代谢调节与代谢工程2综述.ppt

代谢调节与代谢工程 4.异柠檬酸脱氢酶活力强 提供NADPH,用于还原α-酮戊二酸生成谷氨酸，形成氧化还原共扼体系 5.氨的导入 合成谷氨酸的反应有3种： α-酮戊二酸 + NH4+ NADPH + 谷氨酸 H2O NADP + + 谷氨酸脱氢酶 α-酮戊二酸 + 天冬氨酸或丙氨酸 谷氨酸转氨酶 谷氨酸 α-酮戊二酸 + α-酮戊二酸 + 谷氨酰胺 NADPH + 2谷氨酸 NADP + 谷氨酸合成酶 代谢调节与代谢工程 生产菌中 谷氨酸转氨酶活力低，转氨作用可以不考虑 谷氨酸合成酶由于不受高浓度谷氨酸抑制，其作用值得重视 谷氨酸脱氢酶是合成积累谷氨酸的主要酶 氨的导入时 生物素缺乏， NH4+影响糖代谢速度：提高糖代谢速度 高效合成谷氨酸 生物素充足时， NH4+不影响糖代谢速度 6.谷氨酸合成的调节机制 谷aa比天冬aa优先合成 谷aa脱氢酶 谷aa对其反馈抑制和反馈阻遏 柠檬酸合成酶 TCA的关键酶，受能荷调节，谷aa反馈阻遏，乌头酸反馈抑制 异柠檬酸脱氢酶 α-酮戊二酸反馈抑制 α-酮戊二酸脱氢酶先天丧失或微弱 PEP受天冬aa反馈抑制，受谷aa和天冬 aa反馈阻遏 代谢调节与代谢工程 7.细胞膜通透性控制 代谢调节与代谢工程 生物素 阻断脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成 表面活性剂 对生物素有拮抗 阻断脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成 在对数生长期添加青霉素 抑制细胞壁合成 细胞膜损伤 甘油缺陷型 磷脂的合成受阻 影响细胞膜的合成 油酸缺陷型 阻断不饱和脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成 代谢调节与代谢工程 三磷酸腺苷(ATP)是为许多反应提供能量的高能磷酸化物,细胞中的ATP、ADP和AMP含量处于相对平衡的状态——细胞中的能量状态 3.2.5.3能荷（Energy charge） 能荷（Energy charge）来表示细胞中的能量状态。能荷（EC）可用下式来表示： 系统中只有ATP时，EC值为1；只有AMP时，EC值等于0。 代谢调节与代谢工程 能荷不仅能调节分解代谢形成ATP的酶活性，也能调节合成代谢利用ATP的酶活性。 细胞能荷可调节酶活性 高能荷抑制异柠檬酸脱氢酶和磷酸果糖激酶等 柠檬酸和ATP都是磷酸果糖激酶活性的抑制剂，从而限制了葡萄糖的利用速度。 有氧条件下，大量合成ATP，细胞能荷增加 异柠檬酸脱氢酶受到ATP抑制，导致柠檬酸的积累 代谢调节与代谢工程 在厌氧条件下，酵母菌无法通过呼吸链产生ATP，细胞能荷较低。 ADP和AMP激活磷酸果糖激酶，使利用葡萄糖生产酒精的速度加快。 代谢调节与代谢工程 第十二章 工业微生物发酵产品 调节点主要在三个激酶，即己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶。它们是糖酵解途径中的关键酶，是糖酵解途径的三个不可逆步骤 糖代谢的调节主要是能荷的控制 代谢调节与代谢工程 3.2.5.4无机聚磷酸的代谢与功能 磷酸盐和能量的储存。 重金属阳离子的解毒作用。 代谢调节与代谢工程 活性污泥中的聚磷菌 生活在营养丰富的环境中，在将进入对数生长期时，为大量分裂作准备，细胞能从废水中大量摄取溶解态的正磷酸盐，在细胞内合成多聚磷酸盐。 细菌经过对数生长期而进入静止期时，若环境中的磷源仍有剩余，细胞又有一定的能量时，仍能从外界吸收磷元素，这种对磷的积累作用大大超过微生物正常生长所需的磷量，可达细胞重量的6％-8％，有报道甚至可达10％。以多聚磷酸盐的形式积累于细胞内作为贮存物质。 当细菌细胞处于极为不利的生活条件时，例如使好氧细菌处于厌氧条件下，即所谓细菌“压抑”状态时，聚磷菌能吸收污水中的乙酸、甲酸、丙酸及乙醇等极易生物降解的有机物质，贮存在体内作为营养源，同时将体内存贮的聚磷酸盐分解，释放到环境中来，以便获得能量，供细菌在不利环境中维持其生存所需，此时菌体内多聚磷酸盐就逐渐消失，而以可溶性单磷酸盐的形式排到体外环境中。 代谢调节与代谢工程 概念：有氧条件下，发酵作用受抑制的现象（或氧对发酵的抑制现象）。 意义：合理利用能源 通风对酵母代谢的影响 通风（有氧呼吸） 缺氧（发酵） 酒精生成量 耗糖量/单位时间 细胞的繁殖 低（接近零） 少 旺盛 高 多 很弱至消失 巴斯德效应(The Pasteur effect ) 现象： 代谢调节与代谢工程 巴斯德效应（Pasteur effect）机理 巴斯德在研究酵母的酒精发酵时发现：厌氧条件下酵母菌进行酒精发酵，细胞得率降低；而在有氧条件下，酵母菌进行呼吸作用，细胞得率较高，酒精产量降低。 氧抑制发酵作用的的现象 巴斯德效应的本质是能荷调节。 代谢调节与代谢工程 Cratree效应 在一些代谢旺盛的正常组织和肿瘤细胞中，即使在有氧的条件下，仍然以糖无氧酵解为产生ATP的主要方式，这种现象称为Cratree效应或反巴斯德效