微生物的代谢调节专家讲座.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,本章学习内容,初级代谢产物和次级代谢产物,微生物代谢生化基础,微生物代谢协调作用,微生物代谢调整方式,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,1,微生物的代谢调节专家讲座,第1页,微生物将外界物质吸收到体内，首先进行分解作用（异化作用，Catabolism），同时又进行合成作用（同化作用，Anabolism）过程叫物质代谢。,一、初级代谢产物和次级代谢产物,物质代谢,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,2,微生物的代谢调节专家讲座,第2页,在代谢过程中微生物进行了复杂生物化学作用，取得了许多主要代谢产物。通常发酵产物不一样类型是和微生物代谢过程亲密相关，发酵产物通常包含,初级代谢产物,和,次级代谢产物,等。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,3,微生物的代谢调节专家讲座,第3页,在细胞,对数生长久,形成，往往是细胞生长所必需物质。,初级代谢产物,初级代谢产物包含：,氨基酸、核酸、蛋白质、脂类、糖类、乙醇、丙酮、丁醇、维生素等。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,4,微生物的代谢调节专家讲座,第4页,微生物细胞在,生长稳定时,合成，在细胞代谢中并没有任何显著功效物质。,次级代谢产物,次级代谢产物来自于中间代谢产物和初级代谢产物，,抗生素,是大家熟知次级代谢产物。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,5,微生物的代谢调节专家讲座,第5页,1、初级代谢产物：,Primary products of metabolism,次级代谢产物：,Secondary metabolites,Secondary products of metabolism,注意：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,6,微生物的代谢调节专家讲座,第6页,2、大多数微生物均可合成初级代谢产物，但并不是全部微生物都能进行次级代谢。通常，丝状菌（如放线菌）、真菌以及产芽孢细菌都能进行次级代谢，而肠道细菌则不能。,3、从生理学观点来看，许屡次级代谢产物含有生理活性，有些是特殊酶抑制剂，有些是生长促进剂，许多还有药品功效，抗生素就是其中代表。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,7,微生物的代谢调节专家讲座,第7页,微生物细胞含有严密协调能力,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,8,微生物的代谢调节专家讲座,第8页,当一个微生物细胞被置于含有糖、氨和无机盐培养基中，在适宜条件下培养时，它首先将大分子糖（如淀粉）降解单糖（葡萄糖），然后将葡萄糖吸收到细胞内，并把己糖降解为三碳或二碳化合物，并将这些小分子化合物送入TCA循环，提供合成细胞成份中间产物和能量，再由这些中间产物转化成20种基本氨基酸、4种核苷酸、4种脱氧核苷酸、还有10各种维生素、几十种脂肪酸和糖类等，然后这些小分子物质又合成为各种蛋白质、DNA、RNA（mRNA、tRNA、rRNA）、多糖和生物大分子物质，它们被用来组成细胞结构，如细胞核、细胞壁、细胞膜及线粒体等各种细胞器。全部这些分解和合成代谢都是由酶催化反应。（一个细胞能够有1000-3000种酶）。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,9,微生物的代谢调节专家讲座,第9页,一个细胞在正常条件下，每20-60min繁殖一代。在自然界里要竞争成功就要求,生长快速,和,效率高,。所以，细胞必须平衡每一条代谢路径中各反应速率和流向各种路径通量。在一个细胞中存在着如此复杂反应，繁殖速度又如此之快，但全部反应都是有条不紊地进行，使得能量和中间产物供给上，既无不足又无过剩，保持各种代谢物浓度相对稳定和动态平衡，结果使细胞得以生长，这么,对,能量利用之经济、对原料利用之合理、对细胞成份合成之快速、以及对外界条件适应之灵敏，,都说明了,微生物细胞含有高度严密协调能力。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,10,微生物的代谢调节专家讲座,第10页,微生物含有显著自我调整能力，这对于微生物本身非常主要，可使微生物本身含有高度适应环境和自我繁殖能力，,而对于工业微生物应用，则有利有弊,：,微生物细胞含有严密协调能力优缺点：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,11,微生物的代谢调节专家讲座,第11页,当以取得微生物细胞（如：SCP）为目标时，微生物自我调整作用防止了中间代谢产物过量生成而造成能量和原料浪费，这么使原料利用更合理。