1、微生物的代谢医学知微生物的代谢医学知识识代谢概论代谢概论代谢（代谢（metabolism）：）：细胞内发生的各种化学反应的总称细胞内发生的各种化学反应的总称代谢代谢分解代谢分解代谢(catabolism)合成代谢合成代谢(anabolism)复杂分子复杂分子（有机物）（有机物）分解代谢分解代谢合成代谢合成代谢简单小分子简单小分子ATPH代谢的结果：生长和繁殖代谢的结果：生长和繁殖微生物代谢特点：旺盛；多样化；严格调节微生物代谢特点：旺盛；多样化；严格调节 有氧呼吸生物氧化：无氧呼吸 产能过程 发酵1、化能异养微生物的生物氧化与产能第一节第一节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢 将最初能源转换成
2、通用的ATP过程自养微生物利用自养微生物利用无机物无机物异养微生物利用异养微生物利用有机物有机物生物生物氧化氧化能量能量微生物直接利用微生物直接利用储存在高能化合物（如储存在高能化合物（如ATP）中）中以热的形式被释放到环境中以热的形式被释放到环境中（一）有氧呼吸（1）糖酵解：葡萄糖丙酮酸葡萄糖或糖原的葡萄糖单位通过糖酵解途径分解为丙酮酸，这个过程称为糖的无氧分解。由于此过程与酵母菌使糖生醇发酵的过程基本相似，故又称糖酵解。反应在胞液中进行，不需要氧气。1 有机物脱氢己糖激酶或葡萄糖激酶 磷酸己糖异构酶 磷酸果糖激酶 醛缩酶磷酸丙糖异构酶 3-磷酸甘油醛脱氢酶 磷酸甘油酸激酶磷酸甘油酸变位酶
3、烯醇化酶 丙酮酸激酶;缩写符号：G葡萄糖,G6P 6-磷酸葡萄糖,F-1,6-BP 1,6-二磷酸果糖,G3P（GAP）3-磷酸甘油醛,DHAP 磷酸二羟丙酮,G-1,3-BP 1,3-二磷酸甘油酸,3PG 3-磷酸甘油酸,2PG 2-磷酸甘油酸 PEP磷酸烯醇式丙酮酸（2）TCA循环柠檬酸循环或Krebs循环（3）TCA 的补充途径 I 乙醛酸循环（TCA 循环支路）（异柠檬酸裂合酶）（异柠檬酸裂合酶）（乙酰（乙酰-CoACoA合成酶）合成酶）（苹果酸合成酶）苹果酸合成酶）乙酰-CoA异柠檬酸琥珀酸 +乙醛酸乙酸苹果酸Ii 丙酮酸、PEP等化合物固定CO2的方法Iii 厌氧、兼性厌氧微生物获
4、得TCA 中间产物方式p1592 递氢和受氢呼吸链或电子传递链呼吸链或电子传递链定义定义：由一系列氧化还原势不同的氢传递体组成的由一系列氧化还原势不同的氢传递体组成的一组链状传递顺序。在氢或电子的传递过程中，通一组链状传递顺序。在氢或电子的传递过程中，通过与氧化磷酸化反应发生偶联，就可产生过与氧化磷酸化反应发生偶联，就可产生ATP形式形式的能量。的能量。部位部位：原核生物发生在细胞膜上，真核生物发生在原核生物发生在细胞膜上，真核生物发生在线粒体内膜上线粒体内膜上成员成员：电子传递是从电子传递是从NAD到到O2，电子传递链中的电，电子传递链中的电子传递体主要包括子传递体主要包括FMN 、CoQ、
5、细胞色素、细胞色素b、c 1、c、a、a和一些铁硫旦白。这些电子传递体传递电和一些铁硫旦白。这些电子传递体传递电子的顺序，按照它们的氧化还原电势大小排列子的顺序，按照它们的氧化还原电势大小排列.电子传递链1）电子传递链载体:NADH脱氢酶黄素蛋白辅酶Q（CoQ）铁-硫蛋白及细胞色素类蛋白 在线粒体内膜中以4个载体复合物的形式从低氧化还原势的化合物到高氧化还原势的分子氧或其他无机、有机氧化物逐级排列。2 递氢和受氢原核微生物电子传递链特点：最终电子受体多样：O2、NO3-、NO2-、NO-、SO42-、S2-、CO32-等；电子供体：H2、S、Fe2+、NH4+、NO2-、G、其他有机质等；含各
