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1、及发酵动力学第一页，讲稿共一百四十页哦目的与要求：目的与要求：l熟悉微生物发酵机制。熟悉微生物发酵机制。l了解微生物反应过程中的代谢调控理论。了解微生物反应过程中的代谢调控理论。l掌握代谢控制发酵的基本方法，在实践中掌握代谢控制发酵的基本方法，在实践中实现代谢产物的过量生产。实现代谢产物的过量生产。l熟悉微生物发酵动力学熟悉微生物发酵动力学 第二页，讲稿共一百四十页哦本章内容本章内容第一节 微生物的生长第二节 微生物的基本代谢及产物第三节 微生物代谢调控机制第四节 微生物代谢产物的过量产生 第五节 微生物发酵动力学第三页，讲稿共一百四十页哦第一节第一节 微生物的生长微生物的生长l一、微生物的种
2、类及作用一、微生物的种类及作用l二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型l三、微生物的生长与分化三、微生物的生长与分化l四、微生物生长的测定四、微生物生长的测定 第四页，讲稿共一百四十页哦一、微生物的种类及作用一、微生物的种类及作用微生物的种类（微生物的种类（可分为三大类）可分为三大类）：、非细胞型微生物、非细胞型微生物:病毒。病毒。、原核细胞型微生物、原核细胞型微生物:仅有原始细胞核。如仅有原始细胞核。如细菌、放线菌等。细菌、放线菌等。、真核细胞型微生物、真核细胞型微生物:霉菌、酵母菌和单细霉菌、酵母菌和单细胞藻类，原生动物。胞藻类，原生动物。第五页，讲稿共一百四十页哦微生物的作用：微生物的
3、作用：l 微生物是生物反应过程的微生物是生物反应过程的催化剂催化剂，催化，催化原料转化为有用的产品原料转化为有用的产品。l微生物如同一个微小的微生物如同一个微小的容器容器，原料中的，原料中的反应物透过微生物细胞周围的细胞壁和反应物透过微生物细胞周围的细胞壁和细胞膜进入微生物体内，把反应物转化细胞膜进入微生物体内，把反应物转化为产物，接着这些产物又被释放出来。为产物，接着这些产物又被释放出来。第六页，讲稿共一百四十页哦二、微生物的营养类型二、微生物的营养类型l微生物营养类型的分类：（根据微生物对微生物营养类型的分类：（根据微生物对碳源和能碳源和能源源的需求不同）的需求不同）l光能自养、光能异养、
4、化能自养、化能异养光能自养、光能异养、化能自养、化能异养l营养物质是微生物生命活动的物质基础，因此，根据微生物的营养类型提供合适的碳源、能源，以实现其生长繁殖。l工业上应用的微生物绝大多数属于化能异养型，他们以外界有机化合物为碳源，在细胞内代谢得到化学能和生物合成材料，实现生长繁殖。第七页，讲稿共一百四十页哦三、微生物的生长与分化三、微生物的生长与分化l1 1、微生物的生长繁殖、微生物的生长繁殖l2 2、微生物的生长曲线、微生物的生长曲线l3 3、微生物细胞的分化、微生物细胞的分化第八页，讲稿共一百四十页哦1 1、微生物的生长繁殖、微生物的生长繁殖l生长生长代谢过程中同化作用的速度超过异化作用
5、时，代谢过程中同化作用的速度超过异化作用时，细胞的细胞的原生质总量原生质总量不断增加。不断增加。l繁殖繁殖细胞分裂而出现细胞细胞分裂而出现细胞个体数目个体数目的增加。的增加。l细菌的生长繁殖细菌的生长繁殖无性二等分分裂法无性二等分分裂法l放线菌的生长繁殖放线菌的生长繁殖无性孢子进行无性孢子进行l霉菌的生长繁殖霉菌的生长繁殖无性孢子和有性孢子进行无性孢子和有性孢子进行l酵母菌的生长繁殖酵母菌的生长繁殖发芽形式进行发芽形式进行第九页，讲稿共一百四十页哦微生物细胞在生长过程中的变化：微生物细胞在生长过程中的变化：l使微生物自身变化：使微生物自身变化：l其形态、组成、活性都处在动态变化过程中，其形态、
6、组成、活性都处在动态变化过程中，使其经历生长、繁殖、维持、死亡等阶段。使其经历生长、繁殖、维持、死亡等阶段。l使环境变化：使环境变化：l使反应系统中的使反应系统中的环境条件环境条件也处在动态变化之也处在动态变化之中。中。第十页，讲稿共一百四十页哦2、微生物的生长曲线、微生物的生长曲线细细菌菌数数目目的的对对数数倍增速率0+-abce时间时间细菌的典型生长曲线细菌的典型生长曲线稳定期稳定期死死亡亡期期对数生长期对数生长期延滞期延滞期倍倍增增速速率率第十一页，讲稿共一百四十页哦3 3、微生物细胞的分化、微生物细胞的分化l定义：从定义：从营养菌丝营养菌丝体产生不同形态类型细胞体产生不同形态类型细胞的
