微生物的代谢调节优秀课件

通过调节转录起始和转录 效率来控制次级代谢基因 的表达。
转录后水平调控
通过控制mRNA的稳定性 、翻译效率和翻译后修饰 来影响次级代谢基因的表 达。
表观遗传调控
通过DNA甲基化、组蛋白 乙酰化等修饰来影响次级 代谢基因的表达。
酶活性调控
酶的合成与降解
通过调节酶的合成和降解来控制次级代谢产物的生成。
次级代谢产物的生物利用与开发
次级代谢产物在医药领域的应 用：如抗生素、激素、抗肿瘤
药物等。
次级代谢产物在工业领域的应 用：如生物塑料、生物燃料、 生物催化剂等。
次级代谢产物在农业领域的应 用：如植物生长调节剂、杀虫
剂、除草剂等。
次级代谢产物的开发前景：随 着生物技术的不断发展，次级 代谢产物在未来的应用前景将 更加广泛。
细胞密度与次级代谢
在达到一定细胞密度后，次级代谢产物开始生成，并 随着细胞密度的增加而增加。
04
次级代谢在生物工程中的应用
次级代谢产物的分离纯化
分离纯化方法
利用物理、化学和生物学方法，从微生物发酵液 中分离纯化次级代谢产物。
技术手段
采用色谱技术、沉淀法、结晶法等手段进行分离 纯化。
注意事项
需注意避免产物的降解和损失，提高产物的纯度 和收率。
05
次级代谢的研究进展与展望
次级代谢产物的发现与鉴定
次级代谢产物的发现
通过基因组学、转录组学和代谢组学技术，发现新的次级代 谢产物。
次级代谢产物的鉴定
利用色谱技术、光谱技术和质谱技术等手段，对次级代谢产 物进行分离、纯化和鉴定。
次级代谢的生物合成机制研究
生物合成途径
研究次级代谢产物的生物合成途径， 包括起始、延伸和终止等步骤。

调节酶通常是变构酶，一般具有多个亚基，包括 催化亚基和调节亚基。变构酶的激活和抑制过程。 激活过程的效应物称为激活剂(activator)，而抑制 过程的效应物称为抑制剂(inhibitor)。
图4.2.2 变构酶受效应物的调节过程 1. 激活剂激活无活性的酶；2.抑制剂抑制有活性的酶
在微生物代谢调节中更常见的是反馈
诱导酶：在对数生长期的大肠杆菌(E.coli)培养基中加入
乳糖，就会产生与乳糖代谢有关的ß -半乳糖苷酶和半乳 糖苷透过酶等。这时，细胞生长速度和总的蛋白质合成 速度几乎没有改变，这种环境物质促使微生物细胞中合 成酶蛋白的现象称为酶的诱导。
图4.1.1. 培养基中加入乳糖诱导ß-半乳糖苷酶的合成
4.1.2 酶合成的阻遏(Enzyme repression)
当细胞内同时存在两种可利用底物 (碳源或氮源)时，利用快的底物会阻遏 与利用慢的底物有关的酶合成。现在知 道，这种阻遏并不是由于快速利用底物 直接作用的结果，而是由这种底物分解 过程中产生的中间代谢物引起的，所以 称为分解代谢物阻遏。
分解代谢物阻遏过去被称为葡萄糖效应。
图4.1.7 培养基中不同糖对大肠杆菌生长速度的影响 1.单独加入葡萄糖时，菌体生长几乎没有延迟期；单独
酶合成的调节主要有两种类型：酶的 诱导和酶的阻遏。
4.1.1 酶的诱导(Enzyme induction)
按照酶的合成与环境影响的不同关系， 可以将酶分为两大类，一类称为组成酶 (Structural enzymes)，它们的合成与环境 无关，随菌体形成而合成，是细胞固有的 酶，在菌体内的含量相对稳定。如糖酵解 途径(EMP)有关的酶。另一类酶称为诱导酶 (Inducible enzyme)，只有在环境中存在诱 导剂(Inducer)时，它们才开始合成，一旦 环境中没有了诱导剂，合成就终止。

2．糖化型淀粉酶：这是一类酶的总称。 其共同特点是可以将淀粉水解成麦芽糖 或葡萄糖。这类酶至少有三种：
• ① β-淀粉酶（淀粉-1.4-麦芽糖苷酶）：它是从直链 淀粉的外端（非还原端）开始作用于α-1.4糖苷键， 每次水解出一个麦芽糖分子，可将直链淀粉彻底水解 成麦芽糖。因为被β-淀粉酶所打断的键发生改变， 结果是形成β-麦芽糖即麦芽糖的还原碳是β-构型的。
淀粉能被多种微生物分解，微生物分解淀粉的酶类很 多，作用方式各异，作用后的产物也不同。 主要的淀粉酶有以下几类：
1. α-淀粉酶（液化型淀粉酶）：
• 它可以从直链淀粉的内部任意切割α-1.4糖苷键， 最终的产物是麦芽糖和少量的葡萄糖，二者的比 例约为6：1。α-淀粉酶不能水解α-1.6糖苷键， 以及靠近α-1.6糖苷键的α-1.4糖苷键，但可越过 此键，在分支点的较远位直链内部水解α-1.4糖苷 键，因此淀粉水解的产物是麦芽糖、含有6个葡萄 糖单位的寡糖和带有α-1.6糖苷键的小分子糊精 （寡糖）。由于α-淀粉酶可在淀粉的内部任意切 割，所以使淀粉的粘滞度很快降低，表现为液化， 故称为液化酶。一些细菌（枯草）、放线菌、霉 菌均能产生α-淀粉酶。此外，发芽的种子、动物 的胰脏、唾液中都含有此酶。
（三）果胶质的分解代谢
• 果胶质是构成高等植物细胞间质的主要物质。它 主要是由D-半乳糖醛酸通过α-1.4糖苷键连接起 来的直链高分子化合物，其分子中大部分羧基形 成了甲基酯；不含甲基酯的果胶质称为果胶酸。
• 天然果胶质是一种水不溶性的物质，通常被称为 原果胶。在原果胶酶的作用下，被转化成水可溶 性的果胶；再进一步被果胶甲酯水解酶催化去掉 甲酯基团，生成果胶酸，最后被果胶酸酶水解， 切断α-1.4糖苷键，生成半乳糖醛酸。半乳糖醛酸 最后进入糖代谢途径被分解放出能量，可见分解 果胶的酶也是一个多酶复合物。

33
（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
23
（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