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,12,微生物的代谢调节专家讲座,第12页,当以取得中间代谢产物或终产物为目标发酵时（如有机酸、氨基酸、核苷酸、抗生素发酵），细胞自我调整就使中间代谢产物和终产物不能过量生成，也不能排出体外。为了使微生物大量积累中间代谢产物或终产物，必须破坏原有调控关系并建立新调整机制，使它按照人们意愿改变或控制代谢方向，从而使目标产物大量生成和积累。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,13,微生物的代谢调节专家讲座,第13页,微生物代谢自我调整作用是经过,协调控制酶,来实现，微生物代谢调整机制可分为以下三类：,二、微生物代谢生化基础,（一）微生物代谢调整机制分类,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,14,微生物的代谢调节专家讲座,第14页,1、在基因水平下控制,酶合成,这类调整机制又分为诱导和阻遏两种方式：,（1）酶诱导合成,（enzyme induction）,当有诱导物存在时，酶生成量能够几倍乃至几百倍地增加。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,15,微生物的代谢调节专家讲座,第15页,（2）酶阻遏生成（enzyme repression）,这是停顿或抑制酶合成效应，依据阻遏物不一样，而有三种类型：,A、终产物反馈阻遏 阻遏物为合成路径终产物。,B、分解代谢物阻遏 阻遏物为另一分解产物。,C、代谢互锁 阻遏物与被阻遏酶是几乎不相关合成路径产物。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,16,微生物的代谢调节专家讲座,第16页,代谢互锁,表面完全不相关两条路径之间调整。这种作用普通在高浓,度下才显示，且为部分抑制。,Asp天冬Asp-pAsaDAPLys,赖氨酸，二氢吡啶二,羧酸合成酶,Hse,Thr Ile,Gly 异丙基Leu 亮氨酸,苹果酸,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,17,微生物的代谢调节专家讲座,第17页,2、酶活性控制,这是经过改变已存在酶催化活性来控制，包含以下三种类型：,（1）终产物抑制或激活,（2）酶原激活,（3）经过辅酶水平活性调整,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,18,微生物的代谢调节专家讲座,第18页,3、经过细胞膜通透性调整,在微生物中，细胞膜通透性调整也是非常主要。通透性调整首先有选择地将必需营养物送到细胞内，另首先将胞内必需代谢物和大分子保持在一定浓度，当代谢物累积到引发反馈调整浓度时，细胞立刻停顿该物质合成。这么对微生物来说，不会造成浪费，确保微生物细胞能正常生长。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,19,微生物的代谢调节专家讲座,第19页,不过对于以大量积累某种代谢物为目标发酵生产，必须经过改变细胞膜通透性，把属反馈控制因子终产物快速、不停地排出体外，从而打破这种反馈控制，大幅度提升发酵产物产量，如：,谷氨酸发酵,。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,20,微生物的代谢调节专家讲座,第20页,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,21,微生物的代谢调节专家讲座,第21页,在以上3种调整机制中，除了第三种细胞通透性调整外，前二种调整机制均包括一类特有蛋白质，称变构蛋白质。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,22,微生物的代谢调节专家讲座,第22页,当蛋白质与某一个特殊小分子结合后，蛋白质构象发生改变从而使蛋白质生物学性质改变，这种蛋白质称变构蛋白质。,变构蛋白质：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,23,微生物的代谢调节专家讲座,第23页,变构蛋白质可用于控制代谢改变，主要分二类：,变构酶,当与效应物（小分子物质）结合后，其活性便改变。,变构蛋白质,是一个调整性蛋白质，无催化活力，主要用于控制基因表示，以调整酶合成。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,24,微生物的代谢调节专家讲座,第24页,微生物代谢调整部位以下列图：,（二）微生物代谢调整部位,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,25,微生物的代谢调节专家讲座,第25页,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,26,微生物的代谢调节专家讲座,第26页,通道,物质进出细胞是受细胞膜调整控制,通量,调整酶合成量和改变酶活性,限制基质与酶靠近,在真核细胞中尤为显著,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,27,微生物的代谢调节专家讲座,第27页,微生物细胞生长时，把C源、N源和能源等高分子化合物分解为简单物质，再由此合成氨基酸、核苷酸、维生素和脂肪酸等中间产物，深入再合成蛋白质、核酸、脂类、多糖等高分子化合物，装配成含有特殊结构和功效单元，完成细胞生长、分化和繁殖。