微生物發(fā)酵機理第1頁/共36頁23.如同時存在兩種以上基質，微生物首先合成這樣的酶，即用來異化可維持更快的生長的化合物；只有這樣的化合物被利用完后才開始合成異化第二種化合物的酶。4.如生長在含有單一有機化合物作為能源的合成培養(yǎng)基中，微生物合成所有大分子前體的速率同大分子利用的速率配合很好。第2頁/共36頁31.微生物代謝調節(jié)的部位（1）通道；受ATP、透酶活性的調節(jié)。（2）通量；原核生物中有兩種方式：調節(jié)現(xiàn)有酶量；改變已存酶分子的活性。（3）限制其基質有形的接近。1）真核微生物定位在相應細胞器上；細胞器各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(chǎn)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)。第一節(jié)調節(jié)的生化基礎第3頁/共36頁4酶的調節(jié)機制酶的活性調節(jié)酶的合成調節(jié)效應物外界中間代謝變構蛋白活性改變調節(jié)蛋白（結構基因附近）第4頁/共36頁51.通過控制基因的酶生物合成調控（1）酶的誘導合成（2）酶的阻遏合成：終產(chǎn)物反饋阻遏；分解代謝產(chǎn)物阻遏；代謝互鎖。2.酶活性的控制（1）終產(chǎn)物的抑制或激活；（2）酶原的活化；（3）通過輔酶水平活性調節(jié)第5頁/共36頁63.通過細胞膜透性的調節(jié)第6頁/共36頁7第二節(jié)酶生物合成調控一、酶的誘導酶合成與環(huán)境誘導酶：淀粉酶；蔗糖酶組成酶：例如把葡萄糖轉化為丙酮酸的酶。誘導酶：eg時間酶的比活力乳糖大腸桿菌的β－半乳糖苷酶和半乳糖苷透過酶合成第7頁/共36頁8誘導酶合成的特性和意義誘導酶分解代謝酶類：糖、蛋白、芳香族化合物的降解。合成代謝酶類：細胞色素、細菌葉綠素例如：Karstron的研究：腸膜狀明串珠菌預培養(yǎng)基糖種類能發(fā)酵葡萄糖乳糖阿拉伯糖葡萄糖+--乳糖++-阿拉伯糖+-+不含糖+--第8頁/共36頁9合成誘導例子：酵母菌在有氧的環(huán)境中會生成細胞色素，但在無氧時細胞色素消失，再回到有氧條件下，有會合成細胞色素。紫色細菌的葉綠素再黑暗中消失，見光后又會恢復合成能力。

組成酶和誘導酶對不同菌株是不同的：例如：β－半乳糖苷酶在大腸桿菌K12菌株中為誘導酶，而在其一個突變菌株中為組成酶第9頁/共36頁10酶的誘導對微生物的意義：.利于分解底物，吸收營養(yǎng)物質；.加強了微生物對環(huán)境的適應能力；避免了生物合成的原料和能量的浪費。第10頁/共36頁112.酶誘導的機制

