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1、关于代谢控制发酵的基关于代谢控制发酵的基本思想本思想第一页，讲稿共一百一十三页哦第一节第一节 微生物细胞的调节机制微生物细胞的调节机制第二页，讲稿共一百一十三页哦一、微生物细胞的代谢调节的主要举措一、微生物细胞的代谢调节的主要举措 1.酶活性的调节酶活性的调节 2.酶合成的调节酶合成的调节 3.细胞膜透性的调节细胞膜透性的调节 诱导诱导阻遏阻遏抑制、激活抑制、激活辅酶水平辅酶水平酶原活化酶原活化潜在酶的活化潜在酶的活化第三页，讲稿共一百一十三页哦第四页，讲稿共一百一十三页哦第五页，讲稿共一百一十三页哦二、关键酶二、关键酶是参与代谢调节的酶的总称。作为一个反应的限速因子，是参与代谢调节的酶的总称
2、。作为一个反应的限速因子，对整个反应起限速作用。这些酶在代谢流的枢纽之处形成对整个反应起限速作用。这些酶在代谢流的枢纽之处形成支柱，不论对代谢流的质和量都起着制约作用。支柱，不论对代谢流的质和量都起着制约作用。关键酶可以是变构酶、同功酶、多功能酶。关键酶可以是变构酶、同功酶、多功能酶。关键酶可处于分支点也可不处于。关键酶可处于分支点也可不处于。第六页，讲稿共一百一十三页哦三、酶活性的调节三、酶活性的调节 酶活性的调节是指一定数量的酶，通过其分酶活性的调节是指一定数量的酶，通过其分子结构的改变来调节其催化反应的速率。是微生子结构的改变来调节其催化反应的速率。是微生物饥饿情况下的一种经济的调节模式
3、，比酶的合物饥饿情况下的一种经济的调节模式，比酶的合成迅速及时而有效。成迅速及时而有效。第七页，讲稿共一百一十三页哦酶活性调节的影响因素酶活性调节的影响因素（1）底物和产物的性质和浓度）底物和产物的性质和浓度（2）环境因子（如浓度、压力、）环境因子（如浓度、压力、pH、离子强度和、离子强度和辅助因子等）以及其它酶的存在都有可能激活辅助因子等）以及其它酶的存在都有可能激活或抑制酶的活性。或抑制酶的活性。第八页，讲稿共一百一十三页哦（一）激活（一）激活 在在激激活活剂剂的的作作用用下下，使使原原来来无无活活性性酶酶转转变变的的有有活活性性或或使使原原来来活活性性低低的的酶酶酶酶活活提提高高。这这种
4、种现现象象称称为为激激活活或或活活化化。凡凡能能提提高高酶活性的物质称为激活剂。酶活性的物质称为激活剂。属属于于代代谢谢调调节节的的激激活活作作用用主主要要是是指指代代谢谢物对酶的激活，这类激活作用主要有两种。物对酶的激活，这类激活作用主要有两种。第九页，讲稿共一百一十三页哦第十页，讲稿共一百一十三页哦 （二）抑制（二）抑制 抑抑制制与与激激活活相相反反，由由于于某某些些物物质质的的存存在在，降降低低酶酶活活性性，称称为为抑抑制制。抑抑制制可可以以是是不不可可逆逆的的，这这将将造造成成代代谢谢作作用用的的停停止止；也也可可以以是是可可逆逆的的，即即当当抑抑制制剂剂除除去去后后酶酶活活性性又又恢
5、恢复复，在在代代谢谢调调节节过过程程中中所所发发生生的的抑抑制制现现象象主主要要是是可可逆的，而且大多属于反馈抑制。逆的，而且大多属于反馈抑制。第十一页，讲稿共一百一十三页哦酶活性调节机制酶活性调节机制 酶酶活活性性调调节节机机制制有有多多种种理理论论解解释释，主主要要有有:（1）别别构构（变变构构）调调节节理理论论（其其核核心心是是酶酶分子构象的改变）分子构象的改变）（2）酶酶分分子子的的化化学学修修饰饰理理论论（其其核核心心是是酶酶分分子子结构的改变）结构的改变）（3）其它调节机制）其它调节机制第十二页，讲稿共一百一十三页哦（一）别构（变构）酶调节（一）别构（变构）酶调节 别别别别构构构构
6、（变变变变构构构构）效效效效应应应应是是是是指指指指一一一一种种种种小小小小分分分分子子子子物物物物质质质质与与与与一一一一种种种种蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质分分分分子子子子发发发发生生生生可可可可逆逆逆逆的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用，导导导导致致致致这这这这种种种种蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质的的的的构构构构象象象象发发发发生生生生改改改改变变变变，从从从从而而而而改改改改变变变变这这这这种种种种蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质与与与与第第第第三三三三种种种种分分分分子子子子的的的的相相相相互互互互作作作作用用用用。变变变变构构构构蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质是是是是表表表表现现现现变变变变构构构
