1、p微生物代谢的类型和酶微生物代谢的类型和酶p 分解代谢及产能代谢分解代谢及产能代谢p 合成代谢与耗能代谢合成代谢与耗能代谢p 代谢与微生物的鉴定代谢与微生物的鉴定p 微生物的代谢调节微生物的代谢调节与与发酵生产发酵生产p 初级代谢与次级代谢初级代谢与次级代谢内容提要内容提要n代谢类型代谢类型物质代谢与能量代谢物质代谢与能量代谢初级代谢与次级代谢初级代谢与次级代谢分解代谢与合成代谢分解代谢与合成代谢n酶的类型酶的类型胞外酶和胞内酶胞外酶和胞内酶诱导酶和组成酶诱导酶和组成酶氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶、合成酶异构酶、合成酶大分子物质的生物降解大分子
2、物质的生物降解分解代谢淀粉的水解淀粉的水解天然纤维素短链纤维葡萄糖纤维二糖纤维寡糖纤维二糖葡萄糖 -葡萄糖苷酶酶I酶II纤维寡糖 -纤维素的水解纤维素的水解生物氧化生物氧化底物脱氢的途径底物脱氢的途径ATPATPATPATPNAD+NADH底物脱氢的途径1： EMP途径EMPEMP途径特点：途径特点：l葡萄糖分子经转化成葡萄糖分子经转化成1 1，6 6二磷酸果糖后，在二磷酸果糖后，在醛缩酶醛缩酶的催化下，裂解成两个三碳化合物分子，的催化下，裂解成两个三碳化合物分子，即磷酸二羟丙酮和即磷酸二羟丙酮和3-3-磷酸甘油醛。磷酸甘油醛。3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛被进一步氧化生成被进一步氧化生成2 2
3、分子丙酮酸。分子丙酮酸。l1 1分子葡萄糖分子葡萄糖可降解成可降解成2 2分子分子3-3-磷酸甘油醛，并磷酸甘油醛，并消耗消耗2 2分子分子ATPATP。2 2分子分子3-3-磷酸甘油醛被氧化生成磷酸甘油醛被氧化生成2 2分子丙酮酸，分子丙酮酸，2 2分子分子NADH2NADH2和和4 4分子分子ATPATP。l想想想想1 1分子葡萄糖经过分子葡萄糖经过EMPEMP净生成几分子净生成几分子ATP?ATP?EMPEMP途径作用：途径作用：n 供应供应ATP形式的能量和形式的能量和NADH2形式的还原力形式的还原力n连接连接TCA、HMP、ED等途径的桥梁等途径的桥梁n为生物合成提供多种中间代谢物
4、为生物合成提供多种中间代谢物n通过逆向反应进行多糖合成通过逆向反应进行多糖合成n与乙醇、乳酸、甘油、丙酮的发酵生产密切相关与乙醇、乳酸、甘油、丙酮的发酵生产密切相关HMP是一条葡萄糖不经是一条葡萄糖不经EMP途径和途径和TCA循环途径而循环途径而得到得到彻底氧化彻底氧化，并能产生大量，并能产生大量NADPH+H+形式的还原形式的还原力和多种中间代谢产物的代谢途径力和多种中间代谢产物的代谢途径1. 葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖葡萄糖经过几步氧化反应产生核酮糖-5-磷酸和磷酸和CO22. 核酮糖核酮糖-5-磷酸发生同分异构化或表异构化而分别产磷酸发生同分异构化或表异构化而分别产生核糖生核糖-5
5、-磷酸和木酮糖磷酸和木酮糖-5-磷酸磷酸3.上述各种戊糖磷酸在无氧参与的情况下发生碳架重上述各种戊糖磷酸在无氧参与的情况下发生碳架重排，产生己糖磷酸和丙糖磷酸排，产生己糖磷酸和丙糖磷酸底物脱氢的途径2：HMP途径 6 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+12NADP+6H2O 5 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸+12NADPH+12H+6CO2+Pi HMP途径的总反应途径的总反应HMP途径的重要意义途径的重要意义n为为核苷酸和核酸的生物合成核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖提供戊糖-磷酸。磷酸。n产生大量产生大量NADPH2，一方面为脂肪酸、固醇等物，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提供质的合成提供还原力还
