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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1页，讲稿共113张，创作于星期一第一节第一节 微生物细胞的调节机制微生物细胞的调节机制第2页，讲稿共113张，创作于星期一一、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3页，讲稿共113张，创作于星期一第4页，讲稿共113张，创作于星期一第5页，讲稿共113张，创作于星期一二、关键酶二、关键酶是参与代谢调节的酶的总称。作为一个
2、反应的限速是参与代谢调节的酶的总称。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支柱，不论对代谢流的质和量都起着制约纽之处形成支柱，不论对代谢流的质和量都起着制约作用。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6页，讲稿共113张，创作于星期一三、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。是分子结构的改变来调节其催化反应的
3、速率。是微生物饥饿情况下的一种经济的调节模式，比微生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。酶的合成迅速及时而有效。第7页，讲稿共113张，创作于星期一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、离子强度和辅助因子等）以及其它酶的存在都有可能激活和辅助因子等）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8页，讲稿共113张，创作于星期一（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
4、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酶活活性性的物质称为激活剂。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9页，讲稿共113张，创作于星期一第10页，讲稿共113张，创作于星期一 （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
5、；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逆的的，而而且且大多属于反馈抑制。大多属于反馈抑制。第11页，讲稿共113张，创作于星期一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子结构的改变）分子结构的改变）（3）其它调节机制）其它调节机制第12页
6、，讲稿共113张，创作于星期一（一）别构（变构）酶调节（一）别构（变构）酶调节 别别构构（变变构构）效效应应是是指指一一种种小小分分子子物物质质与与一一种种蛋蛋白白质质分分子子发发生生可可逆逆的的相相互互作作用用，导导致致这这种种蛋蛋白白质质的的构构象象发发生生改改变变，从从而而改改变变这这种种蛋蛋白白质质与与第第三三种种分分子子的的相相互互作作用用。变变构构蛋蛋白白质质是是表表现现变变构构效效应应的的蛋蛋白白（例例如如阻阻遏遏蛋蛋白白），具有变构作用的酶称为变构酶。具有变构作用的酶称为变构酶。第13页，讲稿共113张，创作于星期一1、别构（变构）酶的结构和特性：、别构（变构）酶的结构和特性：
7、（1 1）别别别别构构构构酶酶酶酶是是是是含含含含多多多多个个个个亚亚亚亚基基基基的的的的四四四四级级级级结结结结构构构构的的的的蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质（一一一一般般般般为为为为四四四四聚聚聚聚体体体体），亚亚亚亚基基基基的的的的结结结结构构构构和和和和功功功功能能能能可可可可以以以以相相相相同同同同，也也也也可可可可以以以以不同。不同。不同。不同。（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
8、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 3）每每个个别别构构酶酶的的分分子子可可以以结结合合一一个个或或多多个个配配体体（底底物物或或效效应应物物）理理论论上上结结合合底底物物的的最最大大数数目目与与催催化化中中心心的的数数目目相相等等。结结合合效效应应物物的的最最大大数数目目应应与调节中心的数目相等。与调节中心的数目相等。第14页，讲稿共113张，创作于星期一2、别构（变构）酶的作用程序：、别构（变构）酶的作用程
9、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15页，讲稿共113张，创作于星期一3、变构酶活性调节类型（模型）、变构酶活性调节类型（模型）（1 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）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)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16页，讲稿共113张，创作于星期一4、变构酶的反应动力学性质、变构酶的反应动力学性质 变变构构酶酶的的反反应应动动力力学
10、学不不同同于于普普通通酶酶的的，它它不不符合米氏动力学方程式。符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的关系为：V=V=（V VmaxmaxSS）/（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：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=V=（V VmaxSS）n/（K Kmm+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
11、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17页，讲稿共113张，创作于星期一 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18页，讲稿共113张，创作于星期一 变变构构酶酶的的反反应应速速度度与与底底物物浓浓度度
12、（或或变变构构抑抑制制剂剂的的浓浓度度）的的关关系系曲曲线线呈呈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
13、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发生影响的阈值。这在代谢控制上具有很大的生理意义。度发生影响的阈值。这在代谢控制上具有很大的生理意义。度发生影响的阈值。这在代谢控制上具有很大的生理意义。度发生影响的阈值。这在代谢控制上具有很大的生理意义。第19页，讲稿共113张，创作于星期一5、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
14、影响异亮氨酸和苏氨酸对苏氨酸脱氨酶活性的影响 第20页，讲稿共113张，创作于星期一6、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，不不丧丧失失酶酶活活性性而而失失去去了对变构效应物的敏感性，称为脱敏作用。了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低低低低温温温温处处处处理理理理、化化化化学学学学试试试试剂剂剂剂（汞汞汞汞盐盐盐盐、对对对对氯氯氯氯汞汞汞汞苯苯苯苯甲甲甲甲酸酸酸酸（PCMBPCMB）、尿尿素素等等）、透透析析、X X