7、构效效效效应应应应的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白（例例例例如如如如阻阻阻阻遏遏遏遏蛋蛋蛋蛋白白白白），具具具具有有有有变变变变构作用的酶称为变构酶。构作用的酶称为变构酶。构作用的酶称为变构酶。构作用的酶称为变构酶。第十三页，讲稿共一百一十三页哦1、别构（变构）酶的结构和特性：、别构（变构）酶的结构和特性：（1 1）别别构构酶酶是是含含多多个个亚亚基基的的四四级级结结构构的的蛋蛋白白质质（一一般般为为四四聚聚体体），亚亚基基的的结结构构和和功功能能可可以以相相同同，也也可可以不同。以不同。（2 2）别别别别构构构构酶酶酶酶分分分分子子子子中中中中含含含含有有有有两两两两个个个个中中中中心心心心，即即即
8、即活活活活性性性性中中中中心心心心和和和和调调调调节节节节中中中中心心心心，它它它它们们们们在在在在空空空空间间间间上上上上是是是是分分分分开开开开的的的的，可可可可以以以以在在在在不不不不同同同同的的的的亚亚亚亚基基基基上上上上，也可以在同一亚基的不同部位上。也可以在同一亚基的不同部位上。也可以在同一亚基的不同部位上。也可以在同一亚基的不同部位上。（3）每每每每个个个个别别别别构构构构酶酶酶酶的的的的分分分分子子子子可可可可以以以以结结结结合合合合一一一一个个个个或或或或多多多多个个个个配配配配体体体体（底底底底物物物物或或或或效效效效应应应应物物物物）理理理理论论论论上上上上结结结结合合合
9、合底底底底物物物物的的的的最最最最大大大大数数数数目目目目与与与与催催催催化化化化中中中中心心心心的的的的数数数数目目目目相相相相等等等等。结结结结合合合合效效效效应应应应物物物物的的的的最最最最大大大大数数数数目目目目应应应应与与与与调调调调节节节节中中中中心的数目相等。心的数目相等。心的数目相等。心的数目相等。第十四页，讲稿共一百一十三页哦2、别构（变构）酶的作用程序：、别构（变构）酶的作用程序：专一性代谢物与变构部位结合专一性代谢物与变构部位结合酶分子构象变化酶分子构象变化活性中心修饰活性中心修饰抑制或促进酶活性抑制或促进酶活性第十五页，讲稿共一百一十三页哦3、变构酶活性调节类型（模型）
10、、变构酶活性调节类型（模型）（1）莫诺德等人的模型（协同模型）莫诺德等人的模型（协同模型）(2)(2)科仕兰等人的模型或称顺序模型科仕兰等人的模型或称顺序模型第十六页，讲稿共一百一十三页哦4、变构酶的反应动力学性质、变构酶的反应动力学性质 变变变变构构构构酶酶酶酶的的的的反反反反应应应应动动动动力力力力学学学学不不不不同同同同于于于于普普普普通通通通酶酶酶酶的的的的，它它它它不不不不符符符符合米氏动力学方程式。合米氏动力学方程式。合米氏动力学方程式。合米氏动力学方程式。普通酶反应速度和底物浓度的关系为：普通酶反应速度和底物浓度的关系为：普通酶反应速度和底物浓度的关系为：普通酶反应速度和底物浓度
11、的关系为：V=V=（V VmaxSS）/（K Km+S+S）变构酶反应速度和底物浓度的关系为：变构酶反应速度和底物浓度的关系为：V=（VmaxmaxSS）n n/（Kmm+S+Sn n）V V：酶促反应速度，：酶促反应速度，：酶促反应速度，：酶促反应速度，V Vmaxmax：最大反应速度，：最大反应速度，：最大反应速度，：最大反应速度，S S：底物浓度，：底物浓度，：底物浓度，：底物浓度，K Kmm：米氏常数，：米氏常数，：米氏常数，：米氏常数，n n：亚基数：亚基数：亚基数：亚基数 第十七页，讲稿共一百一十三页哦 图图23 底物及变构效应物的浓度与酶活性的关系底物及变构效应物的浓度与酶活性的
12、关系1变构酶酶活性与底物浓度的关系变构酶酶活性与底物浓度的关系2普通酶酶活性与底物浓度的关系普通酶酶活性与底物浓度的关系3底物浓度一定时，变构抑制剂浓度与变构酶活性的关系底物浓度一定时，变构抑制剂浓度与变构酶活性的关系第十八页，讲稿共一百一十三页哦 变变变变构构构构酶酶酶酶的的的的反反反反应应应应速速速速度度度度与与与与底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度（或或或或变变变变构构构构抑抑抑抑制制制制剂剂剂剂的的的的浓浓浓浓度度度度）的的的的关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线呈呈呈呈S S型型型型，有有有有协协协协同同同同性性性性；当当当当底底底底物物物物或或或或效效效效应应应应物物物物浓浓浓浓度度度度
