微生物生理学.第六章(GAI)

(1) 天冬氨酸激酶；(2) 高丝氨酸脱氢酶 天冬氨酸激酶；
二、顺序反馈调节 ） （sequential feedback control） 1、概念 、 一种末端产物积累可以导致另一种末端产物 的积累，这两种末端产物的积累， 的积累，这两种末端产物的积累，可以导致该 途径中某种中间产物的积累， 途径中某种中间产物的积累，然后这种中间产 物又进一步反馈调节前面途径中的第一个酶的 活性，从而导致整个反应过程的停止。 活性，从而导致整个反应过程的停止。
调节模式图
F R R
天冬氨酸 (1) III II I F R
F ----- 反馈抑制 R ----- 反馈阻遏
天冬氨酰磷酸 天冬氨酸－ 半醛 天冬氨酸－β半醛 (2) II I 同型丝氨酸 胱硫醚 R 高半胱氨酸 R 甲硫氨酸 高丝氨酸磷酸 F 苏氨酸 R 异亮氨酸
F R
F 二氢吡啶二羧酸 R 四氢吡啶二羧酸 二氨基庚二酸 R 赖氨酸
N－乙酰谷氨酸 －
鸟氨酸
激 活
瓜氨酸
精氨酸
CO2 2ATP 谷氨酰胺
氨甲酰磷酸合成酶
氨甲酰磷酸 氨甲酰天门冬氨酸 天门冬氨酸 UMP
肠细菌中精氨酸和嘧啶核苷酸生物合成途径
第三节 代谢调节理论在工业发酵上的应用
微生物在正常的生长条 件下， 件下，一般不会引起初级 代谢产物的积累， 代谢产物的积累，但是在 人为条件控制下，可以通 人为条件控制下， 过微生物作用过量生产许 多有用的物质来满足人们 的需要。 的需要。
主要是由葡萄糖分解代谢 途径、TCA循环和 循环和TCA回 由其它C源物质或 源物 途径、 循环和 回 由其它 源物质或N源物 源物质或 补途径组成 质通过分解最后进入中心 途径的反应过程组成
2. 三种代谢类型的关系 互相影响、互相制约、 互相影响、互相制约、保证机体内 各个代谢途径能互相协调， 各个代谢途径能互相协调，形成一个 统一的整体。 统一的整体。
第六章 代谢的调节
第一节 微生物的代谢类型与自我调控
一、微生物的代谢类型
1. 代谢类型 以产能和提供小分子中间碳架物质为目的 的分解代谢类型 以合成氨基酸、 以合成氨基酸、核苷酸等单体物质为目的 的代谢类型 以合成蛋白质、 以合成蛋白质、核酸等多聚体为目的的代 谢类型
分解代谢包括中心途径和 分解代谢包括中心途径和外周途径 中心途径
lgNt － 利用葡萄糖 － 利用乳糖 a b
大肠杆菌的二次生长
t
举例： 举例： 葡萄糖、果糖、甘露糖、 葡萄糖、果糖、甘露糖、甘露醇分别与蔗糖 组对，无二次生长现象； 组对，无二次生长现象； 山梨醇、肌醇、阿拉伯糖、麦芽糖、 山梨醇、肌醇、阿拉伯糖、麦芽糖、糊精分 别与蔗糖组对，有二次生长现象； 别与蔗糖组对，有二次生长现象； 葡萄糖一组中的任一碳源都能与山梨醇一组 中的任一碳源产生二次生长现象， 中的任一碳源产生二次生长现象，而同属一 组中的两两碳源组合不产生二次生长
一、发酵条件的控制 在微生物的发酵过程中， 在微生物的发酵过程中，发酵条件的 适合与否是发酵成败的主要因素， 适合与否是发酵成败的主要因素，因为 它既能影响微生物的生长，有影响代谢 它既能影响微生物的生长， 产物的形成。 产物的形成。
