《微生物代谢与调控》PPT课件
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《微生物的代谢调节》课件
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
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
最新整理第四章微生物的代谢与调节.ppt
三羧酸循环
如：丙酮酸
有氧条件下
二氧化碳
底物脱氢的四种途径
EMP途径 HMP途径 ED途径 磷酸解酮酶途径
葡萄糖
ATP
EMP途径
（Embden-Meyerhof pathway）
ADP
葡糖-6-磷酸
果糖-6-磷酸
a
ATP
EMP途径意义：
果糖-1，6- 二磷A酸DP
为细胞生命活动提供 ATP 和 NADH；桥梁
一.化能异养微生物的生物氧化和产能
生物氧化与普通氧化反应的区别
比较项目 燃烧
生物氧化
步骤
一步式快速反应 多步式梯级反应
条件
激烈
温和
催化剂
无
酶
产能形式 热、光
大 部 分 为 ATP
能量利用率 低
高
微生物生物氧化的产能模式
生物氧化的过程： 脱氢（或电子） 递氢（或电子） 受氢（或电子）
生物氧化的方式： 按照是否有最终外
HMP途径的一个循环的最终结果是一分子葡萄糖-6-磷酸 转变成一分子甘油醛-3-磷酸、3个CO2、6个NADPH。 一般认为HMP途径不是产能途径，而是为生物合成提供 大量还原力（NADPH）和中间代谢产物；为自养微生物固 定CO2的中介；扩大碳源利用范围；生产中可提供核苷酸、 氨基酸、辅酶和乳酸等发酵产物。 多数微生物、动物、植物存在HMP，常与EMP 同存。
是ATP和酰基辅酶A、酰基磷酸等的生成和利 用问题。即ATP的生成和利用的问题。
能源的转化
化能异养菌
有机物
最
光能营养菌
初 能 源
日光 化能自氧菌
无机物*
通用能源 (ATP)
一.化能异养微生物的生物氧化和产能
3-微生物的代谢调节和代谢工程(2)PPT课件
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。
2021
23
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。
2021
16
❖ 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。
2021
17
第六节 代谢调控
2021
18
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。
2021
51
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？
2021
52
52
➢ 分支代谢的反馈调节方式有多种。
2021
4
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。
《微生物代谢调控》PPT课件
失副生产物生物合成完途整版径课件中ppt的某个酶）
7
选育生产代谢拮抗物菌株
• 代谢拮抗物：与代谢产物结构相似，同样能与阻 遏物以及变构酶相结合，可是它们往往不能代替 正常的氨基酸而合成为蛋白质，它们在细胞中的 浓度不会降低，因此与阻遏物以及变构酶的结合 是不可逆的。这就使得有关的酶不可逆地停止了 合成，或是酶的催化作用不可逆地被抑制。
如：温度敏感性突变 抑制性突变 链霉素依赖性突变 低温敏感性突变 ……
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3
温度敏感突变株
• 温度敏感突变株：在正常培养温度下，菌体生
长良好，当温度提高到一定程度时（如30℃提高 到40℃），停止生长，而只产酸的菌株。
• 典型应用：谷氨酸发酵
谷氨酸敏感突变株的突变位置是发生在决定与
谷氨酸分泌有密切关系的细胞膜结构的基因上，
10
正亮氨酸积累机制
Nle来自Nva，是Met 生物合成的假反馈控制剂
，添加Met，可回复生长 ，积累Nle。
通过选育自我抗性，即
赋予Nle抗性，可以育出 在不添加Met的培养基中 生产Nle的菌株。
在该抗性菌株中，蛋氨
酸合成酶已被去阻方法：提取法、化学合成法、发酵法 发酵法：添加前体发酵、直接发酵法 直接发酵法：借助微生物具有合成自身所需氨基酸
氨酸产生菌细胞膜允许谷氨酸从细胞内渗透到细胞外。
• 谷氨酸温度敏感突变株发酵：仅需通过转换培养温度就可
以完成谷氨酸生产菌由生长型细胞向产酸型细胞的转变，避免
了因原料影响而造成产酸不稳定的现象，且发酵稳定，发酵周
期短，设备利用率高。另外生物素可以大过量，从而强化二氧
化碳固定反应，提高糖酸转化率
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代谢的调控PPT课件
营养与健康管理
通过调节个体的代谢过程， 可以实现更有效的营养补 充和健康管理，预防疾病 的发生。
代谢调控在农业领域的应用前景
作物改良
通过调节作物的代谢过程，可以培育出抗逆性强、产量高、品质 优良的新品种，提高农业生产效益。
精准农业
利用代谢调控技术，可以实现精准施肥、灌溉和病虫害防治，减 少资源浪费和环境污染。
THANKS
感谢观看
蛋白质组学是研究蛋白质表达、 修饰、功能和相互作用的学科。
蛋白质组学在生命科学、医学和 生物技术等领域具有广泛的应用
价值。
蛋白质组学的研究进展包括蛋白 质相互作用组学、蛋白质翻译后 修饰组学和蛋白质功能组学等方
面的研究。
基因组学的研究进展
基因组学是研究生物体基因组的 学科。