6、种类型细胞色素：a、a1、a2、a4、b、b1、c、c1、c4、c5、d、o等；末端氧化酶：cyt a1、a2、a3、d、o，H2O2酶、过氧化物酶；呼吸链组分多变存在分支呼吸链：细菌的电子传递链更短并PO比更低，在电子传递链的几个位置进入链和通过几个位置的末端氧化酶而离开链。E.coli（缺氧）CoQ cyt.b556 cyt.o cyt.b558 cyt.d（抗氰化物）细胞色素0分支对氧亲和性低，是一种质子泵，在氧供应充足的条件下工作；细胞色素d分支对氧有很高的亲和性，因此在氧供应不足的情况下起作用。电子传递多样：CoQ cyt.也可不经过此途径。3）氧化磷酸化产能机制 化学偶联假说、构象
7、偶联假说、化学渗透假说化学渗透学说-英国生物化学家PeterMitchell于1961年提出的。该假说认为电子传递链的组成导致质子从线粒体的基质向外移动，电子向内传递。质子传递可能是由于载体环或特定的质子泵的作用，驱动泵的能量来自电子传递。来自被氧化底物上的一对电子沿传递链转移时所产生的跨膜的电化学梯度（即质子动势Proton motiveforce,PMF)是ATP合成的原动力。当质子动势驱动被转移至膜间空键的质子返回线粒体基质中时，所释放的能量推动ADP磷酸化生成ATP。质子推动力（p）取决于跨膜的质子浓度（pH）和内膜两侧的电位差（）。3）氧化磷酸化产能机制 （二）无氧呼吸（厌氧呼吸）产
8、物电子受体 特点：a常规途径脱下的氢，经部分呼吸链传递；b氢受体：氧化态无机物（个别：延胡索酸）c产能效率低。硝酸盐呼吸（反硝化作用）即硝酸盐还原作用 特点：a 有其完整的呼吸系统；b 只有在无氧条件下，才能诱导出反硝化作 用所需的硝酸盐还原酶A亚硝酸还原酶等 c 兼性厌氧 细菌：铜绿假单胞、地衣芽孢杆菌等。（二）无氧呼吸（厌氧呼吸）亚硝酸还原酶亚硝酸还原酶氧化氮还原酶氧化氮还原酶氧化亚氮还原酶氧化亚氮还原酶硝酸盐还原酶硝酸盐还原酶 硫酸盐呼吸（硫酸盐还原）厌氧时，SO42-、SO32-、S2O32-等为末端电 子受体的呼吸过程。特点：a、严格厌氧；b、大多为古细菌 c、极大多专性化能异氧型，
9、少数混合型；d、最终产物为H2S；SO42-SO32-SO2 S H2S e、利用有机质（有机酸、脂肪酸、醇类）作 为氢供体或电子供体；f、环境：富含SO42-的厌氧环境（土壤、海水、污水等）利用Desulfotomaculum auripigmentum还原AsO43-生产三硫化二砷（雌黄）作用：生物矿化和微生物清污（三）发酵（fermentantion）酵母型酒精发酵同型乳酸发酵丙酸发酵混合酸发酵2,3丁二醇发酵丁醇发酵丙酮酸发酵丙酮酸发酵1.以EMP途径进行的发酵（1）酵母型乙醇发酵 同型酒精发酵 1 G 2丙酮酸 2 乙醛+2CO2 2 乙醇+2 ATP 条件：pH 3.54.5,厌氧
10、菌种：酿酒酵母、少数细菌（胃八叠球菌、解淀粉欧文氏菌等）i、加入NaHSO4 NaHSO4+乙醛 磺化羟乙醛（难溶）ii、弱碱性（pH 7.5）2 乙醛 1 乙酸+1 乙醇 （歧化反应）磷酸二羟丙酮作为氢受体，经水解去磷酸生成甘甘油发酵（EMP）-亚硫酸氢钠必须控制亚适量（3%）（ED）乙醇乙醇+1ATP 异型酒精发酵(肠膜明串珠菌、短杆乳杆菌）1 G 乙酰磷酸乙醛 乙醇乙醇 乙酰-CoA无丙酮酸脱羧酶而有乙醛脱氢酶（PK）Or 异型乳酸发酵 异型酒精发酵(乳酸菌、肠道菌和一些嗜热细菌）1 G 2 丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）（丙酮酸甲酸解酶）乙醛 乙醇乙醇甲酸甲酸+乙酰-CoA无丙酮酸脱羧酶而有
