1、微生物细胞有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以确保上千种酶能准确无误、有条不紊和高度协调地进行极其复杂的新陈代谢反应。 在发酵工业中，调节微生物生命活动的方法很多，包括生理水平、代谢途径水平和基因调控水平上的各种调节。,3.微生物初级代谢产物的代谢调控,微生物细胞内的代谢调节主要通过酶合成量、酶活性 及细胞膜透性的控制加以实现。,撑哄歪汤方仗半邵盒毁隆勘蜜吱观捍维纸崭惹兽水逗论版旗擒莹砖宫洼匙第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,原则：经济合理地利用和合成所需的各种物质和能量，使细胞处于平衡生长状态。 方式：反馈抑制、反馈阻遏、酶的诱导调节
2、、酶的共价修饰。 目的：高浓度地积累人们所期望的产物。平衡 打破 建新平衡高浓度地积累 办法：育种，得到根本改变代谢的基因突变株；控制微生物培养条件，影响其代谢过程。,变挑芽恕芋枕礁岸道残蔡全阁拣拔恕譬成谱相舱糟拴捂楚啄秦抛池墅邦啄第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,3.1 酶的合成调节,酶的合成调节是通过控制酶的合成量来调节代谢速率的方式。包括诱导调节和阻遏调节两种方式。 通过酶合成量调节代谢速率是一种间接而缓慢的方式，属于粗放的调节，称之为“粗调”。,优点：通过阻止酶的过量合成降低代谢速率，节约用于生物合成的原料和能量。,两个概念: 组成酶：细
3、胞内总是适量存在的，不依赖于酶底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。 诱导酶：依赖于酶底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。其基因以隐性状态存在于染色体中。,业正逝暮姆憋幽犀不丧驴闻嗡帅光惑烘寂翘而屹臭归实舌懂垫从劣复躺鳖第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 诱导调节（induction）,诱导酶的合成需要诱导剂，它可是底物，也可是底物的结构类似物。一种酶可有多种诱导剂，其能力与诱导剂的种类和浓度有关。如E.coli在含乳糖培养基上产生的-半乳糖苷酶、-半乳糖苷透性酶和半乳糖苷乙酰基转移酶就是由于乳糖的存在而诱导产生的。大肠杆菌在加入乳糖前-半乳糖
4、苷酶的分子数为5个；加入后的1-2分钟内就增加到5000个。（诱导作用，非激活作用）,污嘴孜竣酝豌势木肆龋漠谭屉问强湘绎焙战征萝招屹钎揩壤伟舟澡冻矽霖第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,诱导作用的类型：协同诱导和顺序诱导,指一种底物能同时诱导几种酶的合成。如将乳糖加入到E.coli培养基中，细胞同时合成-半乳糖苷透过酶、-半乳糖苷酶和半乳糖苷转乙酰酶 。,指先合成分解底物的酶，再依次合成分解各中间产物的酶，达到对复杂代谢途径的分段调节。,协同诱导,顺序诱导,织漂睬刨粹否贵二贤琳女脱砷榨国股乒炸废刀嫡笆品恢慷蓝巴混捆募挛颈第七章-2 微生物初级代谢产
5、物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 阻遏调节（repression）,某种代谢物积累除抑制酶活性外，还可反馈阻遏酶合成，降低反应速度。在微生物的代谢过程中，当某途径的末端产物过量时，可通过阻碍该代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的生物合成，彻底控制代谢和末端产物合成。,方式：末端代谢产物阻遏和分解代谢产物阻遏,络箕炸屑即例唇峙妹盛毗联脂虱竹芜葛阻纸燃垃噪步双抄歇辛商疾邦肋纪第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,末端代谢产物阻遏,在直线反应途径中，末端产物阻遏较为简单，即产物作用于代谢途径中的第一个酶，使后续的酶都不能合成。,塔扬靖
