微生物自身代谢调节和相应的代谢调控
- 格式：wps
- 大小：54.00 KB
- 文档页数：6
下载文档原格式
合集下载
第五章 微生物工程的代谢调节和代谢工程
二、酶活性的调节
代谢调节是指在代谢途径水平上酶活性 和酶合成的调节。 酶活性调节： 激活剂→酶激活作用； 抑制剂→酶抑制作用； 可以是外源物，也可是自身代谢物。
1、酶激活作用与抑制作用
微生物代谢中，普遍存在酶既有激活作 用又有抑制作用的现象。 如：天门冬氨酸转氨甲酰酶受ATP激活， 受CTP抑制（终产物）。 大肠杆菌糖代谢过程中，许多酶都有 激活剂和抑制剂（表5-1）。共同控制糖 代谢。
酶的共价修饰。
生产目的：高浓度地积累人们所期望的产物。 办法：①育种，得到根本改变代谢的基因突变株；
②控制微生物培养条件，影响其代谢过程。 代谢工程：利用基因工程技术，扩展和构建、连接，形 成新的代谢流。（也称途径工程）
一、微生物的代谢类型和自我调节
1.代谢类型：分解代谢和合成代谢。 相互关联，相互制约。 细胞优先合成异化可维持更快生长的化合物 的酶。利用完后，再合成下一个酶。 2.微生物自我调节部位： ①细胞膜的屏障作用（多数亲水分子）和通道； ②控制通量，调节酶量和改变酶分子活性； ③限制基质的有形接近，可存在于不同细胞 器各个代谢库中，其酶量差别大。
价连接物（腺苷酰基）。
五、能荷调节
细胞的能荷计算式：
[ATP]+1/2[ADP] 能荷=—————————— [ATP]+ [ADP]+[AMP]
能荷高时，ATP的酶合成系统受抑制， ATP消耗酶系统被活化。 呈抑制与活化的中间状态的能荷大约是 0.85，此时两种酶系统达到平衡。
六、代谢调控
根据代谢调节理论,通过改变发酵工艺条 件(温度、PH、风量、培养基组成)和菌 种遗传特性，达到改变菌体内的代谢平 衡，过量产生所需产物的目的。 1.发酵条件的控制 2.改变细胞透性 3.菌种遗传特性的改变
03微生物代谢调节和代谢工程新-精品文档
产中，如果发酵的条件不同，可能生成的主要 产物也不同。
控制不同的发酵条件，影响微生物的代谢调节系统， 使其体内代谢按人们设想的方向进行。
1. 以谷氨酸生产工艺为例 —各种发酵条件改变的影响
工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质 而制取。 1957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并投 入大规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业 的重大创举，使发酵工业进入调节代谢的调控阶 段。
产生菌株特点： 革兰氏阳性 不形成芽胞 没有鞭毛，不能运动 需要生物素作为生长因子 在通气条件下才能产生谷氨酸。
谷氨酸生物合成机理：
由三羧酸循环中产生的α-酮戊二酸，在谷氨酸 脱氢酶和氢供体存在下进行还原性氨化作用而 得到。
Production Process of L-Glutamic acid
酶合成的诱导作用
组成酶：不依赖于酶底物或底物的结构类似 物的存在二合成的酶。 诱导酶：依赖于某种底物或底物的结构类似 物的存在而合成的酶。
酶合成的阻遏
酶合成的阻遏：在微生物代谢中，胞内某种产物的 积累造成该产物合成途径中前面某种酶的合成受到 阻碍。
末端产物阻遏：如果代谢产物是合成途径的终产物， 则为末端产物阻遏。
分支生物合成途径的调节
酶的共价修饰 大肠杆菌谷胺酰胺合成酶 由于共价修饰引起 活力的改变 有无腺苷酰基
中间产物 t U u V v W w 末端产物
反馈抑制
末端产物直线式抑制
a A cB
b
E D
同工酶调节
C
F
G
H
能荷代谢
能荷：细胞中ATP、ADP、AMP系统中可为 代谢反应功能的高能磷酸键的量度。 表示式：P64（35） 大肠杆菌的能荷在生长期间为0.8，静止期为 0.5。
控制不同的发酵条件，影响微生物的代谢调节系统， 使其体内代谢按人们设想的方向进行。
1. 以谷氨酸生产工艺为例 —各种发酵条件改变的影响