基因组学在遗传学、生物技术和 医学等领域具有广泛的应用前景。
葡萄糖代谢调控
01
癌细胞通常会优先利用葡萄糖作为能量来源，通过增加葡萄糖
转运子和酶的表达来促进葡萄糖的摄取和利用。
脂肪酸代谢调控
02
癌细胞会改变脂肪酸的合成和分解代谢，以满足自身对能量的
需求。
氨基酸代谢调控
03
癌细胞会利用氨基酸作为合成蛋白质和其他重要物质的原料，
同时也会通过增加酶的表达来促进氨基酸的摄取和利用。
方向。
酶的活性调节
酶的活性可以通过共价修饰、变构 效应、别构效应等方式进行调节， 从而改变酶对底物的作用。
酶的分布和定位
酶在细胞内的分布和定位对代谢调 控具有重要意义，不同细胞器中的 酶可以催化不同的代谢反应。
激素的调控
激素的合成与分泌
激素的合成与分泌受到多种因素的影响，如营养状况、神经信号 等，这些因素可以调节激素的合成与分泌。
(推荐)《微生物代谢的调节》PPT课件
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。
17
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
18
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。
11
（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
12
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。
13
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。
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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
18
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。
13
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。
《微生物的代谢调节》PPT课件
• 当培养基中有新的底物出现时，就会诱 导酶的合成
• 当培养基中的素材性物质大量存在时， 细胞就会阻止生成这些物质的合成，而 不只是酶活性的抑制
原核生物酶合成调节的遗传机制
操纵子学说
a、操纵子——基因表达的协同单位
构造基因〔编码蛋白质，S〕
操纵子
操纵基因〔operator, O〕
控制部位
启动子〔premotor, P〕
〔3〕反响抑制
〔4〕前馈和反响调节中酶活性调节的机制
反响调节中酶活性调节的机制
代谢物
别
构
活性
中
中心
心
共价修饰酶及其调节机理
• 有些酶，在其它酶的催化下，其分子构造中的 某种特殊的基团，如：Ser、Thr或Tyr 的— OH 基，能与特殊的化学基团，如ATP 分子上 脱下的磷酸基或腺苷酰基(AMP)，共价结合或 解离，从而使酶分子从无活性(或低活性)形式 变成活性(或高活性)形式，或者从活性(高活性) 形式变成无活性(或低活性)形式。这种修饰作 用称为共价修饰调节(covalent modincation) 。这种被修饰的酶称为共价调 节酶(covalent
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第一节 概述
Introduction
一、代谢的生理特点
•使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂
(allosteric effector) • 变构激活剂allosteric effector
——引起酶活性增加的变构效应 剂。
• 当培养基中的素材性物质大量存在时， 细胞就会阻止生成这些物质的合成，而 不只是酶活性的抑制
原核生物酶合成调节的遗传机制
操纵子学说
a、操纵子——基因表达的协同单位
构造基因〔编码蛋白质，S〕
操纵子
操纵基因〔operator, O〕
控制部位
启动子〔premotor, P〕
〔3〕反响抑制
〔4〕前馈和反响调节中酶活性调节的机制
反响调节中酶活性调节的机制
代谢物
别
构
活性
中
中心
心
共价修饰酶及其调节机理
• 有些酶，在其它酶的催化下，其分子构造中的 某种特殊的基团，如：Ser、Thr或Tyr 的— OH 基，能与特殊的化学基团，如ATP 分子上 脱下的磷酸基或腺苷酰基(AMP)，共价结合或 解离，从而使酶分子从无活性(或低活性)形式 变成活性(或高活性)形式，或者从活性(高活性) 形式变成无活性(或低活性)形式。这种修饰作 用称为共价修饰调节(covalent modincation) 。这种被修饰的酶称为共价调 节酶(covalent
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第一节 概述
Introduction
一、代谢的生理特点
•使酶发生变构效应的物质，称为变构效应剂
(allosteric effector) • 变构激活剂allosteric effector
——引起酶活性增加的变构效应 剂。
微生物的代谢ppt课件
酶制剂发酵
利用微生物产生各种酶类的代谢过程 ，将酶提取后广泛应用于食品加工、 洗涤剂等领域。
微生物代谢在环境保护中应用
废水处理
利用微生物降解有机污染物的代 谢能力，将废水中的有害物质转 化为无害物质，达到废水处理的
目的。
生物脱硫脱氮
