微生物的代謝調(diào)控與發(fā)酵生產(chǎn)

微生物的代謝調(diào)控與發(fā)酵消費本節(jié)提要：微生物代謝過程中的自我調(diào)理酶活性的調(diào)理酶合成的調(diào)理代謝調(diào)控實際的運用微生物代謝過程中的自我調(diào)理☆微生物代謝調(diào)理系統(tǒng)的特點：準確、可塑性強，細胞程度的代謝調(diào)理才干超越高等生物。成因：細胞體積小，所處環(huán)境多變。舉例：大腸桿菌細胞中存在2500種蛋白質(zhì)，其中上千種是催化正常新陳代謝的酶。每個細菌細胞的體積只能包容10萬個蛋白質(zhì)分子，所以每種酶平均分配不到100個分子。如何處理合成與運用效率的經(jīng)濟關系？處理方式：組成酶〔constitutiveenzyme〕經(jīng)常以高濃度存在，其它酶都是誘導酶〔inducibleenzyme〕，在底物或其類似物存在時才合成，誘導酶的總量占細胞總蛋白含量的10%。☆微生物自我調(diào)理代謝的方式1.控制營養(yǎng)物質(zhì)透過細胞膜進入細胞2.經(jīng)過酶的定位控制酶與底物的接觸3.控制代謝物流向: 1.控制營養(yǎng)物質(zhì)透過細胞膜進入細胞如：只需當速效碳源或氮源耗盡時，微生物才合成遲效碳源或氮源的運輸系統(tǒng)與分解該物質(zhì)的酶系統(tǒng)。2.經(jīng)過酶的定位控制酶與底物的接觸1〕真核微生物酶定位在相應細胞器上；細胞器各

自行使某種特異的功能；2〕原核微生物在細胞內(nèi)劃分區(qū)域集中某類酶行使

功能：與呼吸產(chǎn)能代謝有關的酶位于膜上；蛋白質(zhì)合成酶和移位酶位于核糖體上；同核苷酸吸收有關的酶在G-菌的周質(zhì)區(qū)。3.控制代謝物流向：(經(jīng)過酶促反響速度來調(diào)理)1)可逆反響途徑由同種酶催化，可由不同輔基或輔酶控制代謝物流向：如:兩種Glu脫氫酶：以NADP為輔基Glu合成以NAD為輔基Glu分解2)經(jīng)過調(diào)理酶的活性或酶的合成量。關鍵酶:某一代謝途徑中的第一個酶或分支點后的第一個酶。①粗調(diào)：調(diào)理酶的合成量 ②細調(diào)：調(diào)理現(xiàn)有酶分子的活性3)經(jīng)過調(diào)理產(chǎn)能代謝速率。☆PossiblepointsforRegulationofVariousMetabolicControlMechanisms一、酶活性的調(diào)理經(jīng)過改動現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)理新陳代謝的速率的方式。是酶分子程度上的調(diào)理，屬于精細的調(diào)理?！惨弧痴{(diào)理方式：包括兩個方面：1、酶活性的激活：在代謝途徑中后面的反響可被較前面的反響產(chǎn)物所促進的景象；常見于分解代謝途徑。如：粗糙脈孢霉的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進2、酶活性的抑制：包括：競爭性抑制和反響抑制。概念：反響：指反響鏈中某些中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物對該途徑關鍵酶活性的影響。凡使反響速度加快的稱正反響；凡使反響速度減慢的稱負反響〔反響抑制〕；反響抑制——主要表如今某代謝途徑的末端產(chǎn)物過量時可反過來直接抑制該途徑中第一個酶的活性。主要表如今氨基酸、核苷酸合成途徑中。特點：作用直接、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時又可解除FeedbackInhibitionFigure3.Figure4.1.直線式代謝途徑中的反響抑制： 蘇氨酸脫氨酶蘇氨酸 α-酮丁酸 異亮氨酸 反響抑制 其它實例：谷氨酸棒桿菌的精氨酸合成2.分支代謝途徑中的反響抑制：在分支代謝途徑中，反響抑制的情況較為復雜，為了防止在一個分支上的產(chǎn)物過多時不致同時影響另一分支上產(chǎn)物的供應，微生物開展出多種調(diào)理方式。主要有：同功酶的調(diào)理，順序反響，協(xié)同反響，積累反響調(diào)理等。〔二〕反響抑制的類型〔1〕同功酶調(diào)理——isoenzyme定義：催化一樣的生化反響，而酶分子構造有差別的一組酶。意義：在一個分支代謝途徑中，假設在分支點以前的一個較早的反響是由幾個同功酶催化時，那么分支代謝的幾個最終產(chǎn)物往往分別對這幾個同功酶發(fā)生抑制造用。———某一產(chǎn)物過量僅抑制相應酶活，對其他產(chǎn)物沒影響。舉例：大腸桿菌的天冬氨酸族氨基酸合成的調(diào)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二氫吡啶二羧酸 同型絲氨酸 同型絲氨酸磷酸 E,R R O-琥珀酰同型絲氨酸 蘇氨酸 E,R六氫吡啶二羧酸 胱硫醚 2-酮丁酸 R 二氨基庚二酸 同型半胱氨酸 R賴氨酸 甲硫氨酸 異亮氨酸〔2〕協(xié)同反響抑制——concertedfeedbackinhibition定義：分支代謝途徑中幾個末端產(chǎn)物同時過量時才干抑制共同途徑中的第一個酶的一種反響調(diào)理方式。舉例：谷氨酸棒桿菌〔Corynebacteriumglutamicum〕 多粘芽孢桿菌〔Bacilluspolymyxa〕 天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反響抑制和阻遏。 天冬氨酸 E,R