13、极极极极低低低低时时时时，酶酶酶酶反反反反应应应应速速速速度度度度的的的的变变变变化化化化极极极极微微微微小小小小，这这这这是是是是因因因因为为为为效效效效应应应应物物物物浓浓浓浓度度度度极极极极低低低低时时时时，不不不不具具具具有有有有协协协协同同同同性性性性，当当当当效效效效应应应应物物物物浓浓浓浓度度度度超超超超过过过过某某某某个个个个水水水水平平平平（阈阈阈阈值值值值）时时时时酶酶酶酶反反反反应应应应速速速速度度度度急急急急剧剧剧剧增增增增大大大大（减减减减小小小小）。即即即即存存存存在在在在着着着着底底底底物物物物或或或或效效效效应应应应物物物物对对对对反反反反应应应应速速速速度度度
14、度发发发发生生生生影影影影响响响响的阈值。这在代谢控制上具有很大的生理意义。的阈值。这在代谢控制上具有很大的生理意义。的阈值。这在代谢控制上具有很大的生理意义。的阈值。这在代谢控制上具有很大的生理意义。第十九页，讲稿共一百一十三页哦5、变构酶调节的实例、变构酶调节的实例 图图图图2 24 4 异亮氨酸和苏氨酸对苏氨酸脱氨酶活性的影响异亮氨酸和苏氨酸对苏氨酸脱氨酶活性的影响异亮氨酸和苏氨酸对苏氨酸脱氨酶活性的影响异亮氨酸和苏氨酸对苏氨酸脱氨酶活性的影响 第二十页，讲稿共一百一十三页哦6、变构酶的脱敏作用（变构酶的脱敏作用（desensitingation）变变构构酶酶经经特特殊殊处处理理后后，不
15、不丧丧失失酶酶活活性性而而失失去去了了对变构效应物的敏感性，称为脱敏作用。对变构效应物的敏感性，称为脱敏作用。可可可可通通通通过过过过许许许许多多多多方方方方法法法法：加加加加热热热热处处处处理理理理、050C C低低温温处处理理、化化学学试试剂剂（汞汞盐盐、对对氯氯汞汞苯苯甲甲酸酸（PCMBPCMB）、尿尿素素等等）、透透析析、X射射射射线线线线照照照照射射射射、蛋蛋蛋蛋白白白白酶酶酶酶有有有有限限限限水水水水解解解解、pH的的的的改变等等。改变等等。改变等等。改变等等。第二十一页，讲稿共一百一十三页哦（1 1）使变构酶解聚：）使变构酶解聚：）使变构酶解聚：）使变构酶解聚：可可可可利利利利用
16、用用用上上上上述述述述物物物物理理理理、化化化化学学学学等等等等方方方方法法法法处处处处理理理理变变变变构构构构酶酶酶酶，可可可可使使使使变变变变构构构构酶酶酶酶多多多多聚聚聚聚物物物物解解解解聚聚聚聚导导导导致致致致对对对对效效效效应应应应物物物物脱脱脱脱敏敏敏敏，失失失失去去去去调调调调节节节节功能。功能。功能。功能。（2 2）基因突变：）基因突变：为变构酶编码的结构基因的突变可引起脱敏，如为变构酶编码的结构基因的突变可引起脱敏，如为变构酶编码的结构基因的突变可引起脱敏，如为变构酶编码的结构基因的突变可引起脱敏，如诱变育种获得诱变育种获得诱变育种获得诱变育种获得抗类似物突变株抗类似物突变株
17、中多发生这种变化，中多发生这种变化，中多发生这种变化，中多发生这种变化，在氨基酸的核苷酸发酵育种上，已作为突破微生物代在氨基酸的核苷酸发酵育种上，已作为突破微生物代在氨基酸的核苷酸发酵育种上，已作为突破微生物代在氨基酸的核苷酸发酵育种上，已作为突破微生物代谢控制的一个重要手段利用。谢控制的一个重要手段利用。谢控制的一个重要手段利用。谢控制的一个重要手段利用。第二十二页，讲稿共一百一十三页哦7、变构酶调节的特征：变构酶调节的特征：MonodMonod，changcuxchangcux与与与与JacobJacob认为变构酶调节有以下特征：认为变构酶调节有以下特征：认为变构酶调节有以下特征：认为变构
18、酶调节有以下特征：（1 1）参参参参加加加加与与与与酶酶酶酶活活活活性性性性调调调调节节节节的的的的变变变变构构构构因因因因子子子子是是是是一一一一类类类类能能能能与与与与变变变变构构构构蛋蛋蛋蛋白白白白分分分分子子子子互互互互补补补补结结结结合合合合的的的的小小小小分分分分子子子子化化化化合合合合物物物物，又又又又称称称称为为为为效效效效应应应应物物物物或或或或调调调调节节节节性性性性分分分分子子子子（通通通通常常常常这些效应物在结构上同基质或产物完全不同）。这些效应物在结构上同基质或产物完全不同）。这些效应物在结构上同基质或产物完全不同）。这些效应物在结构上同基质或产物完全不同）。（2 2