7、过程。的过程。l分为：菌体营养细胞的分化和孢子的形成。分为：菌体营养细胞的分化和孢子的形成。l微生物细胞的分化使细胞的结构和功能发生变化，而细胞的分化受到遗传性和环境因素的相互作用所控制。第十二页，讲稿共一百四十页哦四、微生物生长的测定四、微生物生长的测定l群体的重量l细胞数l不是测定细胞个体的重量或大小第十三页，讲稿共一百四十页哦1、计数器计数法、计数器计数法l浊度计比浊法：浊度计比浊法：测定稀的细胞悬液的测定稀的细胞悬液的透光量透光量，间接测出细胞，间接测出细胞数量的生长数量的生长。l计数器计数法：计数器计数法：在显微镜下用在显微镜下用血球计数器血球计数器直接数出酵母菌或直接数出酵母菌或霉
8、菌孢子数目，以及用细菌计数片直接测出霉菌孢子数目，以及用细菌计数片直接测出细菌数的生长细菌数的生长。第十四页，讲稿共一百四十页哦采用血球计数板测定细胞个数的程序采用血球计数板测定细胞个数的程序 第十五页，讲稿共一百四十页哦2、测定细胞重量测定细胞重量l细胞干重称量法:直接测定单位体积培养物的细胞干重，由此代表菌体细胞物质总量的生长。l细胞堆积容积测量法:用锥形刻度管测量经离心的细胞沉淀物的容积，由此间接表示细胞重量的生长。l细胞组成分析法:测定一种大分子的细胞组成(蛋白质、RNA、DNA等)，间接地算出细胞重量的生长。第十六页，讲稿共一百四十页哦l营养物消耗分析法营养物消耗分析法:测定培养基中
9、不用于合成代谢产物的营测定培养基中不用于合成代谢产物的营养物（磷酸盐、硫酸盐等）的消耗，由此养物（磷酸盐、硫酸盐等）的消耗，由此间接间接表示细胞重量的生长表示细胞重量的生长。l产物重量分析法产物重量分析法:测定培养中途形成的二氧化碳、氢、测定培养中途形成的二氧化碳、氢、ATP等产物，由此等产物，由此间接间接地换算出细胞重量的生地换算出细胞重量的生长长。第十七页，讲稿共一百四十页哦第二节第二节 微生物的基本代谢及产物微生物的基本代谢及产物l一、微生物代谢的基本类型一、微生物代谢的基本类型l二、微生物代谢的产物二、微生物代谢的产物 l（p77-78）第十八页，讲稿共一百四十页哦一、微生物代谢的基本
10、类型一、微生物代谢的基本类型l（一）微生物的代谢（一）微生物的代谢l微生物的新陈代谢：微生物的新陈代谢：是指发生在活细胞中的各种分是指发生在活细胞中的各种分解代谢（解代谢（catabolismcatabolism）和合成代谢（）和合成代谢（anabolismanabolism）的）的总和。总和。l而分解代谢与合成代谢中还包含了初级代谢和次级代谢。而分解代谢与合成代谢中还包含了初级代谢和次级代谢。l 即：新陈代谢=分解代谢+合成代谢第十九页，讲稿共一百四十页哦（二）分解代谢（二）分解代谢l定义：定义：l是指微生物将从环境中吸收的各种碳源和氮源中复杂是指微生物将从环境中吸收的各种碳源和氮源中复杂的
11、有机物分子通过分解代谢酶系的催化，的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，降解降解为简单为简单分子、腺苷三磷酸（分子、腺苷三磷酸（ATPATP）形式的能量和还原力（或称）形式的能量和还原力（或称还原当量，一般用还原当量，一般用HH来表示）的过程。来表示）的过程。l作用：作用：l它为细胞生命活动提供能源和小分子中间体。它为细胞生命活动提供能源和小分子中间体。第二十页，讲稿共一百四十页哦（三）合成代谢（三）合成代谢l定义：定义：l合成代谢与分解代谢正好相反，是指在合成代谢与分解代谢正好相反，是指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATPATP形式的能量和形式的能量
12、和HH形式的还原力一起形式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。合成复杂的大分子的过程。l作用：作用：l利用分解代谢的能量和中间体利用分解代谢的能量和中间体合成合成氨基氨基酸、核酸等单体物质，以及蛋白质、核酸、核酸等单体物质，以及蛋白质、核酸、多糖等多聚物。酸、多糖等多聚物。第二十一页，讲稿共一百四十页哦（四）分解代谢与合成代谢的关系（四）分解代谢与合成代谢的关系第二十二页，讲稿共一百四十页哦（五）微生物初级代谢（五）微生物初级代谢（p77）l定义：定义：是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能
13、量的过程。代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。l作用特点：作用特点：初级代谢作用是生命活动的最基本特征，是生物初级代谢作用是生命活动的最基本特征，是生物体进行一切生化反应的总称。体进行一切生化反应的总称。l它为生物提供能量、合成中间体及其关键大分子，如蛋白它为生物提供能量、合成中间体及其关键大分子，如蛋白质、核酸等的各种相互关联的代谢网络（包括分解与合成）质、核酸等的各种相互关联的代谢网络（包括分解与合成），是生物体生长、繁殖必需的代谢。，是生物体生长、繁殖必需的代谢。l初级代谢主要包括初级代谢主要包括:l糖代谢、氮代谢、脂肪代谢、烃代谢等。糖代谢、氮代谢、脂肪代谢、烃代谢等。l发