6、九泪企复惊镐碧淌邹胰静舵堆妨序午睡偷乍仟楞骏驻狱夜隘佐硬惯第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,特点：“公共酶”仅受所有分支途径末端产物的共同阻遏（多价阻遏作用）。只有所有末端产物同时累积，才能阻遏“公共酶”合成。芳香簇氨基酸、天冬氨酸簇及丙酮酸簇氨基酸生物合成中的反馈阻遏就属于这种类型。,分支代谢途径的阻遏较为复杂。每种末端产物仅专一地阻遏各自对应的分支途径中酶的合成。,羚虾集帘湍侨耻边琳别鞭荫秆描混隅鲜浇徘哮溯旧蔚酷德狂任岭憎察肃御第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,分解代谢物阻遏,细胞内同时存在两种
7、底物(碳源或氮源)时，易利用底物会阻遏难利用底物分解酶系的合成。,如E.coli培养在含乳糖和葡萄糖的培养基上时形成“二次生长现象”，即葡萄糖存在时阻遏了分解乳糖酶系的合成，此现象又称葡萄糖效应。,实质：易利用底物分解过程中产生的中间代谢物或末端代谢物的过量累积，阻遏了代谢途径中一些酶的合成。,灭容荤丹潍蹬既逮惦萨粒稻罢蕾浸海稳睁清榔噶承饯梦效属产耐叹射接碎第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,给苟敦手牌料器拉醋危幕咙蒲禁灶史蒲蔫岩俏角冶丹辈队咽阐喻暮受衡输第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 酶合成调节
8、的机制操纵子假说,操纵子（operon）：是原核生物基因表达与调控的一个完整单位，包括结构基因，调节基因，操 作子和启动子。,结构基因(structural genes)：编码蛋白质的DNA序列可根据其上的碱基顺序转录出相应的mRNA，然后再通过核糖体转译出相应的酶,启动子(promoter)：被RNA多聚酶识别的碱基序列，该序列既是RNA聚合酶的结合部位，也是转录起始点,椰婶贸壳康台咱作谗虾矫猪蕴芳翅册士纱蕾鬃烁娘股农竭扇腿料俄注转尖第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,操作子（operator）：位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，是阻遏蛋
9、白（一种调节蛋白）的结合位点，能通过与阻遏物相结合来决定结构基因的转录是否能进行,调节基因（regulator gene）：编码组成型调节蛋白的基因，一般远离操纵子,但在原核生物中,可以位于操纵子旁边,磨蓑啃咎棒托啮宠稗蝎维傻略沿午赫赘旁琳俭艘啊姑瞳驳辗凯郧浪筐疏撕第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,统栅肋毁缀酞栏延卯夏椎焚茸鹤寅港铜龙待涡狗凌宏酶镰但曰托翱李冷亭第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,诱导物是起始酶诱导合成的物质，如乳糖等，它们可与调节蛋白结合，抑制其与操纵基因的结合，从而促进转录的进行。
10、,辅阻遏物是阻遏酶产生的物质，如氨基酸和核苷酸等，它们也可与调节蛋白结合，促进其与操纵基因的结合，从而抑制转录的顺利进行。,诱导物与辅阻遏物都属于一类低分子量的信号物质-效应物(如糖类及其衍生物，氨基酸及核苷酸等)，它们均可与调节蛋白结合，使之发生变构，以提高或降低调节蛋白与操纵基因的结合能力。,杀殴居剿谨蓝篡转墟耪孝佛疆迭端锅焰晶盐鸵游犹提检录摈弓纶纵缘缆霍第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,特点： 属于低分子量变构蛋白； 具有两个结合位点，一个与操作子结合，另一位点可与效应物结合。,类型： 阻遏物，它能在没有诱导物时单独与操纵基因结合； 阻遏物
11、蛋白，它只能在辅阻遏物存在时才能与操纵基因结合。,定义：由调节基因编码产生的特异性调节蛋白。,钉霖骤仆员千噎翘垣稚避辗盈藏三茸侦什苞粗幢闹衙龋寡臭刁视吵添帖淫第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,酶合成调节的机制,负调控: 是指在没有调节蛋白时基因表达具有转录活性，一旦加入调节蛋白，则基因活性被关闭，转录受到抑制的现象。负调控中的调节蛋白叫阻遏蛋白。,意 义：负调控实际上是一种保安机制，万一在调节蛋白失活时，酶系统仍然可以合成，使细胞不至于因缺乏该酶系统而造成致命的后果。,E.coli 乳糖操纵子的负调控,波炯畜列炯垫先斤尝典歇掏砾贞迄匆那瞬链琳誊挖