很显著，细胞必须形成数以千计酶，而且以整体方式作用，这么制造出来分子才含有正确百分比和不浪费宝贵养分，只有高度协调细胞才能做到增代时间缩短到20分钟。,三、微生物代谢协调作用,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,28,微生物的代谢调节专家讲座,第28页,普通来说，一个细胞含有合成酶潜力达1000种以上，但当细胞处于一特定培养基时，并不合成全部酶，只有那些需要酶才能合成，且合成酶数量又不多不少。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,29,微生物的代谢调节专家讲座,第29页,微生物细胞酶是在基因指导下合成，即使基因是稳定，它不随外界环境改变而改变，,但在基因指导下酶合成受外界环境影响是很大。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,30,微生物的代谢调节专家讲座,第30页,微生物细胞内酶，通常分为二种：即组成酶和诱导酶。,（一）酶诱导作用和反馈阻遏,1、酶诱导作用,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,31,微生物的代谢调节专家讲座,第31页,微生物细胞所固有，以恒定速度和数量生成，不随微生物代谢状态而改变，这一类酶称组成酶，也称结构酶。如：把glucose转化为丙酮酸酶,组成酶（Constitutive enzymes）,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,32,微生物的代谢调节专家讲座,第32页,在普通情况下细胞内不生成或数量极少，但当培养基中加入特定诱导物后大量产生酶。,诱导酶（Induced enzymes）,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,33,微生物的代谢调节专家讲座,第33页,比如：,有些细菌只有生长在含有淀粉培养基中时才能产生淀粉酶。,下列图是-半乳糖苷酶合成与乳糖利用关系。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,34,微生物的代谢调节专家讲座,第34页,-半乳糖苷酶活力,时间,大肠杆菌中-半乳糖苷酶诱导,添加乳糖,由图可知，当培养基中（碳源：糊精）添加乳糖后，大肠杆菌中-半乳糖苷酶活力以极快速度快速上升，这是诱导酶很经典一个例子。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,35,微生物的代谢调节专家讲座,第35页,组成酶与诱导酶是相正确概念，同一个酶，在一个微生物中是诱导酶，在另一个微生物中可能就是组成酶。,酶诱导合成现象是微生物普遍存在，许多,分解代谢酶,属于诱导酶类，如对糖、蛋白质、脂类以及芳香族化合物降解酶。,注意：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,36,微生物的代谢调节专家讲座,第36页,从营养角度看：,微生物能够依据环境提供生长基质，诱导合成对应酶，以分解生长基质，吸收营养，进行代谢活动，从而加强微生物对环境适应能力。,从细胞经济角度看：,微生物仅在需要时（存在底物时）才合成一些酶，在不需要时便不合成，这就防止了生物合成原料和能量浪费。,酶诱导合成作用意义：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,37,微生物的代谢调节专家讲座,第37页,当代谢路径中某种产物过量时，或培养基中已提供了此产物时，就会阻遏本身合成路径中第一个酶或其它关键酶深入合成，从而控制代谢进行，降低终产物生成，这种反应称终产物阻遏（end product repression），通常称反馈阻遏（feedback repression）。,2、酶合成反馈阻遏,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,38,微生物的代谢调节专家讲座,第38页,比如：,大肠杆菌色氨酸合成酶生成就受到这种效应调控，当在培养基中加入色氨酸时，在2-3min内细胞中酶生物合成就停顿了。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,39,微生物的代谢调节专家讲座,第39页,酶反馈阻遏在微生物中普遍存在，常出现在与氨基酸、嘌呤、嘧啶生物合成相关酶中。,注意：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,40,微生物的代谢调节专家讲座,第40页,微生物含有反馈阻遏调整系统，使得微生物在已合成足够多物质时，或由外源加入该物质时，就停顿生成其相关合成酶类；而当该物质缺乏时，又开始生成这些酶，这种调整作用能够,节约细胞内大量能量和原料,。