14、酵获得大量产物或细胞最有潜力的途径是已糖和烷烃的分解代发酵获得大量产物或细胞最有潜力的途径是已糖和烷烃的分解代谢。谢。第二十三页，讲稿共一百四十页哦 分解代谢微生物通过氧化有机物质分解代谢微生物通过氧化有机物质（如葡萄糖和其它碳水化合物）获（如葡萄糖和其它碳水化合物）获得能量的反应得能量的反应l基础物质代谢基础物质代谢合成代谢（获得能量后）合成自新物合成代谢（获得能量后）合成自新物质的反应质的反应l能量通过细胞内能量通过细胞内ATP进行传递和转移。进行传递和转移。l工业生产中,分解己糖或烷烃可获得大量的细胞和产物，是最重要的产物转化途径。第二十四页，讲稿共一百四十页哦（六）微生物的次级代谢（六
15、）微生物的次级代谢（p77）l次级代谢次级代谢：是指存在于某些生物中，并在它们一定的是指存在于某些生物中，并在它们一定的生长时期内出现的，以初级代谢产物为前体，合成一生长时期内出现的，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物无明确功能的物质的过程。些对微生物无明确功能的物质的过程。l它是生物（某些植物、微生物）为避免代谢过程中，某种代谢产物的积累造成的不利作用，而产生的一类有利于其生存的代谢类型。它是生物在一些条件下通过突变获得的一种适应生存方式。第二十五页，讲稿共一百四十页哦（七）初级代谢与次级代谢的关系（七）初级代谢与次级代谢的关系l初级代谢与次级代谢有一定的联系与区别，初级代谢中初级代谢与
16、次级代谢有一定的联系与区别，初级代谢中产生的一些小分子物质是次级代谢途径中的产生的一些小分子物质是次级代谢途径中的原料原料。l次级代谢途径次级代谢途径同初级代谢途径的分解代谢、无定向代谢和同初级代谢途径的分解代谢、无定向代谢和组成代谢组成代谢紧密相关紧密相关，其前体通常是正常的或经修饰的初，其前体通常是正常的或经修饰的初级代谢的中间体。级代谢的中间体。l次级代谢产物是以初级代谢产物为母体次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生衍生出来的，次级出来的，次级代谢途径并不是独立的。代谢途径并不是独立的。如许多抗生素的基本结构是由少如许多抗生素的基本结构是由少数几种初级代谢产物构成的。数几种初级代谢产物
17、构成的。l糖代谢中间体，既可用来合成初级代谢产物，又可用糖代谢中间体，既可用来合成初级代谢产物，又可用来合成次级代谢产物，这种中间体叫做来合成次级代谢产物，这种中间体叫做分支中间体。分支中间体。第二十六页，讲稿共一百四十页哦二、微生物代谢的产物二、微生物代谢的产物l（一）微生物初级代谢的产物一）微生物初级代谢的产物l（二）微生物次级代谢的产物（二）微生物次级代谢的产物第二十七页，讲稿共一百四十页哦（一）微生物初级代谢的产物（一）微生物初级代谢的产物（p77）l微生物初级代谢产物：微生物初级代谢产物：l是指伴随微生物正常代谢作用所产生的微生是指伴随微生物正常代谢作用所产生的微生物自身繁殖所必需的
18、代谢产物。物自身繁殖所必需的代谢产物。l种类：种类：l由单体组成的各种大分子聚合物：蛋白质、由单体组成的各种大分子聚合物：蛋白质、核酸、多糖、脂肪等。核酸、多糖、脂肪等。l作用：作用：l它们都是机体生存不可缺少的物质，在这些它们都是机体生存不可缺少的物质，在这些物质的合成中任何环节发生障碍有可能引发物质的合成中任何环节发生障碍有可能引发生长停止，甚至导致机体发生突变式死亡生长停止，甚至导致机体发生突变式死亡 。第二十八页，讲稿共一百四十页哦l特点：特点：l一般不分泌到微生物体外，而只有当微生物一般不分泌到微生物体外，而只有当微生物细胞生物合成受阻或外源碳源浓度较高的情细胞生物合成受阻或外源碳源
19、浓度较高的情况下，才会有大量的积累和外流。况下，才会有大量的积累和外流。l微生物初级代谢产物的用途：微生物初级代谢产物的用途：l食品、酿造、纺织制革、医药和生化试剂等食品、酿造、纺织制革、医药和生化试剂等各个领域。各个领域。第二十九页，讲稿共一百四十页哦（二）微生物次级代谢的产物（二）微生物次级代谢的产物（p77）l微生物次级代谢产物：微生物次级代谢产物：l是指由微生物细胞合成的是指由微生物细胞合成的,分子结构比较复杂的，而对分子结构比较复杂的，而对微生物的生命活动没有明确功能的物质。微生物的生命活动没有明确功能的物质。l特点：特点：l它既不参与细胞组成它既不参与细胞组成,又不是酶的活性基团，
