微生物的代謝調控與發(fā)酵生產本節(jié)提要：微生物代謝過程中的自我調節(jié)酶活性的調節(jié)酶合成的調節(jié)代謝調控理論的應用微生物代謝過程中的自我調節(jié)☆微生物代謝調節(jié)系統(tǒng)的特點：精確、可塑性強，細胞水平的代謝調節(jié)能力超過高等生物。成因：細胞體積小，所處環(huán)境多變。舉例：大腸桿菌細胞中存在2500種蛋白質，其中上千種是催化正常新陳代謝的酶。每個細菌細胞的體積只能容納10萬個蛋白質分子，所以每種酶平均分配不到100個分子。如何解決合成與使用效率的經濟關系？解決方式：組成酶（constitutiveenzyme）經常以高濃度存在，其它酶都是誘導酶（inducibleenzyme），在底物或其類似物存在時才合成，誘導酶的總量占細胞總蛋白含量的10%?！钗⑸镒晕艺{節(jié)代謝的方式1.控制營養(yǎng)物質透過細胞膜進入細胞2.通過酶的定位控制酶與底物的接觸3.控制代謝物流向: 1.控制營養(yǎng)物質透過細胞膜進入細胞如：只有當速效碳源或氮源耗盡時，微生物才合成遲效碳源或氮源的運輸系統(tǒng)與分解該物質的酶系統(tǒng)。2.通過酶的定位控制酶與底物的接觸1）真核微生物酶定位在相應細胞器上；細胞器各

自行使某種特異的功能；2）原核微生物在細胞內劃分區(qū)域集中某類酶行使

功能：與呼吸產能代謝有關的酶位于膜上；蛋白質合成酶和移位酶位于核糖體上；同核苷酸吸收有關的酶在G-菌的周質區(qū)。3.控制代謝物流向：(通過酶促反應速度來調節(jié))1)可逆反應途徑由同種酶催化，可由不同輔基或輔酶控制代謝物流向：如:兩種Glu脫氫酶：以NADP為輔基Glu合成以NAD為輔基Glu分解2)通過調節(jié)酶的活性或酶的合成量。關鍵酶:某一代謝途徑中的第一個酶或分支點后的第一個酶。

①粗調：調節(jié)酶的合成量 ②細調：調節(jié)現有酶分子的活性3)通過調節(jié)產能代謝速率?！頟ossiblepointsforRegulationofVariousMetabolicControlMechanisms