11、乙醛脱氢酶（EMP）Or 混合酸和丁二醇发酵 2）乳酸发酵乳酸发酵异型乳酸发酵（heterolacticfermentation）凡葡萄糖发酵后产生乳酸、乙醇（或乙酸）和CO2等多种产物的发酵称异型乳酸发酵；相对的如只产生2分子乳酸的发酵，则称同型乳酸发酵（homolacticfermentation）。同型乳酸发酵 （德氏乳杆菌、植物乳杆菌等）EMP途径（丙酮酸 乳酸）异型乳酸发酵（HMP/PK途径）肠膜明串株菌（PK）产能：1ATP 双歧双歧杆菌（HK）产能：2G 5 ATP即 1G 2.5ATP 葡萄糖葡萄糖3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2(1,3-二二-磷酸甘油酸）磷
12、酸甘油酸）2乳酸乳酸 2丙酮酸丙酮酸2NAD+2NADH4ATP4ADP2ATP 2ADPLactococcus lactisLactobacillus plantarum葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡磷酸葡萄糖酸萄糖酸5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛乳酸乳酸乙酰磷酸乙酰磷酸NAD+NADHNAD+NADHATP ADP乙醇乙醇 乙醛乙醛 乙酰乙酰CoA2ADP 2ATP-2H-CO24-磷酸-赤藓糖+乙酰磷酸特征性酶特征性酶 磷酸己糖酮解酶磷酸己糖酮解酶 3-磷酸甘油醛+乙酰磷酸5-磷酸-木酮糖，5-磷酸-核糖乙酸戊糖酮解酶戊糖酮解酶6-磷酸-果糖乳酸 乙酸1
13、 G 乳酸+1.5乙酸+2.5 ATP 3)混合酸、丁二醇发酵a 混合酸发酵：肠道菌（E.coli、沙氏菌、志贺氏菌等）1 G丙酮酸乳酸乳酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 乙酰-CoA+甲酸甲酸丙酮酸甲酸解酶丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸丙酸PEP羧化酶羧化酶磷酸转乙酰基酶磷酸转乙酰基酶乙醛脱氢酶乙醛脱氢酶乙酸激酶乙酸激酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶乙酸乙酸 乙醇乙醇E.coli与志贺氏菌的区别：葡萄糖发酵试验：E.coli、产气肠杆菌 甲酸 CO2+H2 （甲酸氢解酶甲酸氢解酶、H+）志贺氏菌无此酶，故发酵G 不产气。CO2+H2 b b 丁二醇发酵（丁二醇发酵（2 2，3-3-丁二醇发酵）丁二醇发酵）肠杆菌、沙
14、雷氏菌、欧文氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羟基丁酮乙二酰红色物质（乙酰乳酸脱氢酶）（乙酰乳酸脱氢酶）（OHOH-、O O2 2）中性丁二醇丁二醇精氨酸胍基其中两个重要的鉴定反应：1、VP实验 2、甲基红（M.R）反应产气肠杆菌：V.P.试验（+），甲基红（-）E.coli：V.P.试验（-），甲基红（+）V.P.试验的原理：2丙酮酸2乙酰-CoA乙酰-乙酰 CoA丙酮丙酮+CO2（CoA转移酶）转移酶）丁醇丁醇缩合 5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）发酵菌体：生孢梭菌生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双 酶梭菌等。特点：氨基酸的氧化与另一些氨基酸还原相偶联；产能效率低（1ATP）氢供体（氧化