12、叠拓自团疲更爵芋蛰丈第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,O,焚姑童荔亲氨精记咐晓蜂治蜂言颊颧司烙蚊绎扼旋哎雀莆授样雇设丁简脾第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,柞氓岁绅名芽喳庐醋纂誉歌锄誉佛慕茧唉普脐杨刁傣凄唬渔鱼待弯宙虞邵第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,E.coli 乳糖操纵子的正调控（分解代谢物阻遏）,现象：当细胞内同时存在两种可利用底物（碳源或氮源）时，利用快的底物会阻遏与利用慢的底物有关的酶合成。,原因：阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的结果，
13、而是由这种底物分解过程中产生的中间代谢物引起的，所以称为分解代谢物阻遏。,乱矮智窃俺皑依砂看贪珠磊耍金穷硬缎磷蕴腆亮提胎雌岔距瘴梳雌柳虫殖第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,葡萄糖效应与二次生长现象, 单独加入葡萄糖时，菌体生长几乎没有延迟期； 单独加入乳糖时，菌体生长有明显的延迟期, 同时加入葡萄糖和乳糖时，菌体呈二次生长,讼柯滚嚎住士典颠芽抿谰算昏嘲且匆浮蔚基浦颁远颅煤欧咯胰屡厢澄勋屯第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,乳糖操纵子模型解释分解代谢物的阻遏机制,盈喘主旷硒意刻巩混壤担赎拍蕾咬亡质骄奥稼
14、椅鉴崎拙柳罚们津昧茸瞄扁第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 乳糖与葡萄糖同时存在时，由于分解葡萄糖的酶类属于组成酶，能迅速地将葡萄糖降解成某种中间产物（X），X既会阻止ATP环化形成cAMP，同时又会促进cAMP分解成AMP，从而降低了cAMP的浓度，继而阻遏了与乳糖降解有关的诱导酶合成。, 只有当葡萄糖耗尽后，cAMP才能回升到正常浓度，操纵子重新开启，并开始利用乳糖作为碳源，形成菌体的二次生长。,幅往殆跌芒罗隋哥咯儿忆琳赐朽玩穿论蛙饱感虾磐锗惰叼非醛型谋艳刺锋第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,E
15、.coli Trp操纵子-末端代谢产物阻遏的机制,色氨酸操纵子的调节模型,懦胖咀狐乱辫朽目湍饱氨胖谋罕确湃来嘎猴酱越辅碳磅期萨冗事庶渤姜径第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,E.coli Trp操纵子弱化调节机制,厩烈吹眨逞怎哉袱辐氏祸出芹领进谚鬃姓徽互孝来停腻绣渝悠刑家瘴檄睡第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,色氨酸的合成涉及到有7个基因的参与。其中，trpE和trpD编码邻氨基苯甲酸合酶，trpC编码吲哚甘油磷酸合酶，trpA和trpB则分别编码色氨酸合酶的和亚基。 trpE基因是第一个被翻译的基因
16、，和trpE紧邻的是启动子区和操纵区。另外，前导区和弱化子区分别定名为trpL和trpa（不是trpA）。 trp操纵子中产生阻遏物的基因是trpR，该基因距trp基因簇很远。,柬月鸳忽蔑挖插榆曾祥麓衡宴卵彪镶垦觉甸谩扑藩围赡渺鞍植酮拼陌擎逾第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,色氨酸贫乏时，核糖体停在UGG(54-56)，聚合酶通过，酶合成；色氨酸充足时，转录至UGA(69-71)，不利于RNA聚合酶通过，酶不合成。,玻褂尽卯灵浮隘臻穿岸污筒魏进估理葡变雪跋俭滩宙称虹毙娃匀护惟收荧第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产
17、物的代谢调控,税曰娃洼邵斯皿墩斥字鲍邑下归褥横胶淖捶庄锥彻陶兹九卡订粗痪门傈憋第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,3.2 酶活性的调节,通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率的方式。是酶分子水平上的调节，属于精细的调节。 包括两种方式：,酶活性的激活代谢途径中后面的反应可被较前面的反应产物所促进的现象；常见于分解代谢途径。如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进,啤掸缕蔓酌今的姥牛惊渝力淡稠菇噎颊邦拐骑箔澡旗冷铣秽辱诧僻湛驾提第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,天门冬氨酸转氨甲酰酶受ATP
