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模块二 微生物初级代谢调节 一、微生物初级代谢调节 微生物初级代谢调节 (2)分解代谢产物阻遏(中间产物); 微生物初级代谢调节 1.1 酶活性调节—共价修饰和变(别)构效应机制(P63) 微生物初级代谢调节 微生物初级代谢调节 Ⅱ.阿拉伯糖操纵子–正调节 微生物初级代谢调节 微生物初级代谢调节 操纵子分两类: 诱导型操纵子调节机制 Ⅰ. Jacob-Monod 操纵子模型(负调节)— 乳糖操纵子 诱导型操纵子调节机制 Ⅱ.阿拉伯糖操纵子–正调节 阻遏型操纵子调节机制 1.末端产物缺乏的情况下 微生物初级代谢调节 调节蛋白(P70) 分解代谢产物阻遏 2.2 分解代谢产物阻遏(中间产物阻遏) 分解代谢产物阻遏 葡萄糖的大量存在,降低了胞内 cAMP 浓度: 葡萄糖效应 碳分解产物的阻抑作用。当大肠杆菌培养于含有葡萄糖和乳糖的培养基中,菌体出现两次生长旺盛期,这是菌首先利用葡萄糖进行生长繁殖,在葡萄糖耗尽后,过一段时间菌体才开始利用乳糖。在上述培养基中即使加入乳糖酶诱导物,葡萄糖没耗尽,利用乳糖的酶系也不能合成。碳分解产物的阻抑作用普遍存在于微生物的生化代谢中。 分解代谢产物阻遏 铵阻遏 两种调节的对比 分支代谢途径的反馈调节 2.3 分支代谢途径的反馈调节(氨基酸和核苷酸的合成) 分支代谢途径的反馈调节 1、同功酶调节 分支代谢途径的反馈调节 2、协同反馈抑制 分支代谢途径的反馈调节 3、合作反馈抑制 分支代谢途径的反馈调节 4、累积反馈抑制 分支代谢途径的反馈调节 5、顺序反馈抑制 分支代谢途径的反馈调节 6、代谢互锁(metabolic interlock) 代谢控制育种(定向育种) 运用代谢控制理论,人为地改变菌种的代谢调节机制或避开微生物固有代谢调节,使得微生物体内的代谢流按照人们所需要的方向进行,过量生产目标代谢产物。 代谢控制育种 注2:在直链式的合成途径中,营养缺陷型突变株只能累积中 间代谢物而不能累积终产物。但在分支代谢途径中,通过解除 协同反馈调节,就可以使另一分支途径的末端产物得到累积。 代谢控制育种 2、抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株的筛选(组成型突变) 代谢控制育种 此类菌株是通过抗结构类似物突变的方法筛选得到。结构 类似物与末端代谢产物有相似的结构。 细胞透性调节 一、控制细胞膜的渗透性 细胞透性调节 2、通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性 * 1. 酶活性调节 共价修饰:可逆共价修饰和不可逆共价修饰; 变(别)构效应; 缔合与解离; 竞争性抑制; 2. 酶合成调节 酶的诱导(诱导物); 酶的阻遏(阻遏蛋白+辅阻遏物); (1)末端产物或终产物阻遏(反馈调节); 机制 (1)诱导型操纵子; (2)阻遏型操纵子; 形式 2.1 酶合成 (诱导和阻遏))调节机制 2.1.1 诱导操纵子 Ⅰ. Jacob-Monod 操纵子模型(负调节)— 乳糖操纵子 (P69~70) 上述 Jaoob-Monod 模型中的诱导作用是一种负向控制,其调 节基因产物 (调控蛋白) 具有“锁”的活性,阻止转录的进行。 其调节基因产物是一种蛋白质,无活性(沉默,无转录进行),仅在有诱导物存在下可转化为转录激活剂 (激活蛋白)推动转录,是转录作用所必需。 2.1.2 阻遏操纵子 其调节机制见下图。 其调节基因产物是一种阻遏蛋白,无活性,仅在有辅阻遏物(终产物)存在下可转化为抑制剂 (“锁”),与操纵基因结合,阻止转录进行。 一类是诱导型操纵子,只有当存在诱导物(一种效应物)时,其转录频率才最高,并随之转译出大量诱导酶,出现诱导现象。 一类是阻遏型操纵子,只有当缺乏辅阻遏物(一种效应物)时,其转录频率才最高。由阻遏型操纵子所编码的酶的合成,只有通过去辅阻遏物阻遏作用才能起动。 操纵基因 调节基因 调控蛋白 转录停止 结构基因 锁 启动基因 结构基因 可转录为mRNA,由操纵基因控制。 启动基因 其一位点结合RNA聚合酶。 诱导物 钥匙 转录进行 调控蛋白 锁 但转录停止 诱导物 调控蛋白 转录激活剂 转录进行 操纵基因 调节基因 阻遏物蛋白 锁 操纵基因 转录进行 2. 末端产物(辅阻遏物)存在的情况下 调节基因 阻遏物蛋白 辅阻遏物 锁 操纵基因 转录停止 一称阻遏物,它能在没有诱导物(效应物的一种)时与操纵基因相结合; 调节蛋白是一类变构蛋白,它有两个特殊位点:其一可与操纵基因结合;另一位点则可与效应物相结合。 调节蛋白有两种: 另一称阻遏物蛋白,它只能在辅阻遏物(效应物的另一种)存在时才能与操纵基因相结合。 当调节蛋白与效应物结合后,就发生变构作用:有的可提高与操纵基因的结合能力,有的则会降低其结合能力。 指被菌体迅速利用的底物或其分解产物对许多酶(降解酶、合成酶)合成的抑制作用。
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