工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质 而制取。 1957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并投 入大规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业 的重大创举，使发酵工业进入调节代谢的调控阶 段。
产生菌株特点： 革兰氏阳性 不形成芽胞 没有鞭毛，不能运动 需要生物素作为生长因子 在通气条件下才能产生谷氨酸。
谷氨酸生物合成机理：
由三羧酸循环中产生的α-酮戊二酸，在谷氨酸 脱氢酶和氢供体存在下进行还原性氨化作用而 得到。
Production Process of L-Glutamic acid
酶合成的诱导作用
组成酶：不依赖于酶底物或底物的结构类似 物的存在二合成的酶。 诱导酶：依赖于某种底物或底物的结构类似 物的存在而合成的酶。
酶合成的阻遏
酶合成的阻遏：在微生物代谢中，胞内某种产物的 积累造成该产物合成途径中前面某种酶的合成受到 阻碍。
末端产物阻遏：如果代谢产物是合成途径的终产物， 则为末端产物阻遏。
分支生物合成途径的调节
酶的共价修饰 大肠杆菌谷胺酰胺合成酶 由于共价修饰引起 活力的改变 有无腺苷酰基
中间产物 t U u V v W w 末端产物
反馈抑制
末端产物直线式抑制
a A cB
b
E D
同工酶调节
C
F
G
H
能荷代谢
能荷：细胞中ATP、ADP、AMP系统中可为 代谢反应功能的高能磷酸键的量度。 表示式：P64（35） 大肠杆菌的能荷在生长期间为0.8，静止期为 0.5。
微生物工程--5--代谢调节和工程
微生物工程--5--代谢调节和工程∙代谢类型：分解代谢和合成代谢⌝代谢调节(regulation ofmetablism）是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用,即自我调节。
∙微生物代谢的控制是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。
∙代谢调节的方式∙ 1.细胞透性的调节：细胞质膜的透性直接影响物质的吸收和代谢产物的分泌，从而影响到细胞内代谢的变化。
⌝细胞质膜的透性的调节是微生物代谢调节的重要方式，由它控制着营养物质的吸收和产物分泌。
∙ 2.代谢途径区域化:原核微生物细胞结构虽然简单，但也划分出不同的区域，对于某一代谢途径有关的酶系则集中某一区域，以保证这一代谢途径的酶促反应顺利进行，避免了其他途径的干扰。
∙ 3.代谢流向的调控:微生物在不同条件下可以通过控制各代谢途径中某个酶促反应的速率来控制代谢物的流向，从而保持机体代谢的平衡。
它包括两种形式ϖ由一个关键酶控制的可逆反应由两种酶控制的逆单向反应∙ 4.代谢速度的调控：在不可逆反应中，微生物通过调节酶的活性和酶量来控制代谢物的流量。
⌝微生物在不同条件下能按照需要，通过激活或抑制原有酶的活性或通过诱导或阻遏酶的合成来自我调节其代谢速度，使之高度经济有效地利用能量和原料进行生长繁殖。
∙酶合成的调节：概念：⌝酶活性调节是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。
影响因素：底物和产物的性质和浓度，环境因子(如压力、p H、离子强度和辅助因子等) 调节方式：激活已有酶的活性，抑制已有酶的活性∙（一）激活：在激活剂的作用下，使原来无活性的酶变成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性的现象。
⌝代谢调节的激活作用：主要是指代谢物对酶的激活。
ϖ前（体）馈激活，指代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。
ϖ代谢中间产物的反馈激活，指代谢中间产物对该代谢途径的前面的酶起激活作用∙（二）抑制：由于某些物质的存在，降低酶活性的现象。
微生物代谢途径分析与调控机制研究
微生物代谢途径分析与调控机制研究微生物是一类非常重要的生物体，它们擅长利用各种有机物和无机物进行代谢，从而维持自身生命活动。
微生物代谢途径是微生物进行代谢的过程，研究微生物代谢途径及其调控机制对于人类健康、环保、农业等领域都有着重要意义。