,酶合成反馈阻遏生物学意义：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,41,微生物的代谢调节专家讲座,第41页,酶诱导和阻遏以相反方向影响酶生物合成，它们作用机制是相同，能够用Jacob-Monod模型来解释。（亦程操纵子学说）,3、酶合成诱导和阻遏机制,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,42,微生物的代谢调节专家讲座,第42页,在染色体DNA链上有,调整基因,（Regulate gene）和,操纵子,（operon），操纵子包含一串功效相关联,结构基因,（Structure gene）、,操纵基因,（Operator gene）和,开启子,（Promoter），它们作用以下：,Jacob-Monod模型关键点：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,43,微生物的代谢调节专家讲座,第43页,携带遗传信息，酶合成以结构基因为模块，在RNA聚合酶作用下转录出mRNA，mRNA在核糖体上经过tRNA翻译出对应蛋白质（酶）。,结构基因（S）：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,44,微生物的代谢调节专家讲座,第44页,不编码蛋白质，是与调整蛋白质结合部位，控制结构基因转录。,操纵基因（O）：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,45,微生物的代谢调节专家讲座,第45页,不编码蛋白质，是与RNA聚合酶结合部位，只有RNA聚合酶与开启子结合后，才能开启结构基因转录,开启子（P）：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,46,微生物的代谢调节专家讲座,第46页,编码一个调整蛋白质（阻遏物）生成，这是一个变构蛋白，有二个位点，一个位点与操纵基因结合，另一位点与调整物（效应物）结合，当调整物与调整蛋白质结合后，便引发调整蛋白质构象发生改变，变构蛋白质增加（若调整物为阻遏物）或降低（若调整物为诱导物）与操纵基因结合能力。,调整基因（R）：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,47,微生物的代谢调节专家讲座,第47页,代谢产物诱导、反馈调整机制,调整基因,开启子,操纵基因,结构基因,A,操纵子（operon）,B,C,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,48,微生物的代谢调节专家讲座,第48页,当微生物碰到一个以上能够利用基质时，微生物终究先利用哪一个基质呢？细胞总是产生酶来利用现有最正确基质,（glucose）,，只有在一个基质被耗竭之后才会形成份解代谢第二种基质酶。,（二）分解代谢物调整,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,49,微生物的代谢调节专家讲座,第49页,将大肠杆菌培养在含有二种C源（如：glucose和lactose）培养基里，大肠杆菌生成量与培养时间关系见下列图。,1、二次生长现象与葡萄糖效应,大肠杆菌量,培养时间h,glucose耗尽,-半乳糖苷酶诱导,由图看出，大肠杆菌生长在含有二种C源培养基里出现了二次生长现象，即：在第一阶段快速生长，大肠杆菌优先利用glucose，作为能源和C源；当glucose消耗完成，细菌生长速度出现一个显著停滞期，然后又慢慢回升第二阶段，此时它使用乳糖作能源和C源，生长速度比第一阶段稍慢一点。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,50,微生物的代谢调节专家讲座,第50页,从细胞内酶分析发觉，在第一生长阶段中，细胞内-半乳糖苷酶活性很低，由此可见，细菌在利用glucose时，-半乳糖苷酶合成受到抑制；当glucose耗尽时，细菌开始利用乳糖生长，此时glucose抑制作用消除，此时测得-半乳糖苷酶活性比第一阶段高得多。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,51,微生物的代谢调节专家讲座,第51页,当初把这种glucose干扰其它C源利用现象称为“葡萄糖效应”，随即研究表明，葡萄糖效应并非由葡萄糖直接造成，而是其某种分解代谢产物引发。,比如：,产气杆菌组氨酸裂解酶将组氨酸分解为-酮戊二酸和氨，而glucose能够降解为-酮戊二酸，故葡萄糖能阻遏组氨酸裂解酶合成.,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,52,微生物的代谢调节专家讲座,第52页,以上这种效应称“分解代谢物阻遏效应”（Catabolite repression），它不但限于glucose，全部快速代谢C源和N源都能阻遏另一个被迟缓利用C源和N源所需酶形成。,注意：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,53,微生物的代谢调节专家讲座,第53页,分解代谢物阻遏作用之所以产生，这是因为轻易利用碳源过量存在时，经过代谢路径进行降解，放出来能量有一部分储存在ATP中。