19、）许许许许多多多多变变变变构构构构酶酶酶酶的的的的反反反反应应应应动动动动力力力力学学学学性性性性质质质质与与与与一一一一般般般般酶酶酶酶不不不不同同同同，以以以以酶酶酶酶反反反反应应应应初初初初速速速速率率率率与与与与基基基基质质质质浓浓浓浓度度度度作作作作曲曲曲曲线线线线，得得得得到到到到的的的的不不不不是是是是典典典典型型型型的的的的双双双双曲曲曲曲线线线线，而而而而是是是是带带带带点点点点S S形形形形曲曲曲曲线线线线（S S形形形形表表表表示示示示在在在在低低低低基基基基质质质质浓浓浓浓度度度度下下下下，随随随随基基基基质质质质浓浓浓浓度度度度的的的的提提提提高高高高，酶反应速率的提
20、高加快）这种现象称为正协调作用。酶反应速率的提高加快）这种现象称为正协调作用。酶反应速率的提高加快）这种现象称为正协调作用。酶反应速率的提高加快）这种现象称为正协调作用。第二十三页，讲稿共一百一十三页哦（3 3）效效效效应应应应物物物物同同同同调调调调节节节节性性性性酶酶酶酶的的的的结结结结合合合合与与与与基基基基质质质质同同同同酶酶酶酶的的的的结结结结合合合合位位位位点点点点是是是是分分分分开开开开的的的的，但但但但又又又又相相相相互互互互联联联联系系系系的的的的，用用用用多多多多种种种种物物物物理理理理或或或或化化化化学学学学方方方方法法法法处处处处理理理理能能能能使使使使酶酶酶酶脱脱脱脱
21、敏敏敏敏（即即即即对效应物不再敏感），但保留其催化活性。对效应物不再敏感），但保留其催化活性。对效应物不再敏感），但保留其催化活性。对效应物不再敏感），但保留其催化活性。（4 4）酶酶酶酶的的的的活活活活性性性性中中中中心心心心及及及及变变变变构构构构中中中中心心心心（调调调调节节节节性性性性位位位位点点点点）可可可可同同同同时时时时被被被被结结结结合合合合，变变变变构构构构中中中中心心心心（副副副副位位位位点点点点）的的的的结结结结合合合合不不不不一一一一定定定定是是是是特特特特异异异异性性性性的的的的（专专专专一一一一性性性性），可可可可以以以以结结结结合合合合不不不不同同同同的的的的物物
22、物物质质质质，产产产产生生生生不不不不同同同同的的的的效效效效应应应应，变变变变构构构构中中中中心心心心的的的的结结结结合合合合可可可可能能能能引引引引起起起起蛋白质分子构象的变化，从而影响酶活性中心的催化活性。蛋白质分子构象的变化，从而影响酶活性中心的催化活性。蛋白质分子构象的变化，从而影响酶活性中心的催化活性。蛋白质分子构象的变化，从而影响酶活性中心的催化活性。（5 5）变构效应是反馈抑制的基础，是调节代谢的有效方法。）变构效应是反馈抑制的基础，是调节代谢的有效方法。）变构效应是反馈抑制的基础，是调节代谢的有效方法。）变构效应是反馈抑制的基础，是调节代谢的有效方法。第二十四页，讲稿共一百一
23、十三页哦 影响酶活性的调节方式影响酶活性的调节方式第二十五页，讲稿共一百一十三页哦第二十六页，讲稿共一百一十三页哦第二十七页，讲稿共一百一十三页哦第二十八页，讲稿共一百一十三页哦3、终产物的累积性抑制（、终产物的累积性抑制（cumulative inhibition）判别特征是：任一终产物单独过剩时，能独立地对共判别特征是：任一终产物单独过剩时，能独立地对共判别特征是：任一终产物单独过剩时，能独立地对共判别特征是：任一终产物单独过剩时，能独立地对共同途径的一个多价变构酶产生部分反馈抑制（某个百分比同途径的一个多价变构酶产生部分反馈抑制（某个百分比同途径的一个多价变构酶产生部分反馈抑制（某个百分
24、比同途径的一个多价变构酶产生部分反馈抑制（某个百分比抑制），并且各终产物的反馈抑制作用互不影响，指既无抑制），并且各终产物的反馈抑制作用互不影响，指既无抑制），并且各终产物的反馈抑制作用互不影响，指既无抑制），并且各终产物的反馈抑制作用互不影响，指既无协作也无对抗。当多种终产物同时过剩时它们的反馈抑制协作也无对抗。当多种终产物同时过剩时它们的反馈抑制协作也无对抗。当多种终产物同时过剩时它们的反馈抑制协作也无对抗。当多种终产物同时过剩时它们的反馈抑制作用是累积的。例如作用是累积的。例如作用是累积的。例如作用是累积的。例如E.ColiE.Coli中的谷氨酰胺合成酶中的谷氨酰胺合成酶（GInS）受）
25、受8 8种化合物的累积抑制。种化合物的累积抑制。种化合物的累积抑制。种化合物的累积抑制。第二十九页，讲稿共一百一十三页哦图23 谷氨酰胺合成酶的积累反馈抑制第三十页，讲稿共一百一十三页哦第三十一页，讲稿共一百一十三页哦第三十二页，讲稿共一百一十三页哦例如枯草杆菌芳香族氨基酸合成就是这种调节例如枯草杆菌芳香族氨基酸合成就是这种调节例如枯草杆菌芳香族氨基酸合成就是这种调节例如枯草杆菌芳香族氨基酸合成就是这种调节4第三十三页，讲稿共一百一十三页哦第三十四页，讲稿共一百一十三页哦例如：例如：E.codi中中Asp族氨酸合成途径中族氨酸合成途径中AK为为三个同功酶，三个同功酶，HD为两个同功酶。为两个同