15、）氨基酸：Ala、Leu、Ile、Val、His、Ser、Phe、Tyr、Try等。氢受体（还原）氨基酸：Gly、Pro、Arg、Met、Leo、羟脯氨酸等。氧化 丙氨酸丙酮酸-NH3NADNAD+NADHNADH乙酰-CoANADNAD+NADHNADH乙酸乙酸 +ATPATP甘氨酸乙酸乙酸甘氨酸-NH3还原二、化能自养微生物的生物氧化与产能 通常是化能自养型细菌，一般是好氧菌。利用卡尔文循环固定C02作为它们的碳源。其产能的途径主要也是借助于无机电子供体(能源物质)的氧化，从无机物脱下的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATP。代谢特点 1）无机底物脱下的氢（电子）从相应位置 直接
16、进入呼吸链 2）存在多种呼吸链 3）产能效率低；4）生长缓慢，产细胞率低。根据它们氧化无机化合物的不同A氨单加氧酶羟氨氧化酶HNO2+4H+4e-b、硝化细菌NO2-+H2O 亚硝酸氧化酶NO3-+2H+2e-也称氨氧化细菌(产生1分子ATP)产能途径第一阶段，H2S、S0和S2O32等硫化物被氧化为SO32第二阶段，形成的SO32进一步氧化为SO42和产能。1、由细胞色素亚硫酸氧化酶将SO32直接氧化成为SO42，并通过电子传递磷酸化产能，普遍存在于硫杆菌中。2、磷酸腺苷硫酸(adenosine phosphosulfate，APS)途径。在这条途径中，亚硫酸与腺苷单磷酸反应放出2个电子生成
17、一种高能分子APS，放出的电子经细胞电子传递链的氧化磷酸化产生ATP。由腺苷酸激酶的催化，每氧化1分子SO32产生15分子ATP。(2)细菌沥滤 利用嗜酸性氧化铁和硫细菌氧化矿物中硫和硫化物的能力，让其不断制造和再生酸性浸矿剂，将硫化矿中重金属转化成水溶性重金属硫酸盐而从低品位矿中浸出的过程。又称细菌浸出或细菌冶金。原理：a、浸矿剂的生成 2S +3O2+2H2O 2H2SO4 4FeSO4+2H2SO4+O2 2Fe2（SO4）3+2 H2Ob、低品位铜矿中铜以CuSO4形式浸出 CuS+2 Fe2（SO4）3+2H2O+O2 CuSO4 +4FeSO4+2H2SO4 c、铁屑置换CuSO4
18、中的铜 CuSO4+Fe FeSO4+Cu 适于次生硫化矿和氧化矿的浸出，浸出 率达70%80%。三、光能微生物的能量代谢细菌的光合作用 真核生物：藻类及其他绿色植物 产氧 原核生物：蓝细菌光能营养型生物 不产氧（仅原核生物有）：光合细菌1、光合细菌类群1）产氧光合细菌好氧菌，蓝细菌和原绿植物纲 各种绿色植物、藻类 蓝细菌：专性光能自养。(H2S环境中，只利用光合系统 I 进行不产氧作用)。原绿植物纲2）不产氧光合细菌a、紫色细菌 只含菌绿素a 或 b。紫硫细菌（着色菌科）（紫硫细菌（着色菌科）（旧称红硫菌科）含紫色类胡萝卜素，菌体较大。S沉积胞内。氢供体：H2S、H2 或 有机物。H2S S
19、 SO42-；少数暗环境以S2O32-作为电子供体。氧化铁紫硫细菌（氧化铁紫硫细菌（Chromatium属）利用FeS,或Fe2+2+氧化产生Fe(OH)3沉淀紫色非硫细菌（红螺菌科）：紫色非硫细菌（红螺菌科）：旧认为不能利用硫化物作为电子供体；现知大多数亦能利用硫化物，但浓度不能高。b、绿色细菌（绿硫细菌）含较多的菌绿素c、d 或 e，少量 a。电子供体：硫化物 或 元素硫，S沉积胞外（类似紫色非硫细菌）；暗环境中不进行呼吸代谢，还可同化乙酸、丙酸、乳酸等简单有机物。2、细菌光合色素 1）叶绿素（chlorophyll）：680、440nm 2）菌绿素 a、b、c、d、e、g。a：与叶绿素
