1、關(guān)于微生物代謝的調(diào)節(jié)第一張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月第二張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月二主要內(nèi)容1微生物細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物的種類和主要功能。2微生物代謝調(diào)節(jié)的方式，以及在生產(chǎn)實(shí)踐中如何人工控制微生物的代謝。3發(fā)酵的概念和種類。三重點(diǎn)和難點(diǎn)1教學(xué)重點(diǎn)(1)微生物代謝的調(diào)節(jié)。(2)微生物代謝的人工控制。2教學(xué)難點(diǎn)在生產(chǎn)實(shí)踐中如何人工控制微生物的代謝活動(dòng)。第三張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月一、微生物的代謝微生物在生長(zhǎng)發(fā)育和繁殖過(guò)程中，需要不斷地從外界環(huán)境中攝取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在體內(nèi)經(jīng)過(guò)一系列的生化反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成能量和構(gòu)成細(xì)胞的物質(zhì)，并排出不需要的產(chǎn)物。這一系列的生化過(guò)程稱為

2、新陳代謝。 第四張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（一）微生物的酶生物體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)幾乎都要依靠酶的催化才能進(jìn)行。酶是由生物細(xì)胞合成的，以蛋白質(zhì)為主要成分的生物化學(xué)反應(yīng)催化劑。從化學(xué)組成來(lái)看，可分為簡(jiǎn)單蛋白和結(jié)合蛋白兩種酶。根據(jù)酶在細(xì)胞中的活動(dòng)部位，也可將酶分為胞外酶和胞內(nèi)酶兩種。 第五張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶作為生化反應(yīng)的催化劑和其他的催化劑一樣，能顯著改變反應(yīng)的速度，但不能改變反應(yīng)的平衡點(diǎn)。酶有以下幾個(gè)特點(diǎn)：催化反應(yīng)的效率高、具有高度的專一性、容易失活、活性受調(diào)節(jié)控制等。第六張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（二）微生物的能量代謝在生物體內(nèi)，吸能反應(yīng)所需要的能

3、量是由放能反應(yīng)來(lái)供給的，兩者是偶聯(lián)進(jìn)行的。其中的能量載體主要是ATP。第七張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ATP在能量代謝中的作用ATP主要用于供應(yīng)合成細(xì)胞物質(zhì)（包括貯藏物質(zhì)）所需的能量。此外，細(xì)胞對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收，鞭毛菌的運(yùn)動(dòng)，發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光等所消耗的能量也要由ATP供給。組成細(xì)胞的物質(zhì)主要是蛋白質(zhì)、核酸、類脂和多糖，合成這些物質(zhì)都需要ATP。第八張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月ATP是腺嘌呤核甘三磷酸（簡(jiǎn)稱腺三磷）的縮寫， ATP的生成和利用是微生物能量代謝的核心。在生物體內(nèi)，ATP主要由ADP的磷酸化生成。生成ATP的過(guò)程需要供應(yīng)能量，能量來(lái)自光能或化能。第九張，PPT共

4、六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月光合磷酸化作用和氧化磷酸化作用以光能生成ATP的過(guò)程稱為光合磷酸化作用，這種轉(zhuǎn)變需要光和色素作媒介。 利用化合物氧化過(guò)程中釋放的能量進(jìn)行磷酸化生成ATP的過(guò)程稱為氧化磷酸化作用，它為一切生物所共有，微生物的氧化作用可根據(jù)最終電子受體的性質(zhì)不同而分為：有氧呼吸作用、無(wú)氧呼吸作用和發(fā)酵作用。第十張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月有氧呼吸作用：以氧分子作為電子（或氫）受體的生物氧化過(guò)程。無(wú)氧呼吸作用：以無(wú)機(jī)氧化物（個(gè)別為有機(jī)氧化物）作為呼吸鏈末端氫和電子受體的生物氧化過(guò)程。發(fā)酵作用：在厭氧條件下，以有機(jī)物為基質(zhì)并以其中間降解產(chǎn)物為氫和電子受體的氧化過(guò)程。第十一張，P

5、PT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（三）微生物的物質(zhì)代謝1微生物的分解代謝：微生物在生命活動(dòng)中，能將復(fù)雜的大分子物質(zhì)分解為小分子的可溶性物質(zhì)，并有能量轉(zhuǎn)變過(guò)程，這種物質(zhì)轉(zhuǎn)變稱為分解代謝。大多數(shù)微生物都能分解糖和蛋白質(zhì)，少數(shù)微生物能分解脂類。2微生物的合成代謝微生物的細(xì)胞物質(zhì)主要是由蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物和類脂等組成。合成這些大分子有機(jī)化合物需要大量能量和原料。能量來(lái)自營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的分解，至于原料，可以是微生物從外界吸收的小分子化合物，但更多的是從營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解中獲得。微生物種類很多，合成途徑也比較復(fù)雜和多種多樣。下一頁(yè)第十二張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月糖的分解糖類是異養(yǎng)微生物的主要碳素