26、功酶。第三十五页，讲稿共一百一十三页哦第三十六页，讲稿共一百一十三页哦 因此要完全解除终产物的反馈调节，所有终因此要完全解除终产物的反馈调节，所有终产物都应很少，这对我们打破其代谢调节使产物都应很少，这对我们打破其代谢调节使Lys、Met、Thr、Ile大量积累带来困难。大量积累带来困难。第三十七页，讲稿共一百一十三页哦四、酶合成的调节四、酶合成的调节 组组组组成成成成型型型型酶酶酶酶：基基基基因因因因产产产产物物物物的的的的表表表表达达达达是是是是高高高高度度度度稳稳稳稳定定定定，很很很很少少少少或或或或不不不不受受受受细细细细胞胞胞胞内内内内代代代代谢谢谢谢状状状状态态态态的的的的影影影影
27、响响响响，无无无无论论论论细细细细胞胞胞胞内内内内介介介介质质质质的的的的组组组组成成成成如如如如何何何何，总总总总是是是是产产产产生恒定数量的酶。生恒定数量的酶。生恒定数量的酶。生恒定数量的酶。适适适适应应应应型型型型酶酶酶酶：基基基基因因因因的的的的表表表表达达达达明明明明显显显显地地地地受受受受到到到到外外外外界界界界营营营营养养养养条条条条件件件件和和和和细细细细胞胞胞胞内有关因子的影响。它分为诱导酶和阻遏酶。内有关因子的影响。它分为诱导酶和阻遏酶。内有关因子的影响。它分为诱导酶和阻遏酶。内有关因子的影响。它分为诱导酶和阻遏酶。酶酶酶酶的的的的合合合合成成成成调调调调节节节节：通通通通
28、过过过过调调调调节节节节酶酶酶酶的的的的合合合合成成成成数数数数量量量量来来来来调调调调节节节节微微微微生生生生物物物物的的的的代代代代谢谢谢谢速速速速率率率率，它它它它包包包包括括括括酶酶酶酶的的的的诱诱诱诱导导导导调调调调节节节节和和和和酶酶酶酶的的的的阻阻阻阻遏遏遏遏调调调调节节节节，是是是是基基基基因水平的调节。因水平的调节。因水平的调节。因水平的调节。第三十八页，讲稿共一百一十三页哦1、诱导作用（酶合成的诱导作用）、诱导作用（酶合成的诱导作用）是是指指培培养养基基中中某某种种基基质质与与微微生生物物接接触触而而增增加加（诱诱导导）细细胞胞中中相相应应酶酶的的合合成成速速率率。诱诱导导
29、的的生生理理作作用用是是可可以以保保证证能能量量与与氨氨基基酸酸不不浪浪费费，不不把把它它们们用用于于合合成成那那些些暂暂时时无无用用的的酶酶上上，只只有有在在需要时细胞才迅速合成它们。需要时细胞才迅速合成它们。第三十九页，讲稿共一百一十三页哦操操操操纵纵纵纵子子子子：在在在在DNADNA链链链链上上上上顺顺顺顺次次次次紧紧紧紧密密密密排排排排列列列列的的的的功功功功能能能能上上上上相相相相互互互互协协协协调调调调的的的的一一一一群群群群基基基基 因因因因。它它它它包包包包括：括：括：括：启动基因（启动基因（启动基因（启动基因（P P）：）：）：）：RNARNA聚合酶结合的部位。聚合酶结合的部
30、位。聚合酶结合的部位。聚合酶结合的部位。操纵基因（操纵基因（操纵基因（操纵基因（OO）：阻遏物结合的部位。）：阻遏物结合的部位。）：阻遏物结合的部位。）：阻遏物结合的部位。结构基因（结构基因（结构基因（结构基因（S S）：编码酶蛋白的基因，受控于调节基因。）：编码酶蛋白的基因，受控于调节基因。）：编码酶蛋白的基因，受控于调节基因。）：编码酶蛋白的基因，受控于调节基因。调节基因（调节基因（调节基因（调节基因（I I）：产生阻遏物（负作用调节蛋白）：产生阻遏物（负作用调节蛋白）：产生阻遏物（负作用调节蛋白）：产生阻遏物（负作用调节蛋白）或激活蛋白（正作用调节蛋白）或激活蛋白（正作用调节蛋白）或激活
31、蛋白（正作用调节蛋白）或激活蛋白（正作用调节蛋白）操操操操纵纵纵纵子子子子学学学学说说说说：调调调调节节节节基基基基因因因因的的的的产产产产物物物物阻阻阻阻遏遏遏遏物物物物，通通通通过过过过控控控控制制制制操操操操纵纵纵纵子子子子中中中中的的的的操操操操纵纵纵纵基基基基因因因因从而影响邻近的结构基因的活性。从而影响邻近的结构基因的活性。从而影响邻近的结构基因的活性。从而影响邻近的结构基因的活性。操操操操纵纵纵纵子子子子学学学学说说说说认认认认为为为为酶酶酶酶的的的的产产产产生生生生除除除除了了了了由由由由结结结结构构构构基基基基因因因因决决决决定定定定它它它它的的的的结结结结构构构构外外外外，