6、原力，另方面可通过呼吸链产生大，另方面可通过呼吸链产生大量的能量。量的能量。n与与EMP途径在果糖途径在果糖-1，6-二磷酸和甘油醛二磷酸和甘油醛-3-磷酸磷酸处连接，可以调剂戊糖供需关系。处连接，可以调剂戊糖供需关系。n途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨芳香族氨基酸合成、碱基合成、及多糖合成基酸合成、碱基合成、及多糖合成。n 途径中存在途径中存在37碳的糖，使具有该途径微生物的碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利用的碳源谱更为更为广泛。所能利用利用的碳源谱更为更为广泛。n 通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核通过该途径可产生许多种重要的发酵产
7、物。如核苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。等。n HMP途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活动对其中间产物的需要量相关。胞代谢活动对其中间产物的需要量相关。n又称又称2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡糖酸（磷酸葡糖酸（KDPG）裂解）裂解途径。途径。n1952年在年在Pseudomonas saccharophila中发中发现，后来证明存在于多种细菌中现，后来证明存在于多种细菌中（革兰氏阴性（革兰氏阴性菌中分布较广）菌中分布较广）。 ED途径可不依赖于途径可不依赖于EMP和和HMP途径而单
8、独存在途径而单独存在，是少数缺乏完整是少数缺乏完整EMP途途径的微生物的一种替代途径，未发现存在于其径的微生物的一种替代途径，未发现存在于其它生物中。它生物中。底物脱氢的底物脱氢的途径途径3： ED途径途径ED途径的特点途径的特点n葡萄糖经葡萄糖经EDED途径总的途径总的结果是结果是1 1分子葡萄糖产生分子葡萄糖产生2 2分子分子丙酮酸，丙酮酸，1 1分子分子ATPATP。反应步骤简单，产能效率低反应步骤简单，产能效率低. .nED途径的特征反应是途径的特征反应是关键中间代谢物关键中间代谢物2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡萄糖酸（磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和）裂解为丙酮酸和3-磷酸
9、甘油磷酸甘油醛。醛。ED途径的特征酶是途径的特征酶是KDPG醛缩酶醛缩酶.n 此途径此途径可与可与EMP途径、途径、HMP途径和途径和TCA循环相连接，循环相连接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢物的需要。代谢物的需要。好氧时与好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行循环相连，厌氧时进行乙醇发酵乙醇发酵.n存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一些细菌中。些细菌中。n进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它不能够将磷酸己糖裂解为不能够将磷酸己糖裂解为
10、2个三碳糖。个三碳糖。n磷酸酮解酶途径有两种：磷酸酮解酶途径有两种：磷酸戊糖酮解途径（磷酸戊糖酮解途径（PPK）途径）途径 磷酸己糖酮解途径（磷酸己糖酮解途径（PHK）途径）途径 底物脱氢的途径4：PK途径 葡萄糖葡萄糖 6-P-葡萄糖葡萄糖6-P-葡萄糖酸葡萄糖酸 5 -P-核酮糖核酮糖 5 -P-木酮糖木酮糖3 -P-甘油醛甘油醛 丙酮酸丙酮酸乙酰磷酸乙酰磷酸乙酰乙酰CoA 乙醛乙醛ATPNADH+H+CO2乳酸乙醇异构化作用异构化作用NADH+H+磷酸戊糖酮解酶磷酸戊糖酮解酶CoAPi2ADP+Pi2ATP-2H-2H-2HNAD+NADH+H+磷酸戊糖酮解途径的特点磷酸戊糖酮解途径的特
11、点:分解分解1分子葡萄糖只产生分子葡萄糖只产生1分子分子ATP，相当于，相当于EMP途径的一半途径的一半;几乎产生等量的乳酸、乙醇和几乎产生等量的乳酸、乙醇和CO2 2葡萄糖葡萄糖 2葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸6-磷酸果糖磷酸果糖 6-磷酸磷酸-果糖果糖4-磷酸磷酸-赤藓糖赤藓糖 乙酰磷酸乙酰磷酸2木酮糖木酮糖-5-磷酸磷酸2甘油醛甘油醛 -3-磷酸磷酸 2乙酰磷酸乙酰磷酸2乳酸乳酸2乙酸乙酸乙酸乙酸磷酸己糖解酮酶磷酸己糖解酮酶磷酸磷酸戊戊糖解酮酶糖解酮酶逆逆HMP途径途径同同EMP乙酸激酶乙酸激酶磷酸己糖酮解途径的特点磷酸己糖酮解途径的特点有两个磷酸酮解酶参加反应；有两个磷酸酮解酶参加反应；
12、在没有氧化作用和脱氢作用的参与下，在没有氧化作用和脱氢作用的参与下，2分子葡萄糖分解分子葡萄糖分解为为3分子乙酸和分子乙酸和2分子分子3-磷酸磷酸-甘油醛，甘油醛， 3-磷酸磷酸-甘油醛在脱氢甘油醛在脱氢酶的参与下转变为乳酸；乙酰磷酸生成乙酸的反应则与酶的参与下转变为乳酸；乙酰磷酸生成乙酸的反应则与ADP生成生成ATP的反应相偶联；的反应相偶联；每分子葡萄糖产生每分子葡萄糖产生2.5分子的分子的ATP；许多微生物（如双歧杆菌）的异型乳酸发酵即采取此方许多微生物（如双歧杆菌）的异型乳酸发酵即采取此方式。式。发酵发酵发酵（fermentation）n广义的广义的“发酵发酵”是指利用微生物生产有用代
13、谢产物的一种是指利用微生物生产有用代谢产物的一种生产方式；生产方式；n狭义的狭义的“发酵发酵”是指在是指在无外源电子受体无外源电子受体的条件下，微生物的条件下，微生物细胞将有细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物化的某种中间产物，同时，同时释放能量释放能量并产生各种不同代谢产并产生各种不同代谢产物的过程。物的过程。n在发酵条件下有机化合物只是在发酵条件下有机化合物只是部分地被氧化部分地被氧化，因此，只释，因此，只释放出放出一小部分的能量一小部分的能量。发酵过程的氧化是与有机物的还原。发酵过程的氧化是与有机物的还原偶联在一起的
14、。被还原的有机物来自于初始发酵的分解代偶联在一起的。被还原的有机物来自于初始发酵的分解代谢，即谢，即不需要外界提供电子受体不需要外界提供电子受体。 微生物能以好多种有机物作为发酵基质，但它以大都能转化成葡萄糖或葡萄糖的中间代谢产物而被微生物利用。 根据代谢产物和代谢途径不同，有各种不同的 人发酵类型，以下几种发酵最重要研究得最清楚 乙醇发酵 乳酸发酵 混合酸发酵 丙酮丁醇发酵 丁酸发酵GEMP 2丙酮酸 2乙醛 2乙醇丙酮酸脱羧酶C6H12O6 2C2H5OH2CO2 2ATP由EMP途径途径中丙酮酸出发的发酵 （酵母菌乙醇发酵） 参与微生物：酵母菌 酒精发酵ATPATPATPATPNAD+N
15、ADH乙醇乙醇乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶乙醛乙醛酵母菌乙醇发酵应严格控制三个条件 厌氧 不含NaHSO3 PH小于7.6通过ED途径进行的乙醇发酵 （细菌的乙醇发酵）参与微生物 ：运动发酵单孢菌发酵途径：ED途径 反应式：C6H12O62C2H5OH+2CO2+ATP乙醇发酵特点 发酵基质氧化不彻底，发酵结果仍结果有机物 酶体系不完全，只有脱氢E，没有氧化酶。 产生能量少，酵母乙醇发酵净产2ATP，细菌1ATP。也就是丙酮酸直接接受糖酵解过程中脱下H使之还原成乙醇的过程 。乳酸发酵 指乳酸菌将指乳酸菌将G分解产生的丙酮酸逐渐还原成分解产生的丙酮酸逐渐还原成乳酸的过程。乳酸的过
16、程。n两种类型：两种类型：同型乳酸发酵同型乳酸发酵 异型乳酸发酵异型乳酸发酵n细菌积累乳酸的过程细菌积累乳酸的过程 是典型的乳酸发酵。我们熟悉是典型的乳酸发酵。我们熟悉的牛奶变酸，生产酸奶，渍酸菜，泡菜，青贮饲料的牛奶变酸，生产酸奶，渍酸菜，泡菜，青贮饲料都是乳酸发酵都是乳酸发酵n进行乳酸发酵的都是细菌进行乳酸发酵的都是细菌：如短乳杆菌，乳链球菌：如短乳杆菌，乳链球菌等等同型乳酸发酵同型乳酸发酵在糖的发酵中在糖的发酵中，产物只有乳酸产物只有乳酸的发酵称为同型乳酸的发酵称为同型乳酸发酵发酵，青贮饲料中的乳链球菌发酵即为此类型。青贮饲料中的乳链球菌发酵即为此类型。GPEPC3H6O3过 程：反应式
17、：C6H12O6+2ADP+Pi 2C3H6O3+2ATP关键酶：乳酸脱氢酶关键酶：乳酸脱氢酶ATPATPATPATPNAD+NADH乳酸乳酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶Lactococcus lactisLactobacillus plantarum异型乳酸发酵（通过异型乳酸发酵（通过PK途径）途径）发酵产物除乳酸外还有乙醇与发酵产物除乳酸外还有乙醇与CO2。青贮饲料中短乳杆菌发酵即为异型乳酸发酵。青贮饲料中短乳杆菌发酵即为异型乳酸发酵。异型乳酸发酵结果异型乳酸发酵结果：1分子分子G生成乳酸生成乳酸，乙醇乙醇，CO2各各1分子分子北方渍酸菜，南方泡菜是常见的乳酸发酵北方渍酸菜，南方泡菜是常见的乳酸发
18、酵 。乳酸发酵细菌不破坏植物细胞，只利用植物分泌物生长繁殖。乳酸发酵细菌不破坏植物细胞，只利用植物分泌物生长繁殖。 葡萄糖葡萄糖 6-P-葡萄糖葡萄糖6-P-葡萄糖酸葡萄糖酸 5 -P-核酮糖核酮糖 5 -P-木酮糖木酮糖3 -P-甘油醛甘油醛 丙酮酸丙酮酸乙酰磷酸乙酰磷酸乙酰乙酰CoA 乙醛乙醛ATPNADH+H+CO2乳酸乙醇异构化作用异构化作用NADH+H+磷酸戊糖酮解酶磷酸戊糖酮解酶CoAPi2ADP+Pi2ATP-2H-2H-2HNAD+NADH+H+类型途径产物产能/葡萄糖菌种代表同型EMP2乳酸2ATPLactobacillus debruckii异型 HMP(PK)1乳酸1乙醇
19、1CO21ATPLeuconostoc mesenteroides同型乳酸发酵与异型乳酸发酵的比较同型乳酸发酵与异型乳酸发酵的比较呼呼 吸吸有氧呼吸n 存在于细胞膜上存在于细胞膜上n 呼吸链中的氧还载体取代性强，如呼吸链中的氧还载体取代性强，如CoQCoQ可被可被MKMK取代取代n 呼吸链中的氧还载体的数量在不同的种间，不同的呼吸链中的氧还载体的数量在不同的种间，不同的环境条件下可增可减环境条件下可增可减n 有分支呼吸链的存在，表现在来自不同的底物的还有分支呼吸链的存在，表现在来自不同的底物的还原力进入呼吸链时有不同的分支，不同的微生物细胞原力进入呼吸链时有不同的分支，不同的微生物细胞色素系统
20、有别色素系统有别原核生物呼吸链的特点原核生物呼吸链的特点自养微生物的有氧呼吸自养微生物的有氧呼吸 还原CO2时ATP和H的来源CO2NH4+, NO2-, H2S, S 顺呼吸链传递(最初能源) 耗H产ATP 逆呼吸链传递S,H2,Fe2+ NAD(P)H2（无机氢供体） 耗ATP产H CH2OATP硝化细菌的能量代谢硝化细菌的能量代谢（氨的氧化）（氨的氧化）NH3 NO2亚硝酸菌NO2 NO3硝 酸 菌NH3+1.5 O2 NO2 +H2O + H+ + 65.1 NO2-+0.5O2 NO3 + 18.12e -细胞色素a 1细胞色素a30.5O2+2H+H2O硫细菌的硫细菌的 能量代谢（
21、硫的氧化）能量代谢（硫的氧化）H2S + 0.5 O2 S + H2O + 能量能量S+1.5 O2 + H2O SO4 +2H+ 能量能量铁的氧化铁的氧化 氢细菌的氢细菌的 能量代谢（氢的氧化）能量代谢（氢的氧化）H2+0.5 O2 H2O + 能量用途:用于生产单细胞蛋白无氧呼吸无氧呼吸 硝酸盐呼吸硝酸盐呼吸 硫硫酸酸盐盐呼呼吸吸碳酸盐呼吸（甲烷生成作用）碳酸盐呼吸（甲烷生成作用） 甲烷细菌能在氢等物质的氧化过程中甲烷细菌能在氢等物质的氧化过程中，把把CO2还还原成甲烷原成甲烷，这就是碳酸盐呼吸又称甲烷生成作用。这就是碳酸盐呼吸又称甲烷生成作用。 CO2+4H2CH4+2H2O+ATP产能
22、代谢产能代谢能量转化底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)氧化磷酸化(oxidative phosphorylation)光合磷酸化( photophosphorylation)细胞物质的合成氨基酸的合成核酸的生物合成糖类的合成（单糖、寡糖、多糖）蛋白质的合成脂类的合成n热原热原 系指能引起恒温动物体温异常升高的致热物质。它包括细菌性热原、内源性高分子热原、内源性低分子热原及化学热原等。这里所指的“热原”，主要是指细菌性热原，是某些细菌的代谢产物、细菌尸体及内毒素。致热能力最强的是革兰氏阴性杆菌的产物，其次是革兰阳性杆菌类，革兰阳性球菌则较弱，霉菌、酵
23、母菌、甚至病毒也能产生热原。 LPS121，20min不被破坏 250，30min 或180、4h被破坏。微生物合成代谢的特殊产物微生物合成代谢的特殊产物n毒素毒素 n细菌素细菌素l 细菌产生的一种抗生代谢产物，对同源种或近似细菌产生的一种抗生代谢产物，对同源种或近似种才有拮抗作用；种才有拮抗作用；l 蛋白质是主要成分；蛋白质是主要成分；l 有一定的作用机制（杀菌模式）；有一定的作用机制（杀菌模式）；l 由质粒控制。由质粒控制。代谢调节在发酵工业中的应用代谢调节在发酵工业中的应用n应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节（1）对于直线式代谢途径：选育营养缺陷）对
24、于直线式代谢途径：选育营养缺陷性突变株只能积累中间代谢产物性突变株只能积累中间代谢产物 A a B b C c D d E 末端产物末端产物E对生长乃是必需的，所以，应在培养基中限量供给对生长乃是必需的，所以，应在培养基中限量供给E，使之足以维持菌株生长，但又不至于造成反馈调节（阻遏或抑制），使之足以维持菌株生长，但又不至于造成反馈调节（阻遏或抑制），这样才能有利于菌株积累中间产物这样才能有利于菌株积累中间产物C 。(2) 分支代谢途径：情况较复杂，可利分支代谢途径：情况较复杂，可利用营养缺陷型克服协同或累加反馈抑制用营养缺陷型克服协同或累加反馈抑制积累末端产物，亦可利用双重缺陷发酵积累末端产
25、物，亦可利用双重缺陷发酵生产中间产物生产中间产物A B CDEFGn应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节l 抗反馈控制突变株抗反馈控制突变株是指对反馈抑制不敏感或是指对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性，或两者兼有之的菌株。对阻遏有抗性，或两者兼有之的菌株。l 抗反馈控制突变株可以从终产物结构类似物抗性抗反馈控制突变株可以从终产物结构类似物抗性突变株和营养缺陷性回复突变株中获得。突变株和营养缺陷性回复突变株中获得。目标产物结构类似物赖氨酸S-（2氨基乙基）-L半胱氨酸-(AEC)苏氨酸-氨基-羟基戊酸（AHV)异亮氨酸乙硫氨酸精氨酸D-精氨酸苯丙氨酸对氟苯丙氨酸天冬氨
26、酸高丝氨酸 苏氨酸 甲硫氨酸 赖氨酸指反馈抑制指反馈阻遏天冬氨酸- P天冬氨酸半醛123B.Flavum 抗性菌株抗性菌株高产苏氨酸的代谢调节高产苏氨酸的代谢调节生物素生物素生物素是乙酰生物素是乙酰-CoA 羧化酶的辅基羧化酶的辅基乙酰乙酰-CoA 羧化酶羧化酶 脂肪酸脂肪酸生物素生物素 磷脂磷脂 膜透性膜透性 调节调节青霉素青霉素1.1.用生理学手段用生理学手段 直接抑制膜的合成或使膜受缺损直接抑制膜的合成或使膜受缺损 n 控制细胞膜的渗透性控制细胞膜的渗透性2. 2. 利用膜缺损突变株利用膜缺损突变株 油酸缺陷型、甘油缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型 n如如:用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过
27、程中，用谷氨酸生产菌的油酸缺陷型，培养过程中，有限制地添加油酸，合成有缺损的膜，使细胞膜有限制地添加油酸，合成有缺损的膜，使细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸产量。发生渗漏而提高谷氨酸产量。n 甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌甘油缺陷型菌株的细胞膜中磷脂含量比野生型菌株低，易造成谷氨酸大量渗漏。应用甘油缺陷型株低，易造成谷氨酸大量渗漏。应用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸过量的情况下，也可菌株，就是在生物素或油酸过量的情况下，也可以获得大量谷氨酸。以获得大量谷氨酸。 微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞水平的代谢调节能力超过高等生物。强，细胞
28、水平的代谢调节能力超过高等生物。 成因：细胞体积小，所处环境多变。举例：大肠杆成因：细胞体积小，所处环境多变。举例：大肠杆菌细胞中存在菌细胞中存在2500种蛋白质，其中千种是催化正常新陈种蛋白质，其中千种是催化正常新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只能容纳代谢的酶。每个细菌细胞的体积只能容纳10万个蛋白质万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到分子，所以每种酶平均分配不到100个分子。如何解决个分子。如何解决合成与使用效率的经济关系？合成与使用效率的经济关系？ 解决方式：解决方式：组成酶组成酶（constitutive enzyme）经常以高）经常以高浓度存在，其它酶都是浓度存在，其它酶都是诱导酶
29、诱导酶（inducible enzyme），在），在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细胞总底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细胞总蛋白含量的蛋白含量的10%。 微生物自我调节代谢的方式微生物自我调节代谢的方式1. 控制营养物质透过细胞膜进入细胞控制营养物质透过细胞膜进入细胞如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合成迟效碳源或氮源的运输系统与分解该物质的酶系统。2. 通过酶的定位控制酶与底物的接触通过酶的定位控制酶与底物的接触n真核微生物酶定位在相应细胞器上；细胞器各自行真核微生物酶定位在相应细胞器上；细胞器各自行使某种特异的功能。使某种特异的功能。 n原核微生物在细胞内划分
30、区域集中某类酶行使功能原核微生物在细胞内划分区域集中某类酶行使功能l与呼吸产能代谢有关的酶位于膜上；与呼吸产能代谢有关的酶位于膜上； l蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上；蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上； l同核苷酸吸收有关的酶在同核苷酸吸收有关的酶在G-菌的周质区。菌的周质区。3. 控制代谢物流向控制代谢物流向l 可逆反应途径由同种酶催化，可由不同辅基或辅酶控制代可逆反应途径由同种酶催化，可由不同辅基或辅酶控制代谢物流向：如谢物流向：如: 两种两种Glu脱氢酶：以脱氢酶：以NADP为辅基为辅基 Glu合成合成 以以NAD为辅基为辅基 Glu分解分解 l 通过调节通过调节酶的活性酶的活性或或酶
31、的合成量酶的合成量 关键酶关键酶: 某一代谢途径中的第一个酶或分支点后的第一个某一代谢途径中的第一个酶或分支点后的第一个酶。酶。 粗调：调节酶的合成量粗调：调节酶的合成量 细调：调节现有酶分子的活性细调：调节现有酶分子的活性l 通过调节产能代谢速率。通过调节产能代谢速率。4.酶活力的调节酶活力的调节变构酶理论：变构酶理论： 变构酶为一种变构蛋白，酶分子空间构象的变化变构酶为一种变构蛋白，酶分子空间构象的变化 影影响酶活。其上响酶活。其上具有两个以上立体专一性不同的接受具有两个以上立体专一性不同的接受部位，一个是活性中心，另一个是调节中心。部位，一个是活性中心，另一个是调节中心。活性位点活性位点
32、:与底物结合与底物结合变构位点变构位点:与与抑制剂结合抑制剂结合,构象变化构象变化,不能与底物结合不能与底物结合 与与激活剂结合激活剂结合, 构象变化构象变化,促进与底物结合促进与底物结合 1、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反应可被较、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反应可被较前面的反应产物所促进的现象；常见于分解代谢途前面的反应产物所促进的现象；常见于分解代谢途径。径。 如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进2、酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。、酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。 凡使反应速度加快的称正反馈；凡使反
33、应速度加快的称正反馈； 凡使反应速度减慢的称负反馈（凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制反馈抑制）；）； 反馈抑制反馈抑制主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、过来直接抑制该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。核苷酸合成途径中。特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除反馈抑制的类型反馈抑制的类型n顺序反馈抑制顺序反馈抑制一种终产物的积累一种终产物的积累,导致前一中间产物的积累，通过导致前一中间产物的积累，通过后者反
34、馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成终止。举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成的调节n同功酶反馈抑制同功酶反馈抑制 在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶催化时，则分支代一个较早的反应是由几个同功酶催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。制作用。某一产物过量仅抑制相应酶活，对某一产物过量仅抑制相应酶活，对其他产物没影响。其他产物没影响。举例：大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的
35、调节举例：大肠杆菌的天冬氨酸族氨基酸合成的调节n协同反馈抑制协同反馈抑制定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。举例：举例： 谷氨酸棒杆菌（谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制和阻遏。同反馈抑制和阻遏。n积累反馈抑制积累反馈抑制 每一分支途径末端产每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制物按一定百分比单独抑制