一、微生物代谢途径分析微生物代谢途径包括碳水化合物代谢、脂肪代谢、氨基酸代谢、核苷酸代谢等多个方面。
其中，碳水化合物代谢是微生物代谢途径中最重要的组成部分之一。
1. 碳水化合物代谢碳水化合物代谢是微生物体内最常见的代谢途径之一。
微生物通过碳水化合物的分解和利用，可以产生能量、生长、繁殖等等。
其代谢途径主要包括糖酵解途径和柠檬酸循环。
糖酵解途径是指将简单的碳水化合物如葡萄糖或果糖代谢转化成乳酸、丙酮酸或乙醇等产物的过程。
柠檬酸循环是指将较复杂的碳水化合物如脂肪酸、氨基酸等代谢转化成能量和一些有用的化合物的过程。
2. 脂肪代谢微生物的脂肪代谢是指将脂肪酸作为能量来源进行代谢。
脂肪酸主要合成于微生物体内的细胞膜中，是脂质的主要来源。
脂肪酸的代谢包括氧化和还原过程。
微生物通过氧化和还原反应，可以产生大量的ATP，为自身的生长和繁殖提供能量。
3. 氨基酸代谢氨基酸是微生物体内最简单的含氮有机物，是蛋白质的组成部分。
微生物通过氨基酸代谢可以产生能量和一些有用的化合物，在氨基酸代谢途径中，谷氨酸和丝氨酸代谢是最为重要的两个方面。
4. 核苷酸代谢核苷酸是细胞体内一类重要的生物大分子。
微生物通过核苷酸代谢可以合成DNA和RNA等生物大分子，同时也可以提供能量和一些重要的原料。
核苷酸代谢途径包括核苷酸合成途径和核苷酸降解途径。
二、微生物代谢途径的调控机制研究微生物体内的代谢途径受到多种因素的影响，生长环境和表观遗传学因素是其中的重要影响因素之一。
生长环境中的物理、化学等因素是微生物代谢途径调控的主要因素之一。
例如，温度、血糖、pH等因素都会直接或间接地影响微生物代谢途径的运行。
近年来，随着表观遗传学理论的不断发展，人们对微生物代谢途径调控机制的理解也越来越深入。
微生物的代谢可以通过什么方式调节
微生物的代谢可以通过什么方式调节引言：微生物是一类微小的生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
微生物的代谢是指微生物体内化学过程的总和，包括营养物质的摄取、分解、合成和转化等。
微生物的代谢方式的调节对于微生物的生长、繁殖以及产生有用的代谢产物具有重要意义。
本文将介绍微生物代谢调节的几种方式。
概述：微生物的代谢调节可以通过包括基因表达调控、信号传导、环境响应、代谢产物反馈调控以及细胞内能量平衡等多种方式来实现。
这些调控方式可以使微生物根据外界环境的变化，调整代谢途径，以适应不同的生存条件。
正文：一、基因表达调控1. 转录调控：微生物的代谢调节最基本的方式是通过转录调控。
微生物通过启动子区域的结构特征和转录因子的结合来调控基因的转录，从而调节酶的合成。
例如，当微生物需要产生某种特定酶时，相关的转录因子被激活并与启动子结合，启动基因的转录。
2. 翻译调控：除了通过转录调控来调节基因的表达外，微生物还可以通过翻译调控来影响蛋白质的合成水平。
这可以通过调控转录后修饰、mRNA稳定性和翻译效率等途径实现。
二、信号传导1. 孤立态信号传导：微生物可以通过发送和接收特定的信号分子来进行细胞间的通信。
这些信号分子可以是激素、激活因子或抑制因子等，它们通过特定的信号传导通路传递信号，从而调节代谢途径的活性。
2. 确定信号：微生物还可以通过环境感知来进行代谢调节。
例如，当微生物感知到特定的环境因素，如温度、pH值、氧气浓度等发生变化时，它们可以通过转导途径来调整代谢途径以适应外界环境的改变。
三、环境响应1. 高温应激响应：高温是微生物生长和代谢的重要限制因素之一。
为了适应高温环境，微生物可以通过调节热休克蛋白表达、膜脂组分改变以及调节酶的热稳定性等途径来进行代谢调节。
2. 氧气响应：氧气是微生物代谢的重要底物和能量供应者。
微生物可以通过调节酶的氧气需求以及调整氧气通透性等途径来适应不同氧气浓度的环境。
四、代谢产物反馈调控1. 酶的反馈抑制：微生物的代谢途径中，常常存在着反馈抑制机制。
微生物的代谢途径和调控机制
微生物的代谢途径和调控机制微生物是一种非常常见而又重要的生物，它们在生态系统中有着重要的作用。
微生物的代谢途径和调控机制是微生物研究中不可忽视的一部分。