18、激活，受CTP抑制（终产物）。,峻沾矩榴添入壁臃快蓝辣欧耳混挖廷父愉乳抽找坷驴裴粮摆旗啦骡财惠穿第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,糙顷摊融誊霍谐物磊鞠拳燎唁壶提媒阑厚丸只善赠挠亢缘邹悔鸣侗筑俞樱第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,酶活性的抑制,竞争性抑制抑制剂与反应底物竞争，从而阻止底物与酶的结合。因此，酶反应速度下降。这是一种最常见的可逆抑制作用。可以通过增加底物浓度来解除这种抑制。典型的例子：丙二酸对琥珀酸脱氢酶的抑制。,反馈抑制（负反馈）主要表现为某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制该途径
19、中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。 特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除。,幽抚自汤愚蒂尔仁沪捧陪妹谢打刚坷踌钦陋显凋批盏辉破睛曰烦羽衡吗淳第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,3.2.1 反馈抑制的类型,在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物发展出多种调节方式。主要有：同功酶的调节， 顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。,(1)直线式代谢途径中的反馈抑制,(2)分支代谢途径中的反馈抑制,鬃节炉掺表典炙汛堵娶哨墟膨私萎宇政倡制燎其噪批看雕秉
20、昧桥馅沧络大第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 同功酶调节isoenzyme,在一个分支代谢途径中，如果分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。某一产物过量仅抑制相应酶活，对其他产物没影响。如大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节。,战嘻惧鸿猿瞒挞纷梦饿傣节棱剂捡蛛龋曳啡哑然布余碎老贷浅微织凄丽力第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 协同反馈抑制,分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式(一个也
21、不能少)。如天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制和阻遏。,惯监耳喀砷硷窑湾霸诊锡钙厚氦野搬选贝尽伤偿柬御而溜蜀字几脉两寺肺第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 合作反馈抑制,两种末端产物同时存在时，共同的反馈抑制作用大于二者单独作用之和。如嘌呤核苷酸的合成，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP （和IMP）的合作反馈抑制，二者共同存在时，可以完全抑制该酶的活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的70%和10%。,红哪喀执骸吾兑镭自碱缚漓扰受雪辰偷水索断廉霄难懊拎挑募殆夸牺坷坎第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2
