1、发酵 应用微生物工业上将所有通过微生物的培养，使某种特定代谢产物大量积累的过程都称为发酵。代谢控制发酵 就是利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核酸（DNA）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累的发酵。操纵子学说 操纵子由细胞中的操纵基因和邻近的几个结构基因组成。结构基因能转录遗传信息，合成相应的 mRNA 进而再翻译合成特定的酶。操纵基因能够控制结构基因作用的发挥。细胞中还有一种调节基因，能够产生一种细胞质阻遏物，细胞质阻遏物与阻遏物（通常是酶反应的终产物）结合时，由于变构效应结构改变和操纵基因的亲和力变大，而使有关的结构基因不能合成 mRNA
2、，因此，酶的合成受到阻遏。诱导物也能和细胞质阻遏物结合，使其结构发生改变，减少与操纵基因的亲和力，使操纵基因回复自由，进而结构基因进行转录，合成 mRNA，再翻译合成特定的酶。关键酶 关键酶是参与代谢调节的酶的总成。酶活力 变构酶分子下除了有与底物结合的活性中心外，还有一个能与最终产物结合的部位，称调节中心，当它与最终产物结合之后就改变了酶分子的构象，从而影响了底物与活性中心的结合。最终产物和酶的调解中心的结合时可逆的，因此当最终产物的浓度降低时，最终产物与酶的结合随即解离，从而恢复了酶蛋白的原有构象，使酶与底物可以结合儿发生催化作用。这种酶能在最终产物的影响下改变构象，因而称为变构酶。变构酶
3、的作用顺序 专一性的代谢物（变构效应物）与酶蛋白表面的特定部位（变构部位）结合 酶分子的构象变化（变构转换） 活性中心的修饰 抑制或促进酶活性。动力学性质 变构酶的反应速度与底物浓度的关系曲线呈 S 形，这表明有协同性，随底物浓度的增加，变构酶与底物的亲和力协同性增大，而一般的酶反应都呈双曲线形。当底物浓度固定时，变构抑制剂与酶反应速度的关系也呈 S 形曲线，这是变构蛋白的基本性质。脱敏作用 变构酶经特定处理后，不丧失酶活性二失去对变构效应物得敏感性，称为脱敏作用。可以通过各种方法使变构酶脱敏，例如利用汞盐、对氯汞苯甲酸处理。05低温处理，以及诸如冷水、尿素或蛋白酶等处理方法。协作反馈抑制 当
4、一条代谢途径中有两个以上终产物时，任何一个终产物都不能单独抑制途径第一个共同的酶反应，但当两者同时过剩时，它们协同抑制第一个酶反应。合作反馈抑制 也可称为增效反馈抑制。当任何一个终产物单独过剩时，只部分地反馈抑制第一个酶的活性，只有当 G、 E 两个终产物同时过剩存在时才能引起强烈抑制，其抑制程度大于各自单独存在的和。积累反馈抑制 在积累反馈抑制中，酶一个最终产物只单独地、部分地抑制共同步骤第一个酶，并且各最终产物的抑制作用互不影响。所以几个最终产物同时存在时他们抑制作用是积累的顺序反馈抑制 过程是 F 积累,停止 DE 反应，减少 F 的进一步合成，更多的 D 转到 G，再由 G 合成 I
5、或 K；I 积累，抑制 GH 的反应；K 累积，抑制 GJ 的反应，结果造成 G累积，引起 G 对 AB 的反馈抑制，是整个途径停止。例如在枯草芽孢杆菌等微生物芳香族氨基酸生物合成途径中，不像在大肠杆菌中那样，有 3 种 DAHP 合成酶的同功酶，二只有一种，即 DAHP 合成酶，该酶受分支酸或预苯酸的反馈抑制。另一方面，L酪氨酸、L苯丙氨酸、L色氨酸分别抑制各自分支途径最初分支点的酶，因此，这些氨基酸中任何一个过剩时，都会引起分支点的底物，积分支酸或预苯酸累积，作为两次性的结果，又转而抑制整个合成途径初始酶DAHP 合成酶，这样的现象叫做分解代谢物阻遏 在基质中当同时存在多种分解代谢产物时，
6、某些酶的合成往往被容易分解利用的碳源（如葡萄糖）所阻遏。 实质是由于细胞内缺少了环腺苷酸（cAMP） 。代谢控制发酵的基本思想 切断支路代谢 解除菌体自身的反馈调节 增加前体物的合成 去除终产物 特殊调节机制的利用 条件突变株的应用 选育不生成副产物的菌株 选育生成代谢拮抗物质的菌株营养缺陷型 就是指原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养中外源补加该营养物质才能生长的突变型菌株。渗漏突变株 渗漏缺陷型就是指遗传性障碍不完全的缺陷型。由于这种突变是使它的某一种酶的活性下降而不是完全丧失，因此，渗漏缺陷型能够少量地合成某一种代谢最终产物，能
