳糖操縱子轉錄中是通過CAP-cAMP復合復合物與

35、物與DNA結合時促進轉錄的，這種調控是正調控結合時促進轉錄的，這種調控是正調控分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 葡萄糖如何調節(jié)葡萄糖如何調節(jié)cAMPcAMP? ?分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 分解代謝物阻遏的克服分解代謝物阻遏的克服生產(chǎn)培養(yǎng)基內不使用阻遏性碳源，將有利于對分解代生產(chǎn)培養(yǎng)基內不使用阻遏性碳源，將有利于對分解代謝物阻遏敏感酶的生產(chǎn)；或采用流加補糖策略謝物阻遏敏感酶的生產(chǎn)；或采用流加補糖策略可利用一種不能代謝的誘導物的類似物，或緩慢補入可利用一種不能代謝的誘導物的類似物，或緩慢補入誘導物或使用只能緩慢代謝的誘

36、導物的衍生物來增加誘導物或使用只能緩慢代謝的誘導物的衍生物來增加酶的生產(chǎn)酶的生產(chǎn)選育耐（抗）分解代謝阻遏的突變株選育耐（抗）分解代謝阻遏的突變株 轉錄后的調節(jié)轉錄后的調節(jié)二、酶合成的調節(jié)機制二、酶合成的調節(jié)機制 轉錄產(chǎn)物的加工和轉運調節(jié)，通過不同方式的拼接可產(chǎn)轉錄產(chǎn)物的加工和轉運調節(jié)，通過不同方式的拼接可產(chǎn)生不同的生不同的mRNA，從而產(chǎn)生多種多樣的蛋白質，從而產(chǎn)生多種多樣的蛋白質翻譯水平的調節(jié)主要是控制翻譯水平的調節(jié)主要是控制mRNA的穩(wěn)定性和的穩(wěn)定性和mRNA翻譯的起始頻率翻譯的起始頻率翻譯后水平的調節(jié)主要控制多肽鏈的加工和折疊，產(chǎn)生翻譯后水平的調節(jié)主要控制多肽鏈的加工和折疊，產(chǎn)生不同功能

37、活性的蛋白質不同功能活性的蛋白質三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 酶活性的調節(jié)酶活性的調節(jié)是指一定數(shù)量的酶，通過其分子結構的是指一定數(shù)量的酶，通過其分子結構的改變來調節(jié)其催化反應的速率改變來調節(jié)其催化反應的速率調節(jié)酶活性比調節(jié)酶的合成迅速、及時而有效，這是調節(jié)酶活性比調節(jié)酶的合成迅速、及時而有效，這是微生物饑餓情況下的一種經(jīng)濟的調節(jié)方式微生物饑餓情況下的一種經(jīng)濟的調節(jié)方式通過改變代謝途徑中一個或幾個關鍵酶的活性，以影通過改變代謝途徑中一個或幾個關鍵酶的活性，以影響代謝途徑中各中間化合物的流量，這種活性調節(jié)通響代謝途徑中各中間化合物的流量，這種活性調節(jié)通常由一個特異的小分子代謝物（終產(chǎn)物

38、等變構效應物）常由一個特異的小分子代謝物（終產(chǎn)物等變構效應物）與酶的可逆性結合來進行與酶的可逆性結合來進行這些小分子化合物存在于細胞內，由細胞產(chǎn)生，通過這些小分子化合物存在于細胞內，由細胞產(chǎn)生，通過它們調節(jié)酶反應速率、激活或抑制關鍵酶，從而有效它們調節(jié)酶反應速率、激活或抑制關鍵酶，從而有效地控制各種代謝過程地控制各種代謝過程三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 酶活性調節(jié)的影響因素酶活性調節(jié)的影響因素底物和產(chǎn)物的性質和濃度底物和產(chǎn)物的性質和濃度環(huán)境因子（如濃度、壓力、環(huán)境因子（如濃度、壓力、pH、離子強度和輔助因子、離子強度和輔助因子等）以及其它酶的存在都有可能激活或抑制酶的活性等）以及其

