1、代謝調節(jié)與代謝工程13.3.代謝調節(jié)與代謝工程代謝調節(jié)與代謝工程 代謝調節(jié)與代謝工程1 微生物的生命活動是由產能與生物合成微生物的生命活動是由產能與生物合成的各種代謝途徑組成的網絡，互相協(xié)的各種代謝途徑組成的網絡，互相協(xié)調來維持的。調來維持的。每一條途徑是由一些特異的酶催化的反每一條途徑是由一些特異的酶催化的反應組成的。應組成的。許多這些反應的結果造就了一個新生的許多這些反應的結果造就了一個新生的細胞。細胞。微生物要在自然界生存與競爭，就必需微生物要在自然界生存與競爭，就必需生長迅速，能很快適應環(huán)境。生長迅速，能很快適應環(huán)境。代謝調節(jié)與代謝工程1Figure 2: Interactions b

2、etween functional groups.Numbers in parentheses indicate, first, the number of interactions within a group, and second, the number of proteins in a group. Numbers near connecting lines indicate the number of interactions between proteins of the two connected groups. For example, there are 77 interac

3、tions between the 21 proteins involved in membrane fusion and the 141 proteins involved in vesicular transport (upper left corner); 23 protein interactions connect the 21 proteins involved in membrane fusion. Only connections with 15 or more interactions are included here. Note that only proteins wi

4、th known function are shown (many of these have several functions). The sum of all interactions in this diagram is therefore smaller than the number of all interactions. Nature Biotechnology Vol 18:1258 (2000)代謝調節(jié)與代謝工程1Figure 3 High-flux backbone for FBA-optimized metabolic network of E.coli on a gl

5、utamate-rich substrate Nature 427:839(2004)代謝調節(jié)與代謝工程1可以把微生物看作是一個奇妙的可以把微生物看作是一個奇妙的超微型化學工廠。超微型化學工廠。代謝調節(jié)與代謝工程1微生物的代謝網絡是受到高度調節(jié)的 在在1g（1 10-6 ml ）體積這么小的細體積這么小的細胞里，胞里，E.Coli 20min復制一代，每個細復制一代，每個細胞含蛋白質分子數(shù)為胞含蛋白質分子數(shù)為1.7 106，每秒中要合成每秒中要合成1400個蛋白質分子，如每個個蛋白質分子，如每個分子平均含有分子平均含有300個共價鍵，每秒要形成個共價鍵，每秒要形成420，000個肽鍵。個肽鍵。

6、代謝調節(jié)與代謝工程1微生物的代謝網絡是受到高度調節(jié) 化學家合成第一個蛋白質花化學家合成第一個蛋白質花 了幾個了幾個月的時間。月的時間。微生物如何協(xié)調其代謝活動的？微生物如何協(xié)調其代謝活動的？生長迅速、高效是生存、競爭的需要。生長迅速、高效是生存、競爭的需要。代謝調節(jié)與代謝工程1微生物的代謝網絡是受到高度調節(jié) 1)微生物生長在含有單一有機化合物為微生物生長在含有單一有機化合物為能源的合成培養(yǎng)基中，所有大分子單體能源的合成培養(yǎng)基中，所有大分子單體(前體前體)，如氨基酸的合成速率同大分子，如氨基酸的合成速率同大分子，如蛋白質的合成速率是協(xié)調一致的。如蛋白質的合成速率是協(xié)調一致的。 2)任何一種單體的

7、的合成，如能從外源任何一種單體的的合成，如能從外源獲得，只要它能進入細胞內，單體的合獲得，只要它能進入細胞內，單體的合成自動中止。參與這些單體生成的酶的成自動中止。參與這些單體生成的酶的合成也會停止。合成也會停止。代謝調節(jié)與代謝工程1微生物的代謝網絡是受到高度調節(jié) 3)微生物只有在某些有機基質，如乳糖微生物只有在某些有機基質，如乳糖存在時，才會合成異化這些基質的酶；存在時，才會合成異化這些基質的酶； 4)如存在兩種有機基質，微生物會先合如存在兩種有機基質，微生物會先合成那些能異化更易利用的基質的酶，待成那些能異化更易利用的基質的酶，待易利用的基質耗竭才開始誘導分解較難易利用的基質耗竭才開始誘導

8、分解較難利用基質的酶；利用基質的酶； 5)養(yǎng)分影響生長速率，從而相應改變細養(yǎng)分影響生長速率，從而相應改變細胞大分子的組成，如胞大分子的組成，如RNA的含量的含量代謝調節(jié)與代謝工程1微生物的代謝網絡是受到高度調節(jié) 微生物具有很強的適應環(huán)境變化的能力。微生物具有很強的適應環(huán)境變化的能力。它可以通過調整其代謝機能來響應環(huán)境它可以通過調整其代謝機能來響應環(huán)境的變化。如給予細菌不同的養(yǎng)分，細胞的變化。如給予細菌不同的養(yǎng)分，細胞的大分子組成會起相應的變化。的大分子組成會起相應的變化。 例如，改變培養(yǎng)基的成分，維持培養(yǎng)溫例如，改變培養(yǎng)基的成分，維持培養(yǎng)溫度不變，可以改變鼠傷寒桿菌的生長速度不變，可以改變鼠傷

9、寒桿菌的生長速率，用倍增或世代時間來表示其生長速率，用倍增或世代時間來表示其生長速率，見表率，見表3-1。代謝調節(jié)與代謝工程1微生物的代謝網絡是受到高度調節(jié)代謝調節(jié)與代謝工程1代謝控制機制分為兩種主要類型：分為兩種主要類型：酶活的調節(jié)酶活的調節(jié)(活化或鈍化活化或鈍化) 酶合成的調節(jié)酶合成的調節(jié)(誘導或阻遏誘導或阻遏)。代謝調節(jié)與代謝工程1代謝控制機制 微生物大致采用微生物大致采用3種方式調節(jié)其初級代謝：種方式調節(jié)其初級代謝： 酶活性的調節(jié)酶活性的調節(jié) 酶合成的調節(jié)酶合成的調節(jié) 遺傳控制遺傳控制代謝調節(jié)與代謝工程1調節(jié)的生化基礎微生物調節(jié)的位點微生物調節(jié)的位點有許多位點可以控制外來化合物的代謝有