15、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、pHpH的的的的改变等等。改变等等。改变等等。改变等等。第21页，讲稿共113张，创作于星期一（1 1）使变构酶解聚：）使变构酶解聚：可可可可利利利利用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节功能。调节功能。调节功能。调节功能。（2 2）基因突变：）基因突变：
16、）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，如诱变育种获得敏，如诱变育种获得抗类似物突变株抗类似物突变株抗类似物突变株抗类似物突变株中多发生这中多发生这中多发生这中多发生这种变化，在氨基酸的核苷酸发酵育种上，已作为突破种变化，在氨基酸的核苷酸发酵育种上，已作为突破种变化，在氨基酸的核苷酸发酵育种上，已作为突破种变化，在氨基酸的核苷酸发酵育种上，已作为突破微生物代谢控制的一个重要手段利用。微生物代谢控制的一个重要手段利用。微生物代谢控制的一个重要手段利用。微生物代谢控制的一个重要手段利用。第22页，讲稿共113张，创作于星期一7、变构酶调节
17、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
18、（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）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
19、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，酶酶酶酶反反反反应应应应速速速速率率率率的的的的提高加快）这种现象称为正协调作用。提高加快）这种现象称为正协调作用。提高加快）这种现象称为正协调作用。提高加快）这种现象称为正协调作用。第23页，讲稿共113张，创作于星期一（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
20、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酶脱敏（即对效应物不再敏感），但保留其催化活性。使酶脱敏（即对效应物不再敏感），但保留其催化活性。使酶脱敏（即对效应物不再敏感），但保留其催化活性。使酶脱敏（即对效应物不再敏感），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
21、（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
22、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24页，讲稿共113张，创作于星期一 影响酶活性的调节方式影响酶活性的调节方式第25页，讲稿共113张，创作于星期一第26页，讲稿共113张，创作于星期一第27页，讲稿共113张，创作于星期一第28页，讲稿共113张，创作于星期一3、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
23、一个多价变构酶产生部分反馈抑制（某对共同途径的一个多价变构酶产生部分反馈抑制（某个百分比抑制），并且各终产物的反馈抑制作用互不个百分比抑制），并且各终产物的反馈抑制作用互不影响，指既无协作也无对抗。当多种终产物同时过剩影响，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作用是累积的。例如时它们的反馈抑制作用是累积的。例如E.ColiE.Coli中的谷中的谷氨酰胺合成酶（氨酰胺合成酶（GInSGInS）受）受）受）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29页，讲稿共113张，创作于星期一图23 谷氨酰胺合成酶的积累反馈抑制第30页，讲
24、稿共113张，创作于星期一第31页，讲稿共113张，创作于星期一第32页，讲稿共113张，创作于星期一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33页，讲稿共113张，创作于星期一第34页，讲稿共113张，创作于星期一例如：例如：E.codi中中Asp族氨酸合成途径中族氨酸合成途径中AK为三为三个同功酶，个同功酶，HD为两个同功酶。为两个同功酶。第35页，讲稿共113张，创作于星期一第36页，讲稿共113张，创作于星期一 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
25、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37页，讲稿共113张，创作于星期一四、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生生生恒恒恒恒定定定定数数数数量的酶。量的酶。量的酶。量的酶。适
26、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
27、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因因因水平的调节。水平的调节。水平的调节。水平的调节。第38页，讲稿共113张，创作于星期一1、诱导作用（酶合成的诱导作用）、诱导作用（酶合成的诱导作用）是是是是指指指指培培培培养养养养基基基基中中中中某某某某种种种种基基基基质质质质与与与与微微微微生生生生物物物物接接接接触触触触而而而而增增增增加加加加（诱诱诱诱导导导导）细细细细胞胞胞胞中中中中相相相相应应应应酶酶酶酶的的的的合合合合成成成成速速速速率率率率。诱诱诱诱导导导导的的的的生生生生理理理理作作作作用用用用是是是是可可可可
28、以以以以保保保保证证证证能能能能量量量量与与与与氨氨氨氨基基基基酸酸酸酸不不不不浪浪浪浪费费费费，不不不不把把把把它它它它们们们们用用用用于于于于合合合合成成成成那那那那些些些些暂时无用的酶上，只有在需要时细胞才迅速合成它们。暂时无用的酶上，只有在需要时细胞才迅速合成它们。暂时无用的酶上，只有在需要时细胞才迅速合成它们。暂时无用的酶上，只有在需要时细胞才迅速合成它们。第39页，讲稿共113张，创作于星期一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
29、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
30、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
31、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，还还还还必必必必须须须须有有有有调调调调节基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。节基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。节基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。节基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。（一）诱导机制（操纵子转录）（一）诱导机制（操纵子转录）第40页，讲稿共113张，创作于星期一(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（
32、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41页，讲稿共113张，创作于星期一n n乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子乳糖操纵子（1 1）酶合成的负诱导机制）酶合成的负诱导机制）酶合成的负诱导机制）酶合成的负诱导机制第42页，讲稿共113张，创作于星期一n n无诱导物时无诱导物时无诱导物时无诱导物时第43页，讲稿共113张，创作于星期一n n有诱导物时有诱导物时有诱导物时有诱导物时第44页，讲稿共113张，创作于星期一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45页，讲稿共113张，创作于星期一（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46页，讲稿