39、它酶的存在都有可能激活或抑制酶的活性激活：激活：在激活劑的作用下，使原來無活性酶轉變的有在激活劑的作用下，使原來無活性酶轉變的有活性或使原來活性低的酶提高。這種現(xiàn)象稱為激活或活性或使原來活性低的酶提高。這種現(xiàn)象稱為激活或活化。凡能提高酶活性的物質稱為激活劑活化。凡能提高酶活性的物質稱為激活劑抑制：抑制：由于某些物質的存在，降低酶活性，稱為抑制。由于某些物質的存在，降低酶活性，稱為抑制。抑制可以是不可逆的，也可以是可逆的，即當抑制劑抑制可以是不可逆的，也可以是可逆的，即當抑制劑除去后酶活性又恢復，在代謝調節(jié)過程中所發(fā)生的抑除去后酶活性又恢復，在代謝調節(jié)過程中所發(fā)生的抑制現(xiàn)象主要是可逆的，而且大多

40、屬于反饋抑制制現(xiàn)象主要是可逆的，而且大多屬于反饋抑制三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 酶活性調節(jié)類型酶活性調節(jié)類型別構（變構）調節(jié)別構（變構）調節(jié)（其核心是酶分子構象的改變）（其核心是酶分子構象的改變）酶分子的共價修飾酶分子的共價修飾（其核心是酶分子結構的改變）（其核心是酶分子結構的改變）三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 變構效應變構效應是指一種小分子物質與一種蛋白質分子發(fā)生可是指一種小分子物質與一種蛋白質分子發(fā)生可逆的相互作用，導致這種蛋白質的構象發(fā)生改變，從而逆的相互作用，導致這種蛋白質的構象發(fā)生改變，從而改變這種蛋白質與第三種分子的相互作用改變這種蛋白質與第三種分子的相互

41、作用變構蛋白質是表現(xiàn)變構效應的蛋白（例如阻遏蛋白），變構蛋白質是表現(xiàn)變構效應的蛋白（例如阻遏蛋白），具有變構作用的酶稱為具有變構作用的酶稱為變構酶變構酶由于效應物的結合使酶活性升高者，稱為由于效應物的結合使酶活性升高者，稱為正效應物或變正效應物或變構激活劑構激活劑相反，使酶的活性降低者，稱為相反，使酶的活性降低者，稱為負效應物或變構抑制劑負效應物或變構抑制劑變構調節(jié)變構調節(jié) 三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 有活性有活性變構抑制劑變構抑制劑 低活性低活性 無活性無活性變構激活劑變構激活劑高活性高活性C R C變構調節(jié)變構調節(jié) 三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 變構酶含多個亞基的

42、四級結構的蛋白質（一般為四聚變構酶含多個亞基的四級結構的蛋白質（一般為四聚體），亞基的結構和功能可以相同，也可以不同體），亞基的結構和功能可以相同，也可以不同變構酶分子中含有兩個中心，即催化中心和調節(jié)中心，變構酶分子中含有兩個中心，即催化中心和調節(jié)中心，它們在空間上是分開的，可以在不同的亞基上，也可以它們在空間上是分開的，可以在不同的亞基上，也可以在同一亞基的不同部位上在同一亞基的不同部位上每個變構酶的分子可以結合一個或多個配體（底物或效每個變構酶的分子可以結合一個或多個配體（底物或效應物）理論上結合底物的最大數(shù)目與催化中心的數(shù)目相應物）理論上結合底物的最大數(shù)目與催化中心的數(shù)目相等。結合效應物

43、的最大數(shù)目應與調節(jié)中心的數(shù)目相等等。結合效應物的最大數(shù)目應與調節(jié)中心的數(shù)目相等配體和酶蛋白的不同部位（或亞基）結合時，可在底配體和酶蛋白的不同部位（或亞基）結合時，可在底物物底物，效應物底物，效應物底物和效應物底物和效應物效應物之間效應物之間發(fā)生協(xié)同反應，此效應可以是促進（正協(xié)同）或阻抑的發(fā)生協(xié)同反應，此效應可以是促進（正協(xié)同）或阻抑的（負協(xié)同）（負協(xié)同）變構酶結構和特性變構酶結構和特性三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 一個效應物分子與變構酶的變構中心結合后對第二個分一個效應物分子與變構酶的變構中心結合后對第二個分子結合的影響稱為子結合的影響稱為協(xié)同效應協(xié)同效應有些變構酶與調節(jié)物結合后

