第四节 微生物的代谢调控与发 酵生产 本节提要： 微生物代谢过程中的自我调节 酶活性的调节 酶合成的调节 代谢调控理论的应用
第四节 微生物的代谢调控与发 酵生产 本节提要： 微生物代谢过程中的自我调节 酶活性的调节 酶合成的调节 代谢调控理论的应用
微生物代谢过程中的自我调节 ☆微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞水 平的代谢调节能力超过高等生物。 成因：细胞体积小，所处环境多变。 举例：大肠杆菌细胞中存在2500种蛋白质，其中上千 种是催化正常新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只 能容纳10万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到 100个分子。如何解决合成与使用效率的经济关系？ 解决方式：组成酶（constitutive enzyme）经常以高 浓度存在，其它酶都是诱导酶（inducible enzyme）， 在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细 胞总蛋白含量的10%
微生物代谢过程中的自我调节 ☆微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞水 平的代谢调节能力超过高等生物。 成因：细胞体积小，所处环境多变。 举例：大肠杆菌细胞中存在2500种蛋白质，其中上千 种是催化正常新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只 能容纳10万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到 100个分子。如何解决合成与使用效率的经济关系？ 解决方式：组成酶（constitutive enzyme）经常以高 浓度存在，其它酶都是诱导酶（inducible enzyme）， 在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细 胞总蛋白含量的10%
☆微生物自我调节代谢的方式 1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞 2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 3.控制代谢物流向:
☆微生物自我调节代谢的方式 1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞 2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 3.控制代谢物流向:
1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞 如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合 成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶 系统
1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞 如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合 成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶 系统
2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 1）真核微生物酶定位在相应细胞器上；细胞器 各 自行使某种特异的功能； 2）原核微生物在细胞内划分区域集中某类酶行 使 功能： ➢与呼吸产能代谢有关的酶位于膜上； ➢蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上； ➢同核苷酸吸收有关的酶在G-菌的周质区
2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 1）真核微生物酶定位在相应细胞器上；细胞器 各 自行使某种特异的功能； 2）原核微生物在细胞内划分区域集中某类酶行 使 功能： ➢与呼吸产能代谢有关的酶位于膜上； ➢蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上； ➢同核苷酸吸收有关的酶在G-菌的周质区
3. 控制代谢物流向：( 通过酶促反应速度来调节) 1)可逆反应途径由同种酶催化，可由不同辅基或辅酶控制代 谢物流向：如: 两种Glu脱氢酶：以NADP为辅基 Glu合成 以NAD为辅基 Glu分解 2)通过调节酶的活性或酶的合成量。 关键酶: 某一代谢途径中的第一个酶或分支点后的第一个酶。 ①粗调：调节酶的合成量 ②细调：调节现有酶分子的活性 3)通过调节产能代谢速率
3. 控制代谢物流向：( 通过酶促反应速度来调节) 1)可逆反应途径由同种酶催化，可由不同辅基或辅酶控制代 谢物流向：如: 两种Glu脱氢酶：以NADP为辅基 Glu合成 以NAD为辅基 Glu分解 2)通过调节酶的活性或酶的合成量。 关键酶: 某一代谢途径中的第一个酶或分支点后的第一个酶。 ①粗调：调节酶的合成量 ②细调：调节现有酶分子的活性 3)通过调节产能代谢速率
☆Possible points for Regulation of Various Metabolic Control Mechanisms
☆Possible points for Regulation of Various Metabolic Control Mechanisms
一、酶活性的调节 通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率的方式。是酶分子水平 上的调节，属于精细的调节。 （一）调节方式：包括两个方面： 1、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反应可被较前面的反应产物所促 进的现象；常见于分解代谢途径。 如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进 2、酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。 概念：反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终产物对该途径关键酶活性 的影响。 凡使反应速度加快的称正反馈； 凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制）； 反馈抑制——主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制 该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。 特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除
一、酶活性的调节 通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率的方式。是酶分子水平 上的调节，属于精细的调节。 （一）调节方式：包括两个方面： 1、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反应可被较前面的反应产物所促 进的现象；常见于分解代谢途径。 如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进 2、酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。 概念：反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终产物对该途径关键酶活性 的影响。 凡使反应速度加快的称正反馈； 凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制）； 反馈抑制——主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制 该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。 特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除
Feedback Inhibition Figure 3. Figure 4
Feedback Inhibition Figure 3. Figure 4
1.直线式代谢途径中的反馈抑制： 苏氨酸脱氨酶 苏氨酸 α-酮丁酸 异亮氨酸 反馈抑制 其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成 2.分支代谢途径中的反馈抑制： 在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在 一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供 应，微生物发展出多种调节方式。主要有： 同功酶的调节， 顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。 （二）反馈抑制的类型
1.直线式代谢途径中的反馈抑制： 苏氨酸脱氨酶 苏氨酸 α-酮丁酸 异亮氨酸 反馈抑制 其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成 2.分支代谢途径中的反馈抑制： 在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在 一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供 应，微生物发展出多种调节方式。主要有： 同功酶的调节， 顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。 （二）反馈抑制的类型