6、來(lái)源和能量來(lái)源，包括各種多糖、雙糖和單糖。多糖必須在細(xì)胞外由相應(yīng)的胞外酶水解，才能被吸收利用；雙糖和單糖被微生物吸收后，立即進(jìn)入分解途徑，被降解成簡(jiǎn)單的含碳化合物，同時(shí)釋放能量，供應(yīng)細(xì)胞合成所需的碳源和能源。第十三張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月蛋白質(zhì)及氨基酸的分解細(xì)菌分解蛋白質(zhì)的酶有兩類，一類為蛋白酶，另一類為肽酶，前者為胞外酶，能將蛋白質(zhì)分解為多肽和二肽。肽類可進(jìn)入微生物細(xì)胞中，肽酶為胞內(nèi)酶，將進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)的肽水解為游離的氨基酸，供菌體利用。微生物對(duì)氨基酸的分解方式很多，主要為脫氨作用和脫羧作用。不同細(xì)菌水解不同氨基酸除生成氨基酸外，還有其他物質(zhì)產(chǎn)生。如大腸桿菌、枯草桿菌水解含硫氨基

7、酸有H2S產(chǎn)生；大腸桿菌、變形桿菌水解色氨酸，可形成吲哚。有些細(xì)菌則不能，因此這些特性可用于細(xì)菌的鑒定。第十四張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月脂肪的分解脂肪是脂肪酸和甘油的結(jié)合物。某些微生物能產(chǎn)生脂肪酶，將脂肪水解為甘油和脂肪酸。甘油和脂肪酸可被微生物攝入細(xì)胞內(nèi)，進(jìn)行代謝。第十五張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月分解代謝產(chǎn)物和相關(guān)的生化反應(yīng)1、單糖發(fā)酵試驗(yàn)2、甲基紅試驗(yàn)（M）3、VP試驗(yàn)（V）4、枸櫞酸鹽利用試驗(yàn)（C）5、吲哚試驗(yàn)（I）6、硫化氫試驗(yàn) 返回IMViC試驗(yàn)第十六張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月初級(jí)代謝與次級(jí)代謝（Primary and secondary m

8、etabolism)初級(jí)代謝：普遍存在于一切生物中，是與生物生存有關(guān)的、涉及到產(chǎn)能和耗能的代謝類型；次級(jí)代謝：某些生物為避免在初級(jí)代謝過(guò)程中某些中間產(chǎn)物積累所造成不利作用而產(chǎn)生的一類有利于生存的代謝類型。 第十七張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月次級(jí)代謝產(chǎn)物熱原質(zhì)毒素與侵襲性酶細(xì)菌素色素抗生素維生素第十八張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月熱原質(zhì)能引起機(jī)體發(fā)熱的物質(zhì)。分為內(nèi)源性熱原質(zhì)（機(jī)體自身產(chǎn)生）和外源性熱原質(zhì)（內(nèi)毒素、外毒素、G-的外膜成分等）。在250下作用30min或180 下作用4hr，或強(qiáng)酸強(qiáng)堿強(qiáng)氧化劑30min才能破壞熱原質(zhì)或使其致熱效應(yīng)消失。注射液、生物制品、抗生素以

9、及輸液用的蒸餾水均不能含有熱原質(zhì)。第十九張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月外毒素與內(nèi)毒素外毒素（toxin）：由致病性細(xì)菌產(chǎn)生的可以分泌到胞外的毒素，其化學(xué)成分為蛋白質(zhì)，毒性強(qiáng)。內(nèi)毒素（endotoxin）：為細(xì)菌（通常是G-）細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)物質(zhì)，如脂多糖中的類脂A。這類毒素不能向胞外分泌，只有在細(xì)菌死亡或裂解后才能釋放出來(lái)。第二十張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)菌素由某些細(xì)菌合成的一種具有殺菌作用的蛋白質(zhì)物質(zhì)。其作用范圍窄，僅對(duì)產(chǎn)生菌親緣關(guān)系較近的細(xì)菌有殺傷作用。第二十一張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月細(xì)菌素和抗生素的區(qū)別 返回第二十二張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022