44、，本身的構象發(fā)生改變，這有些變構酶與調節(jié)物結合后，本身的構象發(fā)生改變，這種新的構象有利于后續(xù)的底物分子或調節(jié)物的結合，這種新的構象有利于后續(xù)的底物分子或調節(jié)物的結合，這些變構酶稱為具些變構酶稱為具正協(xié)同效應正協(xié)同效應的變構酶的變構酶這種變構酶的這種變構酶的V-S曲線為曲線為S型而不是簡單的雙曲線。酶型而不是簡單的雙曲線。酶具有具有S型曲線的動力學性質，對于較小底物濃度的變化，型曲線的動力學性質，對于較小底物濃度的變化，酶反應速度可作出靈敏應答酶反應速度可作出靈敏應答當?shù)孜餄舛裙潭〞r，變構抑制劑濃度與酶反應速度之間當?shù)孜餄舛裙潭〞r，變構抑制劑濃度與酶反應速度之間的關系也呈的關系也呈S形曲線，這是

45、變構蛋白的基本性質形曲線，這是變構蛋白的基本性質變構酶結構和特性變構酶結構和特性三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 變構酶的變構酶的S形動力學曲線意味著存在底物及效應物對反形動力學曲線意味著存在底物及效應物對反應速度發(fā)生影響的閾值。它表示當?shù)孜锘蛐镞_到一應速度發(fā)生影響的閾值。它表示當?shù)孜锘蛐镞_到一定水平之前，酶反應非常遲緩或不呈現(xiàn)效應物效果，但定水平之前，酶反應非常遲緩或不呈現(xiàn)效應物效果，但當超過該水平時，或反應急速轉快（底物），或呈現(xiàn)由當超過該水平時，或反應急速轉快（底物），或呈現(xiàn)由效應物引起的變化，這在代謝控制上具有很大的生理意效應物引起的變化，這在代謝控制上具有很大的生理意

46、義，因為在生理條件下，底物濃度的變化一般較小義，因為在生理條件下，底物濃度的變化一般較小變構酶結構和特性變構酶結構和特性三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 有些變構酶與一分子底物或調節(jié)物結合后，構象發(fā)生改有些變構酶與一分子底物或調節(jié)物結合后，構象發(fā)生改變，這種新的構象不利于后續(xù)底物分子或調節(jié)物結合。變，這種新的構象不利于后續(xù)底物分子或調節(jié)物結合。這些變構酶稱為具這些變構酶稱為具負協(xié)同效應負協(xié)同效應的變構酶，即酶的反應速的變構酶，即酶的反應速度對外界環(huán)境中底物濃度的變化不敏感度對外界環(huán)境中底物濃度的變化不敏感這對于那些和多條代謝途徑有聯(lián)系的酶促反應來說，保這對于那些和多條代謝途徑有聯(lián)系的酶

47、促反應來說，保證其恒定地、正常地工作是十分重要的，因為它不會受證其恒定地、正常地工作是十分重要的，因為它不會受到其它反應的快慢而明顯地變化到其它反應的快慢而明顯地變化如磷酸甘油醛脫氫酶，它需要如磷酸甘油醛脫氫酶，它需要 NAD+，而，而NAD+和許多和許多脫氫酶的反應有關；細胞中脫氫酶的反應有關；細胞中NAD+的濃度?？赡馨l(fā)生較的濃度?？赡馨l(fā)生較大的變化，而磷酸甘油醛脫氫酶卻始終可以不受大的干大的變化，而磷酸甘油醛脫氫酶卻始終可以不受大的干擾而保持較穩(wěn)定水平擾而保持較穩(wěn)定水平變構酶結構和特性變構酶結構和特性三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 多數(shù)變構酶是具有正協(xié)同效應和負協(xié)同效應的變構酶