10、許多位點可以控制外來化合物的代謝原核生物與真核生物有所區(qū)別原核生物與真核生物有所區(qū)別代謝調節(jié)與代謝工程1代謝調節(jié)的部位 微生物的代謝調節(jié)主要通過微生物的代謝調節(jié)主要通過養(yǎng)分的養(yǎng)分的吸收、排泄，限制基質與酶的接近吸收、排泄，限制基質與酶的接近和控制代謝流和控制代謝流等幾個部位實現(xiàn)的，等幾個部位實現(xiàn)的，見圖見圖3-1。 在這方面真核生物與原核生物略有在這方面真核生物與原核生物略有區(qū)別，主要表現(xiàn)在前者有各種各樣區(qū)別，主要表現(xiàn)在前者有各種各樣的細胞器。的細胞器。代謝調節(jié)與代謝工程1代謝調節(jié)的部位1) 養(yǎng)分吸收分泌的通道養(yǎng)分吸收分泌的通道 大多數(shù)親水分子難于透過大多數(shù)親水分子難于透過細胞膜，需借助一些負

11、責運輸?shù)拿赶到y(tǒng)，如透酶細胞膜，需借助一些負責運輸?shù)拿赶到y(tǒng)，如透酶才得以實現(xiàn)，有些運輸反應是需能的。才得以實現(xiàn)，有些運輸反應是需能的。2) 限制基質與酶的接近限制基質與酶的接近 在真核生物中各種代謝庫在真核生物中各種代謝庫的基質分別存在于由胞膜分隔的細胞器內。例如，的基質分別存在于由胞膜分隔的細胞器內。例如，在鏈孢霉中精氨酸存在于細胞質和液泡內。這兩在鏈孢霉中精氨酸存在于細胞質和液泡內。這兩處參與精氨酸代謝的酶量有很大的差別。原核生處參與精氨酸代謝的酶量有很大的差別。原核生物的控制方式不同，其中有些酶是以多酶復合物物的控制方式不同，其中有些酶是以多酶復合物或以細胞膜結合的方式存在，類似于酶的固定

12、化或以細胞膜結合的方式存在，類似于酶的固定化形式，使它不能自由活動。形式，使它不能自由活動。 代謝調節(jié)與代謝工程1代謝調節(jié)的部位3) 代謝途徑通量的控制代謝途徑通量的控制 微生物控制代謝物流的方法有兩種：調微生物控制代謝物流的方法有兩種：調節(jié)現(xiàn)有酶的量，這可通過增加或減少途節(jié)現(xiàn)有酶的量，這可通過增加或減少途徑中有關酶的合成或降解速率實現(xiàn)；改徑中有關酶的合成或降解速率實現(xiàn)；改變已有酶分子的活性。變已有酶分子的活性。代謝調節(jié)與代謝工程1微生物調節(jié)的位點微生物調節(jié)的位點代謝調節(jié)與代謝工程1一、原核微生物細胞的代謝調節(jié)部位 代謝調節(jié)與代謝工程1二、真核微生物細胞的代謝調節(jié)部位 代謝調節(jié)與代謝工程13.

13、1酶活性的調節(jié)酶活性的調節(jié) 微生物代謝調節(jié)是通過小分子化合物進行微生物代謝調節(jié)是通過小分子化合物進行的。這些小分子化合物存在于細胞內，由的。這些小分子化合物存在于細胞內，由細胞產生，通過它們調節(jié)酶反應速率，激細胞產生，通過它們調節(jié)酶反應速率，激活或抑制關鍵酶，有效地控制各種代謝過活或抑制關鍵酶，有效地控制各種代謝過程。程。 酶活性的調節(jié)可歸納為酶活性的調節(jié)可歸納為共價修飾共價修飾、變變(別別)構構效應效應、締合與離解和競爭性抑制，以及基、締合與離解和競爭性抑制，以及基因表達。因表達。 下面著重介紹前兩種方式。下面著重介紹前兩種方式。代謝調節(jié)與代謝工程1共價修飾 指蛋白質分子中的一個或多個氨基酸

14、殘基與指蛋白質分子中的一個或多個氨基酸殘基與一化學基團共價連接或解開，使其活性改一化學基團共價連接或解開，使其活性改變的作用。變的作用。 用共價修飾方式可使酶鈍化或活化。用共價修飾方式可使酶鈍化或活化。 從蛋白質中除去或加入的小化學基團可以是從蛋白質中除去或加入的小化學基團可以是磷酸基，甲基，乙基，腺苷酰基。磷酸基，甲基，乙基，腺苷?；?。 蛋白質的共價結合部位一般為絲氨酸殘基的蛋白質的共價結合部位一般為絲氨酸殘基的-CH2OH。代謝調節(jié)與代謝工程1共價修飾 共價修飾作用可分為：共價修飾作用可分為：可逆共價修飾可逆共價修飾不可逆共價修飾不可逆共價修飾代謝調節(jié)與代謝工程1可逆共價修飾 細胞中有些酶

15、存在活性和非活性兩細胞中有些酶存在活性和非活性兩種狀態(tài)，它們可以通過另一種酶的種狀態(tài)，它們可以通過另一種酶的催化作共價修飾而互相轉換。催化作共價修飾而互相轉換。代謝調節(jié)與代謝工程1可逆共價修飾 例如，磷酸化酶是通過激酶或磷酸例如，磷酸化酶是通過激酶或磷酸酯酶來調節(jié)其活性的，見圖酯酶來調節(jié)其活性的，見圖3-2。糖。糖原合成酶的活性也是以這種方式調原合成酶的活性也是以這種方式調節(jié)的。節(jié)的。代謝調節(jié)與代謝工程1可逆共價修飾代謝調節(jié)與代謝工程1可逆共價修飾酶的可逆共價修飾作用的意義在于：酶的可逆共價修飾作用的意義在于：1)可在短時間內改變酶的活性，有效可在短時間內改變酶的活性，有效地控制細胞的生理代謝

16、；地控制細胞的生理代謝；2)這種作用更易為響應環(huán)境變化而控這種作用更易為響應環(huán)境變化而控制酶的活性。制酶的活性。代謝調節(jié)與代謝工程1不可逆共價修飾 典型的例子是酶原激活。這是無活性的酶原被典型的例子是酶原激活。這是無活性的酶原被相應的蛋白酶作用，切去一小段肽鏈而被激相應的蛋白酶作用，切去一小段肽鏈而被激活?；?。 酶原變?yōu)槊甘遣豢赡娴?。酶原變?yōu)槊甘遣豢赡娴摹?胰蛋白酶原的活化靠從胰蛋白酶原的活化靠從N-端除去一個己肽端除去一個己肽(Val-Asp- Asp- Asp- Asp-lys)。 胰蛋白酶原活化是信號放大的一個典型例子，胰蛋白酶原活化是信號放大的一個典型例子，見圖見圖3-3。代謝調節(jié)與代