20、也不是细又不是酶的活性基团，也不是细胞的储存物质，它们中的胞的储存物质，它们中的大多数分泌到微生物的体外。大多数分泌到微生物的体外。l种类：种类：l抗生素、生物碱、毒素、激素和色素等。抗生素、生物碱、毒素、激素和色素等。l作用作用:l许多与人类的生活和健康长寿有密切的关系。目前研究最许多与人类的生活和健康长寿有密切的关系。目前研究最多的是抗生素。多的是抗生素。第三十页，讲稿共一百四十页哦第三节第三节 微生物的代谢调控机制微生物的代谢调控机制l一、微生物自身代谢的特点一、微生物自身代谢的特点l二、微生物的初级代谢调节二、微生物的初级代谢调节l三、微生物的次级代谢调节三、微生物的次级代谢调节l（p
21、78-82）第三十一页，讲稿共一百四十页哦一、微生物自身代谢的特点一、微生物自身代谢的特点 在生物进化过程中，微生物细胞形成了愈在生物进化过程中，微生物细胞形成了愈来愈完善的代谢调节机制，在代谢繁殖过程来愈完善的代谢调节机制，在代谢繁殖过程中，能量的利用以及对细胞生长繁殖过程中中，能量的利用以及对细胞生长繁殖过程中所需的各种物质的形成是所需的各种物质的形成是非常合理和经济非常合理和经济的，的，细胞经常处于平衡生长状态，细胞经常处于平衡生长状态，不会有代谢产不会有代谢产物的积累，物的积累，从而保证细胞内各种物质需要的从而保证细胞内各种物质需要的平衡。平衡。第三十二页，讲稿共一百四十页哦 现代发酵
22、工业研究的主要内容：现代发酵工业研究的主要内容：就是通过就是通过改变培养条件和遗传特性改变培养条件和遗传特性，使，使微生物的代谢途径改变或代谢调节失控微生物的代谢途径改变或代谢调节失控而获得某一而获得某一发酵产物的过量产生发酵产物的过量产生。其方法大体可分为两类：其方法大体可分为两类：通过通过微生物育种微生物育种改变产生菌的基因型从改变产生菌的基因型从而改变代谢途径；而改变代谢途径；控制微生物的各种培养条件控制微生物的各种培养条件，影响其代谢过，影响其代谢过程，改变控制代谢速率，即影响基因型的表程，改变控制代谢速率，即影响基因型的表达。达。第三十三页，讲稿共一百四十页哦微生物代谢调节微生物代谢
23、调节：是指微生物的代谢速度和是指微生物的代谢速度和方向方向按照微生物的需要按照微生物的需要而改变的一种作用。而改变的一种作用。v酶量的调节酶量的调节v酶活性的调节酶活性的调节微生物代谢的控制：微生物代谢的控制：是指运用是指运用人为的方法人为的方法对微生物的代谢调节进对微生物的代谢调节进行行遗传改造遗传改造和和条件的控制条件的控制，以期，以期按照人们的按照人们的愿望愿望，生产有用的微生物制品。，生产有用的微生物制品。第三十四页，讲稿共一百四十页哦二、微生物初级代谢的调节二、微生物初级代谢的调节（p79-81）初级代谢调节的方式：酶活性的调节酶合成的调节能量负荷调节第三十五页，讲稿共一百四十页哦l
24、微生物细胞的代谢调节方式很多，但由于微微生物细胞的代谢调节方式很多，但由于微生物细胞内的所有生化反应都是在酶的催化生物细胞内的所有生化反应都是在酶的催化作用下完成的，因此，对酶的调控是最主要作用下完成的，因此，对酶的调控是最主要的和最有效的调控方式。的和最有效的调控方式。l它包括两个方面：它包括两个方面：一是调节酶的合成量；二一是调节酶的合成量；二是调节现有酶分子的催化活力。是调节现有酶分子的催化活力。第三十六页，讲稿共一百四十页哦（一）酶活性的调节（一）酶活性的调节(p79-80)概概念念l酶活性调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分酶活性调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构
25、的改变来调节其催化反应的速率。子结构的改变来调节其催化反应的速率。影响因素影响因素底物和产物的性质和浓度底物和产物的性质和浓度环境因子环境因子(如压力、如压力、pHpH、离子强度和辅助因子等、离子强度和辅助因子等)其他的酶的存在其他的酶的存在调节方式调节方式激活已有酶的活性激活已有酶的活性抑制已有酶的活性抑制已有酶的活性第三十七页，讲稿共一百四十页哦1、酶活性的激活（、酶活性的激活（p79）激活激活：在激活剂的作用下，使原来无活性的酶变：在激活剂的作用下，使原来无活性的酶变成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性的现成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性的现象。象。代谢调节的激活作用代谢调节的激