本文将从微生物的代谢途径和调控机制两个方面展开论述。
微生物的代谢途径微生物的代谢途径是指微生物在自身体内进行能量代谢的一系列反应，包括有氧呼吸、厌氧呼吸和发酵等。
其中，有氧呼吸是指微生物利用氧气作为终端电子受体，将有机物完全氧化成为二氧化碳和水，并产生能量。
厌氧呼吸则是指微生物在氧气不足的条件下，利用其他物质作为电子受体，将有机物部分氧化，并产生能量。
而发酵则是指微生物在氧气缺乏时，将有机物在不需要外部电子受体的条件下，分解成酸、醇和气体等产物，并产生能量。
微生物的代谢途径对于微生物的生存和繁殖有着至关重要的作用。
不同的微生物对于不同种类物质的代谢能力不同，这也是微生物能够适应不同环境的原因之一。
例如，某些微生物能够代谢硫、铁等金属离子，从而在海洋底部形成硫化物流，而某些细菌则能够将氮气转化为氨，提供生态系统的必需氮源。
微生物的调控机制微生物的代谢途径需要受到调控才能保证生命过程的正常。
微生物的调控机制包括转录调控、翻译调控和代谢调控等。
其中，转录调控是指微生物可以通过正反馈和负反馈机制，调控基因的表达量。
翻译调控则是指微生物可以通过启动子和转录因子等控制RNA的合成和mRNA的稳定性，影响蛋白质的表达量。
而代谢调控则是指微生物通过代谢产物的反馈和前体物的调节，调控酶的活性和基因表达，从而控制代谢途径的进行。
微生物的调控机制不仅对维持其生命活动有着重要的作用，同时也对于人类的健康有着深远的影响。
以大肠杆菌为例，它是肠道中普遍存在的微生物，当体内钙浓度过低时，大肠杆菌就会通过感应系统调控Calcium Transporter (CaT)的表达量，从而增加体内钙的吸收，保证人体的健康。
总结微生物的代谢途径和调控机制是微生物研究中的重要内容。
通过对微生物的代谢途径和调控机制的研究，不仅可以更好地了解微生物对环境的适应性和生命活动的本质，同时也可以为生物技术和人类健康等方面提供有益的参考和支持。
微生物代谢的调节和机制
微生物代谢的调节和机制微生物是生态系统中不可或缺的一部分，其代谢作用对生态系统的稳定和功能具有重要的影响。
微生物代谢的调节和机制是研究微生物生理生态的重要课题之一。
在本文中，我们将介绍微生物代谢的调节和机制的基本概念和最新研究进展。
一、微生物代谢的基本概念微生物代谢是生物化学过程中，利用有机或无机物质产生能量和产物的过程。
微生物代谢主要包括两个方面：有氧代谢和厌氧代谢。
有氧代谢是指微生物在氧气的存在下进行代谢，利用氧气作为电子受体，通过氧化还原反应分解有机物质，同时产生ATP（三磷酸腺苷）、二氧化碳和水。
常见的有氧代谢途径有三种：糖酵解、柠檬酸循环和呼吸链。
其中，糖酵解是最常见和最基本的有氧代谢途径，从葡萄糖开始，通过一系列反应，最终产生ATP和乳酸、酒精等产物。
厌氧代谢是指微生物在缺乏氧气条件下进行代谢，直接利用有机物质产生能量和产物。
厌氧代谢不需要氧气作为电子受体，经过不同的途径进行代谢，产生的产物也不同。
其中最常见的厌氧代谢途径包括乳酸发酵、酒精发酵、醋酸发酵等。
二、微生物代谢的调节微生物所处的环境是一个复杂的生态系统，微生物的代谢受到多种生物和非生物因素的调节和限制。
微生物代谢的调节主要包括以下几个方面：1. 底物促进或抑制微生物的代谢需要能量和底物，底物在一定程度上可以影响微生物的代谢速率和代谢产物。
底物的促进和抑制作用与微生物代谢路径的不同而异。
例如，乙酰辅酶A是柠檬酸循环的重要底物，而且可以在某些菌株中通过自我诱导提高柠檬酸循环的速率和产氢量。
另一方面，糖类和蛋白质的浓度过高时，会抑制糖酵解途径的进行。
2. pH 值的影响菌株所处环境的pH 值是微生物代谢的重要控制因素之一。
pH值对酶催化作用的影响可以影响代谢途径和代谢速率。
通常来讲，pH值在4-10范围内是适宜微生物生长的，但是不同的菌株对 pH值要求不同，例如有些产酸菌需要较低的pH值才能正常生长代谢。
3. 温度的影响微生物的代谢速率和代谢产物也受到环境温度的影响，不同的微生物对温度要求不同。
微生物代谢调节和代谢工程
代谢工程的应用实例
总结词
代谢工程的应用实例包括生产抗生素、生物燃料、食 品添加剂等。例如，通过代谢工程手段提高酵母菌生 产乙醇的能力，提高青霉素的生产效率等。
