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1、高三生物微生物代谢课件本讲稿第一页，共三十三页教教学学目目标标1.微生物细胞内产生的代谢产物的种类和主要功能；微生物细胞内产生的代谢产物的种类和主要功能；理解：理解：应用：应用：1.微生物代谢的调节方式微生物代谢的调节方式2.微生物代谢的人工控制；微生物代谢的人工控制；本讲稿第二页，共三十三页 工业生产广泛应用微生物，你知工业生产广泛应用微生物，你知道最重要的原因是什么吗？道最重要的原因是什么吗？本讲稿第三页，共三十三页（一）微生物代谢的特点：（一）微生物代谢的特点：微生物的表面积微生物的表面积体积的比值很大，约是体积的比值很大，约是同等重量的成人的同等重量的成人的30万万倍，它对微生物有何意
2、倍，它对微生物有何意义呢？义呢？本讲稿第四页，共三十三页（一）微生物代谢的特点：（一）微生物代谢的特点：代谢旺盛代谢旺盛 微生物的表面积与体积比大，微生物的表面积与体积比大，利于外界物质交换；对与物质的转化利利于外界物质交换；对与物质的转化利用快。用快。本讲稿第五页，共三十三页思考：1.1.我们一般把怎样的一些物质称为微生物的初级代谢产我们一般把怎样的一些物质称为微生物的初级代谢产物呢？物呢？2.2.这些物质对微生物的生长、繁殖有何意义呢？这些物质对微生物的生长、繁殖有何意义呢？3.3.不同的微生物的初级代谢产物是否相同？不同的微生物的初级代谢产物是否相同？4.4.微生物的次级代谢产物呢？微生
3、物的次级代谢产物呢？本讲稿第六页，共三十三页 内容初级代谢产物次级代谢产物不 同点生长繁殖是否必需产生阶段种的特异性分布举例相同点（二）、微生物的代谢产物（二）、微生物的代谢产物是是否否一直产生一直产生生长到一定阶段产生生长到一定阶段产生否否是是细胞内细胞内细胞内或外细胞内或外氨基酸、核苷酸、氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生多糖、脂类、维生素等素等抗生素、毒素、抗生素、毒素、激素、色素激素、色素均在微生物细胞的调节下，有步骤产生均在微生物细胞的调节下，有步骤产生本讲稿第七页，共三十三页微生物的生命活动受什么调节微生物的生命活动受什么调节实例实例1：大肠杆菌合成异亮氨酸的调节。大肠杆菌合成异亮氨
4、酸的调节。苏氨酸苏氨酸苏氨酸脱氢酶苏氨酸脱氢酶a酮丁酸酮丁酸异亮氨酸异亮氨酸 当异亮氨酸积累过量，会抑制苏氨酸脱氢酶的活性，异亮当异亮氨酸积累过量，会抑制苏氨酸脱氢酶的活性，异亮氨酸合成停止。氨酸合成停止。实例实例2：亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖，一段时间后，可以合成蔗糖酶，但如果在培养基内加入蔗糖，一段时间后，可以合成蔗糖酶，并利用蔗糖。并利用蔗糖。实例实例1，通过调节酶的，通过调节酶的 ，控制代谢过程；控制代谢过程；实例实例2.，通过调节酶的，通过调节酶的 ，控制代谢过程控制代谢过程分析讨论分析讨论：活
5、性活性合成合成本讲稿第八页，共三十三页（三）、微生物代谢的调节：（三）、微生物代谢的调节：微生物代谢调节微生物代谢调节的主要方式的主要方式酶合成的调节酶合成的调节酶活性的调节酶活性的调节本讲稿第九页，共三十三页.酶合成的调节：酶合成的调节：酶合成调节调节对象调节结果调节本质调节特点调节意义组成酶与诱导酶的区别组成酶与诱导酶的区别本讲稿第十页，共三十三页.酶合成的调节：酶合成的调节：组成酶与诱导酶的区别组成酶与诱导酶的区别组成酶是微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成组成酶是微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制只受遗传物质的控制诱导酶则是在环境中存在某种物质的情况下能够合诱导酶则
