代谢工程专题知识专家讲座.pptx

第三章微生物代谢调整和代谢工程;【教学目标与要求】掌握微生物本身代谢和次级代谢机理、相关概念及代谢调控，了解代谢工程设计方向。

【教学重点与难点】微生物本身代谢和次级代谢机理、相关概念及代谢调控。

;;分解代谢:指复杂有机物分子经过分解代谢酶系催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式能量和还原力（或称还原当量，普通用[H]来表示）作用。

微生物经过分解代谢从环境中吸收各种碳源、氮源等物质降解，为生命活动提供能源和小分子中间体。

包含：中心路径如TCA、EMP、HMP及外围路径（指碳源、氮源经过分解进入中心路径）;合成代谢

与分解代谢恰好相反，指在合成代谢酶系催化下，由简单小分子、ATP形式能量和[H]形式还原力一起合成复杂大分子过程。或利用分解代谢能量和中间体合成氨基酸、核酸等单体物质及蛋白质、多糖等多聚物。

分解代谢与合成代谢是相互关联、相互制约，是生命活动基础。

正常微生物小分子物质合成和降解是本身调整。;研究微生物代谢调整意义;微生物代谢产物可分为：

初级代谢产物

定义：微生物经过代谢活动所产生、本身生长和繁殖所必需物质。

举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。

特征：

不一样微生物初级代谢产物基本相同；

初级代谢产物合成过程是连续不停，

与菌体生长呈平行关系。;次级代谢产物

定义：微生物生长到一定阶段才产生化学结构十分复杂、对该微生物无显著生理功效，或并非是微生物生长和繁殖所必需物质。

举例：抗生物、毒素、激素、色素等。

特征：

不一样微生物次级代谢产物不一样；

次级代谢产物通常在菌体生长后期合成，发酵分两个阶段进行，即营养增殖期和生产期。

在多数情况下，增加前体是有效;两种代谢产物不一样：;第一节微生物代谢自我调整;微生物细胞代谢调整方式很多，比如可调整营养物质透过细胞膜而进入细胞能力，经过酶定位以限制它与对应底物靠近，以及调整代谢流等。

其中以调整代谢流方式最为主要，它包含两个方面，一是“粗调”，即调整酶合成量，二是“细调”，即调整现成酶分子催化活力，二者往往亲密配合和协调，以到达最正确调整效果。;微生物自我调整部位

1养分吸收和排泄细胞膜

2限制基质与酶靠近

3控制通量：

调整现有酶量和改变酶分子活性

都包括到酶促反应调整

包含酶活性调整和和酶合成调整;一、酶活性调整;;图：大肠杆菌代谢过程抑制剂和激活剂;（一）酶活性激活;（二）酶活性抑制;反馈抑制类型;;（1）同功酶调整

同功酶是指能催化相同生化反应，但酶蛋白分子结构有差异一类酶，它们虽同存于一个个体或同一组织中，但在生理、免疫和理化特征上却存在着差异。

同功酶主要功效在于其代谢调整。

;在一个分支代谢路径中，假如在分支点以前一个较早反应是由几个同功酶所催化时，则分支代谢几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。

如：大肠杆菌天冬氨族氨基酸合成路径中，有三个同工酶天冬氨酸激酶ⅠⅡⅢ分别受赖氨酸、苏氨酸、硫氨酸反馈调整;（2）协同反馈抑制：

指分支代谢路径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同路径中第一个酶一个反馈调整方式。

如：谷氨酸棒杆菌合整天冬氨族氨基酸时，天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸协同反馈抑制。

;（3）累积反馈抑制：催化分支合成路径第一步反应酶有几个末端产物抑制物，但每一个如过量，按一定百分率单独抑制共同路径中第一个酶活性，总抑制效果是累加，各末端产物所起抑制作用互不影响，只影响这个酶促反应速率。

两种末端产物同时存在时，能够起着比一个末端产物大得多反馈抑制作用。;（4）增效反馈抑制：代谢路径中任何一个末端产物过量时，仅部分抑制共同路径中第一个酶活性，但两个末端产物同时过量时，其抑制作用可超出各产物存在抑制能力总和。如6-氨基嘌呤核苷酸和6-酮基嘌呤核苷酸合成路径。

;（5）次序反馈抑制：每个分支末端产物抑制分支后第一个酶，产生部分抑制作用。经过逐步有次序方式到达调整。

如枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成路径和球型红假单胞菌苏氨酸合成路径。;当E过多时，可抑制C→D，这时因为C浓度过大而促使反应向F、G方向进行，结果又造成了另一末端产物G浓度增高。因为G过多就抑制了C→F，结果造成C浓度深入增高。C过多又对A→B间酶发生抑制，从而到达了反馈抑制效果。这种经过逐步有次序方式到达调整，称为次序反馈抑制。

;二、酶合成调整（酶量）;;与上述调整酶活性反馈抑制等相比，调整酶合成（即产酶量）而实当代谢调整方式是一类较间接而迟缓调整方式。

其优点则是经过阻止酶过量合成，有利于节约生物合成原料和能量。

在正常代谢路径中，酶活性调整和酶合成调整二者是同时存在且亲密配合、协调进行。

;（一）酶合成调整类型;能促进诱导酶产生物质称为诱导物，它能够是该酶底物，也能够是难以代谢底物类似物