48、，多數(shù)變構酶是具有正協(xié)同效應和負協(xié)同效應的變構酶，它們既受底物分子的調節(jié)，又受底物以外的其它小分子它們既受底物分子的調節(jié)，又受底物以外的其它小分子（如終產(chǎn)物）的調節(jié)（如終產(chǎn)物）的調節(jié)變構酶結構和特性變構酶結構和特性變構酶多處于合成代謝途徑上，大多數(shù)發(fā)生在氨基酸和變構酶多處于合成代謝途徑上，大多數(shù)發(fā)生在氨基酸和核苷酸生物合成途徑上，而且一般在代謝途徑的第一步核苷酸生物合成途徑上，而且一般在代謝途徑的第一步或處于代謝途徑的分支點上，多受最終產(chǎn)物的反饋抑制；或處于代謝途徑的分支點上，多受最終產(chǎn)物的反饋抑制；但其只有在終產(chǎn)物過量的條件下，才受到抑制（閾值以但其只有在終產(chǎn)物過量的條件下，才受到抑制（閾值

49、以上），并能為其第一步反應底物所激活；當顯著提高底上），并能為其第一步反應底物所激活；當顯著提高底物濃度時，看不到抑制作用；終產(chǎn)物在結構上與底物無物濃度時，看不到抑制作用；終產(chǎn)物在結構上與底物無相似性相似性中間產(chǎn)物不影響調節(jié)酶的活性中間產(chǎn)物不影響調節(jié)酶的活性變構酶后面酶的活性對最終產(chǎn)物是不敏感的變構酶后面酶的活性對最終產(chǎn)物是不敏感的通過通過變構酶與負效應物非共價結合而引起的變構作用，變構酶與負效應物非共價結合而引起的變構作用，對酶活性的控制是一種對酶活性的控制是一種快速、敏感和高效的細調方式快速、敏感和高效的細調方式三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 變構調節(jié)的意義變構調節(jié)的意義脫敏作用

50、脫敏作用：變構酶經(jīng)特定處理后，可以不喪失酶活性而變構酶經(jīng)特定處理后，可以不喪失酶活性而失去對變構效應物的敏感性，人們將變構酶經(jīng)特定處理失去對變構效應物的敏感性，人們將變構酶經(jīng)特定處理后不喪失酶活性而失去對變構效應物的敏感性的現(xiàn)象后不喪失酶活性而失去對變構效應物的敏感性的現(xiàn)象可以通過各種方法使變構酶脫敏可以通過各種方法使變構酶脫敏利用汞鹽、對氯汞苯甲酸（利用汞鹽、對氯汞苯甲酸（PCMB）處理）處理05低溫處理低溫處理諸如冷水、尿素或蛋白酶處理等諸如冷水、尿素或蛋白酶處理等為變構酶編碼的結構基因發(fā)生突變亦可引起脫敏作用，為變構酶編碼的結構基因發(fā)生突變亦可引起脫敏作用，如抗類似物突變株中多發(fā)生這種變

51、化如抗類似物突變株中多發(fā)生這種變化脫敏作用現(xiàn)象表明了變構中心的獨立性脫敏作用現(xiàn)象表明了變構中心的獨立性三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 脫敏作用脫敏作用三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 共價修飾調節(jié)共價修飾調節(jié)共價修飾共價修飾是酶蛋白質分子中的一個或多個氨基酸殘基與是酶蛋白質分子中的一個或多個氨基酸殘基與一化學基團共價連接或解離，使其活性改變（導致調節(jié)一化學基團共價連接或解離，使其活性改變（導致調節(jié)酶活化或抑制）以控制代謝的速度和方向，這是一種快酶活化或抑制）以控制代謝的速度和方向，這是一種快速、靈敏、高效的細調方式。從酶蛋白質中除去或加入速、靈敏、高效的細調方式。從酶蛋白質中

52、除去或加入小化學基因可以是磷酸基、甲基、乙基、腺苷酰基小化學基因可以是磷酸基、甲基、乙基、腺苷酰基蛋白質共價結合部位，一般為絲氨酸殘基的蛋白質共價結合部位，一般為絲氨酸殘基的-CH2OH，由共價修飾引起酶活性改變的酶叫由共價修飾引起酶活性改變的酶叫共價調節(jié)酶共價調節(jié)酶。共價修。共價修飾作用可分為飾作用可分為可逆可逆的和的和不可逆不可逆的的三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 可逆共價修飾可逆共價修飾細胞中有些酶存在細胞中有些酶存在活性活性和和非活性非活性兩狀態(tài)，兩者可以通過兩狀態(tài)，兩者可以通過另一種酶催化作共價修飾（共價調節(jié)酶）互相轉換另一種酶催化作共價修飾（共價調節(jié)酶）互相轉換這些酶它們