6、是在环境中存在某种物质的情况下能够合成的酶它们的合成受遗传物质和诱导物的双重调成的酶它们的合成受遗传物质和诱导物的双重调控控本讲稿第十一页，共三十三页.酶合成的调节：酶合成的调节：酶合成调节调节对象调节结果调节本质调节特点调节意义诱导酶诱导酶细胞内酶的种类增多细胞内酶的种类增多基因水平调节基因水平调节,控控制酶的合成制酶的合成间接、缓慢间接、缓慢既保证代谢需要，又避免既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费细胞内物质和能量浪费环境中存在葡萄糖时环境中存在葡萄糖时环境中无葡萄糖而有乳糖时环境中无葡萄糖而有乳糖时葡萄糖葡萄糖酶酶大肠杆菌大肠杆菌乳糖乳糖酶酶大肠杆菌大肠杆菌乳糖乳糖酶酶大肠杆菌大肠
7、杆菌大肠杆菌利用碳源的途径大肠杆菌利用碳源的途径本讲稿第十二页，共三十三页.酶活性的调节酶活性的调节：酶活性调节调节对象调节结果调节本质调节特点 调节意义所有酶（组成酶和诱导酶）所有酶（组成酶和诱导酶）酶活性的可逆性改变酶活性的可逆性改变代谢水平调节，代谢水平调节，调节酶的活性调节酶的活性快速、精确快速、精确避免代谢产物积累过多避免代谢产物积累过多葡萄糖葡萄糖中间产物中间产物a酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NH+4抑制抑制谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径本讲稿第十三页，共三十三页两种调节方式的区别与联系：两种调节方式的区别与联系：联系联系调节意
8、义调节意义调节特点调节特点调节本质调节本质调节结果调节结果调节对象调节对象酶活性调节酶活性调节酶合成调节酶合成调节诱导酶诱导酶所有酶（组成酶和诱导酶）所有酶（组成酶和诱导酶）细胞内酶的种类增多细胞内酶的种类增多酶活性的可逆性改变酶活性的可逆性改变基因水平调节基因水平调节,控制酶的合成控制酶的合成代谢水平调节，代谢水平调节，调节酶的活性调节酶的活性间接、缓慢间接、缓慢快速、精细快速、精细既保证代谢需要，又既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能避免细胞内物质和能量浪费量浪费避免代谢产物积累过多避免代谢产物积累过多细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、
9、准确控制代谢的正常进行。代谢的正常进行。本讲稿第十四页，共三十三页（四）、微生物代谢的人工控制：（四）、微生物代谢的人工控制：人工控制微生物代谢的有何目的？人工控制微生物代谢的有何目的？（最大限度积累对人类有用的代谢产物）（最大限度积累对人类有用的代谢产物）讨论：讨论：实例实例1：黄色短杆菌合成赖氨酸的途径：黄色短杆菌合成赖氨酸的途径 实例实例2：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径本讲稿第十五页，共三十三页（四）、微生物代谢的人工控制：（四）、微生物代谢的人工控制：人工控制微生物代谢的有何目的？人工控制微生物代谢的有何目的？（最大限度积累对人类有用的代谢产物）（最大
10、限度积累对人类有用的代谢产物）讨论：讨论：实例实例1：黄色短杆菌合成赖氨酸的途径：黄色短杆菌合成赖氨酸的途径 实例实例2：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径本讲稿第十六页，共三十三页讨论：讨论：综合以上信息，你认为怎样才能使得黄色短杆菌大量积累赖氨酸呢综合以上信息，你认为怎样才能使得黄色短杆菌大量积累赖氨酸呢？在生产实际中，究竟是如何通过改变微生物的遗传特性来达到最大限在生产实际中，究竟是如何通过改变微生物的遗传特性来达到最大限度的积累微生物的代谢产物的呢？度的积累微生物的代谢产物的呢？（改变微生物的遗传特性）（改变微生物的遗传特性）（可利用（可利用诱变育种诱变育种
11、和和基因工程基因工程的方法）的方法）如何使细胞内的谷氨酸不会抑制谷氨酸脱氢酶的活性？如何使细胞内的谷氨酸不会抑制谷氨酸脱氢酶的活性？（细胞内谷氨酸浓度下降）（细胞内谷氨酸浓度下降）如何使细胞内的谷氨酸浓度下降？如何使细胞内的谷氨酸浓度下降？（将细胞内谷氨酸透出细胞）（将细胞内谷氨酸透出细胞）如何细胞内谷氨酸通过细胞膜到达细胞外？如何细胞内谷氨酸通过细胞膜到达细胞外？（改变细胞膜的透性）（改变细胞膜的透性）本讲稿第十七页，共三十三页四四微微生生物物代代谢谢的的人人工工控控制制目的：目的：最大限度积累对人类有用的代谢最大限度积累对人类有用的代谢产物产物措施：措施：1.改变微生物改变微生物的遗传特性