详细描述
代谢工程在工业生产中有着广泛的应用，例如在制药 行业中，通过代谢工程可以生产抗生素、激素等生物 药物。在燃料行业，可以通过代谢工程手段改良微生 物，使其能够生产生物燃料，如乙醇、丁醇等。此外 ，在食品加工业中，代谢工程也用于生产食品添加剂 、香精、色素等。这些应用实例证明了代谢工程在提 高微生物代谢效率、优化生物产品产量和性质方面具 有巨大的潜力。
微生物发酵过程的挑战和机遇
发酵过程优化
针对微生物发酵过程进行优化，提高发酵效率和 产物产量。
新型发酵技术
开发新型的发酵技术，如无细胞发酵、光合发酵 等，实现更高效、环保的微生物发酵生产。
ABCD
基因组编辑技术
利用基因组编辑技术，对微生物进行精确的基因 修饰和改造，提高其发酵性能。
生物基产品的开发
利用代谢工程技术，开发具有广泛应用价值的生 物基产品，如生物燃料、生物塑料等。
要的地位，并广泛参与了地球生物地球 题和推动工业生产等方面都具有重要的
化学循环。
意义。
微生物基因组学的研究方法
基因组测序
通过全基因组测序技术，获取微生物 的基因组序列信息，是研究微生物基 因组学的基础。
基因组组装
将测序得到的序列数据进行组装，形 成完整的基因组序列，是基因组学研 究的重要步骤。
基因注释
微生物代谢调节在工业生物技术、生物医药、环境保护等领域具有广泛的应用价值，如提高微生物产物 的产量、降低生产成本、优化微生物处理污染物的能力等。
微生物代谢调节的机制
微生物代谢的调控与途径解析
微生物代谢的调控与途径解析微生物代谢是指微生物进行新陈代谢过程中所产生的化学反应。
微生物在生长过程中需要能量和营养物质，依靠代谢产物的多样性来适应环境以满足生存需求。
微生物代谢的调控与途径解析是微生物学中的重要研究内容之一。
本文将探讨微生物代谢的调控与途径解析，以期对微生物代谢研究提供一些参考。
1.微生物代谢调控的前提微生物代谢调控的前提是对微生物代谢的分析与认识。
微生物的代谢途径非常复杂，通常会分为两类：主要代谢和次要代谢。
主要代谢是生物体利用营养物质维持生命所必需的代谢，比如糖酵解、呼吸作用、脱氢酶反应等。
次要代谢是生物体维持生命不必需的代谢，包括生产色素、植物素、药物、抗生素等。
微生物的代谢途径还包括高产菌株、重一次代谢等。
2.微生物代谢调控的方式微生物代谢调控的方式有很多种，这里列举其中几种比较常见的方式。
（1）基因调控基因调控是微生物代谢调控的重要环节。
基因的表达与抑制决定了微生物的代谢途径，因此通过基因调控可以调节微生物的代谢。
例如，E. coli细胞利用进行中的基因调控来适应不同的环境，从而提高产物的代谢。
（2）信号分子调控信号分子可以引起微生物代谢途径的变化，这种调控方式被称为信号分子调控。
信号分子可以改变微生物的代谢状态和特异性，从而影响微生物的生长和代谢。
醋酸、乙酰化酵母菌中的丙酮酸、磷酸丙酮酸和甲酰辅酶A等信号分子都对微生物的代谢途径有重要的调控作用。
（3）环境因素调控微生物代谢往往会受到环境因素控制，比如温度、pH值、氧气浓度等。
微生物可以调节代谢途径来适应其所处的环境。
例如，若要处理高温条件下的微生物，就需要针对高温进行微生物代谢调控。
（4）酶催化调控酶是微生物代谢过程中的重要催化剂，在代谢调控中也起到了重要的作用。
酶催化调控可以使微生物代谢途径发生改变，从而达到调控代谢的目的。
比如，氧气的水平和蛋白质丰度等减少会导致酶活性下降，逆转录酶则因蛋白质酶水平下降而失活。
3.微生物代谢途径解析对常见的代谢途径及其特点进行解析。
微生物的生长和代谢调节
微生物的生长和代谢调节微生物是一类非常强大的生物体，它们可能看起来渺小，但是它们具有非常高的生存能力。
它们在土壤、水中、植物和动物体内等各种环境下都能生存。
微生物的生长和代谢调节是微生物学中非常重要的一部分，下文将从这两个方面展开探讨。
微生物的生长调控微生物的生长是一个复杂的生物学过程。
微生物的生长速度取决于很多因素，比如环境因素和营养素的供应。
一个完善的生长调节系统能够控制微生物的生长速度，从而使微生物的数量处于一个适当的状态。