53、由于小化學基團（磷酸基、甲基、乙基、腺這些酶它們由于小化學基團（磷酸基、甲基、乙基、腺苷?；龋ζ涿傅鞍踪|結構進行共價修飾，使其結構苷?；龋ζ涿傅鞍踪|結構進行共價修飾，使其結構在活性在活性非活性轉變。已知有多種類型的可逆共價修非活性轉變。已知有多種類型的可逆共價修飾蛋白（酶）：飾蛋白（酶）：磷酸化磷酸化/去磷酸化去磷酸化 乙酰化乙?；?去乙酰化去乙?；?腺苷酰化腺苷?；?去腺苷酰化去腺苷?；蜍挣；蜍挣；?去尿苷?；ツ蜍挣；谆谆?去甲基化去甲基化 S-S/SH 相互轉換相互轉換EOH EO-PO3 ATP ADP 蛋白激酶蛋白激酶H2O 蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶 Pi EE三、酶

54、活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 可逆共價修飾可逆共價修飾 酶類 低活性狀態(tài) 高活性狀態(tài) 生物功能 來源糖原合成酶（去磷酸化）酶（磷酸化）酶 糖原代謝真核細胞糖原磷酸化酶（磷酸化）酶（去磷酸化）酶真核細胞磷酸化酶 激酶（磷酸化）酶（去磷酸化）酶哺乳動物丙酮酸脫氫酶（去磷酸化）酶（磷酸化）酶真核細胞乙酰COr羧化酶（乙?；ㄒ阴；┟钢舅岬暮铣烧婧思毎劝滨０泛铣擅福ㄏ佘挣；┟福ㄈハ佘挣；┟腹劝彼嵩谠S多合成反應中起N的給體作用原核細胞黃嘌呤氧化酶（SH化）酶（SS化）酶哺乳動物磷酸化磷酸化去磷酸化去磷酸化三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 可逆共價修飾可逆共價修飾寡聚酶的解聚和聚

55、合寡聚酶的解聚和聚合是一種特殊的可逆共價修飾調節(jié)是一種特殊的可逆共價修飾調節(jié)大多數(shù)寡聚酶隨著酶的聚合、解聚，酶的活性也往往發(fā)大多數(shù)寡聚酶隨著酶的聚合、解聚，酶的活性也往往發(fā)生改變，如乙酰輔酶生改變，如乙酰輔酶A羧化酶由四個亞基組成，是脂肪酸羧化酶由四個亞基組成，是脂肪酸合成途徑中的第一個酶，它催化乙酰輔酶合成途徑中的第一個酶，它催化乙酰輔酶A羧化為丙二酰羧化為丙二酰輔酶輔酶 A；該酶可被檸檬酸激活，但被軟脂酰輔酶；該酶可被檸檬酸激活，但被軟脂酰輔酶A抑制抑制三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 可逆共價修飾可逆共價修飾可逆共價修飾意義可逆共價修飾意義因酶構型的轉換是由酶催化的，故可在很短時

56、間內經(jīng)信因酶構型的轉換是由酶催化的，故可在很短時間內經(jīng)信號啟動，觸發(fā)生成大量有活性的酶（或改變酶的活性）號啟動，觸發(fā)生成大量有活性的酶（或改變酶的活性）有效控制細胞的生理代謝有效控制細胞的生理代謝這種修飾作用可更容易控制酶的活性的響應代謝環(huán)境的這種修飾作用可更容易控制酶的活性的響應代謝環(huán)境的變化，這系統(tǒng)有能隨時響應的特性，經(jīng)常處于活化與鈍變化，這系統(tǒng)有能隨時響應的特性，經(jīng)常處于活化與鈍化狀態(tài)之間的來回變換化狀態(tài)之間的來回變換三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 不可逆共價修飾不可逆共價修飾酶活性調節(jié)的另一種方式是通過專一性蛋白酶的水解作酶活性調節(jié)的另一種方式是通過專一性蛋白酶的水解作用來實