1、发酵培养基的要求 、 保证微生物的菌体生长； 保证微生物的菌体生长； 有利于代谢产物的形成； 有利于代谢产物的形成； 尽量避免使用会发生分解阻遏的营养成分。 尽量避免使用会发生分解阻遏的营养成分。
2、达到这样要求所采取的措施 、
采用混合碳源； 采用混合碳源； 利用恒化器连续培养或采用流加营养物的方法； 利用恒化器连续培养或采用流加营养物的方法； 在某些氨基酸的发酵中，可采用添加前体， 在某些氨基酸的发酵中，可采用添加前体，绕过 反馈阻遏的方法提高氨基酸产量。 反馈阻遏的方法提高氨基酸产量。
2、模式图 、
30％ ％
D A B
？？ 58％ 58％ 40％ ％
E
C F G
30％＋［（ ％＋［（100％－ ％）×40％］＝ 58％ ％－30％） ％＋［（ ％－ ％）× ％ ％ 40％＋［（ ％＋［（100％－ ％）×30％］＝ 58％ ％－40％） ％＋［（ ％－ ％） 谷氨酸＋ATP＋NH4＋ ＋ 氨甲酰磷酸 （13％） ％） 磷酸葡萄糖胺 谷氨酰胺 其它氨基酸 色氨酸 （16％） ％） 组氨酸 AMP （41％） ％） CTP （14％） ％） GMP
五、增效反馈调节 1、概念 、 在代谢过程中，任何一种末端产物单独 在代谢过程中， 过量时， 过量时，仅仅部分抑制共同反应步骤的第 一个酶的活性， 一个酶的活性，但是两个末端产物同时过 量时， 量时，其抑制作用可超过各产物单独存在 时的抑制效果总和。 时的抑制效果总和。
控制代谢物流向 反应的酶活性与酶合成来控制代谢
第二节 分支代谢途径的调节
同工酶调节 顺序反馈调节 协同反馈调节 累加反馈调节 增效反馈调节 激活作用与抑制作用的联合调节
一、同工酶（isozyme）的调节 同工酶（ ） 1、概念 、 一类作用于同一底物，催化同一反应， 一类作用于同一底物，催化同一反应，但酶 的分子构型不同，并能分别受不同末端产物反 的分子构型不同， 馈调节的酶，称为同工酶（ 馈调节的酶，称为同工酶（ isozyme ）。
4. 自我调节的具体表现 微生物在不同培养基里生长时所表现出来 的代时不同。 的代时不同。
微生物的高度自我调节能力还表现在能 通过代谢调节有效的利用营养物质与能量 二次生长（ 二次生长（secondary growth）现象： ）现象：
当微生物在含有两种可以利用的C源 当微生物在含有两种可以利用的 源（或N源） 源 的培养基上生长时，总是优先利用速效C源 的培养基上生长时，总是优先利用速效 源（或N ），只有当该种物质用完之后才开始利用第二 源），只有当该种物质用完之后才开始利用第二 种C源（或N源）。 源 源
2、调节模式图 、 D A B E
C C
F G
3、调节实例 、
PEP ＋ 4－磷酸赤藓糖 －
DAHP
邻氨基苯甲酸
分支酸 分支酸
预苯酸 预苯酸
酪氨酸
色氨酸
苯丙氨酸
阿拉伯庚酮糖酸－ － DAHP：3－脱氧－2－酮－阿拉伯庚酮糖酸－7－磷酸 ： －脱氧－ －
三、协同反馈调节 （concerted feedback control） ） 1、概念 、 需要各个末端产物同时过量才能引起 反馈调节的方式称为协同反馈调节。 反馈调节的方式称为协同反馈调节。
二、微生物自我调节的环节 控制营养物进入细胞 如果代谢途径中一个可逆 反应由同种酶催化，那么， 反应由同种酶催化，那么， 可以由酶的不同辅基或辅酶 控制酶与底物接触 在代谢途径的不可逆的酶促反应 来控制代谢物的流向
