生化工程微生物代謝調(diào)節(jié)

3微生物代謝調(diào)節(jié)本章內(nèi)容：第一節(jié)基本代謝的調(diào)節(jié)第二節(jié)

次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)第三節(jié)

代謝工程第一節(jié)基本代謝的調(diào)節(jié)新陳代謝：發(fā)生在活細(xì)胞中的各種分解代謝（catabolism）和合成代謝（anabolism）的總和。 新陳代謝=分解代謝+合成代謝分解代謝：指復(fù)雜的有機(jī)物分子通過分解代謝酶系的催化，產(chǎn)生簡單分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和還原力的作用。合成代謝：指在合成代謝酶系的催化下，由簡單小分子、ATP形式的能量和還原力一起合成復(fù)雜的大分子的過程。代謝概論復(fù)雜分子（有機(jī)物）分解代謝合成代謝簡單小分子ATP[H]C.glutamicum

合成生物絮凝劑的代謝網(wǎng)絡(luò)代謝控制機(jī)制酶活性的調(diào)節(jié)

---活化或鈍化酶合成的調(diào)節(jié)

---誘導(dǎo)或阻遏遺傳控制酶合成水平的調(diào)節(jié)一般比酶活的調(diào)節(jié)更為經(jīng)濟(jì)。調(diào)節(jié)步驟主要存在于轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯的啟動(dòng)部位，在多步驟生物合成或分解代謝途徑中其關(guān)鍵部位酶活的快速調(diào)節(jié)主要靠變構(gòu)控制機(jī)制。共價(jià)修飾變構(gòu)效應(yīng)締合與解離競爭性抑制酶活性的調(diào)節(jié)方式共價(jià)修飾

可逆修飾不可逆修飾可逆共價(jià)修飾細(xì)胞中有些酶存在活性和非活性兩種狀態(tài)，兩者可以通過另一種酶的催化作共價(jià)修飾而互相轉(zhuǎn)換。酶的可逆共價(jià)修飾作用的意義因酶構(gòu)型的轉(zhuǎn)換是由酶催化的，故可在很短的時(shí)間內(nèi)經(jīng)信號(hào)啟動(dòng)，觸發(fā)生成大量有活性的酶，有效控制細(xì)胞生理代謝這種修飾作用可更易控制酶的活性以響應(yīng)代謝環(huán)境的變化。（隨時(shí)響應(yīng)）

不可逆共價(jià)修飾酶原激活——無活性的酶原被相應(yīng)的蛋白酶作用，切去一小段肽鏈而被激活。胰蛋白酶原的活化靠從N－端除去一個(gè)己肽。胰蛋白酶原活化是信號(hào)放大的一個(gè)典型例子。一旦胰酶完成了其使命后，便被降解而不能再恢復(fù)為酶原——這種酶活性的關(guān)閉作用是極其重要的。變構(gòu)控制變構(gòu)效應(yīng)：別構(gòu)/副位效應(yīng)，一種小分子物質(zhì)與一種蛋白質(zhì)分子發(fā)生可逆的相互作用，導(dǎo)致這種蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變這種蛋白質(zhì)與第三種分子的相互作用。變構(gòu)酶：具有變構(gòu)作用的酶。協(xié)同作用協(xié)同作用：酶蛋白分子的一個(gè)位點(diǎn)與配基的結(jié)合會(huì)影響同一分子的另一位點(diǎn)與基質(zhì)的結(jié)合。正協(xié)同作用：若起始的配基結(jié)合促進(jìn)分子的另一位置的更多的基質(zhì)的結(jié)合，便認(rèn)定這種蛋白質(zhì)具有正向協(xié)同作用。負(fù)協(xié)同作用：若這種結(jié)合使進(jìn)一步結(jié)合受阻。代謝途徑的支點(diǎn)和代謝可逆步驟中常發(fā)現(xiàn)變構(gòu)控制酶。其它調(diào)節(jié)方式締合與解離——

蛋白質(zhì)活化與鈍化是通過組成它的亞單位的締合與解離實(shí)現(xiàn)的。競爭性抑制——

一些蛋白質(zhì)的生物活性受代謝物的競爭性抑制。需要氧化性NAD＋的反應(yīng)可能被還原性NADH的競爭性抑制；需ATP的反應(yīng)可能受ADP或AMP的競爭性抑制；一些酶常受其反應(yīng)過程產(chǎn)物的競爭性抑制。酶合成的調(diào)節(jié)方式酶的誘導(dǎo)分解代謝物阻遏終產(chǎn)物的調(diào)節(jié)（反饋調(diào)節(jié)）協(xié)調(diào)控制誘導(dǎo)作用組成酶：酶的合成速率受基質(zhì)濃度變化的影響很小。無需誘導(dǎo)自動(dòng)合成。誘導(dǎo)酶：只有誘導(dǎo)物存在時(shí)才被合成。誘導(dǎo)物可以是基質(zhì)，也可以是基質(zhì)的衍生物，甚至是產(chǎn)物。酶基質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似物常是很好的誘導(dǎo)物，但不作為基質(zhì)被酶轉(zhuǎn)化（安慰誘導(dǎo)物）。意義：保證能量與氨基酸不浪費(fèi)。誘導(dǎo)作用分子水平的機(jī)制Jacob-Monod模型（操縱子假說）假說認(rèn)為：

