代谢控制发酵 Chapter 3 微生物的代谢调节机制
代谢控制发酵 Chapter 3 微生物的代谢调节机制
第一节 微生物细胞中代谢调节的 部位与举措
第一节 微生物细胞中代谢调节的 部位与举措
图 2—1 原核微生物细胞的代谢调节部位（模式图） 1-可溶性营养物质或代谢产物的跨膜传送 2-代谢途径的酶催化作用 3-酶和载体蛋白的合成 一、原核微生物细胞的代谢调节部位
图 2—1 原核微生物细胞的代谢调节部位（模式图） 1-可溶性营养物质或代谢产物的跨膜传送 2-代谢途径的酶催化作用 3-酶和载体蛋白的合成 一、原核微生物细胞的代谢调节部位
（一）与细胞质膜密切相关的调节 1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 细胞壁结构（特别是骨架结构）的部分破坏或 变形，间接影响到膜对溶质的通透性
（一）与细胞质膜密切相关的调节 1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 细胞壁结构（特别是骨架结构）的部分破坏或 变形，间接影响到膜对溶质的通透性
（二）细胞空间内存在的酶分子的数量及 它们活性的调节 1. 微生物可改变生物合成代谢途径中的酶量，特 别是关键酶合成或降解的相对速率，进而调节代 谢流向。 2. 可改变酶的活性，特别是关键酶的活性（力） 来调节代谢速度。 3. 酶和底物的相对位置 限制酶与基质的有形接触（代谢途径的区域化）
（二）细胞空间内存在的酶分子的数量及 它们活性的调节 1. 微生物可改变生物合成代谢途径中的酶量，特 别是关键酶合成或降解的相对速率，进而调节代 谢流向。 2. 可改变酶的活性，特别是关键酶的活性（力） 来调节代谢速度。 3. 酶和底物的相对位置 限制酶与基质的有形接触（代谢途径的区域化）
二、真核微生物细胞的代谢调节部位 图 2—2 真核微生物细胞的代谢调节部位 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-核中进行的转录 4-细胞质中进行的翻译 5-细胞内溶质的跨膜传送
二、真核微生物细胞的代谢调节部位 图 2—2 真核微生物细胞的代谢调节部位 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-核中进行的转录 4-细胞质中进行的翻译 5-细胞内溶质的跨膜传送
三、原核生物和真核生物在 基因表达上的重要区别
三、原核生物和真核生物在 基因表达上的重要区别
表 2—3 原核生物和真核生物在基因表达上的主要区别 原 核 生 物 真 核 生 物 1. 没有分化的细胞核和核膜，只有核样 物质 60%以上 DNA、30%RNA、少量蛋白质 （1%）。其 DNA 不受 RNA 与蛋白质结合的 控制，其基因调控比较简单。不同染色体数 目为 1。 2. 没有膜分隔，原核生物基因转录 MRNA 时，出现边转录，边翻译，其基因转 录，翻译系统组成一个大复合物（包括 RNA 转录到蛋白质合成全套因子）转录、翻译相 偶联，结构基因与 mRNA 是共线的。 3. 原核生物有关功能的基因连锁（彼此 紧挨着或部分分散）分布，组成多顺反子 mRNA，整个系统处于一个启动区域的控制 下，即以操纵子（元）进行转录调控。 4. 原核生物细胞中染色体常与染色体 外的遗传成分（质粒）共存，并同步各自复 制。细菌中有些蛋白质存在于折叠 DNA 中， 但大部分 DNA 处于非结合状态，不存在染色 质结构。 5. 原核生物除了重复的 rRNA 和 tRNA 基因和少数特异性短序（如启动子某些部分） 外，很少含重复序列，所以基因组 80%以上 都进行功能性表达。 1. DNA、RNA 染色体蛋白在细胞核中， 由核膜将核质和胞质分开，不同染色体数目 大于 1。 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。必须有穿核膜运输和加 工过程。即先按 DNA 模板转录出初级转录物 （前体 MRNA）然后通过剪切甲基化等加工， 剩下部分连接起来成为成熟的 mRNA。 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。尚未发现操纵子。 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。 5. 真核生物 DNA 分子量庞大，mRNA 的寿命比原核生物中要长的多。并且 DNA 有 相当一部分由若干核苷酸序列重复（几百乃 至几百万次）所组成，所以 DNAP 的相当大 一部碱基序列不翻译。 DNA + 组蛋白 非组蛋白 染色质
表 2—3 原核生物和真核生物在基因表达上的主要区别 原 核 生 物 真 核 生 物 1. 没有分化的细胞核和核膜，只有核样 物质 60%以上 DNA、30%RNA、少量蛋白质 （1%）。其 DNA 不受 RNA 与蛋白质结合的 控制，其基因调控比较简单。不同染色体数 目为 1。 2. 没有膜分隔，原核生物基因转录 MRNA 时，出现边转录，边翻译，其基因转 录，翻译系统组成一个大复合物（包括 RNA 转录到蛋白质合成全套因子）转录、翻译相 偶联，结构基因与 mRNA 是共线的。 3. 原核生物有关功能的基因连锁（彼此 紧挨着或部分分散）分布，组成多顺反子 mRNA，整个系统处于一个启动区域的控制 下，即以操纵子（元）进行转录调控。 4. 原核生物细胞中染色体常与染色体 外的遗传成分（质粒）共存，并同步各自复 制。细菌中有些蛋白质存在于折叠 DNA 中， 但大部分 DNA 处于非结合状态，不存在染色 质结构。 5. 原核生物除了重复的 rRNA 和 tRNA 基因和少数特异性短序（如启动子某些部分） 外，很少含重复序列，所以基因组 80%以上 都进行功能性表达。 1. DNA、RNA 染色体蛋白在细胞核中， 由核膜将核质和胞质分开，不同染色体数目 大于 1。 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。必须有穿核膜运输和加 工过程。即先按 DNA 模板转录出初级转录物 （前体 MRNA）然后通过剪切甲基化等加工， 剩下部分连接起来成为成熟的 mRNA。 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。尚未发现操纵子。 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。 5. 真核生物 DNA 分子量庞大，mRNA 的寿命比原核生物中要长的多。并且 DNA 有 相当一部分由若干核苷酸序列重复（几百乃 至几百万次）所组成，所以 DNAP 的相当大 一部碱基序列不翻译。 DNA + 组蛋白 非组蛋白 染色质
图 2-4 真核与原核细胞转录与翻译调控的特点比较
图 2-4 真核与原核细胞转录与翻译调控的特点比较
四、生物进化与代谢调节机制的出现 （1） 酶水平的调节 （2） 细胞水平的调节 （3） 激素水平的调节 （4） 神经水平的调节
四、生物进化与代谢调节机制的出现 （1） 酶水平的调节 （2） 细胞水平的调节 （3） 激素水平的调节 （4） 神经水平的调节