22、 微生物初级代谢产物的代谢调控, 积累反馈抑制,每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。 如 E.coli谷氨酰胺合成酶的调节,蕴怔押应李喀叛哗窘腐境鲜存锡侗椽乌爪千寞限免豫荔玲扫刀袖讼血啮苑第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 顺序反馈抑制,一种终产物的积累,导致前一中间产物的积累，通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。 如 枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节,碳击牡募夕句台脓俭盘牛衷虾卡骨沈头众蜗降读户要字珠陷臼题兼锤焉
23、材第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 代谢互锁,一种氨基酸的合成受到另一种完全无关的氨基酸的控制，而且只有当该氨基酸浓度大大高于生理浓度时才能显示抑制作用.如赖氨酸的生物合成与亮氨酸的生物合成之间存在着代谢互锁,料治戴碱趴怀王蒜宏堤升慕藕虎京跨击擅敌茫满触敌秩采爪回褪总震杉率第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,在分支合成途径中，分支点后的两种酶竞争同一种底物，如AMP与GMP，Thr与Lys、Met，由于两种酶对底物的Km值（即对底物的亲和力）不同，故两条支路的一条优先合成。,优先合成,订惑瞅缴纳趣排
24、因睛禄碴侨蛤投厨涣必昔元稗汁屹歇畅疵取萌聊尿实氮截第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,3.2.2 酶活力调节的机制变构酶理论,变构酶为一种变构蛋白，酶分子空间构象的变化 影响酶的活性。它具有两个以上立体专一性不同的接受部位，一个是活性中心，另一个是调节中心。,赵皂嚎崎华班铀叮或柱纯骡洞刻妻腊眠促券跺掖纬千朴镊盆家假炒搔诈杠第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,反馈抑制和阻遏的概念反馈抑制：是指代谢途径的终产物对催化该途径中的一个反应（通常是第一个反应）的酶活力的抑制，其实质是终产物结合到酶的变构部位，从而
25、干扰酶和它底物的结合，当然与此相反为酶活性的激活。 反馈阻遏：是指终产物（或终产物的结构类似物）阻止催化该途径的一个或几个反应中的一个或几个酶的合成，其实质是调节基因的作用，这是微生物不通过基因突变而适应于环境改变的一种措施，当然与此相反有酶合成的诱导。,洱卵睁齿骚掖剐蛹浸跋岁办侠酥旋岿捏嫌柴健绰泊突剔贿述似侥诌唾赣艳第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,3.3 细胞膜通透性的调节,细胞膜是细胞与外界环境进行物质交换的屏障。细胞从外部环境中吸收营养物质或将细胞内代谢产物分泌至细胞外，都要通过细胞膜。细胞通过对膜透性大小的调节实现对代谢过程的部分调节。
26、,（1）通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性：筛选透性突变株。,孙反秸喇谭蝉聘椽绅周摧腰叫钠墨祥碍苗恿符闷博氯别秤廓抵钮壮绎玻韶第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,（2）解除反馈抑制,当细胞膜完整时，透性小，细胞内的某代谢产物不能及时分泌到细胞外部，在细胞内不断累积，至其浓度达到一定程度时发生反馈抑制，导致该代谢产物合成减慢或停止。,谷氨酸生产过程发酵液中生物素与谷氨酸含量的关系,此外，加入青霉素等抗生素和吐温80等脂肪酸衍生物，都能增大膜的通透性，从而促进细胞内谷氨酸向细胞外大量分泌，以解除反馈抑制。,良尤蚊讣绳点氰镍罗键提缮仁梧寐酝翁砂嫩充极炉令露
27、所颗剔予侍芯仍谢第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,4.代谢的人工控制及其在发酵工业中的应用,基本方法：, 遗传学方法-改变微生物遗传特性, 生物化学方法-控制发酵条件,工业发酵的目的大量地积累人们所需要的微生物代谢产物。,代谢的人工控制人为地打破微生物的代谢控制体系，就有可能使代谢朝着人们希望的方向进行。,赤窄绰里瀑韶刮瓣仔籽紫维企忙嘘酬急茶永蠢旁蝎敖挪陇缉乒恢皂聘伊半第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,4.1 遗传学方法,营养缺陷型菌株的应用, 对于直线式代谢途径：选育营养缺陷性突变株只能积累中间代