10、年6月二、微生物代謝的調(diào)節(jié) 代謝調(diào)節(jié)分為三類: 酶的調(diào)節(jié)激素的調(diào)節(jié)神經(jīng)調(diào)節(jié)其中酶的調(diào)節(jié)是最基本的調(diào)節(jié)方式，是一切調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)。 第二十三張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶的調(diào)節(jié)由于代謝過(guò)程中幾乎所有的生化反應(yīng)都是通過(guò)酶的催化實(shí)現(xiàn)的，因此代謝調(diào)節(jié)實(shí)際是控制酶的數(shù)量和活性的變化。酶數(shù)量的控制主要是通過(guò)對(duì)酶合成途徑的調(diào)控系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。有誘導(dǎo)和阻遏兩種調(diào)控方式，前者誘發(fā)酶的合成，后者阻止酶的合成。第二十四張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶的激活與抑制酶活性的調(diào)節(jié)是通過(guò)改變酶結(jié)構(gòu)本身的構(gòu)象來(lái)實(shí)現(xiàn)的。調(diào)節(jié)方式有激活和抑制兩種。激活作用常見(jiàn)于分解代謝途徑中前體對(duì)參與后面反應(yīng)的酶進(jìn)行激活，促使它們

11、反應(yīng)速度加快。抑制作用常見(jiàn)于合成代謝的末端產(chǎn)物對(duì)合成反應(yīng)的關(guān)鍵酶進(jìn)行反饋抑制，以減慢或中止生物合成。第二十五張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月關(guān)鍵酶（Key enzyme） 往往是代謝途徑的第一步反應(yīng)的酶（a）或是分支代謝途徑中分支點(diǎn)上的酶（b、c、f）或整個(gè)代謝途徑中的限速酶或催化不可逆反應(yīng)的酶（c） ABCDEFGabcdfg第二十六張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 許多關(guān)鍵酶都是調(diào)節(jié)酶如別構(gòu)酶、共價(jià)修飾酶、同工酶、多功能酶等。酶的調(diào)節(jié)主要是通過(guò)控制關(guān)鍵酶的濃度和活性來(lái)調(diào)節(jié)。 通過(guò)控制酶濃度的調(diào)節(jié)要牽涉到基因、mRNA、蛋白質(zhì)的生物合成，所以這種調(diào)節(jié)是一種慢調(diào)節(jié)，在幾小時(shí)或幾

12、天內(nèi)才能完成。 另一種通過(guò)調(diào)節(jié)酶活性，這是快速調(diào)節(jié)，在幾分鐘到幾十分鐘內(nèi)完成。 第二十七張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶濃度的調(diào)節(jié) 誘導(dǎo)阻遏終產(chǎn)物的阻遏分解代謝產(chǎn)物阻遏（一） 酶濃度的調(diào)節(jié)第二十八張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月誘導(dǎo)作用（induction）： 指用誘導(dǎo)物（inducer）來(lái)促進(jìn)酶的合成，這種作用稱誘導(dǎo)作用。 阻遏作用（repression）： 指用阻遏物（repressor）阻止或降低酶的合成，這種作用稱阻遏作用。 第二十九張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月1、酶合成的誘導(dǎo)作用 在細(xì)菌中普通存在，如大腸桿菌可利用多種糖作為碳源，當(dāng)用乳糖作為唯一碳源時(shí)，

13、開(kāi)始細(xì)菌不能利用乳糖，但23分鐘后就合成了與乳糖代謝有關(guān)的三種酶 （1）半乳糖苷酶：水解乳糖的酶，使乳糖水解成 半乳糖和葡萄糖 （2）-半乳糖透性酶：促使乳糖通過(guò)細(xì)胞膜。 （3）-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙?；福虼肴樘擒辙D(zhuǎn)乙 ?；福哼@酶的功能不清，可能是將不能 代謝的乳糖類似物乙?；⑺鼈兣懦鲶w 外。第三十張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月乳糖究竟如何誘導(dǎo)了這三種酶的合成呢？ 1961年法國(guó)Monod和Jacob提出了著名的乳糖操縱子(lactose operon）模型，這模型的提出猶如當(dāng)年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋模型一樣，受到人們的重視，人們把它看作生物學(xué)的第二個(gè)里程碑

14、。 第三十一張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月乳糖操縱子模型的基本要點(diǎn) 調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子操縱基因結(jié)構(gòu)基因A操縱子（operon）BC一群功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因相鄰，并且共同受同一個(gè)操縱基因和啟動(dòng)子所控制。 一群功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因（structural gene）和操縱基因（operator）、啟動(dòng)子（promoter）組成了一個(gè)操縱子(operon) 。 為什么稱它們?yōu)橐粋€(gè)操縱子呢？因?yàn)樗鼈冇止餐芤粋€(gè)調(diào)節(jié)基 因（regulator gene）所調(diào)節(jié)。 第三十二張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月結(jié)構(gòu)基因：決定酶蛋白或蛋白質(zhì)的基因。 操縱基因：轉(zhuǎn)錄的開(kāi)關(guān)，可打開(kāi)或關(guān)閉結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。 啟動(dòng)