26、活作用：主要是指代谢物对酶的激活。：主要是指代谢物对酶的激活。v前体激活前体激活：指分解代谢途径中后面的酶促反：指分解代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较前面的一个中间产物所应，可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。促进。v代谢中间产物的反馈激活代谢中间产物的反馈激活：指代谢中间产物：指代谢中间产物对该代谢途径的前面的酶起激活作用。对该代谢途径的前面的酶起激活作用。酶活性的调节第三十八页，讲稿共一百四十页哦前体激活和反馈激活示意图前体激活和反馈激活示意图AB C D FAB GCDEE+例例1:1:糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶糖代谢途径中丙酮酸积累激活丙酮酸羧化酶例例2 2：乙
27、酰：乙酰CoACoA的积累激活的积累激活PEPPEP羧化酶羧化酶第三十九页，讲稿共一百四十页哦酶酶的的反反馈馈激激活活葡萄糖葡萄糖草酰乙酸草酰乙酸丙酮酸丙酮酸羧化酶羧化酶乙酰乙酰CoA活化活化磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸柠檬酸柠檬酸-酮戊二酸酮戊二酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖第四十页，讲稿共一百四十页哦2、酶活性的抑制（、酶活性的抑制（p79）抑制抑制：由于某些物质的存在，降低酶活性的现象。由于某些物质的存在，降低酶活性的现象。反馈抑制反馈抑制：反馈抑制是指合成途径的末端产物对前段的反馈抑制是指合成途径的末端产物对前段的某一个酶某一个酶(往往是代谢途径的第一个酶往往是代谢途径的第一个酶)
28、活性的抑制。活性的抑制。常见于合成代谢途径的常见于合成代谢途径的末端产物（即终产物）过量时末端产物（即终产物）过量时，这个产物可反，这个产物可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，即对合成反应的关键酶进过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，即对合成反应的关键酶进行反馈抑制，以减慢或中止生物合成，从而避免了末端产物的过多行反馈抑制，以减慢或中止生物合成，从而避免了末端产物的过多累积。（在酶促反应中加入某低分子质量的物质后，酶活性降低或累积。（在酶促反应中加入某低分子质量的物质后，酶活性降低或丧失的现象）。丧失的现象）。种类：种类：v直线代谢途径中的反馈抑制直线代谢途径中的反馈抑制v分支代谢途径中的
29、反馈抑制分支代谢途径中的反馈抑制酶活性的调节第四十一页，讲稿共一百四十页哦（1）无分支代谢途径的调节）无分支代谢途径的调节通常是在线形的代谢途径中末端产物对催化第一步反通常是在线形的代谢途径中末端产物对催化第一步反应的酶活性有抑制作用。应的酶活性有抑制作用。酶活性的调节第四十二页，讲稿共一百四十页哦l如，在大肠杆菌中，由苏氨酸(Thr)合成异亮氨酸(IIeu)时，当异亮氨酸过量时，异亮氨酸对催化反应途径中的第一步反应的苏氨酸脱氨酶(TD)有抑制作用。苏氨酸 -酮丁酸 异亮氨酸 TD酶活性的调节第四十三页，讲稿共一百四十页哦（2）分支代谢途径的调节）分支代谢途径的调节（p79-80）在有两种或两
30、种以上的末端产物的分支合成代谢途径中，在有两种或两种以上的末端产物的分支合成代谢途径中，调节方式较复杂，其共同特点是调节方式较复杂，其共同特点是每个分支途径的末端产每个分支途径的末端产物控制分支点后的第一个酶物控制分支点后的第一个酶，同时每个末端产物又对整个途，同时每个末端产物又对整个途径的第一个酶有部分的抑制作用。径的第一个酶有部分的抑制作用。分支代谢的反馈调节方式分支代谢的反馈调节方式:v同工酶的反馈抑制同工酶的反馈抑制v协同反馈抑制协同反馈抑制v累积反馈抑制累积反馈抑制v顺序反馈抑制顺序反馈抑制v超相加反馈抑制超相加反馈抑制酶活性的调节第四十四页，讲稿共一百四十页哦同工酶的反馈抑制同工酶
31、的反馈抑制同功酶：同功酶：是指能催化同一生化反应，但它们的结构稍有是指能催化同一生化反应，但它们的结构稍有不同，可分别被相应的末端产物抑制的一类酶。不同，可分别被相应的末端产物抑制的一类酶。特点：特点：途径中第一个反应被两个不同的酶所催化，一个酶被途径中第一个反应被两个不同的酶所催化，一个酶被H H抑抑制，另一个酶被制，另一个酶被G G抑制。只有当抑制。只有当H H和和G G同时过量同时过量才能完全才能完全阻止阻止A A转变为转变为B B。第四十五页，讲稿共一百四十页哦l例如，大肠杆菌以天门冬氨酸例如，大肠杆菌以天门冬氨酸为前体合成苏氨酸为前体合成苏氨酸(Thr)、异、异亮氨酸亮氨酸(Ileu
