Ch 2 微生物代谢调节 PPT课件

别构酶的KNF模式（序变模式）
结合底物的亚单位
如果结合底物的亚 单位发生变构，可 能引起相邻的亚单 位发生变构
如果配体的亲和力 如下，则为正协同 作用
如果配体的亲和力如 下，则为负协同作用
三）酶的共价修饰
共价修饰是酶蛋白在修饰酶催化下，与某 些物质发生共价键的结合或解离，从而导致调 节酶的活化或抑制。共价修饰又称为化学修饰， 这是另一种快速、灵敏、高效的细调方式。
一、 酶活性调节的方式
1.激活作用
凡能提高酶活性的物质称为激活剂。激活剂 大多是金属离子，如Na+、K+、Zn2+、Ca2+、 Fe2+、Co2+、Ni2+等，阴离子激活剂则少见。
这类由离子控制的激活作用，不能进行自我 调节，而主要靠提供外源的离子。
属于代谢调节的激活作用主要是指代谢物对酶的激活。
Example pour n = 1，2，4
协同作用提供了一个酶反应速度对底物浓度极 为敏感的区域，即S形曲线的中间“陡段”。当 细胞内底物浓度在此段范围内，即使没有激活 剂，底物浓度本身就能对酶反应速度产生显著 影响。而底物浓度处于很低或很高水平时，则 处于S形曲线的平段，使反应速度不会有很大的 变化，似乎有一定的缓冲作用。这样既可在底 物浓度处于极端时，不会过大地影响细胞内的 代谢速度，又可以在适当的底物浓度下能灵活 地调节细胞代谢的速度。再加上别构激活或别 构抑制，使得细胞代谢调节更加灵活，以适应 生理活动的需要。
1.前体激活 A
B
C
D Ed E
例如，粪链球菌的乳酸脱氢酶的活性，可以被前体物质 1，6-二磷酸果糖所激活；粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢 酶的活性，可以被柠檬酸激活 .

分布
线粒体 胞液
内质网、胞液 内质网 细胞核
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多酶体系 蛋白质合成 多种水解酶 尿素合成 血红素合成
分布 内质网、胞液
溶酶体 线粒体、胞液 线粒体、胞液
• 酶的隔离分布的意义 —— 避免了各种代谢途径互相干扰。
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•代谢途径是一系列酶促反应组成的，其速 度及方向由其中的关键酶决定 。 •关键酶催化的反应具有以下特点：
在中枢神经系统的控制下，或通过神经纤维及 神经递质对靶细胞直接发生影响，或通过某些激素 的分泌来调节某些细胞的代谢及功能，并通过各种 激素的互相协调而对机体精选代ppt谢进行综合调节。 10
• 体内调节可发生在不同的层次上，一般分 为三种类型：
• 1．细胞水平的调节---通过对细胞内 酶的调节来实现。
• 代谢途径有关酶类常常组成多酶体系，分布于 细胞的某一区域 。
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多酶体系在细胞内的分布
多酶体系 三羧酸循环 氧化磷酸化
糖酵解 磷酸戊糖途径
糖异生 糖原合成
分布 线粒体 线粒体 胞液 胞液 胞液 胞液
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多酶体系
脂酸 氧化 脂酸合成 胆固醇合成 磷脂合成 DNA、RNA合成
• 酶量变化的调节
• 细胞内酶的浓度的改变也可以改变代谢 速度。其中主要是对基因表达的调节， 活化基因则合成相应的酶，酶量增加； 钝化基因则基因关闭，停止酶的合成， 酶量降低。这种调节方式为迟缓调节， 所需时间较长，但作用时间持久
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细胞结构对代谢途径的分割控制
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（一）细胞内酶的隔离分布
• 2．激素水平的调节---协调不同细胞、 组织与器官之间的代谢。

微生物代谢调节的重要性
微生物代谢调节对于微生物适应环境变化、维持细胞内稳态以及实现正常生长 和繁殖具有至关重要的作用。通过代谢调节，微生物能够优化能量利用、合成 所需的生物分子以及应对各种环境压力。
微生物代谢调节的类型与特点
微生物代谢调节的类型
主要包括酶的共价修饰调节、小分子代谢物调节、基因表达调控和细胞膜通透性 调节等。
通过改变细胞膜的通透性来调节能量的输入和输出。
细胞形态和生长调节
通过调节细胞形态和生长速率来影响能量代谢。
微生物能量代谢的调控策略
营养限制
通过控制培养基中的营养成分来调控微生物的能量代 谢。
环境因子调节
通过改变温度、pH、氧气等环境因子来影响微生物 的能量代谢。
基因工程与代谢工程
通过基因敲除、过表达或基因编辑技术来改造微生物 的能量代谢途径。
06
微生物的代谢调节研究进展与展望
微生物代谢调节的研究现状
微生物代谢调节的基本原理和机制研究
目前已经对微生物代谢调节的基本原理和机制进行了深入研究，包括基因表达调控、酶 活性调节、物质转化和能量代谢等方面的研究。
微生物代谢调节在生物工程中的应用
微生物代谢调节在生物工程中已经得到了广泛应用，如微生物发酵、生物制药、生物能 源等领域。
蛋白质代谢调节
氨基酸合成
01
氨基酸合成是微生物通过合成酶的作用，将简单的有机物合成
氨基酸的过程。
蛋白质降解
02
蛋白质降解是微生物通过分解酶的作用，将蛋白质分解为氨基
酸的过程。
氨基酸转氨基作用
03
氨基酸转氨基作用是微生物将氨基酸转化为其他有机物的过程
，这个过程需要消耗能量。
05
微生物的能量代谢调节