12、的遗传特性2.控制代谢条件（发酵条件）控制代谢条件（发酵条件）（1）诱变育种）诱变育种（2）基因工程育种）基因工程育种实例：实例：黄色短杆菌合成赖氨酸的途径黄色短杆菌合成赖氨酸的途径谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径本讲稿第十八页，共三十三页控制对象控制方式改变微生物遗传特性控制发酵条件溶解氧PH值温度代谢产物、营养对需氧型微生物提供适宜的氧，以通气量和搅拌速度对需氧型微生物提供适宜的氧，以通气量和搅拌速度控制溶解氧量；控制溶解氧量；厌氧微生物控制氧。厌氧微生物控制氧。诱变处理，选择符合生产要求的菌种诱变处理，选择符合生产要求的菌种过程加入酸、碱性物质，或在培养基调整
13、适过程加入酸、碱性物质，或在培养基调整适宜宜PH值后加入缓冲对；值后加入缓冲对；注意控制温度，尤其注意降温（如冷却水），注意控制温度，尤其注意降温（如冷却水），使温度控制在适宜的范围；使温度控制在适宜的范围；注意排除代谢产物，补充营养物质，一般采用连续培注意排除代谢产物，补充营养物质，一般采用连续培养技术；养技术；本讲稿第十九页，共三十三页二、微生物的代谢二、微生物的代谢（一（一.）微生物代谢的特点：）微生物代谢的特点：（二（二.）微生物的代谢产物：）微生物的代谢产物：1.初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等2.次级代谢产物：抗生
14、素、毒素、激素、色素次级代谢产物：抗生素、毒素、激素、色素（三（三.）微生物代谢的调节：）微生物代谢的调节：1.酶合成调节：主要为酶合成的诱导酶合成调节：主要为酶合成的诱导2.酶活性调节：主要为酶活性的抑制酶活性调节：主要为酶活性的抑制（四（四.）微生物代谢的人工控制：）微生物代谢的人工控制：1.目的目的2.措施措施3.实例实例本讲稿第二十页，共三十三页巩固练习：巩固练习：1.测定测定3类细菌对氧的需要，让它们在类细菌对氧的需要，让它们在3个不同的试管中生长，个不同的试管中生长，下图显示了细菌的生长层。据此判断：只能在有氧培养基中繁殖、下图显示了细菌的生长层。据此判断：只能在有氧培养基中繁殖、
15、只能在无氧培养基中繁殖、在有氧和无氧的培养基中都能繁殖的只能在无氧培养基中繁殖、在有氧和无氧的培养基中都能繁殖的细菌依次是细菌依次是-（）棉花棉花棉花棉花棉花棉花B.、A.、D.、C.、D本讲稿第二十一页，共三十三页酶酶酶酶 2.右图是黄色短杆菌右图是黄色短杆菌合成赖氨酸的途径，请判合成赖氨酸的途径，请判断该途径的调节方式是断该途径的调节方式是-（）A.酶合成的调节酶合成的调节B.酶活性的调节酶活性的调节C.既有酶合成的调节，既有酶合成的调节，又有酶活性的调节又有酶活性的调节D.既有组成酶的合成既有组成酶的合成调节，又有诱导酶的合调节，又有诱导酶的合成调节成调节酶酶天冬氨酸天冬氨酸中间产物中间
16、产物中间产物中间产物高丝氨酸高丝氨酸脱氨酸脱氨酸高半高丝氨酸高半高丝氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸、赖氨酸苏氨酸、赖氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶抑抑制制活活性性抑抑制制合合成成C本讲稿第二十二页，共三十三页3.微生物的次级代谢产物是微生物的次级代谢产物是-（）A.氨基酸、多糖、抗生素、脂类；氨基酸、多糖、抗生素、脂类；B.核苷酸、多糖、脂类核苷酸、多糖、脂类、激素；、激素；C.抗生素、抗生素、脂类、色素、毒素；脂类、色素、毒素；D.抗生素、毒素、激素、色素抗生素、毒素、激素、色素 D4.下列说法不正确的是下列说法不正确的是-（）A.初级代谢产物是微生物必需的物质初级代谢产物是微生物必需的物质 B.