32、)、甲硫氨酸、甲硫氨酸(Met)和赖氨酸和赖氨酸(Lys)的代谢途径的代谢途径中有三种天门冬氨酸激酶的中有三种天门冬氨酸激酶的同功酶同功酶(AKI、AKII和和AKIII)和两种高丝氨酸脱氢酶的和两种高丝氨酸脱氢酶的同功酶同功酶(HSDHI和和HSDHII)。其中。其中AKI和和HSDHI受到苏受到苏氨酸、异亮氨酸的反馈抑氨酸、异亮氨酸的反馈抑制和阻遏，制和阻遏，AKII和和HSDHII受甲硫氨酸的反馈抑制和阻受甲硫氨酸的反馈抑制和阻遏；遏；AKIII受赖氨酸的反馈抑受赖氨酸的反馈抑制和阻遏。制和阻遏。第四十六页，讲稿共一百四十页哦协同反馈抑制协同反馈抑制在分支代谢系统中，几种末端产物在分支代
33、谢系统中，几种末端产物同时都过量同时都过量，才对途，才对途径中的第一个酶具有抑制作用。如果末端产物单独过量径中的第一个酶具有抑制作用。如果末端产物单独过量则对途径中的第一个酶无抑制作用。则对途径中的第一个酶无抑制作用。第四十七页，讲稿共一百四十页哦l 例如，荚膜红假单胞菌中天门冬氨酸族例如，荚膜红假单胞菌中天门冬氨酸族氨基酸生物合成途径中，天门冬氨酸激氨基酸生物合成途径中，天门冬氨酸激酶酶(AK)(AK)是受末端产物赖氨酸和苏氨酸的是受末端产物赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。协同反馈抑制。第四十八页，讲稿共一百四十页哦累积反馈抑制累积反馈抑制在分支代谢途径中各种末端产物单独过量时，它们各自能在分
34、支代谢途径中各种末端产物单独过量时，它们各自能对途径中的第一个反应的酶仅产生较小的抑制作用。一种对途径中的第一个反应的酶仅产生较小的抑制作用。一种末端产物单独过量并不影响其它末端产物的形成，只有当末端产物单独过量并不影响其它末端产物的形成，只有当几种末端产物几种末端产物同时过量同时过量时，才对途径中的第一个酶产时，才对途径中的第一个酶产生较大的抑制。生较大的抑制。酶活性的调节第四十九页，讲稿共一百四十页哦l谷氨酰胺由谷氨酸、铵和谷氨酰胺由谷氨酸、铵和ATP合成。合成。l谷氨酰胺中的酰胺基是色氨酸、组氨酸、氨基甲酰磷酸、谷氨酰胺中的酰胺基是色氨酸、组氨酸、氨基甲酰磷酸、6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖胺
35、、胺、CTP、AMP、GMP等化合物生物合成过程中的氮源。等化合物生物合成过程中的氮源。l谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶被谷氨酰胺代谢的每种末端产物以及丙氨酸和甘氨被谷氨酰胺代谢的每种末端产物以及丙氨酸和甘氨酸所累积抑制。谷氨酰胺合成酶对这些抑制物中的每一种末端产物酸所累积抑制。谷氨酰胺合成酶对这些抑制物中的每一种末端产物均有特异的结合部位。当上述均有特异的结合部位。当上述8种末端产物种末端产物同时过量都与酶结合时，同时过量都与酶结合时，谷氨酰胺合成酶的活性将受到最大的抑制。谷氨酰胺合成酶的活性将受到最大的抑制。大肠杆菌谷氨酰胺合成大肠杆菌谷氨酰胺合成酶酶(GS)活性的调节活性的调节第五十页，讲
36、稿共一百四十页哦顺序反馈抑制顺序反馈抑制分支代谢途径中的两个末端产物，不能直接抑制途径中的第一个酶，而是分别抑制分支点后的反应步骤，造成分支点上中间代谢产物的积累，该产物再抑制第一个酶的活性。因此，只有当两个末端产物都过量时都过量时，才能对途径中的第一个酶有抑制作用。酶活性的调节第五十一页，讲稿共一百四十页哦l例如，枯草杆菌在芳香族氨基酸合成中，色氨酸例如，枯草杆菌在芳香族氨基酸合成中，色氨酸(Try)抑制邻氨基苯甲酸合成酶抑制邻氨基苯甲酸合成酶(AS)，苯丙氨酸，苯丙氨酸(Phe)抑制预苯酸脱水酶抑制预苯酸脱水酶(PT)，酪氨酸，酪氨酸(Tyr)抑制预苯酸脱氢抑制预苯酸脱氢酶酶(PD)，预苯
37、酸和分支酸又部分地抑制，预苯酸和分支酸又部分地抑制7-磷酸磷酸-2-酮酮-3-脱氧庚糖酸合成酶脱氧庚糖酸合成酶(DS)。PEP：磷酸烯醇丙酮酸；：磷酸烯醇丙酮酸；E4P：4-磷酸赤藓糖；磷酸赤藓糖；DAHP：7-磷酸磷酸-2-酮酮-3-脱氧庚糖酸；脱氧庚糖酸；CA：分支酸；：分支酸；Per：预苯酸；：预苯酸；AA：邻氨基苯甲酸；：邻氨基苯甲酸；HPPA：对羟基苯丙酮酸；：对羟基苯丙酮酸；PPA：苯丙酮酸；：苯丙酮酸；Tyr：酪氨酸；：酪氨酸；Try：色氨酸；：色氨酸；Phe：苯丙氨酸；：苯丙氨酸；I：7-磷酸磷酸-2-酮酮-3-脱氧庚糖酸合成酶；脱氧庚糖酸合成酶；II：邻氨基苯甲酸合成酶；：邻