17、謝工程1不可逆共價修飾代謝調節(jié)與代謝工程1不可逆共價修飾 少量的腸肽酶便可激發(fā)大量的胰蛋白酶少量的腸肽酶便可激發(fā)大量的胰蛋白酶原轉變成胰蛋白酶。原轉變成胰蛋白酶。 這是因為胰蛋白酶能催化其自身的活化。這是因為胰蛋白酶能催化其自身的活化。一旦這些胰酶完成了其使命后，便被降一旦這些胰酶完成了其使命后，便被降解而不能再恢復為酶原。解而不能再恢復為酶原。 這種酶活性的關閉作用是極其重要的。這種酶活性的關閉作用是極其重要的。代謝調節(jié)與代謝工程13.1.3變(別)構控制 每一個學科都因它的某些重大發(fā)現(xiàn)而推每一個學科都因它的某些重大發(fā)現(xiàn)而推動它前進。對現(xiàn)代生化來說，一個重要動它前進。對現(xiàn)代生化來說，一個重要

18、的發(fā)現(xiàn)是由副位效應引起的蛋白質活化的發(fā)現(xiàn)是由副位效應引起的蛋白質活化與鈍化狀態(tài)的相互轉變。這或許是一種與鈍化狀態(tài)的相互轉變。這或許是一種主要類型的生物控制機制，這一現(xiàn)象稱主要類型的生物控制機制，這一現(xiàn)象稱為變構理論，所產生的作用稱為變構理為變構理論，所產生的作用稱為變構理論，所產生的作用稱為論，所產生的作用稱為變構效應變構效應。代謝調節(jié)與代謝工程1變(別)構控制 變構或別構變構或別構(allosterism)效應效應又稱為副位效應又稱為副位效應: 是指一種小分子物質與一種蛋白質分子發(fā)生是指一種小分子物質與一種蛋白質分子發(fā)生可逆的相互作用，導致這種蛋白質的構象發(fā)可逆的相互作用，導致這種蛋白質的構

19、象發(fā)生改變，從而改變這種蛋白質與第三種分子生改變，從而改變這種蛋白質與第三種分子的相互作用。的相互作用。代謝調節(jié)與代謝工程1變(別)構控制 變構蛋白變構蛋白是表現(xiàn)變構效應的蛋白質，具是表現(xiàn)變構效應的蛋白質，具有變構作用的酶稱為有變構作用的酶稱為變構酶變構酶。 效應物效應物：引起變構效應的小分子物質。：引起變構效應的小分子物質。代謝調節(jié)與代謝工程1協(xié)同作用 所謂所謂協(xié)同作用協(xié)同作用是指酶蛋白分子的一是指酶蛋白分子的一個位點與配基的結合會影響同一分子的個位點與配基的結合會影響同一分子的另一位點與基質的結合。如一蛋白質分另一位點與基質的結合。如一蛋白質分子含有能與同一配基結合的兩個位點，子含有能與同

20、一配基結合的兩個位點，在一位點上的結合不影響另一位點的結在一位點上的結合不影響另一位點的結合作用。這些位點各自為政，互不干涉合作用。這些位點各自為政，互不干涉則則無協(xié)同作用無協(xié)同作用。代謝調節(jié)與代謝工程1協(xié)同作用 正向協(xié)同：蛋白質上的一位點被配基結合有利于蛋白質上的另一位點的結合配基； 負向協(xié)同：一個位點的結合妨礙另一位點的結合。 這一現(xiàn)象具有重要的生物學意義，尤其在解釋一些變構酶如何進行活化與鈍化間的轉變,藉以調節(jié)胞內的生化反應。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的由來 變構效應是變構效應是Gerhart與與Pardee于于1962年研究胞苷三磷酸年研究胞苷三磷酸(CTP)對其自身合對其自身合成的

21、反饋抑制作用時發(fā)現(xiàn)的。成的反饋抑制作用時發(fā)現(xiàn)的。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的由來Aspartate transcarbamylase(ATCase)天冬氨酸轉氨甲酰酶天冬氨酸轉氨甲酰酶代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的由來代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的由來 CTP反饋抑制其生物合成途徑的頭反饋抑制其生物合成途徑的頭一個酶，天冬氨酸轉氨甲酰酶一個酶，天冬氨酸轉氨甲酰酶(ATCase)。CTP主要用于主要用于RNA與與DNA的合成。的合成。 變構效應的第一個跡象是從米氏動變構效應的第一個跡象是從米氏動力學研究中發(fā)現(xiàn)的。力學研究中發(fā)現(xiàn)的。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的由來 變構酶的基質與反應速率的關系

22、曲變構酶的基質與反應速率的關系曲線與一般的酶有些不一樣。線與一般的酶有些不一樣。 維持氨甲酰磷酸濃度過量，改變天維持氨甲酰磷酸濃度過量，改變天冬氨酸濃度，測定基質濃度對冬氨酸濃度，測定基質濃度對ATCase的反應初速率，的反應初速率，V0的影響，的影響，所得曲線非典型的雙曲線型，而是所得曲線非典型的雙曲線型，而是近近S型。型。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的解釋代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的由來 即在低的基質濃度下，即在低的基質濃度下，V0隨基質濃隨基質濃度的增加而緩慢上升，隨后，在高度的增加而緩慢上升，隨后，在高基質濃度下基質濃度下V0的增長加快，然后又的增長加快，然后又慢下來，直到一最大值慢

23、下來，直到一最大值Vmax。這種。這種S型曲線現(xiàn)已被當作變構酶的動力學型曲線現(xiàn)已被當作變構酶的動力學特性。特性。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的由來 第二個跡象是：在第二個跡象是：在CTP存在下作同存在下作同樣的動力學測量，得到同樣樣的動力學測量，得到同樣S型曲線，型曲線，只是更接近只是更接近S型。從米型。從米-孟動力學曲孟動力學曲線可見，比較不加與加有終產物線可見，比較不加與加有終產物CTP的系統(tǒng)，顯然像競爭性抑制作的系統(tǒng)，顯然像競爭性抑制作用。用。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的由來代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的由來 因因CTP的存在并未改變的存在并未改變Vmax值而使值而使Km值增加值增加5

24、0，見圖，見圖3-9。這難于解。這難于解釋為什么釋為什么CTP能起競爭性抑制作用，能起競爭性抑制作用，因其結構與天冬氨酸根本因其結構與天冬氨酸根本不同不同。這這說明除了競爭性與非競爭性外還存說明除了競爭性與非競爭性外還存在其它什么原因。在其它什么原因。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的解釋 變構現(xiàn)象可用酶分子上具有多個變構現(xiàn)象可用酶分子上具有多個不同的結合位點來解釋。一個位不同的結合位點來解釋。一個位點結合通常的基質，天冬氨酸與點結合通常的基質，天冬氨酸與氨甲酰磷酸氨甲酰磷酸(活性中心活性中心)；另一個；另一個位點選擇性地結合效應物，位點選擇性地結合效應物，CTP。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的解