7、在基本培养基上进行少量的生长。抗类似物突变株 也称为代谢拮抗物抗性突变株。正常代谢最终产物由于与代谢拮抗物的结构相类似，所以在这一突变型中也不与结构产物发生改变的变构酶相结合。这样，该突变型细胞中已有大量最终产物，但仍能继续不断的合成。营养缺陷型回复突变株 当一个菌株由于突变而失去某一遗传性状后，经过回复突变可以再回复其原有的遗传性状。平衡合成 底物 A 经分支合成途径生成两种终产物 E 与 G，由于 a 酶活性远远大于酶 b，结果优先合成 E。E 过量后就会抑制 a 酶，是代谢转向合成 G。G 过量后，就会拮抗或逆转E 的反馈抑制作用，结果代谢流转向又合成 E 如此循环不已。代谢互锁 就是从
8、生物合成途径来看，似乎是受一种完全无关的终产物的控制，它只是在较高浓度下才发生，而且这种抑制作用是部分性的，不完全的。优先合成 底物 A 经分支合成途径生成两种终产物 E 和 G，由于 a 酶的活性远远大于 b 酶的酶活性，结果优先合成 E。E 合成达到一定浓度时，就会抑制 a 酶，使代谢转向合成G。G 合成达到一定浓度时就会对 c 酶产生抑制作用。条件突变株 像温度等敏感性突变、抑制性突变。链霉素依赖性突变和低温敏感性突变等，因环境条件的不同能显示野生型特性又能显示突变型特性的突变，称为条件致死突变。诱变 就是利用物理或化学因素处理微生物细胞群体，促使其中少数细胞中的遗传物质的结构发生改变，
9、从而引起微生物的遗传性状发生变化，然后通过目的选择标记设法从群体中筛选出少数性状优良的突变菌株的过程。程序 出发菌株纯化 细胞或孢子悬浮液制备 诱变剂量确定活细胞计数诱变剂处理活细胞计数中间培养目的突变株分离初筛负筛生产性实验诱变剂分为物理诱变剂和化学诱变剂 紫外线是一种使用方便且诱变效果较好的物理诱变剂 紫外线的生物学效应主要是由于它能引起 DNA 结构变化而造成的。DNA 分子强烈吸收紫外线，可引起 DNA 链的断裂、DNA 分子内部和分子间的交联、核酸与蛋白质的交联、嘧啶水合作用以及形成嘧啶二聚体。分离性表型延迟 在混有野生型和突变型的异核体中，有可能通过细胞分裂，分离出只有突变型核的细
10、胞来得到表现出差异了表型细胞。这种实际发生变异与变异表现出来质检相隔若干世代的现象。原生质体融合 将两个原生质体融为一体并获得两个亲本的遗传特性的融合体。步骤 1 标记菌株的筛选 2 原生质体的制备 3 原生质体的再生 4 原生质体的融合 5 融合子的选择 6 实用性菌株的筛选图 转导作用 就是利用转导噬菌体为媒介而将供体菌的部分 DNA 导入受体菌中，从而使受体菌获得部分遗传性状的现象。转导噬菌体的形成 在噬菌体侵染供体菌后，在感染末期，少数噬菌体会将供体菌的 DNA误认为是它们自己的 DNA，并以其外壳蛋白将细菌 DNA 包围起来，从而形成转导噬菌体。转化 就是指相当大的游离的供体细胞的
11、DNA 片段被直接吸收到受体细胞内，并整合于受体细胞的基因组中，从而使受体细胞获得供体细胞部分遗传性状的现象。基因工程 综合采用了生物化学和微生物学的现代技术和手段，用人工方法将某种生物的基因提取出来。首先在离体条件下进行切割，再将它与作为载体的 DNA 分子连接起来，然后导入到某一受体细胞中，使之进行复制、繁殖，并得以表达，从而使受体细胞获得新的遗传性状。质粒 是细菌染色体以外的一种环状 DNA 分子，多以超螺旋的形式存在，具有自我复制能力，其大小 1300kb 之间。分为严紧型质粒与松弛型质粒。碱变性法提取 DNA 依据 当 pH 在 1212.5 之间时，它只选择性地使线性 DNA 及染色体DNA 变性，而共价闭合环状 DNA 不受影响。DNA 的染色 溴化乙锭能荷 细胞内能量水平