20、a 基本相似；850nm处。b：最大吸收波长8401030。3）辅助色素：提高光利用率 类胡萝卜素：carotenoid 藻胆素：phycobilin篮细菌独有 藻红素（550nm）、藻蓝素（620 640 nm）;藻胆蛋白：与蛋白质共价结合的藻胆素。叶绿素a680nm，440nm蓝细菌光能化学能产氧菌绿素a850nm绿色细菌；紫色细菌光能化学能；天线不产氧b840nm，1030nm紫色细菌光能化学能；天线不产氧c745-760绿色细菌接收光能（天线）不产氧d725-745绿色细菌接收光能（天线）不产氧e715-725绿色细菌接收光能（天线）不产氧g770-790阳光细菌光能化学能不产氧辅助色
21、素-胡萝卜素光合细菌接收光能（天线）ND藻红素550nm光合细菌接收光能（天线）ND藻蓝素620nm640nm 光合细菌接收光能（天线）ND（三）细菌光合作用1.依靠菌绿素的光合作用不产氧光合细菌细菌叶绿素将捕获的光能传输给其反应中心叶绿素P870，P870吸收光能并被激发，使它的还原电势变得很负，被逐出的电子经过由脱镁菌绿素(bacteriopheophytin，Bph)、CoQ、细胞色素b和c组成的电子传递链传递返回到细菌叶绿素P870，同时造成了质子的跨膜移动，提供能量用于合成ATP。特点：a、光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素；b、产ATP和还原力H分别
22、进行，还原力来自H2S等无机物；c、不产氧（O2）。光驱使下，电子自菌绿素上逐出后，经过类似呼吸链的循环，又回到菌绿素产ATP和还原力分别进行.紫色细菌循环光合磷酸化过程 外源电子供体 H2S等无机物氧化放出电子，最终传至失电子的光合色素时与ADP磷酸化偶联产生ATP。特点：只有一个光合系统，光合作用释放的电子仅用于NAD+还原NADH，但电子传递不形成环式回路。绿硫细菌和绿色细菌，非循环光合磷酸化蓝细菌等的产氧光合作用非循环光合磷酸化过程（四）特殊细菌光合作用无叶绿素或菌绿素参与的独特的光合作用，是迄今为止最简单的光合磷酸化反应。极端嗜盐古细菌 菌视紫红质：以“视黄醛”（紫色）为辅基。与叶绿
23、素相似，具质子泵作用。与膜脂共同构成紫膜；埋于红色细胞膜（类胡 萝卜素）内。ATP合成机理：视黄醛吸收光，构型改变，质子泵到膜外，膜内外形成质子梯度差和电位梯度差，是ATP合成的原动力，驱动ATP酶合成ATP。四、自养微生物对CO2的固定 各种自养微生物在生物氧化后所取得的能量主要用于CO2固定。在微生物中，至今已了解的CO2固定的途径有三条*，即Calvin循环、厌氧乙酰辅酶A途径和还原性三羧酸循环途径化能无机营养型细菌：通常是化能自养型细菌，一般是好氧菌。产能的途径主要是借助于无机电子供体(能源物质)的氧化，从无机物脱下-的氢(电子)直接进入呼吸链通过氧化磷酸化产生ATP。最普通的电子供体
24、是氢、还原型氮化合物、还原型硫化合物和亚铁离子(Fe2)。利用卡尔文循环固定C02作为它们的碳源。最重要反应：CO2 还原成CH20水平的简单有机物，进一步合成复杂细胞成分 大量耗能、耗还原力的过程。1Calvin循环（Calvincycle）也称Calvin-Bussham循环、核酮糖二磷酸途径或还原性戊糖循环。这一循环是光能自养生物和化能自养生物固定CO2的主要途径。磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶是本途径的特有酶。利用Calvin循环进行CO2暗固定的生物除了绿色植物、蓝细菌和绝大多数光合细菌外，还包括全部好氧性的化能自养菌（1）羧化反应 3个核酮糖-1，5-二磷酸（Ru-1，5-P）通过核