32、还还还还必必必必须须须须有有有有调调调调节节节节基基基基因因因因来控制它的产生与否。这个学说对发酵工业有着重要的意义。来控制它的产生与否。这个学说对发酵工业有着重要的意义。来控制它的产生与否。这个学说对发酵工业有着重要的意义。来控制它的产生与否。这个学说对发酵工业有着重要的意义。（一）诱导机制（操纵子转录）（一）诱导机制（操纵子转录）第四十页，讲稿共一百一十三页哦(二二)酶合成的诱导调节实例与机制酶合成的诱导调节实例与机制酶合成的诱导调节实例与机制酶合成的诱导调节实例与机制（转录的负控诱导和正控诱导）（转录的负控诱导和正控诱导）（转录的负控诱导和正控诱导）（转录的负控诱导和正控诱导）第四十一页
33、，讲稿共一百一十三页哦n n乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子（1）酶合成的负诱导机制）酶合成的负诱导机制第四十二页，讲稿共一百一十三页哦n n无诱导物时无诱导物时无诱导物时无诱导物时第四十三页，讲稿共一百一十三页哦n n有诱导物时有诱导物时有诱导物时有诱导物时第四十四页，讲稿共一百一十三页哦n n启动酶的合成启动酶的合成启动酶的合成启动酶的合成第四十五页，讲稿共一百一十三页哦（2）转录的正控诱导麦芽糖操纵子）转录的正控诱导麦芽糖操纵子 第四十六页，讲稿共一百一十三页哦（三）诱导调节的克服（三）诱导调节的克服 要要要要使使使使所所所所需需需需要要要要的的的的诱诱诱诱导导导导酶酶酶酶大大大
34、大量量量量生生生生产产产产，可可可可采采采采用用用用诱诱诱诱变变变变方方方方法法法法，消消消消除除除除诱诱诱诱导导导导酶酶酶酶合合合合成成成成所所所所必必必必需需需需依依依依赖赖赖赖诱诱诱诱导导导导物物物物这这这这种种种种障障障障碍碍碍碍，如如如如突突突突变变变变发发发发生生生生在在在在调调调调节节节节基基基基因因因因或或或或操操操操纵纵纵纵基基基基因因因因上上上上，从从从从而而而而导导导导致致致致调调调调节节节节基基基基因因因因编编编编码码码码的的的的阻阻阻阻遏遏遏遏物物物物（阻阻阻阻遏遏遏遏蛋蛋蛋蛋白白白白）无无无无活活活活性性性性，或或或或操操操操纵纵纵纵基基基基因因因因对对对对活活活活
35、性性性性阻阻阻阻遏遏遏遏物物物物的的的的亲亲亲亲和和和和力力力力衰衰衰衰退退退退，则则则则无无无无需需需需诱诱诱诱导导导导物物物物便便便便能能能能产产产产生生生生诱诱诱诱导导导导酶酶酶酶，这这这这种种种种突突突突变变变变作作作作用用用用称称称称为为为为调调调调节节节节性性性性或或或或组组组组成成成成型型型型突突突突变变变变。具具具具有有有有这这这这种种种种特特特特性性性性的的的的菌菌菌菌株株株株称为组成型突变株。称为组成型突变株。称为组成型突变株。称为组成型突变株。第四十七页，讲稿共一百一十三页哦组成型突变株的获得、富集方法：组成型突变株的获得、富集方法：1.1.在诱导物为限制性基质的恒化器中
36、筛选。在诱导物为限制性基质的恒化器中筛选。2.将菌株轮番在有、无诱导物的培养基中培养。将菌株轮番在有、无诱导物的培养基中培养。将菌株轮番在有、无诱导物的培养基中培养。将菌株轮番在有、无诱导物的培养基中培养。3.3.3.3.使用诱导性能很差的基质。使用诱导性能很差的基质。使用诱导性能很差的基质。使用诱导性能很差的基质。4.4.4.4.使用阻碍诱导作用的抑制剂。使用阻碍诱导作用的抑制剂。5.5.提高筛选效率的方法，即组成型突变株的富集。提高筛选效率的方法，即组成型突变株的富集。第四十八页，讲稿共一百一十三页哦2 2、酶合成的阻遏、酶合成的阻遏 是指终产物（或终产物的结构类似物）阻是指终产物（或终产
37、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。个酶的合成。第四十九页，讲稿共一百一十三页哦阻遏的类型阻遏的类型阻遏的类型阻遏的类型第五十页，讲稿共一百一十三页哦第五十一页，讲稿共一百一十三页哦第五十二页，讲稿共一百一十三页哦第五十三页，讲稿共一百一十三页哦 实实 例例 (1 1)转录的负控阻遏转录的负控阻遏 L-L-色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构色氨酸操纵子的结构 大肠杆菌trp操纵子 第五十四页，讲稿共一百一十三页哦trp operon阻遏系统阻遏系统阻遏系统阻遏系统终产物的阻遏机制终产物的阻遏机制终产物
38、的阻遏机制终产物的阻遏机制 图26 反馈阻遏在分子水平上的作用机制第五十五页，讲稿共一百一十三页哦3 3、分解代谢物阻遏（、分解代谢物阻遏（catabolitic repression）调控调控 第五十六页，讲稿共一百一十三页哦（一）分解代谢物阻遏的概念（一）分解代谢物阻遏的概念 所谓分解代谢物阻遏是指当细胞内具有一优先利用的所谓分解代谢物阻遏是指当细胞内具有一优先利用的所谓分解代谢物阻遏是指当细胞内具有一优先利用的所谓分解代谢物阻遏是指当细胞内具有一优先利用的营养物（通常是，但并不总是葡萄糖）时，其分解产物对营养物（通常是，但并不总是葡萄糖）时，其分解产物对营养物（通常是，但并不总是葡萄糖）