利用微生物分解有机垃圾的代谢 过程，将有机垃圾转化为稳定的 腐殖质，实现有机垃圾的资源化
也最快。
酸碱度对微生物代谢影响
酸碱度（pH值）对微生物的生长和 代谢有很大影响。
pH值通过影响微生物细胞膜的通透 性、酶的活性以及营养物质的吸收等 方式来影响微生物的代谢。
不同微生物对pH值的适应性不同， 有些微生物只能在酸性或碱性环境中 生长。
微生物在适宜的pH值范围内，其代 谢活动才能正常进行。
医疗健康
微生物代谢与人类健康密切相 关，研究微生物代谢有助于了 解疾病的发生机制并开发新的 治疗方法。
农业领域
微生物代谢在农业领域也有重 要作用，如生物肥料、生物农
药的研制和应用等。
02
微生物能量代谢
能量代谢基本概念
能量代谢
指生物体内能量的转移和转换过程， 包括能量的释放、传递、储存和利用 。
氧化还原反应
通过改变酶分子的数量来调节代谢速率，如酶合成和降解的速
率控制。
基因表达调控机制
转录水平调控
通过控制基因转录的速率来调节基因表达，如启动子和转录因子的 相互作用。
翻译水平调控
通过控制mRNA的翻译速率来调节基因表达，如核糖体结合位点和 翻译起始因子的作用。
转录后和翻译后调控
通过控制mRNA和蛋白质的修饰、加工和降解来调节基因表达，如 RNA剪接和蛋白质磷酸化。
微生物的代谢ppt课件
《微生物代谢与调控》课件
《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
1 2 3
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。
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
1 2 3
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。
第三章+微生物代谢调节机制和调节模式[可修改版ppt]
一、代谢调节机制
原核微生物细胞代谢调节部位
➢与细胞质膜密切相关的调节
✓ 膜的脂质（磷脂及其它脂类）的分子结构，以及环境 条件（如离子强度、温度、pH等）对膜脂质理化性 质的影响。
✓ 膜蛋白（如酶、载体蛋白、电子传递链的成员及其它 蛋白质）的绝对数量及其活性的调节
✓ 跨膜的电化学梯度以及ATP、ADP、AMP体系及无 机（P）浓度对溶质输送的调节。
➢ 野生型微生物在其所处的环境中是富有竞争能力的， 它们的代谢流量在代谢网络中的分布及细胞经济运行 状况有利于细胞生长、繁殖和在竞争中获胜，细胞经 济系数大于人为改造的发酵工业微生物
一、代谢调节机制
原核微生物细胞代谢调节部位
底 物
①
③
③
底物
中间 ② ②
产物
DN ARN ③A ③
产 ②物
①
产 物
① 可溶性营养物质或代谢产物的跨膜传送 ② 代谢途径的酶的催化 ③ 酶和载体蛋白的合成
5.真核生物DNA分子量庞大，并且DNA有相当 一部分由若干核苷酸序列重复，所以DNAP的相 当大一部碱基序列不翻译
一、代谢调节机制
❖酶水平的调节 ❖激素水平的调节
❖细胞水平的调节 ❖神经水平的调节
一、代谢调节机制
酶、细胞水平调节
❖酶合成的调节 ❖能荷的调节
❖酶活性的调节 ❖细胞膜透性的调节
细胞水平 的调节
2.真核生物基因的转录在核，转录在胞质中 。基因在核内形成前体mRNA与胞质成熟的mRNA 不共线
3.真核生物中功能相关的基因（称因基簇） 常距很远，甚至位于不同的染色体上，其mRNA 通常是单顺反子。除转录调控外，转录后的加 工，和翻译后修饰也很重要。
4.真核生物细胞中组蛋白对DNA转录起着非 常特异（专一性）性的抑制作用，而非组蛋白 却能解除此种抑制。
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果糖二磷酸醛缩酶
甘油醛-3-磷酸脱氢 酶
磷酸甘油酸激酶
甘油酸变位酶
移位
烯醇酶
磷酸化
丙酮酸激酶
编辑ppt
氧化
9
编辑ppt
10
HMP途径 (戊糖磷酸途径) （Hexose Monophophate Pathway） 葡萄糖经转化成6-磷酸葡萄糖酸 后，在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的 催化下，裂解成5-磷酸戊糖和 CO2。磷酸戊糖进一步代谢有两 种结局，
HMP途径的总反应
• C6
耗能阶段
• 2C3
产能阶段
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi
2C3
4 ATP 2ATP 2 丙酮酸 2NADH2
2CH3COCOOH+2NADH2+2H++2ATP+2H2O
编辑ppt
12
HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量。
•与EMP途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
•途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利 用的碳源谱更为更为广泛。
•通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干 氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接，可互 相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢物的需 要。好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行乙醇发酵.