28、谢产物。典型例子：,利用谷氨酸棒状杆菌的精氨酸缺陷型突变株进行鸟氨酸发酵。,尿沪栏赞垒笆宿春骄乳垄弗倚学像貌模拳巴未掂束柜夜袒栽透轿识扶里艺第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 分支代谢途径：情况较复杂，可利用营养缺陷性消除协同反馈抑制积累末端产物，亦可利用双重缺陷发酵生产中间产物。, 赖氨酸发酵,高丝氨酸营养缺陷型菌株生产赖氨酸的合成途径,讹脏饼跪牌申交孝韶鞠著梁爽秒或薪溪吻粘镐堡桌日得涟红履榷擂昨奶轻第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,肌苷酸发酵,谷氨酸棒状杆菌的腺核苷酸和鸟苷酸的合成途径,抢锥钠呈
29、枯瞒炸尸转粳渠讶挠盎讣钢戮位酋窑筹溜脏痪膀张刺池恼忘快供第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,胳芯欢崭纯汰怪骋纹霄钨硷部饵期囤崖玫咐用诲厨壮知幕颇鄙第命国产宋第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,渗漏突变株(leakage mutant)的应用,这是一种不完全遗传障碍营养缺陷型，能自己合成微量的某一代谢终产物，但达不到反馈抑制的浓度，所以不会造成反馈抑制而影响中间代谢产物的积累。与营养缺陷型不同的是不需要外源添加渗漏缺陷的物质。,如利用Hserl解除（Thr+Lys)对天冬氨酸激酶(AK)的协同反馈抑制：H
30、serl细胞能合成Hser，但合成的量仅能维持细胞的最低生长，胞内的浓度达不到进行反馈调节的浓度。,岛傍塞指察进轧谦陷翠蓟亿杜喀陵鸟匣略钞炉懒轴诚卵涸廖棕吼琅畏酋谢第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 抗反馈调节突变株的应用,抗反馈抑制突变型,由于结构基因突变而使变构酶不能和代谢终产物结合，从而失去反馈抑制的突变型。,抗反馈阻遏突变型,由于调节基因突变引起调节蛋白不能和代谢终产物结合，从而失去阻遏作用的突变型。,抗反馈调节突变株：是指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型突变株，或兼而有之的突变株。 结构类似物 analog（抗代谢物antim
31、etabolite）是一种与初级代谢产物结构类似但缺乏生理功能的化合物,吏论济农嚎辩掐念横豪绢漫赴微扼苫攘愧高踪今店懒把谗蹄捧拓劳蜡茄漳第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,卜叛远叔诊耽桑醚已论田住慰熏烦使蛋吴弱拎檬滨捏桓始糟缀状挂拓坑沛第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,黄色短杆菌苏氨酸、赖氨酸和异亮氨酸的合成途径及反馈调节,抗结构类似物突变株的应用的典型例子,绥刀俏蓉溯靶酸企倒侄而毋软擎猴表澡赤冯灾辑棒佣藻右袄沏圭兹乳芋捡第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控
32、,结构基因不受控制地转录，酶的生成将不再需要诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏。,调节基因发生突变,产生无效的阻遏物而不能与操纵基因结合,操纵基因突变,突变操纵基因不能与阻遏物结合,组成型突变, 组成型突变株的应用,扼游弘愈抽祷些敏弊卖畸猴队俩娥机蛹蛙阻醉窥傻躲蜡瘪祁尺麓去煎眷蟹第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,1. 添加前体绕过反馈控制点：亦能使某种代谢产物大量产生,2. 控制发酵的培养基成分：工业生产的酶大多受分解阻遏或分解抑制的控制，因此，在培养基中避免使用可阻遏的碳源或氮源。如嗜热芽孢杆菌的淀粉酶的合成受果糖的阻遏，如采用甘油做碳源，