Monod和Cohn（1952）在研究大腸桿菌β－半乳糖苷酶適應性時發(fā)現(xiàn)：酶的底物（乳糖）結構類似物甲基－β－D－硫代半乳糖苷可以誘導β－半乳糖苷酶的生成；苯基－β－D－半乳糖苷，不能誘導，但能作為底物。第11頁/共36頁12Monod和Jacob（1961）提出操縱子學說操縱子(Operan)啟動基因操縱基因結構基因第12頁/共36頁13乳糖操縱子模型第13頁/共36頁14誘導酶如何變成組成酶？改變調節(jié)基因改變操縱基因？酶誘導的兩種情況同時誘導；主要存在于較短的代謝途徑中，合成這些酶的基因由同一個操縱基因控制。例如乳糖加到E.coli培養(yǎng)基中中，可同時誘導：β－半乳糖苷酶、β－半乳糖苷透過酶、β－半乳糖苷轉乙酰酶。第14頁/共36頁15順序誘導酶第一個酶的底物誘導第一酶的產(chǎn)生，第一個酶的產(chǎn)物誘導第二個酶的產(chǎn)生……二、酶合成的阻遏（Enzymerepression)阻遏：在某代謝途徑中，當末端產(chǎn)物過量時，微生物的調節(jié)體系就會阻止代謝途徑中包括關鍵酶在內的一系列酶的合成，從而徹底控制代謝，減少末端產(chǎn)物的生成。第15頁/共36頁16阻遏酶（Reressibleenzyme):合成可被阻遏的酶.(一)、末端代謝產(chǎn)物阻遏（End-productrepression)常見于：氨基酸、核苷酸、維生素的合成途徑。途徑：同時阻遏合成途徑中所有酶的合成。第16頁/共36頁17例如：在大腸桿菌的培養(yǎng)基中加入精氨酸，細胞數(shù)量、總蛋白含量以及合成精氨酸酶系含量的變化。細胞數(shù)量總蛋白含量精氨酸酶系含量精氨酸相對量時間直線反應：天冬氨酸高絲氨酸胱硫醚高半胱氨酸甲硫氨酸第17頁/共36頁18末端產(chǎn)物對各個酶的抑制合成程度是否相同？這種問法正確嗎？對于分支代謝途徑，末端產(chǎn)物的阻遏又會怎樣呢？在分支代謝途徑中，反饋調節(jié)的情況較為復雜，為了避免在一個分支上的產(chǎn)物過多時不致同時影響另一分支上產(chǎn)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。第18頁/共36頁19阻遏機制：（色氨酸操縱子）

調節(jié)基因遠離操縱子，所表達的調節(jié)蛋白不能直接與操縱基因結合，結構基因的表達能順利進行。

調節(jié)蛋白稱為原阻遏物（prerepressor)。

當代謝產(chǎn)生末端代謝產(chǎn)物色氨酸后，色氨酸作為效應物與原阻遏物結合，使后者發(fā)生變構效應，并能與操縱基因結合，從而阻止了結構基因的表達。第19頁/共36頁20分支酸鄰氨基苯甲酸磷酸核糖鄰氨基苯甲酸羧苯氨基脫氧核糖磷酸吲哚甘油磷酸色氨酸

（二）分解代謝產(chǎn)物阻遏1.二次生長現(xiàn)象和葡萄糖效應時間生長速度大腸桿菌在葡萄糖和乳糖混合碳源上生長。第20頁/共36頁21第一階段：β－半乳糖苷酶活性很低。第二階段：β－半乳糖苷酶活性提高。葡萄糖干擾其他碳源利用的現(xiàn)象稱為“葡萄糖效應”。葡萄糖效應并非由葡萄糖直接引起，而是由葡萄糖分解代謝過程中某種代謝產(chǎn)物引起－阻遏了能夠產(chǎn)生該物質酶的合成。例如：組氨酸α－酮戊二酸+氨氣組氨酸裂解酶葡萄糖α－酮戊二酸產(chǎn)氣桿菌第21頁/共36頁22

1961年生物學會議第一次正式命名“分解代謝阻遏物”這個術語代替“葡萄糖效應”分解代謝阻遏物不僅在葡萄糖上，其他碳源和氮源也可以發(fā)生相同作用。例如固氮，當NH4+存在時，固氮酶合成受到阻遏。2.分解代謝產(chǎn)物的阻遏機制第22頁/共36頁23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RNA聚合酶結合位點外，還有一個稱為CAP-cAMP復合物的結合位點腺苷酸環(huán)化酶cAMP透過酶體外第23頁/共36頁24cAMP是環(huán)腺苷酸，CAP是降解物基因活化蛋白（又稱為cAMP受體蛋白，CRP），當CAP與cAMP結合后，就會被活化。CAP-cAMP復合物又會激活啟動基因，并使RNA聚合酶與啟動基因結合。