33、共113张，创作于星期一（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
34、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
35、组成型突变株。第47页，讲稿共113张，创作于星期一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筛选。在诱导物为限制性基质的恒化器中筛选。在诱导物为限制性基质的恒化器中筛选。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
36、抑制剂。5.5.5.5.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。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48页，讲稿共113张，创作于星期一2 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49页，讲稿共113张，创作于星期一阻遏的类型阻遏的类型阻遏的类型阻遏的类型第50页，讲稿共113张，创作于星期一第51页，讲稿共113张，创作于星期一第5
37、2页，讲稿共113张，创作于星期一第53页，讲稿共113张，创作于星期一 实实 例例 (1 1)转录的负控阻遏转录的负控阻遏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54页，讲稿共113张，创作于星期一trp operontrp 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55页，讲稿共113张，创作于星期一3 3、分解代谢物阻遏（、分解代谢物阻遏（catabolitic repression）调
38、控调控 第56页，讲稿共113张，创作于星期一（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）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
39、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57页，讲稿共113张，创作于星期一（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58页，讲稿共113张，创作于星期一(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.opern中中中中的的的的启启启启动动动动基基基基因因因因P P包包包包含含含含两两两两个个个个位位
40、位位点点点点：A A，与与与与CRPCRP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CRP或或或或CAP结合点。结合点。结合点。结合点。B 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59页，讲稿共113张，创作于星期一 (2)(2)转录开始时，转录开始时，转录开始时，转录开始时，cAMPcAMP先与先与CRPCRP或结合生成或结合生成或结合生成或结合生成cAMP-cAMP-CRP CRP复合物。复合物。复合物。复合物。
41、(3)CRP-cAMP(3)CRP-cAMP复合物再与复合物再与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CRPCRP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。的阻遏。的阻遏。第60页，讲稿共113
42、张，创作于星期一（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
43、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
44、酸环化酶和磷酸二酯酶的相对活性有关。第61页，讲稿共113张，创作于星期一 若若若若C C C CRPRP基因失活的突变株，就不能诱导任何分解代谢基因失活的突变株，就不能诱导任何分解代谢基因失活的突变株，就不能诱导任何分解代谢基因失活的突变株，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长。物阻遏系统酶的合成，因而只能在易被利用的基质上生长。物阻遏系统酶的合成，因而只能在易被利用的基质上生长。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，那么若腺苷酸环化酶丧失的突变株，那么若腺苷酸环化酶丧失的突变株，那么若腺苷酸环化酶丧失的突变株，那
45、么cAMP水平下降，那水平下降，那水平下降，那水平下降，那么就不能在受阻遏的碳源（如甘油、乳糖、蔗糖）等上生么就不能在受阻遏的碳源（如甘油、乳糖、蔗糖）等上生么就不能在受阻遏的碳源（如甘油、乳糖、蔗糖）等上生么就不能在受阻遏的碳源（如甘油、乳糖、蔗糖）等上生长，但它和长，但它和长，但它和长，但它和CRPCRP缺陷突变株不同，外源加入缺陷突变株不同，外源加入缺陷突变株不同，外源加入缺陷突变株不同，外源加入cAMPcAMP还是还是有效的。有效的。第62页，讲稿共113张，创作于星期一(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）可能）可能）可能）可能是由于葡萄糖分解过程中的
46、某些中间产物抑制了是由于葡萄糖分解过程中的某些中间产物抑制了是由于葡萄糖分解过程中的某些中间产物抑制了是由于葡萄糖分解过程中的某些中间产物抑制了细胞内细胞内细胞内细胞内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可能是这种中间产物激活了可能是这种中间产物激活了cAMPcAMP的分解。的分解。的分解。的分解。第63页，讲稿共113张，创作于星期一（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64页，讲稿共113张，创作于星期一（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 1、
47、生产培养基内不使用阻遏性碳源，将有利于对分解代谢、生产培养基内不使用阻遏性碳源，将有利于对分解代谢、生产培养基内不使用阻遏性碳源，将有利于对分解代谢、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。物阻遏敏感酶的生产。物阻遏敏感酶的生产。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，或缓慢补入诱、可利用一种不能代谢的诱导物的类似物，或缓慢补入诱、可利用一种不能代谢的诱导物的类似物，或缓慢补入诱、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物来增加酶的导物或使用只能缓慢代谢的诱导物的衍生物来增加酶的导物或使用只能缓慢代
48、谢的诱导物的衍生物来增加酶的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。生产。生产。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）分解代谢阻遏的突变株。第65页，讲稿共113张，创作于星期一五、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
49、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合合合，当当当当然然然然与与与与此此此此相相相相反反反反为为为为酶酶酶酶活性的激活。活性的激活。活性的激活。活性的激活。反反反反馈馈馈馈阻阻阻阻遏遏遏遏（feedback feedback repr
50、essionrepression）：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境