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15
ED途径的总反 应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系催 化，又生成磷酸己糖和磷酸丙糖
（3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借 EMP途径的一些酶，进一步转化 为丙酮酸。称为不完全HMP途径。
②由六个葡萄糖分子参加反应，
经一系列反应，最后回收五个葡
萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖
编辑（全ppt 彻HM底P氧途化径成。CO2
和水），称完 11
•HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活
动对其中间产物的需要量相关。
编辑ppt
13
ED途径
又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径。 存在于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广）。 ED途径 可不依赖于EMP和HMP途径而单独存在，是少数缺乏完整 EMP途径的微生物的一种替代途径，未发现存在于其它生 物中。
第五章 微生物代谢与调控
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1
1、代谢概论
新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢
（catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和。新陈代源自 = 分解代谢 + 合成代谢
分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系
的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能 量和还原力的作用。
底物脱氢的途径
(1)、EMP途径 (2)、HMP (3)、ED (4)、TCA
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7
2.1化能异养微的生物氧化
2.1.1底物脱氢的途径
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8
葡萄糖的酵解作用
( 又称：Embden- 活化 Meyerhof-Parnas 途径，简称：EMP 途径)
葡萄糖激活的 方式
己糖异构酶
磷酸果糖激酶
ATP
葡萄糖
ADP
NADP+
6-磷酸-葡萄糖
NADPH2
6-磷酸-葡萄酸
~~激酶
（与EMP途径连接） ~~氧化酶
(与HMP途径连接)
EMP途径 3-磷酸-甘油醛
~~脱水酶
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
EMP途径
丙酮酸 ~~醛缩酶
有氧时与TCA环连接
无氧时进行细菌发酵
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14
ED途径的特点
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3
一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢 的核心问题。
能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的 最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源------ATP。 这就是产能代谢。
最初 能源
有机物
化能异养微生物
化能自养微生物
还原态无机物
日光
光能营养微生物
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物质代谢：物质在体内转化的过程.
•能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化.
按代谢产物在机体中作用不同分：
•初级代谢： 提供能量、前体、结构物质等生命活动所
必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等.
•次级代谢： 在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型；
产物：抗生素、色素、激素、生物碱等
通用能源 （ATP）
4
2、微生物的能量代谢
生物氧化的概念
生物氧化就是发生在或细胞内的一切产能性氧化反应的总称
生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的 化学反应。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高 能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。
生物氧化的方式：
①和氧的直接化合： C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O ②失去电子： Fe2+ → Fe3+ + e -
③化合物脱氢或氢的传递: CH3-CH2-OH
CH3-CHO
NAD NADH2
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5
生物氧化的功能： 产能(ATP)
产还原力【H】 小分子中间代谢物
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6
生物氧化的过程
一般包括三个环节： ①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体） ②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等） ③最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）
合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小
分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子
的过程。
复杂分子
（有机物）
分解代谢
简单小分子 ATP [H]
合成代谢 编辑ppt
2
按物质转化方式分：
分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在 这个过程中产生能量。
合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分 子的过程。在这个过程中要消耗能量。
葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后，经脱氧酮 糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸甘油醛， 3-磷酸甘 油醛再经EMP途径转化成为丙酮酸。结果是1分子葡萄糖产 生2分子丙酮酸，1分子ATP。
•ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧-6-磷酸 葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛。ED途径 的特征酶是KDPG醛缩酶.