乳糖與葡萄糖同時存在時，因為分解葡萄糖的酶類屬于組成酶，能迅速地將葡萄糖降解成某種中間產(chǎn)物（X），X既會阻止ATP環(huán)化形成cAMP，同時又會促進cAMP分解成AMP，從而降低了cAMP的濃度，繼而阻遏了與乳糖降解有關的誘導酶合成。只有當葡萄糖耗盡后，cAMP才能回升到正常濃度，操縱子重新開啟，并開始利用乳糖作為碳源，形成菌體的二次生長。第24頁/共36頁25生成的實踐意義：例如在青霉素發(fā)酵生產(chǎn)中用乳糖代替葡萄糖提高青霉素產(chǎn)量；如果培養(yǎng)基中必須添加引起分解阻遏的物質時，可采用分批添加或連續(xù)流加方式。第二節(jié)酶活性的調節(jié)第25頁/共36頁26通過改變現(xiàn)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(chǎn)物所促進的現(xiàn)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。糞鏈球菌的乳酸脫氫酶活性可被1，6－二磷酸果糖激活。底物對酶的影響稱為前饋；產(chǎn)物對酶的影響稱為反饋第26頁/共36頁272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(chǎn)物或終產(chǎn)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(xiàn)在某代謝途徑的末端產(chǎn)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(xiàn)在氨基酸、核苷酸合成途徑中。特點：作用直接發(fā)生在蛋白質水平上、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時又可解除。第27頁/共36頁28抑制作用機制變構酶(allostricenzymes)學說：受反饋抑制的酶一般是變構酶，酶活力的調節(jié)實質就是變構酶的變構調節(jié)（活性或催化中心）（變構部位）第28頁/共36頁29變構酶的作用程序：專一性的代謝物（變構效應物）與酶蛋白表面的特定部位（變構部位）結合酶分子的構象發(fā)生變化活性中心的修飾抑制或促進酶的活性第29頁/共36頁303.能荷調節(jié)能荷不僅能調節(jié)分解代謝形成ATP的酶活性，也能調節(jié)合成代謝利用ATP的酶活性。

(EC)高能荷的抑制異檸檬酸脫氫酶和磷酸果糖激酶等檸檬酸和ATP都是磷酸果糖激酶活性的抑制劑，從而限制了葡萄糖的利用速度。有氧條件下，大量合成ATP，細胞能荷增加異檸檬酸脫氫酶受到ATP抑制，導致檸檬酸的積累第30頁/共36頁31三磷酸腺苷(ATP)是為許多反應提供能量的高能磷酸化物,細胞中的ATP、ADP和AMP含量處于相對平衡的狀態(tài)——細胞中的能量狀態(tài)能荷（Energycharge）能荷（Energycharge）來表示細胞中的能量狀態(tài)。能荷（EC）可用下式來表示：

系統(tǒng)中只有ATP時，EC值為1；只有AMP時，EC值等于0。第31頁/共36頁32概念：有氧條件下，發(fā)酵作用受抑制的現(xiàn)象（或氧對發(fā)酵的抑制現(xiàn)象）。意義：合理利用能源通風對酵母代謝的影響通風（有氧呼吸）缺氧（發(fā)酵）酒精生成量耗糖量/單位時間細胞的繁殖低（接近零）少旺盛高多很弱至消失巴斯德效應(ThePasteureffect)現(xiàn)象：第32頁/共36頁33巴斯德效應（Pasteureffect）機理巴斯德在研究酵母的酒精發(fā)酵時發(fā)現(xiàn)：厭氧條件下酵母菌進行酒精發(fā)酵，葡萄糖的消耗速度很快；而在有氧條件下，酵母菌進行呼吸作用，糖的消耗速度較低，酒精產(chǎn)量也降低。呼吸抑制發(fā)酵作用的的現(xiàn)象巴斯德效應的本質是能荷調節(jié)。第33頁/共36頁34在厭氧條件下，酵母菌無