39、时，其分解产物对营养物（通常是，但并不总是葡萄糖）时，其分解产物对分解利用其它（难利用）营养物质所需的酶系合成起阻遏分解利用其它（难利用）营养物质所需的酶系合成起阻遏分解利用其它（难利用）营养物质所需的酶系合成起阻遏分解利用其它（难利用）营养物质所需的酶系合成起阻遏作用。作用。作用。作用。第五十七页，讲稿共一百一十三页哦（二）分解代谢物阻遏的实质（二）分解代谢物阻遏的实质 分解代谢物阻遏的实质是由于细胞内缺少了分解代谢物阻遏的实质是由于细胞内缺少了cAMPcAMP。第五十八页，讲稿共一百一十三页哦(三三)cAMP是对酶合成水平的控制是对酶合成水平的控制（1 1）Lac.opernLac.ope
40、rn中中的的启启动动基基因因P包包含含两两个个位位点点：A，与与与与CRP基基基基因因因因编编编编码码码码的的的的一一一一种种种种调调调调节节节节蛋蛋蛋蛋白白白白，称称称称cAMPcAMP受受受受体体体体蛋蛋蛋蛋白白白白简简简简称称称称CRPCRP或或或或CAPCAP结合点。结合点。结合点。结合点。B，和，和，和，和RNA多聚酶结合的位点。多聚酶结合的位点。多聚酶结合的位点。多聚酶结合的位点。7第五十九页，讲稿共一百一十三页哦 (2)(2)转录开始时，转录开始时，转录开始时，转录开始时，cAMP先与先与CRPCRP或结合生成或结合生成cAMP-cAMP-CRP CRP复合物。复合物。复合物。复
41、合物。(3)CRP-cAMP复合物再与复合物再与Lac.opern中的启动基因中的启动基因P P 的的CRPCRP结合位点结合，从而激活了位点，进而促结合位点结合，从而激活了位点，进而促 进进进进RNARNA多聚酶与它的结合位点结合，使转录启动多聚酶与它的结合位点结合，使转录启动（注意（注意CRP起正的作用），所以解除了分解代谢物起正的作用），所以解除了分解代谢物 的阻遏。的阻遏。第六十页，讲稿共一百一十三页哦（4 4）RNARNA多聚酶进入多聚酶进入多聚酶进入多聚酶进入RNARNA多聚酶位点向前漂移。多聚酶位点向前漂移。多聚酶位点向前漂移。多聚酶位点向前漂移。（5 5）当有诱导物存在时，）当
42、有诱导物存在时，）当有诱导物存在时，）当有诱导物存在时，RNARNA多聚酶进入操纵基因多聚酶进入操纵基因多聚酶进入操纵基因多聚酶进入操纵基因OO位点位点位点位点 内的转录起始点。内的转录起始点。内的转录起始点。内的转录起始点。（6 6）cAMPcAMP在乳糖操纵子转录中是通过在乳糖操纵子转录中是通过在乳糖操纵子转录中是通过在乳糖操纵子转录中是通过CAP-cAMPCAP-cAMP复合物复合物复合物复合物 与与与与DNADNA结合时促进转录的，这种调控是正调控。结合时促进转录的，这种调控是正调控。结合时促进转录的，这种调控是正调控。结合时促进转录的，这种调控是正调控。（7 7）细胞内）细胞内）细胞
43、内）细胞内cAMPcAMP水平在某些方向反映出细胞内能量的状水平在某些方向反映出细胞内能量的状水平在某些方向反映出细胞内能量的状水平在某些方向反映出细胞内能量的状 态。态。态。态。ATP cAMP AMP ATP cAMP AMP cAMP cAMP水平与腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶的相对活性有关。水平与腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶的相对活性有关。水平与腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶的相对活性有关。水平与腺苷酸环化酶和磷酸二酯酶的相对活性有关。第六十一页，讲稿共一百一十三页哦 若若C C C CRP基因失活的突变株，就不能诱导任何分解代基因失活的突变株，就不能诱导任何分解代基因失活的突变株，就不能诱导任何分
44、解代基因失活的突变株，就不能诱导任何分解代谢物阻遏系统酶的合成，因而只能在易被利用的基质上生谢物阻遏系统酶的合成，因而只能在易被利用的基质上生谢物阻遏系统酶的合成，因而只能在易被利用的基质上生谢物阻遏系统酶的合成，因而只能在易被利用的基质上生长。若腺苷酸环化酶丧失的突变株，那么长。若腺苷酸环化酶丧失的突变株，那么长。若腺苷酸环化酶丧失的突变株，那么长。若腺苷酸环化酶丧失的突变株，那么cAMP水平下水平下降，那么就不能在受阻遏的碳源（如甘油、乳糖、蔗降，那么就不能在受阻遏的碳源（如甘油、乳糖、蔗糖）等上生长，但它和糖）等上生长，但它和CRP缺陷突变株不同，外源缺陷突变株不同，外源加入加入cAMP