57、現(xiàn)的用來實現(xiàn)的，如消化系統(tǒng)中的各種蛋白酶，以無活性的如消化系統(tǒng)中的各種蛋白酶，以無活性的前體形式合成和分泌，然后輸送到特定的部位，當功能前體形式合成和分泌，然后輸送到特定的部位，當功能需要時，經(jīng)特異性蛋白酶的作用轉變?yōu)橛谢钚缘拿付行枰獣r，經(jīng)特異性蛋白酶的作用轉變?yōu)橛谢钚缘拿付惺蛊涔δ堋４送?，還有執(zhí)行防御功能的酶原使其功能。此外，還有執(zhí)行防御功能的酶原不具催化活性的酶的前體稱為不具催化活性的酶的前體稱為酶原酶原，某種物質作用于酶，某種物質作用于酶原使之轉變成有活性的酶的過程稱為原使之轉變成有活性的酶的過程稱為酶原激活酶原激活酶原被激活的機制與上述變構酶調節(jié)、共價修飾調節(jié)不酶原被激活的機制與上

58、述變構酶調節(jié)、共價修飾調節(jié)不同，這種激活機制不需要能量供應；同時這種激活作用同，這種激活機制不需要能量供應；同時這種激活作用在酶的在酶的“一生一生”中只能進行一次中只能進行一次三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 不可逆共價修飾不可逆共價修飾胰凝乳蛋白酶原激活胰凝乳蛋白酶原激活三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的調節(jié)機制 共價調節(jié)酶的特點共價調節(jié)酶的特點作用方式：作用方式：酶都具有兩種形式即無活性（低活性）和有酶都具有兩種形式即無活性（低活性）和有活性（高活性）活性（高活性）作用本質：作用本質：與別構調節(jié)不同，是酶分子共價鍵發(fā)生了改與別構調節(jié)不同，是酶分子共價鍵發(fā)生了改變，即酶的一級結構發(fā)生改

59、變，而別構酶中酶分子只發(fā)變，即酶的一級結構發(fā)生改變，而別構酶中酶分子只發(fā)生非共價鍵的改變，即構象的改變生非共價鍵的改變，即構象的改變作用能耗：作用能耗：所需酶分子比生物合成酶要少，在酶分子發(fā)所需酶分子比生物合成酶要少，在酶分子發(fā)生磷酸化等修飾作用反應中，一般每個亞基只消耗一個生磷酸化等修飾作用反應中，一般每個亞基只消耗一個分子分子ATP，比一亞基生物合成所需的，比一亞基生物合成所需的ATP少很多少很多作用效率：作用效率：共價調節(jié)酶的調節(jié)信號具有共價調節(jié)酶的調節(jié)信號具有級聯(lián)式的級聯(lián)式的放大效放大效應，其催化效率比別構酶調節(jié)要高很多應，其催化效率比別構酶調節(jié)要高很多三、酶活性的調節(jié)機制三、酶活性的

60、調節(jié)機制 共價調節(jié)酶的特點共價調節(jié)酶的特點化學修飾的級聯(lián)式的調節(jié)化學修飾的級聯(lián)式的調節(jié)能荷能荷是一個表示細胞能量狀態(tài)的參數(shù)，是細胞中所含腺是一個表示細胞能量狀態(tài)的參數(shù)，是細胞中所含腺苷酸中含有相當于苷酸中含有相當于ATP的數(shù)量百分比，其表示式為：的數(shù)量百分比，其表示式為： 能荷（能荷（EC）=（ATP+0.5ADP）/（ATP+ADP+AMP）100%當細胞中腺苷酸全部是當細胞中腺苷酸全部是ATP，能荷為，能荷為1當細胞中腺苷酸全部是當細胞中腺苷酸全部是ADP，能荷為，能荷為0.5當細胞中腺苷酸全部是當細胞中腺苷酸全部是AMP，能荷為，能荷為0當細胞或線粒體中三種核苷酸同時并存時，能荷大小隨當