17、次级代谢产物并非是微生物必需的物质次级代谢产物并非是微生物必需的物质 C.次级代谢产物可在细胞的调节下产生次级代谢产物可在细胞的调节下产生 D.初级代谢产物的合成无需代谢调节初级代谢产物的合成无需代谢调节D本讲稿第二十三页，共三十三页 6.下表列出了两种微生物生长所必需的生长因子和它们合成并释下表列出了两种微生物生长所必需的生长因子和它们合成并释放的次级代谢产物。如果这两种微生物共同养在一个培养基中，它放的次级代谢产物。如果这两种微生物共同养在一个培养基中，它们之间最可能的关系是们之间最可能的关系是-（）微生物名称生长因子次级代谢产物红酵母嘧啶噻唑毛霉噻唑嘧啶A.竞争竞争 B.寄生寄生 C.共
18、生共生 D.腐生腐生C本讲稿第二十四页，共三十三页布置作业：布置作业：1.初级代谢产物和次级代谢产物的比较中正确的是初级代谢产物和次级代谢产物的比较中正确的是-（）A.初级代谢产物和次级代谢产物合成的起始时间不同初级代谢产物和次级代谢产物合成的起始时间不同 B.初级代谢产物具有菌种特异性初级代谢产物具有菌种特异性 C.次级代谢产物对微生物的生命活动有重要作用次级代谢产物对微生物的生命活动有重要作用 D.初级代谢产物和次级代谢产物不能同时合成初级代谢产物和次级代谢产物不能同时合成2.关于微生物代谢的调节，正确的一项是关于微生物代谢的调节，正确的一项是-（）A.环境中存在某种物质时，微生物才能合成
19、分解此物质的酶，环境中存在某种物质时，微生物才能合成分解此物质的酶，该酶一定是组成酶；该酶一定是组成酶；B.某种代谢产物在细胞内的积累，将直接导致形成此物质的酶活性下降；某种代谢产物在细胞内的积累，将直接导致形成此物质的酶活性下降；C.只有改变微生物的遗传特性，才能实现对微生物代谢的人工控制；只有改变微生物的遗传特性，才能实现对微生物代谢的人工控制；D.一般情况下，增大细胞膜的通透性，可解除代谢产物对酶活性的抑制一般情况下，增大细胞膜的通透性，可解除代谢产物对酶活性的抑制；AD本讲稿第二十五页，共三十三页4.关于组成酶的叙述正确的是关于组成酶的叙述正确的是-（）A.既有胞内酶，又有胞外酶；既有
20、胞内酶，又有胞外酶；B.同时受遗传物质和营养物质的控制；同时受遗传物质和营养物质的控制；C.是微生物细胞内经常存在的酶；是微生物细胞内经常存在的酶；D.大肠杆菌的半乳糖苷酶是一种组成酶；大肠杆菌的半乳糖苷酶是一种组成酶；5.下列关于微生物代谢的叙述正确的是下列关于微生物代谢的叙述正确的是-（）A.次级代谢产物是微生物生长和繁殖所必需的；次级代谢产物是微生物生长和繁殖所必需的；B.将大肠杆菌从只用乳糖作碳源的培养基上转移到只用葡萄糖作碳源的培养基上，将大肠杆菌从只用乳糖作碳源的培养基上转移到只用葡萄糖作碳源的培养基上，其细胞内半乳糖苷酶的合成就会停止；其细胞内半乳糖苷酶的合成就会停止；C.诱导酶
21、一旦产生，其活性就一直保持下去；诱导酶一旦产生，其活性就一直保持下去；D.与酶合成调节相比，酶活性的调节是一种快速的调节方式；与酶合成调节相比，酶活性的调节是一种快速的调节方式；CBD本讲稿第二十六页，共三十三页6.6.列表比较微生物代谢人工控制的方法：列表比较微生物代谢人工控制的方法：控制对象控制方式改变微生物遗传特性控制发酵条件溶解氧PH值温度代谢产物、营养对需氧型微生物提供适宜的氧，以通气量和搅拌速对需氧型微生物提供适宜的氧，以通气量和搅拌速度控制溶解氧量；度控制溶解氧量；厌氧微生物控制氧。厌氧微生物控制氧。诱变处理，选择符合生产要求的菌种诱变处理，选择符合生产要求的菌种过程加入酸、碱性
22、物质，或在培养基调整适宜过程加入酸、碱性物质，或在培养基调整适宜PH值后加入缓冲对；值后加入缓冲对；注意控制温度，尤其注意降温（如冷却水），使注意控制温度，尤其注意降温（如冷却水），使温度控制在适宜的范围；温度控制在适宜的范围；注意排除代谢产物，补充营养物质，一般采用连注意排除代谢产物，补充营养物质，一般采用连续培养技术；续培养技术；本讲稿第二十七页，共三十三页7.右图是黄色短杆菌合成赖氨酸右图是黄色短杆菌合成赖氨酸途径示意图，请据图回答：途径示意图，请据图回答：（1）图中黄色短杆菌利用）图中黄色短杆菌利用合成赖氨酸、苏氨酸和合成赖氨酸、苏氨酸和。（2）当）当和和都都积累过量时，就会抑制天冬氨