25、酮糖二磷酸羧化酶将3个CO2固定，并转变成6个3-磷酸甘油酸分子（2）还原反应 紧接在羧化反应后，立即发生3-磷酸甘油酸上羟基还原成醛基的反应。这种转化是经过逆向EMP途径进行的（3）CO2受体的再生 在循环中除净产1个甘油醛-3-磷酸可进一步通过EMP途径的逆转而形成葡萄糖分子外，其余5个分子经过复杂的反应并消耗3个ATP后，最终再生出3个核酮糖-1，5-二磷酸分子，以便重新接受CO2分子。6CO2+12NAD（P）H2+18ATPC6H12O6+12NAD（P）+18ADP+18Pi 2还原性TCA循环途径 通过还原性TCA循环（reductivetricarboxylicacidcycl
26、e）而固定CO2的途径只是在少数光合细菌例如Chlorobium thiosulfatophilum（嗜硫代硫酸盐绿菌）中才能找到。在这一途径中，CO2通过琥珀酰-COA的还原性羧化作用而被固定，逆向TCA循环，每次固定3 CO2，产物为丙酮酸3厌氧乙酰-辅酶A途径（anaerobicacetyl-CoApathway）又称活乙酸途径（activatedaceticacidPathway）。这是近年来在一些能利用氢的严格厌氧菌包括产甲烷菌、硫酸盐还原菌和产乙酸菌中发现的新的自养CO2还原途径。它们不存在Calvin循环，因由乙酰-辅酶A途径来担任CO2还原功能。实验是用Methanobacte
27、rium thermoautotrophicum（热自养甲烷杆菌）并结合同位素方法来进行的。每次固定2 CO2，产物为乙酸三、固氮作用1、固氮微生物的种类 一些特殊类群的原核生物原核生物能够将分子态氮还原为氨，然后再由氨转化为各种细胞物质。微生物利用其固氮酶系催化大气中的分子氮还原成氨的过程称为固氮作用固氮作用。自生固氮菌自生固氮菌：独立固氮（氧化亚铁硫杆菌等）共生固氮菌：与它种生物共生才能固氮 形成根瘤及其他形式 联合固氮菌：必须生活在植物根际、叶面或动物肠道等处才能固氮的微生物。与存活无关。根际芽孢杆菌属。AzotobacterRhizobium N2+2e+6H+（18 24）ATP 2
28、NH3+H2+（18 24）ADP+18 24 Pi a、固氮酶的形成 e 组分II 组分II（e）MgATP 组分I +N2 IN2 b、固氮阶段 N2*2NH3+H2 即 75%还原力用来还原N2，25%的还原力 以H2形式浪费2）固氮生化过程 Fd，Fld+固氮酶（1：1复合物）固氮作用的调节1.严格厌氧2.氨关闭过量的氨通过使固氮酶发生共价修饰而导致酶失活。当氨再次限量时，被共价修饰的酶又回复到活性状态，固氮又恢复进行。产物阻遏。见后。I、豆科植物的共 生菌 以类菌体形式存在于根瘤中 类菌体周膜：豆血红蛋白，可与氧可逆结合 （高时结合，低时释放）豆血红蛋白：蛋白部分由植物基因编码；血
29、红素有根瘤菌基因编码。II、非豆科植物共生菌 含植物血红蛋白（功能相似豆血红蛋白）Frankin放线菌：营养菌丝末端膨大的泡囊类似异形胞。c 根瘤菌保护固N酶机制 N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸亲水性化合物 肽聚糖单体亚单位的合成 载体：细菌萜醇（类脂载体）C55类异戊二烯醇（含11个异戊二烯单位）穿膜的同时与G结合，接上肽桥，此外，类脂载体还参与胞外多糖、脂多糖的合 成（磷壁酸、纤维素、几丁质、甘露聚糖等）万古霉素，杆菌肽所抑制这些反应 2 细胞膜中的合成“Park”核苷酸合成肽聚糖单体细胞膜上细胞质双糖肽位于细胞膜外细胞壁生长点处转糖基作用和转肽作用1 1、酶合成调节的类型、酶合成调