25、釋 問題的焦點是，天冬氨酸與問題的焦點是，天冬氨酸與CTP的的結合位點是不是分立的。如果設法結合位點是不是分立的。如果設法消除消除CTP的結合位點而仍能保留的結合位點而仍能保留ATCase的活性，這證明這種說法是的活性，這證明這種說法是對的；否則，說明它們之間是各自對的；否則，說明它們之間是各自獨立的。獨立的。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的解釋 用溫和加熱或對用溫和加熱或對-氯汞苯甲酸作氯汞苯甲酸作變性處理可以證實這一說法。試變性處理可以證實這一說法。試驗結果示于圖驗結果示于圖3-10。代謝調節(jié)與代謝工程1變構酶的典型動力學曲線代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的解釋 比較曲線比較曲線A與與B可見，

26、經熱處理過的酶，加可見，經熱處理過的酶，加CTP與不加與不加CTP的曲線的形狀很相似，都的曲線的形狀很相似，都失去失去S型性質。型性質。 這說明這說明CTP的結合位點被消除，加的結合位點被消除，加CTP不起不起作用，而活性位點仍起作用。作用，而活性位點仍起作用。 由此證明，兩個位點的觀點是正確的，抑制由此證明，兩個位點的觀點是正確的，抑制位點可被選擇性地破壞。位點可被選擇性地破壞。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的解釋 用其它變性劑，如對用其它變性劑，如對-氯汞苯甲酸處氯汞苯甲酸處理，也得同樣的結果。理，也得同樣的結果。 比較曲線比較曲線A與與C可以看出，兩個位點可以看出，兩個位點間存在相互作用，

27、因經熱處理后曲間存在相互作用，因經熱處理后曲線失去線失去S型性質，而變成雙曲線型，型性質，而變成雙曲線型，酶反應速率增加。酶反應速率增加。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的解釋 在反應系統(tǒng)中加在反應系統(tǒng)中加ATP會影響會影響ATCase 的酶活。加的酶活。加ATP的曲線幾乎恢復到的曲線幾乎恢復到典型的雙曲線型，其典型的雙曲線型，其Km值減小，說值減小，說明基質協(xié)同作用的需要減小。鑒于明基質協(xié)同作用的需要減小。鑒于CTP與與ATP的結構相近，有人認為，的結構相近，有人認為，這兩種效應物結合在同一位點上。這兩種效應物結合在同一位點上。代謝調節(jié)與代謝工程1變構效應的解釋 故故ATCase是一種能在同一位

28、點上結是一種能在同一位點上結合兩種效應物的的變構酶，得到怎合兩種效應物的的變構酶，得到怎樣的結果樣的結果(也可能是完全相反的也可能是完全相反的)取決取決于所結合的物質。這不是于所結合的物質。這不是ATCase所所獨有的例子，但也不是所有的變構獨有的例子，但也不是所有的變構酶都是這樣的。酶都是這樣的。代謝調節(jié)與代謝工程1 變構調節(jié)的特征1、天冬氨酸轉氨甲酰酶是有代表性的一類酶，、天冬氨酸轉氨甲酰酶是有代表性的一類酶，它們具有一個以上的結合位點。除了主要它們具有一個以上的結合位點。除了主要的結合天然基質的活性位點外，也在同一的結合天然基質的活性位點外，也在同一分子內存在著分開的第二個（副）位點，分

29、子內存在著分開的第二個（副）位點，它能結合其他一些起抑制劑或活化劑作用它能結合其他一些起抑制劑或活化劑作用的物質。的物質。2、主要位點和副位點均可被同時占據(jù)。、主要位點和副位點均可被同時占據(jù)。代謝調節(jié)與代謝工程1變構調節(jié)的特征3、副位點的作用不一定是專一性的，可以結、副位點的作用不一定是專一性的，可以結合不同的物質，產生不同的效應。合不同的物質，產生不同的效應。4、副位點的結合可能引起隨后在蛋白質分子、副位點的結合可能引起隨后在蛋白質分子構象的變化，從而影響主要活性部位的催構象的變化，從而影響主要活性部位的催化活力?；盍?。5、副位點效應構成反饋抑制機制的基礎，這、副位點效應構成反饋抑制機制的

30、基礎，這種反饋機制是調節(jié)代謝的有效方法。種反饋機制是調節(jié)代謝的有效方法。代謝調節(jié)與代謝工程1代謝調節(jié)與代謝工程1 締合與解離 能進行這種轉變的蛋白質由多個亞能進行這種轉變的蛋白質由多個亞基組成。蛋白質活化與鈍化是通過基組成。蛋白質活化與鈍化是通過組成它的亞單位的締合與解離實現(xiàn)組成它的亞單位的締合與解離實現(xiàn)的。這類互相轉變有時是由共價修的。這類互相轉變有時是由共價修飾或由若干配基的締合啟動的飾或由若干配基的締合啟動的 。代謝調節(jié)與代謝工程1締合與解離(Association and dissociation)代謝調節(jié)與代謝工程1 乙酰-CoA羧化酶 見書P89-90代謝調節(jié)與代謝工程1代謝調節(jié)與

31、代謝工程1競爭性抑制 一些蛋白質的生物活性受代謝物的一些蛋白質的生物活性受代謝物的競爭性抑制。競爭性抑制。 例如，需要氧化性例如，需要氧化性NAD+的反應可能的反應可能被還原性被還原性NADH的競爭性抑制；需的競爭性抑制；需ATP的反應可能受的反應可能受ADP或或AMP的競的競爭性抑制；一些酶受反應過程常受爭性抑制；一些酶受反應過程常受產物的競爭性抑制。產物的競爭性抑制。代謝調節(jié)與代謝工程1代謝調節(jié)與代謝工程1代謝調節(jié)與代謝工程13.2酶合成的調節(jié) 代謝過程的控制主要取決于基質和有代謝過程的控制主要取決于基質和有關產物的性質及其在細胞總代謝中的關產物的性質及其在細胞總代謝中的作用。作用。 代謝