45、cAMP还是有效的。还是有效的。第六十二页，讲稿共一百一十三页哦(四四)葡萄糖对细胞内葡萄糖对细胞内cAMP水平的调节水平的调节（1 1）可能）可能是由于葡萄糖分解过程中的某些中间产物抑制是由于葡萄糖分解过程中的某些中间产物抑制了细胞内了细胞内cAMPcAMP的形成的形成的形成的形成。（2 2）可能是这种中间产物激活了可能是这种中间产物激活了cAMP的分解。的分解。第六十三页，讲稿共一百一十三页哦（五）分解代谢阻遏的分子机制（五）分解代谢阻遏的分子机制图28 分解代谢物阻遏的分子水平机制第六十四页，讲稿共一百一十三页哦（六）分解代谢物阻遏作用的克服（六）分解代谢物阻遏作用的克服1、生产培养基内
46、不使用阻遏性碳源，将有利于对分解代、生产培养基内不使用阻遏性碳源，将有利于对分解代、生产培养基内不使用阻遏性碳源，将有利于对分解代、生产培养基内不使用阻遏性碳源，将有利于对分解代谢物阻遏敏感酶的生产。谢物阻遏敏感酶的生产。谢物阻遏敏感酶的生产。谢物阻遏敏感酶的生产。2 2、可利用一种不能代谢的诱导物的类似物，或缓慢、可利用一种不能代谢的诱导物的类似物，或缓慢补入诱导物或使用只能缓慢代谢的诱导物的衍生补入诱导物或使用只能缓慢代谢的诱导物的衍生物来增加酶的生产。物来增加酶的生产。3 3、选育耐（抗）分解代谢阻遏的突变株选育耐（抗）分解代谢阻遏的突变株选育耐（抗）分解代谢阻遏的突变株选育耐（抗）分解
47、代谢阻遏的突变株。第六十五页，讲稿共一百一十三页哦五、五、反馈抑制和反馈阻遏反馈抑制和反馈阻遏1、反馈抑制和阻遏的概念、反馈抑制和阻遏的概念反反反反馈馈馈馈抑抑抑抑制制制制（feedback feedback inhibitioninhibition）：是是是是指指指指代代代代谢谢谢谢途途途途径径径径的的的的终终终终产产产产物物物物对对对对催催催催化化化化该该该该途途途途径径径径中中中中的的的的一一一一个个个个反反反反应应应应（通通通通常常常常是是是是第第第第一一一一个个个个反反反反应应应应）的的的的酶酶酶酶活活活活力力力力的的的的抑抑抑抑制制制制，其其其其实实实实质质质质是是是是终终终终产产
48、产产物物物物结结结结合合合合到到到到酶酶酶酶的的的的变变变变构构构构部部部部位位位位，从从从从而而而而干干干干扰扰扰扰酶酶酶酶和和和和它它它它底底底底物物物物的的的的结结结结合，当然与此相反为酶活性的激活。合，当然与此相反为酶活性的激活。合，当然与此相反为酶活性的激活。合，当然与此相反为酶活性的激活。反反反反馈馈馈馈阻阻阻阻遏遏遏遏（feedback feedback repressionrepression）：是是是是指指指指终终终终产产产产物物物物（或或或或终终终终产产产产物物物物的的的的结结结结构构构构类类类类似似似似物物物物）阻阻阻阻止止止止催催催催化化化化该该该该途途途途径径径径的的
49、的的一一一一个个个个或或或或几几几几个个个个反反反反应应应应中中中中的的的的一一一一个个个个或或或或几几几几个个个个酶酶酶酶的的的的合合合合成成成成，其其其其实实实实质质质质是是是是调调调调节节节节基基基基因因因因的的的的作作作作用用用用，这这这这是是是是微微微微生生生生物物物物不不不不通通通通过过过过基基基基因因因因突突突突变变变变而而而而适适适适应应应应于于于于环环环环境改变的一种措施，当然与此相反有酶合成的诱导。境改变的一种措施，当然与此相反有酶合成的诱导。境改变的一种措施，当然与此相反有酶合成的诱导。境改变的一种措施，当然与此相反有酶合成的诱导。第六十六页，讲稿共一百一十三页哦2、反馈
50、抑制与反馈阻遏的比较、反馈抑制与反馈阻遏的比较 反反反反馈馈馈馈抑抑抑抑制制制制或或或或激激激激活活活活，不不不不涉涉涉涉及及及及到到到到蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质（酶酶酶酶）合合合合成成成成过过过过程程程程，比比比比较较较较直直直直接接接接而而而而快快快快、当当当当终终终终产产产产物物物物浓浓浓浓度度度度或或或或底底底底物物物物浓浓浓浓度度度度达达达达到到到到一一一一定定定定水水水水平平平平时时时时，即即即即使使使使酶酶酶酶活活活活性性性性暂暂暂暂时时时时丧丧丧丧失失失失（或或或或提提提提高高高高），待待待待最最最最终终终终产产产产物物物物的的的的浓浓浓浓度降低（或底物耗尽）后，酶活力又重新恢