30、节的类型（1 1）诱导诱导 凡能促进酶生物合成的现象，称为诱导。凡能促进酶生物合成的现象，称为诱导。组成酶和诱导酶组成酶和诱导酶 ：组成酶是细胞固有的酶类，其合成是在相应的基因控组成酶是细胞固有的酶类，其合成是在相应的基因控制下进行的，它不因分解底物或其结构类似物的存在而受制下进行的，它不因分解底物或其结构类似物的存在而受影响影响 ；诱导酶则是细胞为适应外来底物或其结构类似物而临诱导酶则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时合成的一类酶 。诱导物诱导物:能促进诱导酶产能促进诱导酶产生的物质称为诱导物，生的物质称为诱导物，它可以是该酶的底物，它可以是该酶的底物，也可以是难以代谢的
31、底也可以是难以代谢的底物类似物或是底物的前物类似物或是底物的前体物质。体物质。（2 2）阻遏）阻遏 凡能阻碍酶生物合成的现象，则称为阻遏。凡能阻碍酶生物合成的现象，则称为阻遏。抑制和阻遏：抑制和阻遏：1 1）末端产物阻遏：）末端产物阻遏：指由某代谢途径末端产物的过量累积而引起的阻遏。指由某代谢途径末端产物的过量累积而引起的阻遏。b.b.分支代谢途径（多价阻遏作用）：分支代谢途径（多价阻遏作用）：每种末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。每种末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。代谢途径分支点以前的代谢途径分支点以前的“公共酶公共酶”仅受所有分支途径末端产物仅受所有分支途径末端产
32、物的阻遏，此即称多价阻遏作用。也就是说，任何单独一种末端的阻遏，此即称多价阻遏作用。也就是说，任何单独一种末端产物的存在，都没有影响，只有当所有末端产物都同时存在时，产物的存在，都没有影响，只有当所有末端产物都同时存在时，才能发挥出阻遏功能。芳香族氨基酸、天冬氨酸族和丙酮酸族才能发挥出阻遏功能。芳香族氨基酸、天冬氨酸族和丙酮酸族氨基酸的生物合成中的反馈阻遏就是最典型的例子。氨基酸的生物合成中的反馈阻遏就是最典型的例子。a.a.直线式反应途径：产物作用于代谢途径中的各种酶，使之直线式反应途径：产物作用于代谢途径中的各种酶，使之合成受阻遏。如精氨酸的生物合成途径：合成受阻遏。如精氨酸的生物合成途径
33、：2 2）分解代谢物阻遏：）分解代谢物阻遏：指细胞内同时有两种分指细胞内同时有两种分解底物解底物(碳源或氮源碳源或氮源)存在时，存在时，利用快的那种分解底物会阻利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。成的现象。葡萄糖效应：葡萄糖效应：E.coliE.coli培养在含乳糖和葡萄糖的培养基上，培养在含乳糖和葡萄糖的培养基上，可优先利用葡萄糖，并于葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，这可优先利用葡萄糖，并于葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，这就产生了在两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的就产生了在两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的“二二次生长现象次生长现象”。其原因