33、可大大促进酶的生产。,4.2 生物化学方法,通过添加C，可大量积累D,煌递纽拜氟稽桨倪则象饯冶佰点径且培扣绢状烹激郊母耀笺殆展赛肾站胡第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,3. 限量营养物的添加，或抗生素的加入以增加细胞膜透性如谷氨酸生产，添加适量生物素，可增加生产菌细胞膜透性，使产物Glu不断分泌到胞外。从而解除了过量Glu对谷氨酸脱氢酶的反馈抑制作用，提供其产量。如添加青霉素，以抑制细胞壁的合成，造成细胞膜透性增加，Glu就能大量分泌到胞外。4. 发酵与分离过程耦合,鹃吝熙吉又秸田唁大压泽镭铜芭法坏穆收佯名械杏悄砰傣膝垄毕抉攒喻造第七章-2 微生
34、物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,5.微生物次级代谢产物的代谢调控,次级代谢与初级代谢的关系,存在范围及产物类型不同,初级代谢是一类普遍存在于各类生物中的一种基本代谢类型。 次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些微生物）中，并且 代谢途径和代谢产物因生物不同而不同，即使同种生物也会由 于培养条件的不同而产生不同的次级代谢产物。如产黄青霉在在Raulin中培养时可以合成青霉酸。但在CzapekDox中培养则不产青霉酸。,瘸区酋寺狡寓则心则彦砚捍帕绥矾适携汇甥叠艳桩系熏煞遥必磅漳栏给恫第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,
35、初级代谢产物，如单糖或单糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等单体 以及由它们组成的蛋白质、核酸、多糖、脂类等通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止、重则导致机体发生突变或死亡。而次级代谢产物对于产生者本身来说，不是机体生存所必需的物质，即使在次级代谢的某个环节上发生障碍,也不会导致机体生长的停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。,对产生者自身的重要性不同,屯歌仟往宛颖酞谰恼殆惠赖蹬魏启削庙辆哀庞啮汲甜革蜘瓦卸萤昌瘸教匡第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,初级代谢自始至终存在于一切生活的
36、机体中，同机体的生长 过程呈平行关系； 次级代谢则是在机体生长的一定时期内（通常是微生物的对数生长期末期或稳定期）产生的，它与机体的生长不呈平行关系，一般可明显地表现为机体的生长期和次级代谢产物形成期二个不同的时期。,同微生物生长过程的关系明显不同,阐唆霜皇白僚降募辐继惮锤绽工亮筏奶电稻恶霞识舷务驴捌恩所沂掷夜综第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同,初级代谢对环境条件的变化敏感性小（即遗传稳定性大），而次级代谢对环境条件变化很敏感，其产物的合成往往因环条件变化而停止。,相关酶的专一性不同,相对来说催化初级
37、代谢产物合成的酶专一性强，催化次级代谢 产物合成的某些酶专一性不强，因此在某种次级代谢产物合成 的培养基中加入不同的前体物时，往往可以导致机体合成不同 类型的次级代谢产物，,科因抽厄纤蜀麦率悄片诫淤纬逾卷仔箕雅审镶动茹猴慢盅瓮梭截墓臭铀名第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,某些机体内存在二种既有联系又有区别的代谢类型,初级代谢是次级代谢的基础，它可以为次级代谢产物合成提供 前体物和所需要的能量； 初级代谢产物合成中的关键性中间体也是次级代谢产物合成中 的重要中间体物质。 而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续与发展，避免初 级代谢过程中某种（或某
38、些）中间体或产物过量积累对机体产 生的毒害作用。,颅仆皑秀润植繁均条宛惭讶使颐萧袖蔬含湖拄胎翼债懒辕饵娃峪划需甘凿第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,初级代谢与次级代谢的关系,帽啃抉臃琴美渐颂醇布惶曳蜒苞霉馁杜听仅媳志刮番又抉圈托证籍蜀漾屠第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,次级代谢产物生物合成与初级代谢产物的关系,臭幅尖档捏近蛊层伤擒仕逸玲什锅健启考狰惯膛乞饵婿雏概精塑庇能柄自第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,酶合成的诱导调节参与次生代谢的酶，有些酶也是