32、協(xié)調保證在任何一刻只有需要的代謝協(xié)調保證在任何一刻只有需要的酶被合成。酶被合成。 某一種酶的生成數(shù)量不多不少，一旦某一種酶的生成數(shù)量不多不少，一旦生成后其活性受激活或抑制的調節(jié)。生成后其活性受激活或抑制的調節(jié)。代謝調節(jié)與代謝工程1酶合成的調節(jié) 不是代謝途徑中所有酶都需要控制。不是代謝途徑中所有酶都需要控制。 那些在代謝途徑中的主要分支點后那些在代謝途徑中的主要分支點后的頭一、二個酶是最可能的控制對的頭一、二個酶是最可能的控制對象。象。 因這是最為經濟的控制部位。因這是最為經濟的控制部位。代謝調節(jié)與代謝工程1代謝途徑的各種調節(jié)方式代謝調節(jié)與代謝工程1酶合成的調節(jié) 有些酶的調節(jié)很復雜，一種酶可能有

33、些酶的調節(jié)很復雜，一種酶可能受多種代謝物的影響。受多種代謝物的影響。 細胞的細胞的DNA指導酶系統(tǒng)的合成。指導酶系統(tǒng)的合成。 盡管其基因型是穩(wěn)定的，微生物在盡管其基因型是穩(wěn)定的，微生物在改變其成分和代謝狀況以響應環(huán)境改變其成分和代謝狀況以響應環(huán)境的變化方面具有驚人的靈活性。的變化方面具有驚人的靈活性。代謝調節(jié)與代謝工程1酶合成的調節(jié) 環(huán)境并不能影響細胞遺傳物質的環(huán)境并不能影響細胞遺傳物質的結構，但卻能顯著左右結構，但卻能顯著左右基因的表基因的表達。達。 微生物細胞通常不會過量合成代微生物細胞通常不會過量合成代謝產物。謝產物。代謝調節(jié)與代謝工程1酶合成的調節(jié) 酶合成的調節(jié)方式可歸納為酶合成的調節(jié)

34、方式可歸納為 ：1)酶的誘導，又分為負向控制，如對酶的誘導，又分為負向控制，如對 -半乳半乳糖苷酶與正向控制，如對異化阿拉伯糖的糖苷酶與正向控制，如對異化阿拉伯糖的酶；酶；2)分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏(如葡萄糖對如葡萄糖對 -半乳糖苷酶半乳糖苷酶的阻遏的阻遏)；3)終產物的調節(jié)，如色氨酸對其自身合成所終產物的調節(jié)，如色氨酸對其自身合成所需酶的調節(jié)，嘧啶合成的反饋控制。需酶的調節(jié)，嘧啶合成的反饋控制。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用誘導作用：這是指培養(yǎng)基中某種基質誘導作用：這是指培養(yǎng)基中某種基質與微生物接觸而增加與微生物接觸而增加(誘導誘導)細胞中其細胞中其相應酶的合成速率。相應酶的合成速率。誘

35、導酶：只有在其基質，即有誘導物誘導酶：只有在其基質，即有誘導物存在時才被合成的酶。存在時才被合成的酶。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用 一個細胞能合成上千種酶。組成型酶一個細胞能合成上千種酶。組成型酶不論細胞生長在什么培養(yǎng)基，無需不論細胞生長在什么培養(yǎng)基，無需誘導便能自動合成，如把葡萄糖轉誘導便能自動合成，如把葡萄糖轉化為丙酮酸的那些化為丙酮酸的那些糖酵解酶糖酵解酶。 組成型酶：如酶的合成速率受基質組成型酶：如酶的合成速率受基質濃度變化的影響很小，這種酶稱為濃度變化的影響很小，這種酶稱為組成型的。組成型的。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用 誘導物誘導物(inducer)：能引起誘導作用：能引起誘導作用

36、的化合物。它可以是基質，也可以的化合物。它可以是基質，也可以是基質的衍生物，甚至是產物。是基質的衍生物，甚至是產物。 安慰誘導物安慰誘導物(gratuitors)：酶基質的：酶基質的結構類似物常是出色的誘導物，但結構類似物常是出色的誘導物，但它們不能作為基質被酶轉化。它們不能作為基質被酶轉化。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用 誘導作用可以保證能量與氨基酸誘導作用可以保證能量與氨基酸不浪費，不把它們用于合成那些不浪費，不把它們用于合成那些暫時無用的酶上，只有在需要時暫時無用的酶上，只有在需要時細胞才迅速合成它們。細胞才迅速合成它們。代謝調節(jié)與代謝工程1 誘導作用的分子水平的機制 Jacob與與Mon

37、od (1961)建議的誘導建議的誘導作用模型被大多數(shù)人所接受，并作用模型被大多數(shù)人所接受，并得到許多遺傳學與生理學試驗數(shù)得到許多遺傳學與生理學試驗數(shù)據(jù)的支持。據(jù)的支持。 Jacob-Monod模型又被稱為模型又被稱為操縱操縱子假說。子假說。1965年的諾貝爾生理醫(yī)學獎年的諾貝爾生理醫(yī)學獎代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用的分子水平的機制 這一假說認為，編碼一系列功能這一假說認為，編碼一系列功能相關的酶的基因在染色體中緊密相關的酶的基因在染色體中緊密排列在一起，而且它們的表達與排列在一起，而且它們的表達與關閉是通過同一控制位點協(xié)同進關閉是通過同一控制位點協(xié)同進行的。行的。代謝調節(jié)與代謝工程1一種誘導

38、酶表達控制作用的Jacob-Monod模型代謝調節(jié)與代謝工程1一種誘導酶表達控制作用的Jacob-Monod模型代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用的分子水平的機制 圖圖3-13a顯示編碼抑制可誘導的酶的操縱子組顯示編碼抑制可誘導的酶的操縱子組成。成。每個操縱子至少由每個操縱子至少由4個部分組成，其中調節(jié)基個部分組成，其中調節(jié)基因因(R)編碼阻遏物蛋白。編碼阻遏物蛋白。這種阻遏物能可逆地同操縱基因這種阻遏物能可逆地同操縱基因(O)結合，從結合，從而控制其相鄰的結構基因而控制其相鄰的結構基因(S)的轉錄作用。的轉錄作用。在操縱基因的前面還有一段被稱為啟動基因在操縱基因的前面還有一段被稱為啟動基因(P)的

39、的DNA序列，它是序列，它是RNA聚合酶的落腳點。聚合酶的落腳點。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用的分子水平的機制 沒有誘導物時調節(jié)基因編碼的阻遏物蛋白與沒有誘導物時調節(jié)基因編碼的阻遏物蛋白與操縱基因結合，阻擋操縱基因結合，阻擋RNA聚合酶對結構基因聚合酶對結構基因的轉錄。的轉錄。 當有誘導物時，如圖當有誘導物時，如圖3-13b所示。阻遏物也是所示。阻遏物也是一種變構蛋白，與誘導物結合會使其構象改一種變構蛋白，與誘導物結合會使其構象改變，從而失去同操縱基因的親和力，不能與變，從而失去同操縱基因的親和力，不能與操縱基因結合。操縱基因結合。 這樣這樣RNA便獲得可以進行結構基因轉錄的信便獲得可以進行結

