第二章 代谢控制发酵复习.doc

代谢控制发酵 绪论 新陈代谢三大特点：条件温和，与酶催化和调控相关、反应有顺序性、灵敏的自我调节功能 代谢控制发酵：利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为的在脱氧核酸核糖（DNA）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累的发酵。代谢控制发酵有两种途径（思路）：控制培养条件和控制遗传型。 代谢控制发酵的基本思想 酶合成的调控（操纵子学说）：(酶反应终产物如何对酶的合成进行调控？6页) 按操纵子学说，操纵子由细胞中的操纵基因和邻近的几个结构基因组成。结构基因能转录遗传信息，合成相应的RNA（mRNA），进而再翻译合成特定的酶。操纵基因能够控制结构基因作用的发挥。细胞中还有一种调节基因，嫩巩固产生一种细胞质阻遏物（调节蛋白），细胞质阻遏物与阻遏物（通常是酶反应的终产物）结合时，由于变构效应，结构改变和操纵基因亲和力变大，而使有关的结构基因不能合成mRNA，因此，酶合成受到阻遏。 关键酶：是参与代谢调节的酶的总称。 特点：1、关键酶并不都是分支点酶 2、生物合成途径越长，关键酶数目越多 3、不同微生物间的关键酶所受到调控不同 天冬氨酸激酶 （大肠杆菌中3种同功酶 苏氨酸、蛋氨酸、赖氨酸反馈抑制 谷氨酸棒杆菌中，受赖氨酸，苏氨酸协同反馈抑制） DAHP合成酶 （大肠杆菌中3种同功酶 酪氨酸，苯丙氨酸，色氨酸反馈抑制 变构酶：具有两个或两个以上结合部位的蛋白质，当其中一个部位与效应物（小分子物质）结合后，蛋白质构象发生改变，性能也随之变化。 变构酶的作用程序：专一性的代谢物（变构效应物）与酶蛋白表面的特定部位（变构部位）结合→酶分子的构象变化（变构转换）→活性中心的修饰 →抑制或促进酶活性 动力学特点（3个） S形：意味着存在底物及效应物对反应速度发生影响的阈值。 2、 3、 脱敏作用：变构酶经特定处理后，不丧失酶活性而失去对变构效应物的敏感性。（1、使变构酶解聚：加热、加尿素、汞盐；基因突变：2、诱变育得的抗类似物突变株中多发生 调节中心的独立性） 酶活力调节类型： Ⅰ单功能途径：终产物抑制、代谢产物激活作用（前体激活、补偿激活） Ⅱ多功能途径： 协作反馈抑制（多价反馈抑制）：当一条代谢途径中有两个以上终产物时，两者同时过剩时，才能协同抑制第一个酶的活性。 谷氨酸棒杆菌，黄色短杆菌等合成赖氨酸、苏氨酸、蛋氨酸途径中，与大肠杆菌不同，天冬氨酸激酶不是同工酶，当三中任意种存在时不受抑制，在赖氨酸和苏氨酸同时过量时，才发生反馈抑制。 合作反馈抑制：当任何一个终产物单独过剩时，只部分的的抑制第一个酶的活性，两者同时过量时，其抑制程度大于各自单独存在时的和。 谷氨酰胺磷酸核糖焦磷酸转氨酶，受GMP 、IMP等6-羟基嘌呤核苷酸和 ADP、 AMP等6-氨基嘌呤核苷酸的反馈抑制。 积累反馈抑制：每一个终产物只单独地、部分地抑制共同步骤第一个酶，并且各最终产物的抑制作用互不影响。大肠杆菌的谷氨酰胺合成酶受8个总产物的积累反馈抑制。 顺序反馈抑制：一种终产物的积累，导致前一中间产物的积累，通过后者反馈抑制合成途径，关键酶的活性，使合成终止。 枯草芽孢杆菌等微生物芳香族氨基酸的生物合成途径 同功酶：某一产物过量仅抑制相应酶活，对其他产物没有影响。 大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节 酶合成的调控： 诱导的类型： 同时诱导：诱导物加入后，微生物能同时诱导出几种酶的合成，主要存在于短的代谢途径中。 顺序诱导：先合成能分解底物的酶，再合成分解各中间代谢物的酶达到对复杂代谢途径的分段调节。 1、协调阻遏：单功能生物合成途径中，终产物同时阻遏几个酶的合成。 鼠伤寒沙门氏菌中的3个亮氨酸生物合成酶都受终产物亮氨酸的反馈阻遏。 2、多价阻遏：通过几个终产物，共同协调活动，阻遏某一酶的生物合成。 异亮氨酸、缬氨酸生物合成酶系为异亮氨酸、缬氨酸、亮氨酸、泛酸， 3、积累阻遏：大肠杆菌的氨甲酰磷酸合成酶的合成，受嘧啶和精氨酸的部分的阻遏，受尿嘧啶和精氨酸反馈阻遏的百分数，不管第二个阻遏物存在与否，都是一样的， 分解代谢物阻遏：当细胞具有一优先利用底物（通常是，但并不总是葡萄糖）时，很多其他分解途径受到阻遏。实质：由于细胞内缺少了环腺甘酸（cAMP）。 大肠杆菌的分解代谢物阻遏作用机制： 具有一个CRP基因编码一种调节蛋白，称为cAMP受体蛋白（CPR或是CAP）。 转录起始前，cAMP须先与CRP结合成CRP-cAMP复合物，再与启动基因（P）结合。 cAMP与CRP结合，使转录起始（CRP起正作用）因而分解代谢物阻遏。 细胞内的cAMP水平在某些方面反映出细胞内能量的状态（28） 丧失腺苷酸环化酶的突变株，不能在受阻遏的碳源（甘油，乳糖，蔗糖）上生长，但与CRP缺陷的突变株不同，外源性加入cAMP还是有效的。 反馈