38、氨基苯甲酸合成酶；III：分支酸变位：分支酸变位酶；酶；IV：预苯酸脱氢酶；：预苯酸脱氢酶；V：预苯酸脱水酶：预苯酸脱水酶第五十二页，讲稿共一百四十页哦超相加反馈抑制超相加反馈抑制超相加反馈抑制是一种既不同于协同反馈抑制超相加反馈抑制是一种既不同于协同反馈抑制又不同于累积反馈抑制。对一个分支代谢途径又不同于累积反馈抑制。对一个分支代谢途径中，几种末端产物中，几种末端产物单独过量时单独过量时，仅产生对共同，仅产生对共同途径的第一个酶途径的第一个酶部分的抑制部分的抑制。如果每种末端产。如果每种末端产物物都过量时都过量时，其抑制作用则，其抑制作用则超过超过各种末端产物各种末端产物单独过量时单独过量时
39、抑制的总和抑制的总和。酶活性的调节第五十三页，讲稿共一百四十页哦l例如，在嘌呤核苷酸的生物合成途径中，催化第一步反应的酶，例如，在嘌呤核苷酸的生物合成途径中，催化第一步反应的酶，5-5-磷酸核磷酸核糖糖-1-1-焦磷酸焦磷酸(PRPP)(PRPP)的酰胺基转移酶，可被各种嘌呤核苷酸产物的酰胺基转移酶，可被各种嘌呤核苷酸产物(如如AMPAMP、GMP)GMP)所抑制。例如，一定量的所抑制。例如，一定量的GMPGMP或或AMPAMP仅能抑制仅能抑制5-5-磷酸核糖磷酸核糖-1-1-焦磷酸酰胺基转移酶活力的焦磷酸酰胺基转移酶活力的1010，而当二者混合时，则可抑制，而当二者混合时，则可抑制其酶活力的
40、其酶活力的5050。第五十四页，讲稿共一百四十页哦（二）酶合成的调节（二）酶合成的调节（p80-81）l酶合成调节的特点：酶合成调节的特点：l酶合成调节的方式：酶合成调节的方式：l酶合成的诱导酶合成的诱导l酶合成的阻遏酶合成的阻遏第五十五页，讲稿共一百四十页哦酶合成调节的特点：酶合成调节的特点：l特点：特点：与调节酶活性的反馈抑制等相比，是与调节酶活性的反馈抑制等相比，是通过调节酶的合成（即产酶量）而实现代谢通过调节酶的合成（即产酶量）而实现代谢调节，是一类较间接而调节，是一类较间接而缓慢缓慢的调节方式。的调节方式。l其优点则是通过阻止酶的过量合成，有利于其优点则是通过阻止酶的过量合成，有利于
41、节约节约生物合成的原料和能量。生物合成的原料和能量。l在正常代谢途径中，酶活性调节和酶合成调节两者是同时存在且密切配合、协调进行的。第五十六页，讲稿共一百四十页哦1、酶合成的诱导、酶合成的诱导酶合成的调节酶合成的诱导：酶合成的诱导：即诱发酶的合成。凡能促进细胞即诱发酶的合成。凡能促进细胞内酶生物合成的现象，称为诱导。内酶生物合成的现象，称为诱导。酶的分类：酶的分类：根据酶的生成是否与环境中所存在的该酶底物或其有关物的关系，可把酶划分成组成酶和诱导酶两类。（1 1）组成酶组成酶此类酶此类酶不受底物影响不受底物影响，不论细胞在什么培养基内生长，不论细胞在什么培养基内生长都有相当的浓度，称之为组成酶
42、。都有相当的浓度，称之为组成酶。如分解葡萄糖的如分解葡萄糖的EMPEMP途径中的各种酶。途径中的各种酶。第五十七页，讲稿共一百四十页哦（2）诱导酶诱导酶l诱导酶：诱导酶：在一般情况下不合成，只有在其底物或结构类在一般情况下不合成，只有在其底物或结构类似物存在时才合成的酶称之为诱导酶。似物存在时才合成的酶称之为诱导酶。诱导酶是细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶。l诱导物：诱导物：能够诱导酶合成的物质称之为该酶的诱导物。能够诱导酶合成的物质称之为该酶的诱导物。诱导物可以是基质、基质的衍生物、该酶的底物，也可以是难以代谢的底物类似物或是底物的前体物质，甚至是产物。l诱导的作用：诱导的
43、作用：使微生物增强了对环境的适应能力，对使微生物增强了对环境的适应能力，对于酶本身来说，需要时合成，不需要时就不合成，避于酶本身来说，需要时合成，不需要时就不合成，避免了合成原料和能量的浪费。免了合成原料和能量的浪费。第五十八页，讲稿共一百四十页哦酶合成的诱导类型：酶合成的诱导类型：lA A 同时诱导：同时诱导：即当诱导物加入后，微生物能同时或即当诱导物加入后，微生物能同时或几乎同时诱导几种酶的合成，它主要存在于短的代几乎同时诱导几种酶的合成，它主要存在于短的代谢途径中。谢途径中。l例如，将乳糖加入到Ecoli培养基中后，即可同时诱导出-半乳糖苷透性酶、-半乳糖苷酶和半乳糖苷转乙酰酶的合成。l
44、B B 顺序诱导：顺序诱导：即先合成能分解即先合成能分解底物底物的酶，再依次合成的酶，再依次合成分解各分解各中间代谢物中间代谢物的酶，以达到对较复杂代谢途径的的酶，以达到对较复杂代谢途径的分段调节。分段调节。第五十九页，讲稿共一百四十页哦2、酶合成的阻遏、酶合成的阻遏l酶合成的阻遏：酶合成的阻遏：即阻止酶的合成。能阻碍酶即阻止酶的合成。能阻碍酶生物合成的现象，则称为阻遏。生物合成的现象，则称为阻遏。l作用：作用：在微生物的代谢过程中，当代谢途径在微生物的代谢过程中，当代谢途径中某末端中某末端产物过量产物过量时，除可用时，除可用反馈抑制反馈抑制的方的方式来抑制该途径中关键式来抑制该途径中关键酶的