40、構基因轉錄的信息。誘導酶便被合成。息。誘導酶便被合成。代謝調節(jié)與代謝工程1組成型突變組成型突變 若由于某種原因若由于某種原因調節(jié)基因調節(jié)基因或或操縱基操縱基因因發(fā)生突變，使改變后的阻遏物失發(fā)生突變，使改變后的阻遏物失去同操縱基因結合的能力或使突變去同操縱基因結合的能力或使突變后的操縱基因失去對阻遏物的親和后的操縱基因失去對阻遏物的親和力，這樣，即使沒有誘導物，力，這樣，即使沒有誘導物，RNA聚合酶也能轉錄。聚合酶也能轉錄。 這種突變稱為這種突變稱為組成型突變組成型突變。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用 因誘導酶的結構基因通常處在受阻因誘導酶的結構基因通常處在受阻遏的狀態(tài)，即無誘導物存在下阻遏遏的狀

41、態(tài)，即無誘導物存在下阻遏物與操縱基因結合，把結構基因關物與操縱基因結合，把結構基因關閉。閉。 故誘導作用又稱為故誘導作用又稱為去阻遏作用去阻遏作用。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用 Jacob-Monod模型中的誘導作用是一模型中的誘導作用是一種負向控制，其調節(jié)基因產物種負向控制，其調節(jié)基因產物(即阻即阻遏蛋白遏蛋白)阻止轉錄的進行。阻止轉錄的進行。 另外有一類正向控制系統(tǒng)，其另外有一類正向控制系統(tǒng)，其R基因基因的產物是一種蛋白質，有誘導物存的產物是一種蛋白質，有誘導物存在下可轉化為轉錄激活劑。在下可轉化為轉錄激活劑。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用 在這種情況下在這種情況下R基因產物是一種激活基因產

42、物是一種激活蛋白，是轉錄作用所必需的。蛋白，是轉錄作用所必需的。 屬正向控制的誘導作用的典型例子屬正向控制的誘導作用的典型例子是是ara操縱子。操縱子。 它負責大腸桿菌異化它負責大腸桿菌異化L-阿拉伯糖的阿拉伯糖的酶的合成。酶的合成。代謝調節(jié)與代謝工程1代謝調節(jié)與代謝工程1代謝調節(jié)與代謝工程1順序誘導作用 -半乳糖苷酶能水解乳糖成葡萄糖和半乳糖苷酶能水解乳糖成葡萄糖和半乳糖。半乳糖。 由最初的誘導物由最初的誘導物(如乳糖如乳糖)引起一代謝引起一代謝物物(半乳糖半乳糖)在胞內的濃度升高，從而在胞內的濃度升高，從而觸發(fā)一系列與半乳糖代謝有關的酶觸發(fā)一系列與半乳糖代謝有關的酶的誘導作用，見圖的誘導作

43、用，見圖3-14。代謝調節(jié)與代謝工程1順序誘導作用 能誘導能誘導 -半乳糖苷酶的化合物也同半乳糖苷酶的化合物也同時誘導乳糖透酶的合成。時誘導乳糖透酶的合成。 這兩種酶的比例與合成速率總是恒這兩種酶的比例與合成速率總是恒定的。定的。 兩個或更多的酶顯示出密切的生理兩個或更多的酶顯示出密切的生理學聯(lián)系，這稱為學聯(lián)系，這稱為協(xié)調作用協(xié)調作用。代謝調節(jié)與代謝工程1順序誘導作用代謝調節(jié)與代謝工程1誘導物 雖然乳糖可誘導雖然乳糖可誘導lac操縱子工作，實際上操縱子工作，實際上乳糖不是真正的誘導物，它必需先轉化乳糖不是真正的誘導物，它必需先轉化為別乳糖為別乳糖allolactose, -D-半乳糖半乳糖-(

44、1,6)D-葡萄糖葡萄糖才能起誘導物的作用。才能起誘導物的作用。 Lac操縱子的最佳誘導物是異丙基操縱子的最佳誘導物是異丙基- -D-硫硫代半乳糖苷（代半乳糖苷（IPTG）。）。代謝調節(jié)與代謝工程1各種誘導物的效率代謝調節(jié)與代謝工程1安慰誘導物的誘導作用代謝調節(jié)與代謝工程1抗誘導物 有一些半乳糖苷起穩(wěn)定阻遏物與有一些半乳糖苷起穩(wěn)定阻遏物與操縱基因結合的作用，因此是一操縱基因結合的作用，因此是一種種抗誘導物抗誘導物。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導物的種類與效率 許多分解代謝酶類屬于誘導酶的范許多分解代謝酶類屬于誘導酶的范疇。疇。 例如，淀粉酶是由淀粉誘導合成的；例如，淀粉酶是由淀粉誘導合成的；蔗糖酶與

45、脲酶是分別由蔗糖與尿素蔗糖酶與脲酶是分別由蔗糖與尿素誘導的。誘導的。 細胞在代謝過程中生成的產物也可細胞在代謝過程中生成的產物也可以作為誘導物。以作為誘導物。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導物的種類與效率 熒光假單孢菌在色氨酸大量存在時，熒光假單孢菌在色氨酸大量存在時，色氨酸的代謝產物色氨酸的代謝產物犬尿氨酸便犬尿氨酸便可誘導分解色氨酸的酶系?？烧T導分解色氨酸的酶系。 表表3-3列舉一些可作為酶的誘導物的列舉一些可作為酶的誘導物的酶反應產物。酶反應產物。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導物的種類與效率代謝調節(jié)與代謝工程1誘導作用 最有效的誘導物總是基質的類似最有效的誘導物總是基質的類似物，一種很差的或不被利用的

46、基物，一種很差的或不被利用的基質。質。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導調節(jié)的克服 只有在需要時才合成所需的酶是微只有在需要時才合成所需的酶是微生物的固有調節(jié)機制。生物的固有調節(jié)機制。 如不設法如不設法繞過這種機制繞過這種機制，就難于使，就難于使需要的誘導酶大量生產。需要的誘導酶大量生產。 據(jù)此，可用誘變方法來消除誘導酶據(jù)此，可用誘變方法來消除誘導酶的合成必需依賴誘導物這種障礙。的合成必需依賴誘導物這種障礙。代謝調節(jié)與代謝工程1誘導調節(jié)的克服 藉強力因素誘變引起的突變，如不是在藉強力因素誘變引起的突變，如不是在結構基因上，而是在調節(jié)基因或操縱基結構基因上，而是在調節(jié)基因或操縱基因上，從而導致調節(jié)基因編碼