ATP是由ADP和AMP经过磷酸化作用生成，这么细胞内ATP浓度增加，就使AMP浓度降低。同时，因为环状单磷酸腺苷（cAMP）可经过磷酸二脂酶作用水解生成AMP。,（2）分解代谢物阻遏作用机理,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,54,微生物的代谢调节专家讲座,第54页,cAMP+H,2,O AMP,磷酸二酯酶,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,55,微生物的代谢调节专家讲座,第55页,从而致使细胞中cAMP浓度随AMP浓度降低而降低，结果，在开启基因（P）上没有cAMP-CRP复合物，RNA聚合酶也无法结合到开启基因位点上，从而使结构基因（S）上遗传信息无法转录，酶生物合成无法进行。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,56,微生物的代谢调节专家讲座,第56页,结构基因,操纵基因,开启子,RNA,聚合酶,CRP,cAMP,复合物,CRP cAMP,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,57,微生物的代谢调节专家讲座,第57页,当轻易利用C源不存在或被细胞利用完后，伴随细胞中ATP浓度下降，而使ADP、AMP、cAMP浓度增加，当cAMP-CRP浓度增加到一定量时候，cAMP-CRP复合物结合到开启基因位点上，从而使RNA聚合酶与开启基因结合成为可能，酶生物合成就有可能进行。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,58,微生物的代谢调节专家讲座,第58页,普通来说，降解性酶通常是经过诱导和分解代谢物调整作用来控制，而生物合成酶主要是由反馈调整控制，反馈调整主要有二种类型：,反馈抑制,和,反馈阻遏,。,（三）反馈调整,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,59,微生物的代谢调节专家讲座,第59页,是一个生物合成路径最终代谢物抑制那一路径前面第一或第二个酶作用。,1、反馈抑制,反馈抑制,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,60,微生物的代谢调节专家讲座,第60页,反馈抑制是调整酶活性。,注意：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,61,微生物的代谢调节专家讲座,第61页,调整酶活性比调整酶合成更快速、及时而有效，这是微生物最经济一个调整方式，经过改变代谢路径中一个或几个关健酶活力，以影响代谢路径中各中间代谢产物流量，这种调整作用通常是由变构酶来完成。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,62,微生物的代谢调节专家讲座,第62页,在反馈抑制中，酶活力调控实质就是变构酶变构调整。变构酶含有二条或二条以上多肽链，含有二个不一样结合位点：一个是活性部位（活性中心），是与底物结合部位；另一个是变构部位，是与调整物（激活剂或抑制剂）,非共价可逆结合,部位。在变构过程中，酶与调整物结合后引发酶三级或四级（空间）结构改变，酶空间构象改变影响了底物与活性中心结合，从而影响了酶催化效应。终产物与酶调整中心结合是可逆，当终产物浓度降低时，终产物与酶结合即解除，从而恢复酶蛋白质原有构象，使酶与底物能够结合而发生催化作用。,2、变构酶及其调整机制,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,63,微生物的代谢调节专家讲座,第63页,变构酶作用程序以下：,专一性代谢物（变构效应物）与酶变构部位结合,酶分子构象改变,活性中心修饰,抑制或促进酶活性,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,64,微生物的代谢调节专家讲座,第64页,是一个生物合成路径终点产物抑制那一路径前面酶合成。,2、反馈阻遏,反馈阻遏,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,65,微生物的代谢调节专家讲座,第65页,反馈阻遏是调整酶合成。,注意：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,66,微生物的代谢调节专家讲座,第66页,与诱导作用恰好相反（前面讲过）。,反馈阻遏机理,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,67,微生物的代谢调节专家讲座,第67页,四、微生物代谢调整方式,不分枝生物合成路径中第一个酶受终点产物抑制（反馈抑制）和路径全部酶生物合成受终点产物阻遏（反馈阻遏）。,（一）不分枝生物合成路径,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,68,微生物的代谢调节专家讲座,第68页,苏氨酸脱氨酶,苏氨酸,-酮丁酸 异亮氨酸,反馈抑制,其它实例：谷氨酸棒杆菌精氨酸合成,举例：,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,69,微生物的代谢调节专家讲座,第69页,许多生物合成路径含有二种以上终点产物，以下列图。