02发酵工艺学代谢与调控1教材.ppt

第2章 代谢调控 第2章 微生物代谢调控理论 及其在微生物发酵中的应用 如前所述， “发酵”是以微生物为中心的活动。 发酵工业通过微生物的代谢而实现产品的生产。 ——发酵过程的“生物学基础”。 那么，微生物是怎样实现发酵生产的呢？ 通过：代谢——生物化学过程。 2.1 微生物的代谢与调节的生化基础 2.1.1 代谢概论 2.1.1.1 微生物的能量代谢 2.1.1.2 分解代谢和合成代谢间的联系 2.1.2 初级代谢与次级代谢 2.1.1 代谢概论 ▽ 按物质转化方式分： ——分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力的作用。 ——合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。 分解代谢与合成代谢的含义及其间的关系可简单地表示为： 2.1.1.1 微生物的能量代谢  （# 自学） ○ 一切生命活动都是耗能反应。因此，能量代谢是一切生物代谢的核心问题。 化能异养微生物的生物氧化与产能的四条途径： EMP HMP TCA ED 有氧呼吸 无氧呼吸 发酵 2.1.1.2 分解代谢和合成代谢间的联系 分解代谢的功能在于保证正常合成代谢的进行，而合成代谢又反过来为分解代谢创造了更好的条件，两者相互联系，促进了生物个体的生长繁殖和种族的繁荣发展。 ☆ 中间代谢产物的重要性： 如果在生物体中只进行能量代谢（分解），则有机能源的最终结局只是产生ATP、H2O和CO2，这时便没有任何中间代谢物可供累积，因此，合成代谢也不可能正常进行。 相反，如果要进行正常的合成代谢，又须抽走大量为分解代谢正常进行所必需的中间代谢物，结果也势必影响具有循环机制的分解代谢的正常运转。 如何解决以上矛盾？通过两用代谢途径的中间产物将分解代谢与合成代谢联系起来；其次是代谢回补反应（如草酰乙酸回补反应、乙醛酸循环等。） 联接微生物分解代谢和合成代谢的重要中间代谢物 参与代谢的物质： 糖的微生物代谢 脂类和脂肪酸的微生物代谢 氨基酸和核酸的微生物代谢 微生物的次级代谢 等。 2.1.2 初级代谢与次级代谢 根据菌体代谢活动与菌体生长、繁殖的关系分为初级代谢和次级代谢，相应的产物分别为： ——初级代谢产物： ——次级代谢产物： ☆ 按代谢过程对机体的作用分： ——初级代谢： 提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须的代谢活动； 产物：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物 等。 ——次级代谢：指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生理功能的物质的过程。 微生物在这一过程产生的产物即为次级代谢产物。 产物：抗生素、色素、激素、生物碱、毒素等。 ☆ 次级代谢产物发酵经历两个阶段： 营养增殖期和生产期。 如，在菌体活跃增殖阶段几乎不产生抗生素。 接种一定时间后细胞停止生长，进入到恒定期才开始活跃地合成抗生素，称为生产期。 2.2 微生物代谢的调节机制 2.2.1 微生物代谢自我调节的环节 2.2.2 酶活性的调节 2.2.3 酶合成的调节 2.2.4 初级代谢与次级代谢的调节 2.2.5 与代谢调节有关的酶 2.2.1 微生物代谢自我调节的环节 一切活的生物体总是在有条不紊地进行新陈代谢活动。活细胞内具有完善的自我调节系统，主要通过酶的参与，调节细胞内的合成与分解反应。 微生物的代谢调节作用：指微生物代谢的速度和方向按照微生物自身的需要而改变的一种能力。 解决方式： 组成酶（constitutive enzyme）经常以高浓度存在; 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%。 ○ 微生物自我调节的三个环节（或方式）： 控制 营养物质（基质）进入细胞； 酶与底物的接触； 代谢物的流向 ▽ 控制营养物质透过细胞膜进入细胞： 如 ：1）优先利用速效的C、N物 后启动迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶系统。 2）优先利用葡萄糖底物 大肠杆菌对乳糖的吸收受渗透酶和cAMP酶（环化AMP）的控制，酶在非活性状态下不能透过细胞膜利用乳糖。 ○ 微生物代谢的自我调节，最根本的是酶调节。——实现代谢速度的调节。 酶的调节： 酶活性的调节：调节关键酶的活性，控制酶促反应速率；(细调) 酶合成（量）调节：调节关键酶的