微生物的生长调节系统有助于维护微生物群落的平衡，从而减少了细菌群体中的竞争，使其能够更好地适应其生存环境。
生物的生长速率的变化受到很多调节因素的影响。
其中，最重要的是细胞周期。
细胞周期可以解释细胞是如何分裂和增殖的。
它可以分为两个阶段: 增长期和分裂期。
在增长期，微生物的体积和细胞数量都在增加，此时细胞主要合成核酸和蛋白质。
在分裂期，微生物的细胞分裂成两个子细胞，此时需要合成细胞壁和质膜等细胞结构。
细胞周期的正常进行需要有一个良好的调节系统，以便微生物能够在适当的时间快速地分裂。
除了细胞周期，温度、pH值、氧气含量等环境因素也对微生物的生长速度有影响。
其中，温度是影响微生物最重要的环境因素之一。
温度的升高可以促进微生物的生长，但是如果温度太高，微生物的生长就会受到限制。
微生物对不同环境因素的响应方式也不同，这需要一个良好的调节系统来保持微生物的稳定生长状态。
微生物的代谢调节微生物的代谢调节是微生物学中的另一个重要领域。
代谢是维持生命的基本活动，包括能量的获取、物质的合成以及废物的处理等。
在微生物中，代谢系统非常复杂，包括各种酶、代谢途径和调节蛋白质等。
微生物的代谢系统需要能量的供应，调节途径也是非常重要的。
细胞可以利用ATP等能量分子来完成各种生化反应。
而这些反应的速率需要进行调节，以使能量的利用最大化。
微生物代谢调节可以在多个层面上进行，例如在转录和翻译水平上。
一些调节蛋白和信号通路可以影响细胞合成蛋白和代谢路径。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
微生物代谢调节录入时间:2010-8-12 9:49:35 来源：青岛海博《微生物工程》一、初级代谢调节包括酶合成的调节和酶活性的调节。
（一）酶合成调节（教材：P27）酶合成的调节是一种通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，这是一种在基因水平上（在原核生物中主要在转录水平上）的代谢调节。
凡是能促进酶合成的调节称为诱导；而能阻碍酶合成的调节称为阻遏。
1、酶合成调节的类型（1）、酶合成的诱导（induction）组成酶：不依赖于酶底物或类似物的存在而合成；如葡萄糖转化为丙酮酸过程中的各种酶诱导酶：依赖于某种底物或底物的结构类似物的存在而合成；如大肠杆菌乳糖利用酶诱导剂可以是诱导酶的底物，也可是底物的结构类似物，也可以不是该酶的作用底物。
酶的诱导可分两种：A、同时诱导：当诱导物加入后，同时或几乎同时诱导几种酶的合成；主要存在于短的代谢途径中。
B、顺序诱导：先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中间代谢物的酶，以达到对较复杂代谢途径的分段调节。
（2）、酶合成的阻遏(repression)A、末端产物阻遏 (end-product repression):指由某代谢途径末端产物过量积累而引起的阻遏。
B、分解代谢物阻遏 (catabolite repression)：指两种碳源（或氮源）分解底物同时存在时，细胞利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关分解酶合成的现象。
2、酶合成调节机制：操纵子模型（二）酶活性调节（教材：P23）1、酶合成调节类型：激活和抑制2、酶活性调节机制（1）共价修饰调节：指蛋白质分子中的一个或多个氨基酸残基与一化学基团共价连接或解开，使其活性改变的作用，分可逆和不可逆两种。
可逆共价修饰：有些酶存在活性和非活性两种状态，它们可以通过另一种酶的催化作共价修饰而互相转换。
如: 糖原磷酸化酶通过激酶和磷酸酯酶来调节活性；磷酸化形式有活性，去磷酸化形式无活性。
不可逆共价修饰：典型的例子是酶原激活——无活性的酶原被相应的蛋白酶作用，切去一小段肽链而被激活。
酶可逆共价修饰的意义：① 因酶构型的转换是由酶催化的，故可在很短的时间内经信号启动，触发生成大量有活性的酶；② 这种修饰作用可更易控制酶的活性以响应代谢环境的变化。
（2）变构或别构(allosterism)效应：变构或别构效应是指一种小分子物质与一种蛋白质分子发生可逆的相互作用，导致这种蛋白质的构象发生改变，从而改变这种蛋白质与第三种分子的相互作用。