因为底物类似物不易被所形成的酶分解，而在细 胞中始终保持较高的浓度，能够持续地诱导酶的合 成，获得较高浓度的酶。
例如: 用异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)可诱导-半乳糖苷酶 的合成。
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2、改变细胞透性
细胞内合成的发酵产物若要分泌到培养基中， 必须经过细胞膜和细胞壁。如果产物不易分泌出 细胞，而积累在细胞内，则会引起反馈调节。
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❖ 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。
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第六节 代谢调控
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对于生命过程来说，代谢反应的协调是必要的；
代谢反应的协调是通过细胞自身的代谢调控系 统对细胞机能实行精细控制来达到的。 但是，在工业生产中却往往需要单一地积累某 种产品，这些产品的量又经常是大大地超出了细 胞正常生长和代谢所需的范围。
如：金霉素、链霉素产生菌的抗性菌株， 产量有数倍增加。
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作业
1、分支生物合成途径中有哪些调节方式？ 2. 微生物代谢调控有哪些方式？
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➢ 分支代谢的反馈调节方式有多种。
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1、同工酶的反馈抑制 isoenzyme feedback inhibition
➢ 同功酶是指能催化同一生化反应，但它们的结构 稍有不同，可分别被相应的末端产物抑制的一类 酶两个不同 的酶所催化，一个酶被H抑制，另一个酶被G抑制。 只有当H和G同时过量才能完全阻止A转变为B。
初级代谢产物
微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖 所必需的物质，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维 生素等。不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的 种类基本相同。

次级代谢：某些生物为避免在初级代谢过 程中某些中间产物积累所造成不利作用而 产生的一类有利于生存的代谢类型。
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次级代谢产物
热原质 毒素与侵袭性酶 细菌素 色素 抗生素 维生素
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热原质
能引起机体发热的物质。 分为内源性热原质（机体自身产生）和外
源性热原质（内毒素、外毒素、G-的外膜 成分等）。 在250℃下作用30min或180 ℃下作用4hr， 或强酸强碱强氧化剂30min才能破坏热原质 或使其致热效应消失。 注射液、生物制品、抗生素以及输液用的 蒸馏水均不能含有热原质。
发酵作用：在厌氧条件下，以有机物为基 质并以其中间降解产物为氢和电子受体的 氧化过程。
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（三）微生物的物质代谢
1．微生物的分解代谢： 微生物在生命活动中，能将复杂的大分子物质
分解为小分子的可溶性物质，并有能量转变过程， 这种物质转变称为分解代谢。大多数微生物都能分 解糖和蛋白质，少数微生物能分解脂类。 2．微生物的合成代谢 微生物的细胞物质主要是由蛋白质、核酸、碳 水化合物和类脂等组成。合成这些大分子有机化合 物需要大量能量和原料。能量来自营养物质的分解， 至于原料，可以是微生物从外界吸收的小分子化合 物，但更多的是从营养物质分解中获得。微生物种 类很多，合成途径也比较复杂和多种多样。下一页
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糖的分解
糖类是异养微生物的主要碳素来源和 能量来源，包括各种多糖、双糖和单糖。 多糖必须在细胞外由相应的胞外酶水解， 才能被吸收利用；双糖和单糖被微生物吸 收后，立即进入分解途径，被降解成简单 的含碳化合物，同时释放能量，供应细胞 合成所需的碳源和能源。
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蛋白质及氨基酸的分解
细菌分解蛋白质的酶有两类，一类为蛋白酶， 另一类为肽酶，前者为胞外酶，能将蛋白质分解为 多肽和二肽。肽类可进入微生物细胞中，肽酶为胞 内酶，将进入细胞内的肽水解为游离的氨基酸，供 菌体利用。