47、合成的阻因上，從而導致調節(jié)基因編碼合成的阻遏物無活性或操縱基因對活性阻遏物的遏物無活性或操縱基因對活性阻遏物的親和力衰退，這樣，無需誘導物便能生親和力衰退，這樣，無需誘導物便能生產誘導酶。產誘導酶。 這種突變作用稱為這種突變作用稱為調節(jié)性調節(jié)性或或組成型突變組成型突變。具有這種特性的菌株稱為具有這種特性的菌株稱為組成型突變株組成型突變株。代謝調節(jié)與代謝工程1組成型突變株的獲得 組成型突變株可用以下幾種方法富集：組成型突變株可用以下幾種方法富集：(1)在誘導物為限制性基質的恒化器中篩選在誘導物為限制性基質的恒化器中篩選 (2)將菌株輪番在有、無誘導物的培養(yǎng)基中將菌株輪番在有、無誘導物的培養(yǎng)基中培

48、養(yǎng)培養(yǎng)(3)使用誘導性能很差的基質使用誘導性能很差的基質 (4)使用阻礙誘導作用的抑制劑使用阻礙誘導作用的抑制劑 (5)提高篩選效率的方法提高篩選效率的方法甘油作惟甘油作惟一碳源一碳源涂布誘涂布誘變菌變菌懸液懸液噴上噴上O-O-硝基苯酚硝基苯酚-D-D-半乳糖苷半乳糖苷(ONPG)(ONPG)組成組成型型誘導誘導型型. . 篩選方法及實例篩選方法及實例代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏 若微生物的培養(yǎng)基中存在一種以上若微生物的培養(yǎng)基中存在一種以上可利用的養(yǎng)分，通常它們總是先分可利用的養(yǎng)分，通常它們總是先分解那些最易利用的基質，只有在該解那些最易利用的基質，只有在該基質耗竭后才開始分解第二種基質

49、?；|耗竭后才開始分解第二種基質。 最常見的分解代謝物調節(jié)是某些酶最常見的分解代謝物調節(jié)是某些酶的形成受易利用的碳源的分解代謝的形成受易利用的碳源的分解代謝物阻遏。物阻遏。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏 大多數(shù)受阻遏的酶是可誘導的。實際上大多數(shù)受阻遏的酶是可誘導的。實際上有些高效誘導物可逆轉分解代謝物的阻有些高效誘導物可逆轉分解代謝物的阻遏作用。遏作用。 某些降解某些降解含氮代謝物的酶含氮代謝物的酶也會受到容易也會受到容易利用的氮源，如利用的氮源，如NH4+或谷氨酰胺的阻遏?；蚬劝滨０返淖瓒?。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物效應 將大腸桿菌培養(yǎng)在含有兩種碳源將大腸桿菌培養(yǎng)在含有兩種碳源(如如

50、葡萄糖與乳糖葡萄糖與乳糖)的培養(yǎng)基上，便出現(xiàn)的培養(yǎng)基上，便出現(xiàn)兩次旺盛的生長期，稱為兩次旺盛的生長期，稱為二次生長二次生長。 其特征是兩個生長期間夾有一個停其特征是兩個生長期間夾有一個停滯期，見圖滯期，見圖3-18。代謝調節(jié)與代謝工程1二次生長曲線代謝調節(jié)與代謝工程1二次生長曲線 菌在第一個生長期利用葡萄糖，引菌在第一個生長期利用葡萄糖，引起溶氧下降，而乳糖不被利用，待起溶氧下降，而乳糖不被利用，待葡萄糖濃度降低到不能滿足菌的需葡萄糖濃度降低到不能滿足菌的需求時溶氧開始上升，菌的生長趨于求時溶氧開始上升，菌的生長趨于停滯，這時開始解除葡萄糖分解代停滯，這時開始解除葡萄糖分解代謝物對乳糖利用的阻

51、遏。謝物對乳糖利用的阻遏。代謝調節(jié)與代謝工程1二次生長曲線 隨著乳糖的利用，生物量又再一次隨著乳糖的利用，生物量又再一次上升，溶氧再次下跌直到乳糖濃度上升，溶氧再次下跌直到乳糖濃度降低到一個水平，菌的生長趨于平降低到一個水平，菌的生長趨于平穩(wěn)。穩(wěn)。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏的分子機制 這是指培養(yǎng)基中某種基質的存在會減少這是指培養(yǎng)基中某種基質的存在會減少(阻遏阻遏)細胞中其相應酶的合成速率。細胞中其相應酶的合成速率。 阻遏物阻遏物(repressor)在分解代謝中是操縱在分解代謝中是操縱子的調節(jié)基因子的調節(jié)基因 (R)編碼的阻遏蛋白，它能編碼的阻遏蛋白，它能可逆地同操縱基因可逆地同操縱基

52、因(O)結合，從而控制其結合，從而控制其相鄰的結構基因相鄰的結構基因 (S)的轉錄。的轉錄。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏的分子機制 那些能被快速利用的基質，如葡萄那些能被快速利用的基質，如葡萄糖，其分解代謝物會阻遏另一種異糖，其分解代謝物會阻遏另一種異化較難利用基質的酶的合成。化較難利用基質的酶的合成。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏的分子機制 分解代謝物阻遏，從分子水平看，分解代謝物阻遏，從分子水平看，是分解代謝物抑制腺苷酸環(huán)化酶的是分解代謝物抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，使環(huán)狀活性，使環(huán)狀3 ,5 -腺苷單磷酸腺苷單磷酸(cAMP)不足所致。不足所致。 一般，細胞利用難于異化的的碳源時，

53、一般，細胞利用難于異化的的碳源時，胞內的胞內的cAMP濃度較高；反之，胞內濃度較高；反之，胞內cAMP濃度較低。濃度較低。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏的分子水平的機制代謝調節(jié)與代謝工程1乳糖操縱子模型解釋分解代謝物的阻遏機制乳糖操縱子模型解釋分解代謝物的阻遏機制 乳糖操縱子的啟動基因內，除乳糖操縱子的啟動基因內，除RNARNA聚合酶結合位點外，還聚合酶結合位點外，還有一個稱為有一個稱為CAP-cAMPCAP-cAMP復合物的結合位點復合物的結合位點 腺苷酸環(huán)化酶腺苷酸環(huán)化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏 大腸桿菌分解葡萄糖時，其胞內大腸桿菌分解葡萄糖時，其胞內cA