中，微生物可以通过调节催化这步 物的流向或者通过控制细胞能荷的 大小来控制代谢的流向。 大小来控制代谢的流向。
4－磷酸赤藓糖 －
PEP
3－脱氧－2－酮－D －脱氧－ － －阿拉伯糖庚酮糖酸 邻氨基苯甲酸 邻氨基苯甲酸 色氨酸
异常汉逊氏酵母进行色氨酸发酵时，由于过量的色氨酸对 －脱氧－ 异常汉逊氏酵母进行色氨酸发酵时，由于过量的色氨酸对3－脱氧－2 合成酶有反馈抑制作用， －酮－D－阿拉伯糖庚酮糖酸（ DAHP ）合成酶有反馈抑制作用，因此 －阿拉伯糖庚酮糖酸（ 影响了色氨酸的合成，但如向培养基内加入邻氨基苯甲酸， 影响了色氨酸的合成，但如向培养基内加入邻氨基苯甲酸，由于邻氨 基苯甲酸直接参与了色氨酸的合成，而不经过DAHP阶段，所以可以是 阶段， 基苯甲酸直接参与了色氨酸的合成，而不经过 阶段 色氨酸不断合成。 色氨酸不断合成。
3. 研究微生物代谢调节的主要内容 阐明微生物在生长过程中机体内各个 代谢类型、 代谢类型、代谢途径与酶促反应维持综 合平衡的方式与一般规律。 合平衡的方式与一般规律。
对于大多数单细胞的微生物来说， 对于大多数单细胞的微生物来说，一系列 复杂的代谢过程都是在单个细胞内完成的， 复杂的代谢过程都是在单个细胞内完成的， 因此微生物的代谢调节实际上属于细胞内的 自我调节。 自我调节。
2、模式图 、 D A B E
C C
F G
3、调节实例 、
天冬氨酸 III II I F R
天冬氨酰磷酸 天冬氨酸－ 半醛 天冬氨酸－β半醛 II I 二氢吡啶二羧酸 四氢吡啶二羧酸 二氨基庚二酸 赖氨酸 同型丝氨酸 R 胱硫醚 高半胱氨酸 甲硫氨酸 高丝氨酸磷酸 苏氨酸 异亮氨酸
E. coli的天冬氨酸族氨基酸合成途径 的天冬氨酸族氨基酸合成途径
四、累加反馈调节 （cumulative feedback control） ） 1、概念 、 当每个末端产物过量时， 当每个末端产物过量时，通过与酶上 的相应位点结合，都可以引起酶活性的 的相应位点结合， 部分抑制，总的抑制效果是累加的， 部分抑制，总的抑制效果是累加的，并 且各个末端产物所引起的抑制作用互不 影响，只是影响这个酶促反应的速率。 影响，只是影响这个酶促反应的速率。
2、调节模式图 、
15％ ％
D A B
？？ 90％ 90％ 20％ ％
E
C F G
六、激活作用与抑制作用的联合调节 在两个独立的不交叉的生物合成途径中， 在两个独立的不交叉的生物合成途径中， 如果有共同的中间物质， 如果有共同的中间物质，那么这种中间物质 浓度的变化会影响这两个独立的代谢途径的 代谢速率。因此， 代谢速率。因此，在这两个独立的代谢途径 之间可能存在这种激活与抑制作用的联合调 节方式。 节方式。
二、改变细胞膜的通透性 1、意义 、 改变细胞膜的透性可以是代谢产物不断 分泌到细胞外， 分泌到细胞外，就能解除终产物的反馈抑 制作用，增加发酵产量。 制作用，增加发酵产量。
2、增加通透性的方法 、 添加适量生物素的方法 应用油酸缺陷型、 应用油酸缺陷型、甘油缺陷型菌株
三、改变微生物的遗传特性 通过遗传育种来获得优良性状的菌株。 通过遗传育种来获得优良性状的菌株。