（1）編碼一系列功能相關(guān)的酶的基因在染色體中緊密排列在一起（2）它們的表達(dá)與關(guān)閉是通過同一控制位點(diǎn)協(xié)同進(jìn)行的。分解代謝物阻遏能快速利用的基質(zhì)，其分解代謝物會(huì)阻遏另一種異化較難利用基質(zhì)的酶的合成。早期稱為葡萄糖效應(yīng)！分解代謝物效應(yīng)許多工業(yè)生成的酶都受這類調(diào)控。如何克服分解代謝物阻遏？？培養(yǎng)基中不使用阻遏性碳源篩選耐分解代謝物阻遏突變株采用過程補(bǔ)糖的方法限制生產(chǎn)菌的糖耗速率篩選原理:

以一種受分解代謝物阻遏的基質(zhì)作為唯一的氮源，用含有這種氮源的培養(yǎng)基的瓊脂平板培養(yǎng)篩選經(jīng)誘變的菌株。例如：

鼠傷寒桿菌突變株，在葡萄糖-脯氨酸瓊脂平板上篩選耐分解代謝物阻遏的脯氨酸氧化酶生成菌株；耐分解代謝物阻遏突變株的獲得終產(chǎn)物的調(diào)節(jié)（反饋調(diào)節(jié)）氨基酸、嘌呤和嘧啶核苷酸生物合成的控制總是以反饋調(diào)節(jié)方式進(jìn)行。生理意義：避免物流的浪費(fèi)及不需要的酶的合成。反饋調(diào)節(jié)的類型：反饋抑制與反饋?zhàn)瓒舴答佌{(diào)節(jié)反饋?zhàn)瓒簦和ㄟ^阻遏蛋白對操縱子的控制抑制酶基因轉(zhuǎn)錄。反饋抑制：終點(diǎn)產(chǎn)物對該途徑的酶的活性調(diào)節(jié)，所引起的抑制作用。反饋?zhàn)瓒舻姆肿幼饔脵C(jī)制反饋抑制如何實(shí)現(xiàn)的？？反饋?zhàn)瓒裟?？兩種機(jī)制都起著調(diào)節(jié)代謝途徑末端產(chǎn)物的生產(chǎn)速率的作用，以適應(yīng)細(xì)胞中大分子合成對前體的需求。兩種作用相輔相成，其聯(lián)合作用可使細(xì)胞生物合成途徑達(dá)到高效調(diào)節(jié)。反饋?zhàn)瓒羰寝D(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)，產(chǎn)生效應(yīng)慢，反饋抑制是酶活性水平調(diào)節(jié)，產(chǎn)生效應(yīng)快。此外，前者的作用往往會(huì)影響催化一系反應(yīng)的多個(gè)酶，而后者往往只對是一系列反應(yīng)中的第一個(gè)酶起作用。反饋抑制與阻遏的異同反饋調(diào)節(jié)作用的消除？策略：限制末端產(chǎn)物積累（篩選營養(yǎng)缺陷型）。

代謝途徑中酶的誘導(dǎo)和阻遏常常是平行的。

例如：負(fù)責(zé)乳糖分解代謝的酶在合成速率方面顯示出協(xié)同控制作用，即其合成速率在所有生長條件下均以恒定的比例進(jìn)行。當(dāng)β-半乳糖苷酶被誘導(dǎo)時(shí)，其他兩種Pr，半乳糖苷透酶和β-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙基酶也同時(shí)被誘導(dǎo)出來。前者負(fù)責(zé)乳糖和其他有關(guān)物質(zhì)，如硫-β-D半乳糖苷運(yùn)輸?shù)郊?xì)胞內(nèi)，后者生理作用不明。

微生物的協(xié)調(diào)控制精氨酸生物合成途徑——部分顯示協(xié)同控制作用將細(xì)胞從含有精氨酸的培養(yǎng)基移種到缺少它的培養(yǎng)基中,鳥氨酸氨甲酰轉(zhuǎn)移酶去阻遏達(dá)