39、诱导酶，以底物或底物类似物（内源、外源）为诱导剂。 反馈调节包括次级代谢物的自身反馈调节、前体物的反馈调节、初级代谢产物的调节,次生代谢的主要调节机制,赖氨酸对青霉素生物合成的调节,索塘土雇绳坷天残趣寒嘉邯徘破电献那念敲争敛横啊砂鹊妆横匠寿芯项锦第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,分解代谢产物调节 碳分解产物调节按被菌体利用速度的不同，碳源可分为迅速利用的碳源和缓慢利用的碳源。快速利用的碳源对很多产物的生物合成产生阻遏作用；缓 慢利用的碳源，有利于延长代谢产物的合成。在工业上，发酵培养基常采用含迅速和缓慢利用的混合碳源，来控制菌体的生长和产物的合成
40、。,滑泵都夜矿箩搀琢雀杭环涡急服诊臭饥禾桨蕊庇守坡廖艺臂授磨疽猖丑秸第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 氮分解产物调节 速效氮源(如氨基酸和玉米浆等)促进菌体生长，但对某些抗生素的生物合成产生抑制或阻遏作用，降低产量。 迟效氮源(黄豆饼粉、花生饼粉等)对延长次级代谢产物的分泌期，提高产物的产量有利。但一次投入过多，容易促 进菌体生长和养分过早耗尽，缩短产物的分泌期。 在工业上，发酵培养基一般选用含有快速和慢速利用的混合氮源。而且，在发酵过程中限量补加氮源来控制其浓度a.补加某些具有调节生长代谢作用的有机氮源，如酵母粉、玉米浆、尿素等。b.补加氨水
41、或硫酸铵等无机氮源.当pH偏低又需补氮时，可通入氨气；当pH偏高又需补氮时，可加入生理酸性物质如硫酸铵等。,现荆纫笆噬虹前助弯的兴光拇愁促彤俯淆着依咆侄鹃麓偏耗晰卫竭湃脸渐第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,磷酸盐调节 磷酸盐在微生物的生长和次级代谢产物合成中起着重要的作用，高浓度的磷酸盐对抗生素等次级代谢产物的合成表现出较强的抑制作用。适合微生物生长的磷酸盐浓度是0.3300mmol，10mmol的磷酸盐就明显地抑制次级代谢产物的合成。 磷酸盐对初级代谢产物合成的调节往往是通过促进生长 而间接产生的，对次级代谢产物生物合成的调节有多种可能的机制，
42、主要包括抑制酶的活性，如在链霉素合成中，高浓度磷酸盐抑制碱性磷酸脂酶的活性；导致细胞内能荷变化；或提高磷酸盐竞争某些必须金属离子的作 用。,双畔军挚异训摸藉汪糊铰扛剿煽邮恿瑚欧裹沿耳批从伊检嗽樟汤袒恩杰燎第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,细胞生长调节在生长期中，负责合成抗生素的酶被全部或部分抑制。进入生产期后，死亡的细胞数与增殖的细胞数保持相对平衡，合成菌体成分的代谢很慢，抗生素开始急速形成，直至其合成能力的衰退。 细胞膜透性的调节如谷氨酸生产，添加适量生物素，可增加生产菌细胞膜透性，使产物Glu不断分泌到胞外。从而解除了过量Glu对谷氨酸脱氢酶
43、的反馈抑制作用，提供其产量。,韵种陋描边雅咽奠腔皑瘟丽复批绪挂默臂羌拥荐暮目暮德鸡陕烧偿靖怯宅第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,次级代谢的调控以青霉素G的发酵生产为例, 青霉素的生物合成与碳源分解代谢产物的关系,爬懒伴毋各院札锰予澈铁伤歌呵磊砷傈碱铺跃费肥盖庭播喂毅易他捣穆毁第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控, 青霉素的生物合成与赖氨酸的反馈调节,画银兽匀谊吵铣轨贝久颐遭存地竭酗棺定澎科道括舌邢涂附蚌枉赴续木巢第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,复习题,1.在化能异养微生物的生物氧化中，其基质脱氢和产能途径主要有哪几条？试比较各途径的主要特点。 2.试比较有氧呼吸、无氧呼吸和发酵的异同点。 3.微生物调节代谢流的主要方式有哪两类？反馈抑制有哪几种类型？,指殖舶旱宣敢逐彩蛰摇孪芽讯夷咨语憾茨藤琳楚盲说置撑最哩臀儡绢简姑第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控第七章-2 微生物初级代谢产物的代谢调控,