,（二）分枝路径中终点产物抑制作用,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,70,微生物的代谢调节专家讲座,第70页,S,C,B,A,H,E,D,G,氨基酸,氨基酸,a,f,e,d,b,c,i,h,g,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,71,微生物的代谢调节专家讲座,第71页,在生物合成路径中，为了预防因为一个代谢物过量而使细胞失去取得其它代谢物机会，在代谢过程中存在以下几个不一样反馈抑制机制。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,72,微生物的代谢调节专家讲座,第72页,1、同工酶特异性调整,A,F,C,B,G,E,D,H,在一分枝路径中第一步相同反应可由各种酶催化，各种酶受到不一样终点产物抑制。,E,1,E,2,E,3,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,73,微生物的代谢调节专家讲座,第73页,2、协同反馈调整,A,F,C,B,G,E,D,H,只有一个酶受控制，但要抑制或阻遏这种酶需一个以上终点产物过量存在，而单个终点产物不产生或产生很小负影响。,E,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,74,微生物的代谢调节专家讲座,第74页,3、累积反馈调整,A,F,C,B,G,E,D,H,每一终点产物如过量，只能部分抑制或阻遏途经第一个酶，终点产物联合才显示出累积效果。,E,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,75,微生物的代谢调节专家讲座,第75页,4、次序反馈抑制,S,C,B,A,H,E,D,G,酶a效应物不是终点产物，而是中间产物C，终点产物抑制酶d和g，从而引发浓度C上升，继而又抑制酶a。,氨基酸A,氨基酸B,a,f,e,d,b,c,i,h,g,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,76,微生物的代谢调节专家讲座,第76页,微生物代谢过程中酶活力调整是经过变构酶进行调整，变构酶调整机理前面已经叙述，变构酶在调整过程中仅仅是效应物与变构部位非共价地结合，而不包括化学键形成与断裂。而酶活力另一个调整作用是共价修饰调整（主要存在于哺乳动物中），它调整作用经常是与化学键断裂相关，最常见现象是酶蛋白中某一肽段水解除去，即生物化学中酶原激活概念。,（四）酶共价修饰调整,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,77,微生物的代谢调节专家讲座,第77页,胰凝蛋白酶原,水解除去一六肽,有活力胰蛋白酶,肠激酶或胰凝蛋白酶本身,酶共价修饰调整作用,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,78,微生物的代谢调节专家讲座,第78页,胰蛋白酶原激活过程,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,79,微生物的代谢调节专家讲座,第79页,能荷是一个人为设定、表示细胞能量状态参数，它是产生或利用高能磷酸根代谢路径主要调整原因，定义为：,（五）能荷调整（energy charge）,能荷=,ATP+0.5*ADP,ATP+ADP+AMP,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,80,微生物的代谢调节专家讲座,第80页,在生物化学反应中，许多中间体代谢反应以ATP形式供给能量，所以，经过细胞内ATP、ADP和AMP相对平衡来调整EMP和TCA循环是很自然，详细地说，能荷不但调整造成ATP形成分解代谢酶活性，也调整利用ATP合成代谢酶活性。,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,81,微生物的代谢调节专家讲座,第81页,要想从发酵液中获取某种代谢产物，对细胞透性最少提出三个要求：,A、允许营养物进入细胞。,B、对中间产物透出性不大，使它们在细胞内保持一定浓度。,C、目标产物形成后能够尽快地透出细胞膜进入发酵液中，以免在细胞内分解或转变成其它化合物。,膜通透性及营养物质输送是十分复杂，它包括蛋白质载体、酶、能量和金属离子等。,（六）、微生物膜调整,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,82,微生物的代谢调节专家讲座,第82页,本章小结,微生物代谢调整机制（3种）,酶诱导作用和反馈阻遏（Jacob-,Monod模型）,分解代谢物调整,反馈调整（变构酶调整机制）,微生物代谢调整方式,生物制品工艺学与原理上篇 第三章 微生物代谢调整,83,微生物的代谢调节专家讲座,第83页,