一、酶活性的調節(jié)通過改變現成的酶分子活性來調節(jié)新陳代謝的速率的方式。是酶分子水平上的調節(jié)，屬于精細的調節(jié)。（一）調節(jié)方式：包括兩個方面：1、酶活性的激活：在代謝途徑中后面的反應可被較前面的反應產物所促進的現象；常見于分解代謝途徑。如：粗糙脈孢霉的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進2、酶活性的抑制：包括：競爭性抑制和反饋抑制。概念：反饋：指反應鏈中某些中間代謝產物或終產物對該途徑關鍵酶活性的影響。凡使反應速度加快的稱正反饋；凡使反應速度減慢的稱負反饋（反饋抑制）；反饋抑制——主要表現在某代謝途徑的末端產物過量時可反過來直接抑制該途徑中第一個酶的活性。主要表現在氨基酸、核苷酸合成途徑中。特點：作用直接、效果快速、末端產物濃度降低時又可解除FeedbackInhibitionFigure3.Figure4.1.直線式代謝途徑中的反饋抑制： 蘇氨酸脫氨酶蘇氨酸 α-酮丁酸 異亮氨酸 反饋抑制 其它實例：谷氨酸棒桿菌的精氨酸合成2.分支代謝途徑中的反饋抑制：在分支代謝途徑中，反饋抑制的情況較為復雜，為了避免在一個分支上的產物過多時不致同時影響另一分支上產物的供應，微生物發(fā)展出多種調節(jié)方式。主要有：同功酶的調節(jié)，順序反饋，協(xié)同反饋，積累反饋調節(jié)等。（二）反饋抑制的類型（1））同同功功酶酶調調節(jié)節(jié)————isoenzyme定義義：：催催化化相相同同的的生生化化反反應應，，而而酶酶分分子子結結構構有有差差別別的的一一組組酶酶。。意義義：：在在一一個個分分支支代代謝謝途途徑徑中中，，如如果果在在分分支支點點以以前前的的一一個個較較早早的的反反應應是是由由幾幾個個同同功功酶酶催催化化時時，，則則分分支支代代謝謝的的幾幾個個最最終終產產物物往往往往分分別別對對這這幾幾個個同同功功酶酶發(fā)發(fā)生生抑抑制制作作用用。?！骋灰划a產物物過過量量僅僅抑抑制制相相應應酶酶活活，，對對其其他他產產物物沒沒影影響響。。舉例例：：大大腸腸桿桿菌菌的的天天冬冬氨氨酸酸族族氨氨基基酸酸合合成成的的調調節(jié)節(jié)天冬冬氨氨酸酸族族天冬冬氨氨酸酸E,RIIIIE,R4-磷磷酸酸天天冬冬氨氨酸酸E天天冬冬氨氨酸酸半半醛醛E,RIIIE二氫氫吡吡啶啶二二羧羧酸酸同同型型絲絲氨氨酸酸同同型型絲絲氨氨酸酸磷磷酸酸E,RRO-琥琥珀珀酰酰同同型型絲絲氨氨酸酸蘇蘇氨氨酸酸E,R六氫氫吡吡啶啶二二羧羧酸酸胱胱硫硫醚醚2-酮酮丁丁酸酸R二氨氨基基庚庚二二酸酸同同型型半半胱胱氨氨酸酸R賴氨氨酸酸甲甲硫硫氨氨酸酸異異亮亮氨氨酸酸（2））協(xié)協(xié)同同反反饋饋抑抑制制————concertedfeedbackinhibition定義義：：分分支支代代謝謝途途徑徑中中幾幾個個末末端端產產物物同同時時過過量量時時才才能能抑抑制制共共同同途途徑徑中中的的第第一一個個酶酶的的一一種種反反饋饋調調節(jié)節(jié)方方式式。。舉例例：：谷谷氨氨酸酸棒棒桿桿菌菌（（Corynebacteriumglutamicum））多粘粘芽芽孢孢桿桿菌菌（（Bacilluspolymyxa））天冬冬氨氨酸酸族族氨氨基基酸酸合合成成中中天天冬冬氨氨酸酸激激酶酶受受賴賴氨氨酸酸和和蘇蘇氨氨酸酸的的協(xié)協(xié)同同反反饋饋抑抑制制和和阻阻遏遏。。天冬冬氨氨酸酸E,R4-磷磷酸酸天天冬冬氨氨酸酸E天天冬冬氨氨酸酸半半醛醛E,RE二氫氫吡吡啶啶二二羧羧酸酸同同型型絲絲氨氨酸酸同同型型絲絲氨氨酸酸磷磷酸酸E,RRO-琥琥珀珀酰酰同同型型絲絲氨氨酸酸蘇蘇氨氨酸酸E,R六氫吡吡啶二二羧酸酸胱胱硫硫醚2-酮丁丁酸R二氨基基庚二二酸同同型型半胱胱氨酸酸R賴氨酸酸甲甲硫硫氨酸酸異異亮亮氨酸酸天冬氨氨酸族族（（谷氨氨酸棒棒桿菌菌）（3））合作作反饋饋抑制制———cooperativefeedbackinhibition定義：：兩種種末端端產物物同時時存在在時，，共同同的反反饋抑抑制作作用大大于二二者單單獨作作用之之和。。舉例：：在嘌嘌呤核核苷酸酸合成成中，，磷酸酸核糖糖焦磷磷酸酶酶受AMP和GMP（（和IMP）的的合作作反饋饋抑制制，二二者共共同存存在時時，可可以完完全抑抑制該該酶的的活性性。而而二者者單獨獨過量量時，，分別別抑制制其活活性的的70%和和10%。。（4））積累累反饋饋抑制制———cumulativefeedbackinhibition定義：：每一一分支支途徑徑末端端產物物按一一定百百分比比單獨獨抑制制共同同途徑徑中前前面的的酶，，所以以當幾幾種末末端產產物共共同存存在時時它們們的抑抑制作作用是是積累累的，，各末末端產產物之之間既既無協(xié)協(xié)同效效應，，亦無無拮抗抗作用用。Try16%CTP14%氨甲酰酰磷酸酸13%AMP41%……積累反反饋抑抑制———E.coli谷谷氨酰酰胺合合成酶酶的調調節(jié)（5））順序序反饋饋抑制制———sequentialfeedbackinhibition一種終終產物物的積積累,導致致前一一中間間產物物的積積累，，通過過后者者反饋饋抑制制合成成途徑徑關鍵鍵酶的的活性性，使使合成成終止止。舉例：：枯草草芽孢孢桿菌菌芳香香族氨氨基酸酸合成成的調調節(jié)（6））平衡衡合成成在黃色色短桿桿菌（（Brevibacteriumflavus））中天天冬氨氨酸的的合成成PEPPy草草酰乙乙酸乙酰CoAAsp檸檬酸酸ATPCO2（7））代謝謝互鎖鎖表面完完全不不相關關的兩兩條途途徑之之間的的調節(jié)節(jié)。這這種作作用一一般在在高濃濃度下下才顯顯示，，且為為部分分抑制制。AspAsp-pAsaDAPLys，，二氫氫吡啶啶二羧酸合合成酶酶HseThrIlePy異異丙基基Leu蘋果酸酸在分支支合成成途徑徑中，，分支支點后后的兩兩種酶酶競爭爭同一一種底底物，，如AMP與GMP，Thr與Lys、Met，由由于兩兩種酶酶對底底物的的Km值（（即對對底物物的親親和力力）不不同，，故兩兩條支支路的的一條條優(yōu)先先合成成。（8））優(yōu)先先合成成(三)酶活活力調調節(jié)的的機制制變構酶酶理論論：變構酶酶為一一種變變構蛋蛋白，，酶分分子空空間構構象的的變化化影影響響酶活活。其其上具有兩兩個以以上立立體專專一性性不同同的接接受部部位，，一個個是活活性中中心，，另一一個是是調節(jié)節(jié)中心心?；钚晕?/p>