甘油醛-3-磷酸脱氢 酶
磷酸甘油酸激酶
甘油酸变位酶
移位
烯醇酶
磷酸化
丙酮酸激酶
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氧化
9
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10
HMP途径 (戊糖磷酸途径) （Hexose Monophophate Pathway） 葡萄糖经转化成6-磷酸葡萄糖酸 后，在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的 催化下，裂解成5-磷酸戊糖和 CO2。磷酸戊糖进一步代谢有两 种结局，
HMP途径的总反应
• C6
耗能阶段
• 2C3
产能阶段
C6H12O6+2NAD++2ADP+2Pi
2C3
4 ATP 2ATP 2 丙酮酸 2NADH2
2CH3COCOOH+2NADH2+2H++2ATP+2H2O
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HMP途径的重要意义
•为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖-磷酸。
•产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提 供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量。
•与EMP途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛-3-磷酸处连接，可 以调剂戊糖供需关系。
•途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、 碱基合成、及多糖合成。
•途径中存在3~7碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利 用的碳源谱更为更为广泛。
•通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干 氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接，可互 相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢物的需 要。好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行乙醇发酵.
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ED途径的总反 应
•
• •
ATP
• • •
ATP
C6H12O6
ADP
①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系催 化，又生成磷酸己糖和磷酸丙糖
（3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借 EMP途径的一些酶，进一步转化 为丙酮酸。称为不完全HMP途径。
②由六个葡萄糖分子参加反应，
经一系列反应，最后回收五个葡
萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖
编辑（全ppt 彻HM底P氧途化径成。CO2
和水），称完 11
•HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活
动对其中间产物的需要量相关。
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ED途径
又称2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径。 存在于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广）。 ED途径 可不依赖于EMP和HMP途径而单独存在，是少数缺乏完整 EMP途径的微生物的一种替代途径，未发现存在于其它生 物中。
第五章 微生物代谢与调控
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1
1、代谢概论
新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢
（catabolism）和合成代谢（anabolism）的总和。新陈代源自 = 分解代谢 + 合成代谢
分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系
的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能 量和还原力的作用。
底物脱氢的途径
(1)、EMP途径 (2)、HMP (3)、ED (4)、TCA
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2.1化能异养微的生物氧化
2.1.1底物脱氢的途径
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葡萄糖的酵解作用
( 又称：Embden- 活化 Meyerhof-Parnas 途径，简称：EMP 途径)
葡萄糖激活的 方式
己糖异构酶
磷酸果糖激酶
ATP
葡萄糖
ADP
NADP+
6-磷酸-葡萄糖
NADPH2
6-磷酸-葡萄酸
~~激酶
（与EMP途径连接） ~~氧化酶
(与HMP途径连接)
EMP途径 3-磷酸-甘油醛
~~脱水酶
2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸
EMP途径
丙酮酸 ~~醛缩酶
有氧时与TCA环连接
无氧时进行细菌发酵
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ED途径的特点
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一切生命活动都是耗能反应，因此，能量代谢是一切生物代谢 的核心问题。
能量代谢的中心任务，是生物体如何把外界环境中的多种形式的 最初能源转换成对一切生命活动都能使用的通用能源------ATP。 这就是产能代谢。
最初 能源
有机物
化能异养微生物
化能自养微生物
还原态无机物
日光
光能营养微生物
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物质代谢：物质在体内转化的过程.
•能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化.
按代谢产物在机体中作用不同分：
•初级代谢： 提供能量、前体、结构物质等生命活动所
必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等.
•次级代谢： 在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型；
产物：抗生素、色素、激素、生物碱等
通用能源 （ATP）
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2、微生物的能量代谢
生物氧化的概念
生物氧化就是发生在或细胞内的一切产能性氧化反应的总称
生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的 化学反应。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高 能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。
生物氧化的方式：
①和氧的直接化合： C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O ②失去电子： Fe2+ → Fe3+ + e -
③化合物脱氢或氢的传递: CH3-CH2-OH
CH3-CHO
NAD NADH2
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生物氧化的功能： 产能(ATP)
产还原力【H】 小分子中间代谢物
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生物氧化的过程
一般包括三个环节： ①底物脱氢（或脱电子）作用（该底物称作电子供体或供氢体） ②氢（或电子）的传递（需中间传递体，如NAD、FAD等） ③最后氢受体接受氢（或电子）（最终电子受体或最终氢受体）
合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小
分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子
的过程。
复杂分子
（有机物）
分解代谢
简单小分子 ATP [H]
合成代谢 编辑ppt
2
按物质转化方式分：
分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在 这个过程中产生能量。
合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分 子的过程。在这个过程中要消耗能量。
葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后，经脱氧酮 糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸甘油醛， 3-磷酸甘 油醛再经EMP途径转化成为丙酮酸。结果是1分子葡萄糖产 生2分子丙酮酸，1分子ATP。
•ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧-6-磷酸 葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘油醛。ED途径 的特征酶是KDPG醛缩酶.