15、子：專管轉(zhuǎn)錄起始，上面有RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)。 調(diào)節(jié)基因：為阻遏蛋白編碼。 第三十三張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 酶合成的誘導(dǎo)（下一頁(yè)）誘導(dǎo)物：乳糖或乳糖類似物IPTG（異丙基-D-硫代半乳糖苷） 第三十四張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月返回第三十五張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 現(xiàn)在知道乳糖操縱子除需誘導(dǎo)物外，還需cAMP和cAMP受體蛋白（CRP），當(dāng)cAMP與CRP結(jié)合成復(fù)合物時(shí)，這復(fù)合物能結(jié)合到啟動(dòng)子上，促使轉(zhuǎn)錄的起始。 結(jié)構(gòu)基因操縱基因啟動(dòng)子RNA聚合酶CRPcAMP復(fù)合物CRP cAMP第三十六張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月乳糖操縱子中酶合

16、成代謝小結(jié)當(dāng)缺乏乳糖時(shí)，就會(huì)生產(chǎn)少量的酶（操縱基因與LacI結(jié)合）。 當(dāng)存有乳糖，而同時(shí)亦有其他首選的碳源（如葡萄糖）時(shí)，就會(huì)生產(chǎn)少量的酶（LacI沒(méi)有與操縱基因結(jié)合）。 當(dāng)乳糖是首選的碳源時(shí)，cAMP-CAP會(huì)與啟動(dòng)子結(jié)合，而Lac酶的生產(chǎn)會(huì)最大化。 第三十七張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（2）酶合成的阻遏作用 最終產(chǎn)物的阻遏： 以E.Coli Trp操縱子為例，Trp操縱子含有5個(gè)結(jié)構(gòu)基因，它們編碼的酶蛋白催化分支酸轉(zhuǎn)變?yōu)門rp，Trp是輔助遏物（corepressor）。 第三十八張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月酶合成的阻遏作用第三十九張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022

17、年6月 利用操縱子模型解釋酶合成的誘導(dǎo)和阻遏，但要注意操縱子僅僅存在于原核細(xì)胞，操縱子的調(diào)控是原核細(xì)胞轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控。真核細(xì)胞中沒(méi)有操縱子，即真核細(xì)胞中功能上彼此有關(guān)的基因往往分布在不同染色體上，它們并不組成一個(gè)操縱子。 第四十張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 分解代謝產(chǎn)物的阻遏： E.Coli以乳糖為唯一碳源時(shí)，乳糖可誘導(dǎo)與乳糖有關(guān)的三種酶的合成，但如果培養(yǎng)基中既含葡萄糖，又含乳糖時(shí)，則優(yōu)先利用Glc，等Glc耗盡后才能利用乳糖，也就是說(shuō)在大量Glc時(shí)，乳糖操縱子還是關(guān)閉，Glc阻遏了乳糖代謝有關(guān)的三種酶的合成，這種現(xiàn)象過(guò)去稱為葡萄糖效應(yīng)（glucose effect）。 后來(lái)知道這

18、是由于Glc分解代謝產(chǎn)物引起的，因此又稱為分解代謝產(chǎn)物阻遏（catabolite repression）。 第四十一張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月GCATPcAMP5-AMP腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶CRPcAMPCRP復(fù)合物結(jié)構(gòu)基因分解代謝產(chǎn)物啟動(dòng)子操縱基因分解代謝產(chǎn)物阻遏，即葡萄糖效應(yīng)的機(jī)制：第四十二張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月2酶活性的調(diào)節(jié)： 反饋抑制 共價(jià)修飾 第四十三張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（1）反饋抑制（feedback inhibition）： 也稱負(fù)反饋，這是生物體普遍存在的一種調(diào)節(jié)機(jī)制，反饋抑制是指反應(yīng)終產(chǎn)物對(duì)自身合成途徑中的酶活力起抑制作用

19、，大多是對(duì)第一個(gè)酶的活力起抑制作用。 第四十四張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月 反饋抑制在代謝中見(jiàn)了很多，特別是在氨基酸和核苷酸的生物合成中，這類例子更多。 第四十五張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月（）共價(jià)修飾（covalent modification）： 亦稱化學(xué)修飾，就是在調(diào)節(jié)酶分子上以共價(jià)鍵連上與或脫下某種特殊的化學(xué)基團(tuán)，從而引起酶活性的改變，這類酶稱共價(jià)修飾酶。 自從1955年Krebs和Sutherland等有關(guān)糖原磷酸化酶的研究以來(lái)，到目前已經(jīng)知道的有100多種酶在它被翻譯后進(jìn)行共價(jià)修飾。 第四十六張，PPT共六十頁(yè)，創(chuàng)作于2022年6月目前已知有6種類型的共價(jià)修飾酶 磷酸化/脫磷酸化 腺苷?；?脫腺苷酰化 乙?；?脫乙?；?尿苷酰化/脫尿苷?；?甲基化/