《微生物代谢》课件.pptVIP

*************************************氨基酸的合成与分解氨基酸合成途径从中心碳代谢中间产物出发，微生物能合成全部20种蛋白质氨基酸。丙酮酸家族：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸α-酮戊二酸家族：谷氨酸、谷氨酰胺、脯氨酸、精氨酸草酰乙酸家族：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸、赖氨酸、蛋氨酸磷酸甘油酸家族：丝氨酸、甘氨酸、半胱氨酸芳香族家族：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸组氨酸：经特殊途径合成氨基酸分解途径氨基酸分解通常始于脱氨基作用，产生相应的α-酮酸和氨。转氨基作用：氨基转移到α-酮戊二酸上，形成谷氨酸氧化脱氨基作用：氨基直接氧化为氨，常伴随NAD?/NADP?的还原脱氨基后，碳骨架可进入TCA循环或其他中心代谢途径某些氨基酸分解产生特殊中间产物，如苯丙氨酸和酪氨酸分解途径上的酚类微生物的氨基酸代谢途径高度调控，确保氨基酸合成与需求的平衡。主要调控机制包括反馈抑制（终产物抑制途径中的关键酶）、基因水平调控（如阻遏和激活）和酶修饰（如磷酸化）等。某些微生物还进化出氨基酸过度产生的能力，成为工业生产氨基酸的重要工具。微生物的核酸代谢1核酸功能遗传信息的储存与传递基本组成单位核苷酸（五碳糖+碱基+磷酸）合成途径从头合成途径和挽救途径关键酶系聚合酶、核酸酶、修饰酶核酸代谢包括核苷酸的合成与分解、DNA和RNA的合成与降解等过程。这些过程对于微生物的遗传信息传递和蛋白质合成至关重要。微生物能够通过从头合成途径从简单前体（如氨基酸、二氧化碳、核糖和磷酸）合成核苷酸，也能通过挽救途径利用细胞内降解产生的或外源性的核苷和碱基。核酸代谢与微生物的生长和繁殖紧密相关。在快速生长期，约25%的细胞能量用于核酸合成。核酸代谢也是许多抗微生物药物的作用靶点。核苷酸除作为核酸合成的前体外，还参与能量转换（如ATP）、信号传导（如cAMP）和辅酶（如NAD?、FAD）等多种生物学过程。嘌呤和嘧啶的合成与分解嘌呤核苷酸的合成以磷酸核糖焦磷酸（PRPP）为起点，通过多步反应合成肌苷酸（IMP），再转化为AMP和GMP。从头合成：完整构建嘌呤环核心中间产物：IMP（肌苷酸）关键酶：PRPP合成酶、谷氨酰胺PRPP氨基转移酶能量消耗：每分子AMP/GMP消耗约10个高能磷酸键嘧啶核苷酸的合成以谷氨酰胺和碳酸氢盐为起点，先合成嘧啶环，再与PRPP结合形成UMP，进一步转化为CTP。从头合成：先合成环，再与糖结合核心中间产物：UMP（尿苷酸）关键酶：天冬酰胺转氨甲酰酶、OMP脱羧酶调控：产物抑制和基因水平调控嘌呤和嘧啶代谢的调控极为精细，确保核苷酸池的平衡和DNA/RNA合成所需前体的供应。主要调控机制包括反馈抑制、变构调节和基因表达调控。过量的核苷酸会抑制其合成途径，而核苷酸缺乏则会激活合成和挽救途径。核苷酸的分解最终产生可排泄的产物，如尿酸（某些动物和微生物）、尿素和氨（大多数微生物）。分解释放的核糖和磷酸可重新用于其他生物合成，而碱基可通过挽救途径重新合成核苷酸。核苷酸代谢的紊乱可导致多种微生物生长异常，是抗微生物药物设计的重要靶点。微生物代谢的调控概述调控的意义使代谢适应环境变化；优化资源和能量利用；协调各代谢途径；避免有害中间产物积累；保持细胞内环境稳态。调控层次酶活性调控（最快）；酶合成调控（中等）；基因组重组（最慢）。调控速度与持久性成反比。调控机制变构调节；共价修饰；基因表达调控；代谢物感应；全局调控网络；酶分区隔离。微生物代谢调控是一个多层次、高度协调的过程，确保细胞在各种环境条件下高效运转。微生物能够感知外部环境变化（如营养物质、温度、pH等）和内部状态（如能量水平、关键代谢物浓度等），并相应调整其代谢活动。代谢调控的灵活性和适应性是微生物成功适应各种生态位的关键。了解代谢调控机制对于微生物的工业应用（如发酵优化、代谢工程）和医学应用（如抗生素开发）具有重要意义。随着系统生物学和合成生物学的发展，对微生物代谢调控的理解和操控能力不断提高。酶活性的调控变构调节变构调节是酶活性调控的重要方式，效应分子结合到酶的变构位点，引起酶构象变化，影响其催化活性。变构效应可为正（激活）或负（抑制）。如磷酸果糖激酶被ATP抑制、被AMP激活。共价修饰通过添加或移除化学基团（如磷酸、乙酰、腺苷等）改变酶的活性。最常见的是磷酸化和去磷酸化，由激酶和磷酸酶催化。如异柠檬酸脱氢酶的磷酸化降低其活性。底物和产物效应底物浓度影响反应速率，符合米氏动力学；产物可通过反馈抑制控制反应。某些酶对底物表现协同效应，如氧与血红蛋白的结合。产物抑制防止代谢物过度积累。酶活性调控是微生物代