45、活性酶的活性以减少末端以减少末端产物的生成外，还可通过产物的生成外，还可通过阻遏作用阻遏作用来阻碍代来阻碍代谢途径中包括关键酶在内的一系列谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的生物酶的生物合成，合成，从而更彻底地控制代谢和从而更彻底地控制代谢和减少末端产减少末端产物的合成物的合成。酶合成的调节第六十页，讲稿共一百四十页哦l酶合成反馈阻遏的两种类型：酶合成反馈阻遏的两种类型：l末端代谢产物阻遏末端代谢产物阻遏l分解代谢产物阻遏分解代谢产物阻遏第六十一页，讲稿共一百四十页哦（1 1）末端产物阻遏）末端产物阻遏l是由于某代谢途径末端产物积累过量，是由于某代谢途径末端产物积累过量，而阻止整个代谢途径酶（一
46、个或多个）而阻止整个代谢途径酶（一个或多个）合成的现象。合成的现象。酶合成的调节第六十二页，讲稿共一百四十页哦l反馈阻遏的作用：反馈阻遏的作用：l阻遏酶的生成、降低反应速度，使终产物的数量控制在最阻遏酶的生成、降低反应速度，使终产物的数量控制在最适合的水平。适合的水平。l特点：特点：l其调节速度比反馈抑制调节慢得多。其调节速度比反馈抑制调节慢得多。l它单独作用时，代谢还将继续进行，直至先前存在的它单独作用时，代谢还将继续进行，直至先前存在的酶由于细胞生长而被稀释为止。酶由于细胞生长而被稀释为止。l而终产物的而终产物的反馈抑制反馈抑制可弥补这种不足，使某一代谢途径可弥补这种不足，使某一代谢途径的
47、运行的运行立即中止立即中止。所以，这两种作用相辅相成。它们联。所以，这两种作用相辅相成。它们联合作用可使细胞合成途径达到高效调节。合作用可使细胞合成途径达到高效调节。第六十三页，讲稿共一百四十页哦l对对直线式反应途径直线式反应途径来说，末端产物阻遏的情来说，末端产物阻遏的情况较为简单，即产物作用于代谢途径中的况较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，使之合成受阻遏。各种酶，使之合成受阻遏。l对对分支代谢途径分支代谢途径来说，情况就较复杂。每种来说，情况就较复杂。每种末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。途径的酶。第六十四页，讲稿共一百四十页哦（2
48、2）分解代谢物阻遏）分解代谢物阻遏l指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。成的现象。l即当培养基中有两种以上可利用的基质时，能够被微生即当培养基中有两种以上可利用的基质时，能够被微生物先利用的基质会阻遏对后利用基质有关酶的合成，使物先利用的基质会阻遏对后利用基质有关酶的合成，使微生物先产生酶分解最易利用的基质，在该基质耗竭之微生物先产生酶分解最易利用的基质，在该基质耗竭之后才形成分解第二种基质的酶。后才形成分解第二种基质的酶。l分解
49、代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的甲碳源本身直分解代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的甲碳源本身直接作用的结果，而是通过甲碳源（或氮源等）在接作用的结果，而是通过甲碳源（或氮源等）在其分解过程其分解过程中所产生的中间代谢物所引起的阻遏作用。中所产生的中间代谢物所引起的阻遏作用。第六十五页，讲稿共一百四十页哦l如将大肠杆菌培养在含如将大肠杆菌培养在含葡萄糖和乳糖葡萄糖和乳糖的培养基中时，大的培养基中时，大肠杆菌优先利用葡萄糖，只有在葡萄糖用完后才去肠杆菌优先利用葡萄糖，只有在葡萄糖用完后才去利用乳糖。此现象就是分解代谢产物阻遏酶的合成利用乳糖。此现象就是分解代谢产物阻遏酶的合成的例子，即的例子
50、，即葡萄糖用完后葡萄糖用完后，分解乳糖的酶系，分解乳糖的酶系才才开始开始诱诱导合成导合成，乳糖才能开始被利用，乳糖才能开始被利用。l原因：原因：葡萄糖代谢阻遏作用实际上并不是葡萄糖本身葡萄糖代谢阻遏作用实际上并不是葡萄糖本身起到阻遏作用，而是它的分解代谢产物起到的阻遏作起到阻遏作用，而是它的分解代谢产物起到的阻遏作用，阻遏了分解乳糖酶系的合成。用，阻遏了分解乳糖酶系的合成。第六十六页，讲稿共一百四十页哦（三）能量负荷（也称腺苷酸）调节（三）能量负荷（也称腺苷酸）调节l能量负荷调节：能量负荷调节：是指能荷（是指能荷（ATP）对）对利用利用ATP的合成的合成代谢代谢途径的酶活性或途径的酶活性或形成