微生物次级代谢与调节二

1.改变代谢途径
改变分支途径流向，阻断其他产物合成，提高目标 产物产量。 ①加速限速反应
如：头孢霉素C的代谢工程菌的构建。青霉素N积累，下一酶克隆、导
入、产量上升25％；
②改变分支途径流向
提高目的产物支路的酶活性，占据优势、提高产量；
③构建代谢旁路
将抑制物分解或转化成影响小的其他物质；如：乙酸→乙醇（乳酸）。
第三章 微生物的代谢调节 和代谢工程
提纲
微生物的代谢调节类型和自我调 节 酶活性调节 酶合成调节 分支生物合成途径的调节 能荷调节 代谢调控 次级代谢与次级代谢调节 代谢工程
微生物的代谢调节和代谢工程
微生物细胞有着一整套可塑性极强和极精确的 代谢调节（regulation of metabolism）系统，
四、分支生物合成途径的调节
1.同 功 酶 调 节：催化相同反应，但酶分子结构有差异； 2.协同反馈调节：一个不能少；
3.累加反馈调节：按比例累加，无协同效应，无拮抗作用；
4.增效反馈调节：1+1＞2； 5.顺序反馈调节：按①→②→③顺序逐步抑制； 6.联合激活或抑制调节：途径产物各自调节，同一中间产
物
7.酶的共价修饰：一酶两形式，活力有差异，关键在有无共
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。
初级代谢产物的调节
A有共用合成途径，反馈抑制；B初产物参与次合成，自反馈而影响。

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

第七章微生物的次级代谢及其调节授课内容：第一节次级代谢与次级代谢产物第二节次级代谢产物的生物合成第三节次级代谢的特点第四节次级代谢的生理功能第七章微生物的次级代谢第一节次级代谢与次级代谢产物一、次级代谢的概念微生物在一定的生长时期（一般是稳定生长期），以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质过程。

是某些微生物为了避免在代谢过程中某种代谢产物的积累造成的不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。

这一过程的产物称为次级代谢产物。

也有把初级代谢产物的非生理量的积累，看成是次级代谢产物，例如微生物发酵产生的维生素、柠檬酸、谷氨酸等。

二、次级代谢产物的类型（一）根据产物的作用分类根据次级代谢产物的作用可以分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。

1、抗生素：这是微生物、植物和动物所产生的，具有在低浓度下有选择地抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞的功能的一类次级产物。

目前从自然界发现和分离的抗生素已有5000种；通过化学结构的改造，共制备了约3万余种半合成抗生素。

青霉素、链霉素、四环素类、红霉素、新生霉素、多粘霉素、利福平、放线菌素（更生霉素）、博莱霉素（争光霉素）等达数百种抗生素已进行工业生产。

以青霉素类、头孢菌素类、四环素类、氨基糖苷类及大环内酯类最常用。

2、激素：微生物产生的一些可以刺激动、植物生长或性器官发育的一类次级物质。

例如赤霉菌产生的赤霉素。

3、维生素：作为次生物质，是指在特定条件下，微生物产生的远远超过自身需要量的那些维生素，例如丙酸细菌产生维生素B；分枝杆菌产生吡哆素和烟酰胺；假单胞菌产生生物素；12以及霉菌产生的核黄素和β-胡萝卜素等。

4、生物碱：大部分生物碱是由植物产生的碱性含氮有机物。

麦角菌可以产生麦角菌生物碱。

5、色素：是一类本身具有颜色并能使其他物质着色的高分子有机物质。

不少微生物在代谢过程中产生各种有色的产物。

例如由黏质赛氏杆菌产生灵菌红素，在细胞内积累，使菌落呈红色。

发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
二、酶合成的调节（酶量）
1 、 微
酶合成的调节是一种通过调节酶的合成量进 而调节微生物的代谢速率。
生 物
这是一种在基因水平上（在原核生物中主
的 要在转录水平上）的代谢调节。
代 谢
有诱导调节和阻遏调节。
类
型
和
自
我
调
节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
个同功酶发生抑制作用。
物 的 代
如：大肠杆菌天冬氨族氨基酸合成途径 中，有三个同工酶天冬氨酸激酶ⅠⅡ Ⅲ分
谢 类
别受赖氨酸、苏氨酸、硫氨酸反馈调节
型
和
自
我
调
节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
1 、 微 生 物 的 代 谢 类 型 和 自 我 调 节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
型 和
顺序诱导:先合成能分解底物的酶，再依次合
自 成分解各中间代谢物的酶，以达到对较复杂
我 调
代谢途径的分段调节。
节
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
2．阻遏
1
在微生物的代谢过程中，当代谢途径中
、 微
某末端产物过量时，除用反馈抑制的方式
生 来抑制该途径中关键酶的活性以减少末端
物 的
产物的生成外，还通过阻遏作用来阻碍代
生 物 代
素等。 特征：
谢
不同的微生物初级代谢产物基本相同；
初级代谢产物合成过程是连续不断的，
与菌体的生长呈平行关系。
发 酵 工 程 - 微生物的代谢和调节工程
次级代谢产物
定义：微生物生长到一定阶段才产生的化