变构蛋白是表现变构效应的蛋白，如阻遏蛋白；具有变构作用的酶称作变构酶。
变构调节机制：1）变构酶具有一个以上的结合位点，除了结合底物的活性中心外，在同一分子内还有一些分立的效应物结合位点（副位点）；2）主位点和副位点可同时被占据；3）副位点可结合不同的效应物，产生不同的效应；4）效应物在副位点上的结合可随后引起蛋白质分子构象的变化，从而影响酶活性中心的催化活性；5）变构效应是反馈控制的理论基础，是调节代谢的有效方法。
3、缔合与解离：能进行这种转变的蛋白质由多个亚基组成；蛋白质活化与钝化是通过亚基缔合与解离实现的。
4、竞争性抑制：一些蛋白质的生物活性受代谢物的竞争性抑制，如需要氧化性NAD+的反应可能被还原型NADH 的竞争抑制；需ATP的反应可能受ADP或AMP的竞争型抑制；有些酶受反应过程产物的竞争性抑制。
（三）、分支生物合成途径的调节1、同工酶调节：某一分支途径中的第一步反应可由多种酶催化，但这些酶受不同的终产物的反馈调节。
如：大肠杆菌的天门冬氨酸族氨基酸的合成途径中，有三个同工酶：天门冬氨酸激酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，分别受赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸的反馈调节2、协同反馈调节：需有一种以上终产物的过量存在方有明显的效果；单个终产物过量，不产生或只产生很小的影响。
3、累加反馈调节：每一种末端产物过量只能部分抑制或阻遏，总的效果是累加的。
4、增效反馈调节：代谢途径中任一末端产物过量时，仅部分抑制共同反应中第一个酶的活性，但两个末端产物同时过量时，其抑制作用可超过各末端产物产生的抑制作用的总和。
5、顺序反馈调节：6、联合激活或抑制调节：由一种生物合成的中间产物参与两个完全独立的、不交叉的合成途径的控制。
这种中间体物质浓度的变化会影响这两个独立代谢途径的代谢速率。
（四）、能荷调节：能荷——指细胞中ATP、ADP、AMP系统中可为代谢反应供能的高能磷酸键的量度。
能荷调节——指细胞通过改变ATP、ADP、AMP三者比例来调节其代谢活动，也称腺苷酸调节。
能荷不仅调节形成ATP的分解代谢酶类（如磷酸果糖激酶、异柠檬酸脱氢酶、柠檬酸合成酶等）的活性，也调节利用ATP的生物合成酶类（如柠檬酸裂解酶、磷酸核糖焦磷酸合成酶等）的活性。
二、次级代谢调节（一）次级代谢产物的诱导调节次级代谢产物的诱导机制可能按以下两种方式进行：诱导物→刺激影响初级代谢造成代谢流的改变成→大量生产次生代谢物；诱导物→次生代谢物合成酶的合成→大量生产次生代谢物。
大多数分解代谢酶属于诱导酶，可以通过加入诱导物使酶的产量大幅度提高。
如在链霉素生产中，如果加入诱导物甘露聚糖，可使甘露糖链霉素酶产量提高，而这种酶是转化甘露糖链霉素为链霉素的关键酶。
因此甘露聚糖的加入会提高链霉素产量。
（二）次级代谢自身产物的反馈调节Lagstor在1935年发现：产生50µg／ml氯霉素的委内瑞拉链霉菌被50µg／ml外源氯霉素所抑制。
Gordee在1972年发现，产黄青霉加入10µg／ml外源青霉素对其生长无影响，而青霉素合成几乎完全被抑制，其他多种青霉素及其钠盐亦有类似现象。
有关链霉素、卡那霉素等氨基糖苷类抗生素的系统研究也证实了这一点。
抗生素对自身产物的抑制有一定的规律：抑制特定产生菌合成抗生素所需浓度与生产水平具有相关性，一般产生菌产量高，对自身抗生素的耐受力强，反之则越敏感。
例如氯霉素对芳基氨合成酶的反馈调节，已知氯霉素通过莽草酸的分支代谢途径产生，芳基氨合成酶是分支点后第一个酶，这种酶只存于产氯霉素的菌体内，当培养基内的氯霉素浓度达100mg／L时，可完全阻遏该酶的生成，但不影响菌体的生长，也不影响芳香族氨基酸途径的其他酶类。
进一步研究表明，氯霉素本身不一定是阻遏物，氯霉素通过顺序阻遏，使L—对氨基苯丙氨酸及L苏—对氨基苯丝氨酸对芳基氨合成酶实行反馈抑制。
氯霉素的甲硫基类似物比氯霉素容易透入细胞，其抑制作用比氯霉素还大。
由此可见，次生产物反馈调节机制的复杂性。
（三）次级代谢产物的分解调节1、碳源分解调节20世纪40年代初期就发现，青霉素发酵过程中，虽然葡萄糖被菌体利用最快，但对青霉素合成并不适宜。
而乳糖利用虽然较为缓慢，却能提高青霉素产量。
如果细菌在葡萄糖和乳糖的混合培养基中生长，那么在抗生素合成前，菌体一般首先利用葡萄糖，在葡萄糖耗尽后，抗生素合成开始，此时菌体才利用第二种碳源。
这种情况说明，次级代谢的碳源分解调节比初级代谢更为复杂。
关于抗生素受碳源分解调节的机制，目前尚未完全搞清楚，存在以下几种情况：第一，可能与菌体生长速率控制抗生素合成有关，菌体生长最好莳碳源能抑制抗生素合成。
因此，在低生长率的情况下(例如青霉素合成中缓慢补加葡萄糖)可减少葡萄糖的干扰作用。
第二，可能与分解代谢产物的堆积浓度有关，乳糖之所以比葡萄糖优越是因为前者被水解为可利用的单糖的速度正好符合青霉菌在生产期合成抗生素的需要，而不会有分解代谢产物如丙酮酸的堆积。
我国有关单位研究葡萄糖和乳糖对灰黄霉素生物合成的影响表明，丙酮酸的堆积可使灰黄霉素产量降低。
2、氮源分解调节氮源分解调节是类似于碳源分解调节一类的分解阻遏方式。
它主要指含氮底物的酶(如蛋白酶、硝酸还原酶、酰胺酶、组氨酸酶和脲酶)的合成受快速利用的氮源，尤其是氨的阻遏。
（四）初级代谢物的反馈调节第一方式：次级途径和初级途径具有共同的分叉中间体，由分叉中间体产生的次级代谢终产物的反馈调节可能影响次级代谢产物的形成。
例如赖氨酸对青霉素生物合成的反馈调节。
青霉素的生物合成是从赖氨酸合成途径中分支出来的，α—氨基己二酸为分支的中间体，赖氨酸是初级代谢产物，能抑制本身合成途径中的第一个酶—同型柠檬酸合成酶，因而使合成青霉素的前体—α-氨基己二酸的合成受到影响，进而导致青霉素的产量下降。
第二种方式：在抗生素生物合成途径中，初级代谢的终产物作为前体合成次生产物。
由于这些终产物是受初级代谢反馈调节的，因而也必然影响到后面的抗生素的合成，外源前体也将导致反馈调节。
例如缬氨酸对青霉素生物合成的反馈调节。
在青霉素生物合成途径中，α—氨基己二酸是必不可少的前体物质。
α—氨基己二酸的初级代谢的终产物是赖氨酸，分支的次级代谢产物是青霉素。
所以。
α—氨基己二酸是青霉素和赖氨酸生物合成中的共同中间体。
已知赖氨酸对青霉素的生物合成有抑制作用，α—氨基己二酸又能逆转赖氨酸的抑制作用。
研究表明由于赖氨酸能反馈抑制赖氨酸合成途径中的第一个酶—高柠檬酸合成酶，导致α—氨基己二酸的合成受阻，因而减少合成请青霉素生物中间体的供给，使抗生素产量降低。
同时必须注意到，缬氨酸作为青霉素合成前体而掺人α—氨基苯己二酸而合成青霉素途径。
它是合成四氢噻唑环的直接前体，但是又能反馈抑制自身合成途径中的第一个酶—乙酰羟羧酸合成酶的活性，从而使青霉素合成受影响。
又如抗生素发酵过程中，加入前体可显著增产，但外源前体多数并非菌体生长所必须的，超过一定的限度时，则引起对菌体的“毒性”。
青霉素G侧链前体一苯乙酸的浓度超过0．1％时，就抑制青霉菌的生长发育。
（五）磷酸盐的调节磷酸盐不仅是菌体生长的主要限制性营养成分，还是调节抗生素生物合成的重要参数。
已发现过量磷酸盐对四环类、氨基糖苷类和多烯大环内酯类等32种抗生素的生物合成产生阻抑作用。
所以，在工业生产中，磷酸盐常常被控制在适合菌体生长的浓度以下，即所谓的亚适量。
当磷酸盐为0.3-300mmol/L的浓度时，可促进菌体的生长；浓度为10mmol/L或大于10mmol/L的浓度时，对许多抗生素的合成就产生阻遏，如10mmol/L 的磷酸盐就能完全抑制杀假丝菌素的合成。
磷酸盐浓度高低还能调节发酵合成期出现的早晚，磷酸盐接近耗尽后，才开始进入合成期。
磷酸盐起始浓度高，耗尽时间长，合成期就向后拖延。
金霉素、万古霉素等的发酵都有此现象。
磷酸盐还能使处于非生长状态的、产抗生素的菌体逆转成生长状态的、不产抗生素的菌体。
磷酸盐调节抗生素的生物合成有不同的机制。
按效应来说，有直接作用(即磷酸盐自身影响抗生素合成)和间接效应(即磷酸盐调节胞内其他效应剂，如ATP、腺苷酸、能荷和cAMP)，进而影响抗生素合成。
具体地说，磷酸盐能影响抗生素合成中磷酸酯酶和前体形成过程中某种酶的活性；ATP直接影响某些抗生素合成和糖代谢中某些酶的活性。