微生物代谢调节

细胞膜透性的调节
通过改变细胞膜的通透性，控制代谢底物和产物的进出，从而调 节代谢过程。
微生物代谢的基因调控
01
原核生物的基因调 控
通过操纵子模型实现基因表达的 调控，包括正调控和负调控两种 方式。
02
真核生物的基因调 控
通过转录因子和顺式作用元件的 相互作用，实现基因表达的精确 调控。
03
基因表达的诱导和 阻遏
03 氮的转化代谢
微生物还可以通过氮的转化代谢将一种含氮化合 物转化成另一种含氮化合物，如硝酸盐还原成氨 的过程。
04Βιβλιοθήκη 微生物代谢的调节与控制代谢调节的方式与机制
酶活性的调节
通过改变酶的构象或修饰酶活性中心，从而调节代谢途径中关键 酶的活性。
代谢物浓度的调节
代谢物浓度的变化可以影响酶的活性，从而调节代谢速率。
用、液相色谱-质谱联用等。
核磁共振法
利用核磁共振技术对微生物代 谢产物进行结构和构象分析， 可以获得代谢产物的详细化学
信息。
生物信息学分析
利用生物信息学方法对微生物 代谢组学数据进行处理和分析， 包括代谢途径分析、代谢网络 构建、代谢物鉴定和代谢调控 研究等。
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微生物代谢产物的生物活性与应用
抗生素
由微生物代谢产生的具有抗菌活 性的化合物，用于治疗细菌感染。
酶
微生物代谢产生的生物催化剂，广 泛应用于食品、医药、化工等领域。
激素
某些微生物代谢产物具有激素活性， 可用于调节动植物生长发育。
微生物代谢在环境保护和能源领域的应用
污水处理
利用微生物代谢降解污水中的有机污染物，净化水质。
02
微生物的能量代谢
能量代谢的基本过程

此模型曾应用于棒状杆菌的Lys和产黄青霉的青 霉素生产上，求得不同比生长速率下的最大青霉素 理论得率，并发现，当比生长速率从0提高到0.05h-1 时，理论得率急速下降。
产黄青霉的青霉素生产分析中作者发现在6-磷酸葡萄糖节点上的物流分担比 与基于葡萄糖的青霉素得率之间的相互关系。这种关系表现在青霉素的 生产需要大量的NADPH。
以鉴别哪些途径很可能存在，并获得有 关同工酶或途径功能的信息。
(4)非测量所得的胞外物流的计算 被测量物流数目>胞内物流数目
（5）考察另一些途径对物流分布的影响
可做一些设想，如插入一条新途径或同功 酶(或将其消除)是否具有消除该限制的积极效 果，从而引起所需物流的增加。
（6）最大理论得率的计算
基于化学计量模型，如已知各种限制条件，便 可以计算一已知代谢物的最大理论得率。此值对揭 示过程得率的上限有用。
物流控制系数（flux control coefficient, FCC）：用物流百分比变 化除以一酶活的百分比变化
术语
弹性系数：酶催化反应速率对代谢物浓 度的敏感性，是个别酶的特征
物流分担比：途径A与途径B之比
节点（node）：将细胞的生化反应以网 络整体来考虑，而不是孤立地来考虑。 将代谢网络分流处的代谢产物称为节点， 对终产物合成起决定作用的少数节点称 主节点。
显然，在此提出速率限制步骤或瓶颈的说法是 没有意义的。除了物流控制的波动，途径中的物流 控制大多数是由头两步实现的。此外，通过模型的 分析发现，FCC值取决于溶氧浓度，它是IPNS催化 反应的一种基质。
物流求和理论阐明: 酶的物流控制系数（FCC） 不是哪个酶单独固有的而是系统所具有的性质。当 酶的活性从很低的水平提高到很高的水平，其物流 控制系数也会改变。显然，其他酶的活性虽然未变， 其物流控制系数也会改变。这是因为不管酶在哪一 水平，途径中的所有酶的物流控制系数之和等于1。 这明显是一种相互作用，其他一些酶量的变化也会 引起酶物流控制系数的改变。

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代谢产物
初级代谢产物是指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。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不 停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非 是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物 不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机 化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据 培养基的物理状态，可分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可分为抗生素发酵、维生素发酵和氨基酸 发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可分为厌氧发酵（如酒精发酵、乳酸发酵）和需氧发酵（如抗生素发酵、 氨基酸发酵）。
人工控制
人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件（即发酵条件）等。例如， 黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸。其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸， 在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都累计过量时，就会抑 制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。例如，在谷氨酸的 生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，是谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨 酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸的产量。

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。