23、酸激酶的积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，该过程属于活性，该过程属于调节调节。（3）赖氨酸是人和动物的）赖氨酸是人和动物的氨氨基酸，利用黄色短杆菌大量生产赖氨酸基酸，利用黄色短杆菌大量生产赖氨酸就必须抑制就必须抑制形成。形成。（4）科学家对黄色短杆菌进行）科学家对黄色短杆菌进行处理，选育出不能合成处理，选育出不能合成的菌种，提高了赖氨酸的产量。该过的菌种，提高了赖氨酸的产量。该过程属于程属于。（5）黄色短杆菌合成的赖氨酸是）黄色短杆菌合成的赖氨酸是代谢产物，它合成后存在的部位是在代谢产物，它合成后存在的部位是在。天冬氨酸天冬氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸赖氨酸赖氨酸酶活性酶活性必需必需
24、苏氨酸苏氨酸诱变诱变高丝氨酸脱氢酶高丝氨酸脱氢酶微生物代谢的人工控制微生物代谢的人工控制初级初级细胞内细胞内本讲稿第二十八页，共三十三页谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶酶活性酶活性 8.根据右图回答问题：根据右图回答问题：（1）当终产物合成过量时，会导）当终产物合成过量时，会导致合成途径中断，原因是谷氨酸抑致合成途径中断，原因是谷氨酸抑制了制了的活性，这的活性，这属于属于的调节。的调节。（2）假设）假设B酶只有在细胞内出现酶只有在细胞内出现某种中间产物后才合成，则某种中间产物后才合成，则B酶是酶是。（3）假设人们想利用葡萄糖、）假设人们想利用葡萄糖、谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸棒状杆菌生产a酮戊二酸，酮戊
25、二酸，请你利用现有的知识，设计一个大请你利用现有的知识，设计一个大量积累量积累a酮戊二酸的方案：酮戊二酸的方案：。诱导酶诱导酶方案一方案一：对谷氨酸棒状杆菌进行诱变处理，利用：对谷氨酸棒状杆菌进行诱变处理，利用选择培养基，从中选育出不能合成谷氨酸脱氢酶的选择培养基，从中选育出不能合成谷氨酸脱氢酶的菌种；菌种；方案二方案二：利用基因工程手段，对控制合成谷氨酸：利用基因工程手段，对控制合成谷氨酸脱氢酶的基因进行改造，使其不能合成谷氨酸脱氢脱氢酶的基因进行改造，使其不能合成谷氨酸脱氢酶；酶；本讲稿第二十九页，共三十三页讨论：讨论：.微生物是否在所有场合、所有时间内都合成它们所能合成的全部酶微生物是否
26、在所有场合、所有时间内都合成它们所能合成的全部酶类？这有何意义？类？这有何意义？.组成酶、诱导酶合成的条件是什么？组成酶、诱导酶合成的条件是什么？.大肠杆菌乳糖代谢有何特点？大肠杆菌乳糖代谢基因的表达调控过大肠杆菌乳糖代谢有何特点？大肠杆菌乳糖代谢基因的表达调控过程有何特点？程有何特点？.根据原核生物基因表达调控过程，酶合成的调节属于哪种水平根据原核生物基因表达调控过程，酶合成的调节属于哪种水平的调节方式？若诱导酶在没有诱导物的情况下也能合成，有哪些方法的调节方式？若诱导酶在没有诱导物的情况下也能合成，有哪些方法？.诱导酶是否接受酶活性调节？诱导酶是否接受酶活性调节？.通过书中酶活性调节实例分
27、析，它于高等动物激素调节的哪种方式有通过书中酶活性调节实例分析，它于高等动物激素调节的哪种方式有相似之处？相似之处？.为什么酶活性调节比酶合成调节快速、精确？为什么酶活性调节比酶合成调节快速、精确？本讲稿第三十页，共三十三页葡萄糖葡萄糖中间产物中间产物a酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NH+4抑制抑制谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径本讲稿第三十一页，共三十三页天冬氨酸天冬氨酸中间产物中间产物中间产物中间产物高丝氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸 赖氨酸赖氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶黄色短杆菌合成赖氨酸的途径黄色短杆菌合成赖氨酸的途径本讲稿第三十二页，共三十三页天冬氨酸天冬氨酸中间产物中间产物中间产物中间产物高丝氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸 赖氨酸赖氨酸天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶抑制抑制苏氨酸苏氨酸 赖氨酸赖氨酸黄色短杆菌合成赖氨酸的途径黄色短杆菌合成赖氨酸的途径高丝氨酸高丝氨酸脱氢酶脱氢酶本讲稿第三十三页，共三十三页