54、MP濃度比利用難于異化的碳源時濃度比利用難于異化的碳源時的胞內的胞內cAMP濃度低濃度低1,000倍；倍； 而用非阻遏性的乙酸鹽作碳源時對而用非阻遏性的乙酸鹽作碳源時對其濃度的影響很小。其濃度的影響很小。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏的分子水平的機制 cAMP與一特殊的蛋白質結合成為與一特殊的蛋白質結合成為cAMP-受體蛋白受體蛋白(CRP)復合物，此復合復合物，此復合物與啟動基因物與啟動基因P的結合，使該基因增強的結合，使該基因增強對對RNA聚合酶的親和力，結果增加轉聚合酶的親和力，結果增加轉錄的頻率。錄的頻率。 cAMPCAP復合物在復合物在P上的結合是上的結合是RNA聚合酶結合到聚合

55、酶結合到P上所必需，見圖上所必需，見圖3-19。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏的分子水平的機制 胞內胞內cAMP濃度隨腺苷酸環(huán)化酶與濃度隨腺苷酸環(huán)化酶與cAMP磷酸二酯酶的濃度而變化。磷酸二酯酶的濃度而變化。 缺乏缺乏cAMP磷酸二酯酶的突變株對磷酸二酯酶的突變株對分解代謝阻遏不敏感。分解代謝阻遏不敏感。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏的分子水平的機制 cAMP在胞內的濃度與在胞內的濃度與ATP的合成速率成的合成速率成反比，反比，胞內胞內cAMP的水平反映了細胞的能的水平反映了細胞的能量狀況量狀況，其濃度高，說明細胞處于饑餓，其濃度高，說明細胞處于饑餓狀態(tài)。狀態(tài)。 迄今，所有試驗過的細菌

56、均含有迄今，所有試驗過的細菌均含有cAMP。它不是任何已知代謝途徑的中間體。它不是任何已知代謝途徑的中間體。 它對細菌的唯一生理作用是調節(jié)作用。它對細菌的唯一生理作用是調節(jié)作用。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏 一種碳一種碳-能源起分解代謝物阻遏作用能源起分解代謝物阻遏作用的效能取決于它作為的效能取決于它作為碳碳-能源的效率能源的效率，而不是它的而不是它的化學結構化學結構。 在一種微生物中起分解代謝物阻遏在一種微生物中起分解代謝物阻遏作用的化合物可能在另一種微生物作用的化合物可能在另一種微生物中不起作用。中不起作用。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏 對于對于大腸桿菌大腸桿菌，葡萄糖比琥珀酸

57、，葡萄糖比琥珀酸更易起分解代謝物阻遏作用；而更易起分解代謝物阻遏作用；而對對臭假單孢菌臭假單孢菌的作用恰好相反。的作用恰好相反。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏作用的克服 許多具有工業(yè)重要性的酶都受這類許多具有工業(yè)重要性的酶都受這類調節(jié)控制。調節(jié)控制。 在生產培養(yǎng)基內不使用阻遏性碳源，在生產培養(yǎng)基內不使用阻遏性碳源，將有利于對分解代謝物阻遏敏感的將有利于對分解代謝物阻遏敏感的酶的生產。酶的生產。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏作用的克服 例如，嗜熱芽胞桿菌生長在以例如，嗜熱芽胞桿菌生長在以甘油甘油為碳源比生長在以為碳源比生長在以果糖果糖為碳源的培為碳源的培養(yǎng)基中的胞外養(yǎng)基中的胞外-淀粉酶的

58、產量增加淀粉酶的產量增加2.5倍以上。倍以上。 采用采用甘露糖甘露糖培養(yǎng)熒光假單孢菌纖維培養(yǎng)熒光假單孢菌纖維素變株，其纖維素酶的產量相當于素變株，其纖維素酶的產量相當于生長在生長在半乳糖半乳糖上的上的1,500倍。倍。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏作用的克服 如果出于經濟上的原因，必需使用如果出于經濟上的原因，必需使用阻遏性碳源時，可通過過程補糖的阻遏性碳源時，可通過過程補糖的辦法辦法限制生產菌的糖耗速率限制生產菌的糖耗速率，以消，以消除分解代謝物阻遏對酶生產的影響。除分解代謝物阻遏對酶生產的影響。 若給熒光假單孢菌纖維素變株緩慢若給熒光假單孢菌纖維素變株緩慢補糖，可使纖維素酶的產量幾乎增

59、補糖，可使纖維素酶的產量幾乎增加加200倍。倍。代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏作用代謝調節(jié)與代謝工程1分解代謝物阻遏作用的克服 用少量的用少量的2-脫氧葡萄糖脫氧葡萄糖或或-甲基葡甲基葡萄糖萄糖代替一半的葡萄糖可以解決葡代替一半的葡萄糖可以解決葡萄糖分解代謝物阻遏葡萄糖氧化酶萄糖分解代謝物阻遏葡萄糖氧化酶的生產問題；的生產問題； 用用蔗糖單棕櫚酸酯蔗糖單棕櫚酸酯代替代替蔗糖蔗糖可使轉可使轉化酶產量增加化酶產量增加80倍。倍。代謝調節(jié)與代謝工程1耐分解代謝物阻遏的突變株的獲得 用強力因素誘變與適當?shù)暮Y選方法用強力因素誘變與適當?shù)暮Y選方法可以獲得耐分解代謝物阻遏的突變可以獲得耐分解代謝物阻遏的

60、突變株。株。 這類突變株的這類突變株的葡萄糖利用速率減慢葡萄糖利用速率減慢，解除了對單一種或一系列酶合成的解除了對單一種或一系列酶合成的阻遏作用。阻遏作用。篩選方法與實例篩選方法與實例( (1) 1) 循環(huán)培養(yǎng)法循環(huán)培養(yǎng)法(2) (2) 鑒別性培養(yǎng)基鑒別性培養(yǎng)基(3) (3) 特殊氮源特殊氮源(4) (4) 葡萄糖結構類似物葡萄糖結構類似物1. 1. 解除碳源調節(jié)突變株的選育解除碳源調節(jié)突變株的選育 （1 1）循環(huán)培養(yǎng)法）循環(huán)培養(yǎng)法快速利用的快速利用的碳源培養(yǎng)基碳源培養(yǎng)基慢速利用的慢速利用的碳源培養(yǎng)基碳源培養(yǎng)基交替培養(yǎng)交替培養(yǎng)突變型解除了阻遏現(xiàn)象，在突變型解除了阻遏現(xiàn)象，在乳糖的培養(yǎng)基上比野生