4-磷酸天冬氨酸 E 天冬氨酸半醛 E,R E二氫吡啶二羧酸 同型絲氨酸 同型絲氨酸磷酸 E,R R O-琥珀酰同型絲氨酸 蘇氨酸 E,R六氫吡啶二羧酸 胱硫醚 2-酮丁酸 R 二氨基庚二酸 同型半胱氨酸 R賴氨酸 甲硫氨酸 異亮氨酸天冬氨酸族

〔谷氨酸棒桿菌〕〔3〕協(xié)作反響抑制——cooperativefeedbackinhibition定義：兩種末端產(chǎn)物同時存在時，共同的反響抑制造用大于二者單獨作用之和。舉例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP〔和IMP〕的協(xié)作反響抑制，二者共同存在時，可以完全抑制該酶的活性。而二者單獨過量時，分別抑制其活性的70%和10%?！?〕積累反響抑制——cumulativefeedbackinhibition定義：每一分支途徑末端產(chǎn)物按一定百分比單獨抑制共同途徑中前面的酶，所以當幾種末端產(chǎn)物共同存在時它們的抑制造用是積累的，各末端產(chǎn)物之間既無協(xié)同效應，亦無拮抗作用。Try16%CTP14%氨甲酰磷酸13%AMP41%……積累反響抑制——E.coli谷氨酰胺合成酶的調(diào)理〔5〕順序反響抑制——sequentialfeedbackinhibition一種終產(chǎn)物的積累,導致前一中間產(chǎn)物的積累，經(jīng)過后者反響抑制合成途徑關鍵酶的活性，使合成終止。舉例：枯草芽孢桿菌芳香族氨基酸合成的調(diào)理〔6〕平衡合成在黃色短桿菌〔Brevibacteriumflavus〕中天冬氨酸的合成 PEP Py 草酰乙酸 乙酰CoA Asp 檸檬酸 ATP CO2〔7〕代謝互鎖外表完全不相關的兩條途徑之間的調(diào)理。這種作用普通在高濃度下才顯示，且為部分抑制。Asp Asp-p Asa DAP Lys，二氫吡啶二 羧酸合成酶 Hse Thr IlePy 異丙基 Leu 蘋果酸在分支合成途徑中，分支點后的兩種酶競爭同一種底物，如AMP與GMP，Thr與Lys、Met，由于兩種酶對底物的Km值〔即對底物的親和力〕