《微生物代谢与调控 》ppt课件
xx年xx月xx日
• 微生物代谢概述 • 微生物的能量代谢 • 微生物的物质代谢 • 微生物的代谢调控 • 微生物代谢的应用 • 总结与展望
目录
01
微生物代谢概述
微生物代谢的定义
微生物代谢定义：微生物通过酶促反 应将外界物质转化为自身生长繁殖所 需的物质和能量的过程。
微生物代谢的特点
高效性
微生物具有高效代谢机制，能够 在有限时间内将底物转化为高浓 度产物。
多样性
不同种类的微生物具有不同的代 谢途径和酶系，能够利用多种底 物进行代谢。
可调控性
通过调节微生物的代谢途径和酶 活性，可以实现对代谢产物的调 控，为生物工程和生物技术领域 提供重要的应用价值。
02
微生物的能量代谢
合成代谢概述
微生物通过合成代谢将小分子物质转化为大分子 物质，储存能量。
合成代谢过程
微生物通过酶的作用将简单物质合成复杂物质， 如蛋白质、核酸等，同时储存能量。
合成代谢调控
合成代谢受到多种因素的调控，如营养物质的供 应、生长环境等。
微生物的合成代谢产物
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初级代谢产物
初级代谢产物是指微生物在生长过程中产生的对 自身生长繁殖无直接作用的物质，如氨基酸、核 苷酸等。
微生物代谢是微生物生存和繁殖的基 础，也是生物工程和生物技术领域的 重要研究对象。
微生物代谢的类型
有氧代谢
在有氧条件下，微生物将底物彻底氧化成水和二氧化碳，同时释 放能量。
无氧代谢
在无氧条件下，微生物通过厌氧呼吸或发酵等方式将底物转化为不 完全氧化产物，同时释放能量。
光合作用
某些光合细菌和蓝绿藻在光照条件下，利用光能将二氧化碳和水转 化为有机物和氧气。

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（13）其他一些复杂化合物的降解
前面所述的各种降解途径均是由染色体 DNA 编码的。 近来发现在恶臭假单胞菌和一些相关的种的微生物细胞 中含有降解性质粒，它们包含某些特殊的降解代谢的酶 （酶系）合成的遗传信息。
首先发现的是编码樟脑降解酶系的质粒，后来还发现恶 臭假单胞菌的烷烃氧化作用，受正辛烷质粒的控制，这 个质粒为可诱导的烷烃羟化酶和伯醇脱氢酶编码，而染 色体DNA则为用于伯醇、脂肪醛和脂肪酸降解的组成 型的氧化酶编码。
芳香族化合物（萘、蒽、菲、苯乙醇酸、色氨 酸、奎尼酸等）。大多先被转变成儿茶酚（ 邻 苯二酚 ）和原儿茶酸（3，4-二羟苯甲酸）。
儿茶酚和原儿茶酸再经邻位分解 （ 3- 氧代己酸 途径 ） 降解成SCA和AcCoA； 或儿茶酚和原儿茶酸经间位分解（间位分解途径） 降成PYR和乙醛。因此，儿茶酚和原儿茶酸可 称为芳香族化合物分解的“中心代谢物”。
阿拉伯糖在异构酶的催化下生成核酮糖， 然后再磷酸化生成 Ru-5-P，即可进入 HMP或PK途径。
木糖转化成木酮糖再生成 Xu-5-P进入 HMP途径
来苏糖转化成 Xu-5-P进入PP环
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（4）己糖醛酸的降解
果胶酸经胞外酶作用降解成半乳糖醛酸，再进一
步转化成 ED 途径的中间产物 KDPG，即可进 入 ED 途径。 这样的作用在假单胞菌、气单胞 菌和土壤杆菌中比较明显。 葡萄糖醛酸 果糖醛酸 甘露糖醛酸 转化成KDPG 经ED途径代谢 木糖醛酸 葡萄糖酸 经磷酸化生成 6-P-GA进入HMP途径
纤维素酶包括Cx酶（内切β-1,4键）、C1酶（外 切β-1,4键）及Cb酶（ β-1,4葡萄糖苷酶）等组分。
纤维素经Cx酶处理产物为纤维糊精和纤维寡糖， 经C1酶处理产物为葡萄糖和纤维二糖，经Cb酶处 理产物为葡萄糖

➢微生物通过调节酶的活性和酶量来控制代谢物的流
量。
➢细胞代谢的调节主要是通过控制酶的作用而实现的，
细胞内各种酶类的活性都处在受控制的状态下，必 须根据细胞对能量以及对合成某些组分的要求而进 行各种酶促反应，并可随时减慢或加速某一物质的 合成。
酶活性调节——对已有酶分子的活性调节
酶活性的调节是通过改变代谢途径中一个或几个关键 酶的活性来调节代谢速度的调节方式。包括酶活性的 激活和抑制。
2）代谢途径区域化
➢真核微生物细胞内，各种酶系被细胞器隔离分布，底
物分别储存在各种有膜的细胞器内，从而影响酶与底 物的作用。如与呼吸产能有关的酶系集中于线粒体内 膜上，与DNA合成的酶位于细胞核内。
➢原核微生物的细胞结构虽然简单，但也划分出不同的
区域，对于某一代谢途径有关的酶系集中在某一区域， 保证该代谢途径的酶促反应正常进行。如呼吸的酶系 集中在细胞质膜上，分解大分子的水解酶，阴性细菌 位于壁膜间隙中，阳性细菌则分泌至胞外。
酶合成调节——调节酶分子的合成量 酶合成的调节（基因调节）主要通过酶量的变化来控 制代谢速率。主要通过:
诱导式 导致酶的合成
阻遏式 阻止酶的合成
以上两种调节均能改变代谢途径中的物质流，可使细 胞系统中的物质既不会堆积起来造成浪费，也不会因 代谢短缺而供不应求，始终能保持各种代谢物的浓度 相对稳定或代谢过程的动态平衡。
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings