第4章代谢调控.ppt

第三章 发酵代谢的调节与控制 第三章 发酵代谢的调节与控制 一. 活细胞中的化学反应 二. 细胞内代谢调节的类型和原理 三.反馈阻遏与反馈抑制 四.代谢调节体系的突破及其在发酵工 业上的应用 一、 活细胞中的化学反应 活细胞在繁殖过程中是有条不紊的。同时进行产物合成，既不会过多，又不会过少，可以说一个活细胞是一个高度完善的自动调节的化工厂。 特点： 1、 细胞内一切反应都是酶催化的 2、 催化剂——酶的催化作用是高度专一的，每一类酶只能催化一类特殊的化学反应 3、细胞中的酶促反应，都是遵循克分子量关系，而且酶催化的反应能进行到底，产量达100%，无副产品生成。 4、在细胞内发生的数百种酶促反应并不是各自独立进行的而是联接成为连续反应的系列。第一反应的产物成为第二反应的反应物，因而就有很多中间产物。这些不同的系列进一步联接起来而组成细胞的反应网。 5、由于细胞内形成一个酶促反应网，从而使代谢调节成为可能。而且具有自我调节特性。 6、由于细胞内形成一个酶促反应网，因而使细胞内的供能和需能过程偶联起来，且进行自动调节。 二、细胞内代谢调节的类型和原理 A、 酶的活性调节 （1） 酶活性的一般调节 （2） 调节酶调节 B、 酶的合成调节 （一）、酶的活性调节 （1） 酶活性的一般调节 1、 各种酶都有一个最适PH，PH变化，使酶活性变化 2、 每个酶促反应都和底物浓度有关，浓度变化，催化速度变化 3、 许多酶的活性和金属离子有关，Mg2+ K+ 浓度变化也就调节酶活性 （2） 调节酶调节 1、变构酶类 2、 共价调节酶类 3 、同功酶 1、变构酶类 调节机能如下： A 、变构酶类有两个或两个以上，立体专一性不同的接受部位，酶的活性中心，催化反应部位，变构部位 B、 变构酶和作用物形成一个复合体使酶分子产生可逆性变化，这种效应称变构效应。可引起酶的活性中心发生变化，从而影响酶的催化作用。 C 、有的作用物（如代谢终产物）与酶结合后，降低了酶的催化活性称为“抑制剂”或“负调节剂”，有些与酶结合后，能增加酶的催化部位对底物亲和力，就称为“激活剂”或“正调节剂”。 D、一种变构酶只有一种特异性作用物时，称它属于单价变构酶。有些能对两种或多种作用底物有反应。每种作用物都能结合到酶分子特异部位上，则属于多价变构酶。结合有两个活性中心的多价变构酶，催化两个以上的反应，则称为多功能酶。 2、共价调节酶类 通过其他酶类的催化作用，在调节酶的分子上，以共价键连上或脱下某种特殊化学基团，从而使调节酶的活性形式，失活形式相互转变的一类酶。 3 、同功酶 是作用于同一底物，催化同一反应，但分子结构不同且分别受不同末端产物抑制的一类酶。 B 、 酶的合成调节 在细胞内有两种酶，一种是含量经常近乎恒定的酶称为组成酶，而另一种酶是只有某种底物存在时才合成的酶，称为诱导酶。诱导酶生成与否，就对代谢过程起调节作用。 生物体合成诱导酶的基因存在于细胞染色体（DNA）内，通常处于阻遏状态，只有当诱导剂存在时阻遏状态被解除，合成该酶的基因就起作用，诱导酶大量生成。 三、反馈阻遏与反馈抑制 凡是使反应速度加快的称正反应 凡是使反应速度减慢的称负反应 有反馈阻遏和反馈抑制两种类型 1、反馈阻遏 通过阻遏酶调节的合成类型称为反馈阻遏 Monod认为调节基因有两种类型： 　　一种类型如大肠杆菌乳糖操纵子那样，产生的阻遏蛋白与诱导物结合后，会失去活性，因而不能与操纵基因结合，从而使酶大量生成。这叫酶的诱导合成。 另一种类型，调节基因能产生无活性的阻遏蛋白，当它与合成代谢某产物结合生成，称“反馈阻遏” 2、反馈抑制 酶促反应的终产物抑制代谢途径第一个酶的活性，这称反馈抑制。 特点： (1) 只有终产物或相应的结构类似物，才能有效作为抑制物。 (2) 只有代谢途径中，第一个酶被抑制。 (3) 抑制作用一般是可逆的，当终产物的浓度降低时，酶的活性就会逐步恢复。 反馈抑制类型 同功酶的反馈抑制 顺序反馈抑制 协同反馈抑制 积累反馈控制 四、代谢调节体系的突破及其在发酵工业上的应用 常用的方法： 1、? 应用营养缺陷型菌株 2、? 应用抗反馈调节突变株 3、? 改变细胞膜通透性 营养缺陷型变异株的应用 营养缺陷型菌株特点，就是在合成该营养物质的途径中缺少一种或一种以上的酶，因而自身就不能合成这种物质，当在培养基中，控制该营养物质添加量，即只能供给菌体生长到需要程度的用量，当菌体生长到一定程度以后