36、共同途径中前面的酶，所共同途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存以当几种末端产物共同存在时它们的抑制作用是积在时它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既累的，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作无协同效应，亦无拮抗作用。用。n增效反馈抑制增效反馈抑制通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，是机制，是基因水平基因水平上的调节，属于上的调节，属于粗放粗放的调节，的调节，间接间接而而缓慢缓慢。酶合成调节的类型酶合成调节的类型诱导诱导(induction) 阻遏（阻遏（repression）5. 酶的合成调节酶的合成调节酶合成调节的机制酶合成调节的机制
37、n原核微生物原核微生物操纵子学说操纵子学说 操纵子（元）（操纵子（元）（operon）是基因表达和控制）是基因表达和控制的一个完整单元，其中包括结构基因，调节基的一个完整单元，其中包括结构基因，调节基因，操作子和启动子。因，操作子和启动子。正调节：转录过程依赖于调节蛋白的存在。正调节：转录过程依赖于调节蛋白的存在。 负调节：转录过程不依赖于调节蛋白的存在。负调节：转录过程不依赖于调节蛋白的存在。调节基因调节基因启动子启动子操作子操作子结构基因结构基因l调节基因调节基因( regulator gene )：用于编码组成型调节蛋用于编码组成型调节蛋白的基因，白的基因，一般远离操纵子一般远离操纵子,
38、但在原核生物中但在原核生物中,可以位于可以位于操纵子旁边操纵子旁边,编码调节蛋白。编码调节蛋白。l启动子启动子(promoter)：能被依赖于能被依赖于DNA的的RNA聚合酶聚合酶所识别的碱基顺序，是所识别的碱基顺序，是RNA聚合酶的结合部位和转录聚合酶的结合部位和转录起点；（在许多情况下还包括促进这一过程的调节蛋起点；（在许多情况下还包括促进这一过程的调节蛋白结合位点。）白结合位点。）l操作子操作子( operator）：）：位于启动基因和结构基因之间位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，是调节蛋白的结合位点，能通过与的一段碱基顺序，是调节蛋白的结合位点，能通过与调节相结合来决定结构基因
39、的转录是否能进行。调节相结合来决定结构基因的转录是否能进行。l结构基因结构基因(structural genes)：是决定某一多肽的是决定某一多肽的DNA 模板，可根据其上的碱基顺序转录出相应的模板，可根据其上的碱基顺序转录出相应的mRNA，然后再可通过核糖体转译出相应的酶，然后再可通过核糖体转译出相应的酶例：大肠杆菌的二次生长现象 葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二磷酸二酯酶酯酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系糖发酵实验糖发酵实验 细菌含有分解不同糖（醇、苷）类的酶，因而分解各种糖（醇、苷）类的能力也不一
40、样。有些细菌分解某些糖（醇、苷）产酸、产气。IMVic实验实验吲哚实验吲哚实验(I)IMVic实验实验甲基红实验甲基红实验(M) 某些细菌通过发酵将某些细菌通过发酵将G变成变成琥珀酸，乳酸甲酸、琥珀酸，乳酸甲酸、H2和和CO2等多种代谢产物。由等多种代谢产物。由于代谢产物中含多种有机于代谢产物中含多种有机酸，因此将这种发酵称为酸，因此将这种发酵称为混合酸发酵。大多数肠杆混合酸发酵。大多数肠杆菌如大肠杆菌等均能进行菌如大肠杆菌等均能进行混合酸发酵。混合酸发酵。IMVic实验实验 VP实验实验(V)IMVic实验实验枸橼酸实验枸橼酸实验以枸橼酸钠为唯一碳源、PH值7.0的培养基上，产气杆菌分解枸橼酸钠产生碳酸盐，使培养基由中性变为碱性，培养基中指示剂溴麝香草酚蓝（BTB）由浅绿色变为深蓝色，此为枸橼酸盐利用试验阳性。大肠杆菌因不能利用枸橼酸盐，此试验为阴性反应。淀粉水解实验淀粉水解实验过氧化氢酶实验过氧化氢酶实验