34、是，葡萄糖的存在阻遏了分解乳糖酶。其原因是，葡萄糖的存在阻遏了分解乳糖酶系的合成，这一现象称葡萄糖效应。系的合成，这一现象称葡萄糖效应。葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖培养时间培养时间 /h/h细胞数量细胞数量Lg糖浓度糖浓度（三）、酶合成调节的机制（三）、酶合成调节的机制操纵子假说操纵子假说操纵子（操纵子（operonoperon）指的是一组功能上相关的基因，它是由启动基因、操纵指的是一组功能上相关的基因，它是由启动基因、操纵基因和结构基因三部分组成。基因和结构基因三部分组成。操纵子的构成操纵子的构成调控机制调控机制 2 2）酶合成的阻遏）酶合成的阻遏a.a.末端产物阻遏末端产物阻遏大肠杆菌色氨酸操纵子
35、大肠杆菌色氨酸操纵子 结构基因结构基因 分支酸分支酸邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸磷酸核糖邻氨基苯甲酸磷酸核糖邻氨基苯甲酸羧苯氨基脱氧核糖磷酸羧苯氨基脱氧核糖磷酸吲哚甘油磷酸吲哚甘油磷酸色氨酸色氨酸 变构弱化子弱化子(attenuator)(attenuator)是指原核生物操纵子中能显著减弱甚至终是指原核生物操纵子中能显著减弱甚至终止转录作用的一段核苷酸序列，该区域能形成不同的二级结构，止转录作用的一段核苷酸序列，该区域能形成不同的二级结构，利用原核微生物转录与翻译的偶联机制对转录进行调节。利用原核微生物转录与翻译的偶联机制对转录进行调节。3 3、酶降解的调节作用机制（真核）、酶降解的调节作用机制
36、（真核）研究得比较清楚的降解途径主要有两条：溶酶体降解途径研究得比较清楚的降解途径主要有两条：溶酶体降解途径(又又称非称非ATPATP依赖型降解途径依赖型降解途径)和泛素蛋白标记的降解途径和泛素蛋白标记的降解途径(又称又称ATPATP依赖型降解途径依赖型降解途径)。溶酶体溶酶体是由高尔基体断裂产生，单层膜包裹的小泡，含有大是由高尔基体断裂产生，单层膜包裹的小泡，含有大量的蛋白酶。初级溶酶体是在高尔基体的量的蛋白酶。初级溶酶体是在高尔基体的transtrans面以出芽的形面以出芽的形式形成的：内质网上核糖体合成溶酶体蛋白式形成的：内质网上核糖体合成溶酶体蛋白进入内质网腔进入内质网腔进行进行N-N
37、-连接的糖基化修饰连接的糖基化修饰进入高尔基体进入高尔基体CisCis面膜囊面膜囊N-N-乙酰乙酰葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑葡糖胺磷酸转移酶识别溶酶体水解酶的信号斑将将N-N-乙酰葡乙酰葡糖胺磷酸转移在糖胺磷酸转移在1212个甘露糖残基上个甘露糖残基上在中间膜囊切去在中间膜囊切去N-N-乙酰乙酰葡糖胺形成葡糖胺形成M6PM6P配体配体与与transtrans膜囊上的受体结合膜囊上的受体结合选择性地选择性地包装成初级溶酶体。包装成初级溶酶体。内质网与高尔基体小泡。内质网与高尔基体小泡。质膜形成的吞噬小体或胞饮小泡合并生成。质膜形成的吞噬小体或胞饮小泡合并生成。由内吞而进入溶酶体的蛋
38、白质在酸性条件下无选择性地被降由内吞而进入溶酶体的蛋白质在酸性条件下无选择性地被降解，最后变为小肽和氨基酸。解，最后变为小肽和氨基酸。泛素泛素(ubiquitin)(ubiquitin)是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白。是一种存在于大多数真核细胞中的小蛋白。二、酶活性的调节二、酶活性的调节 酶活性的调节是指在酶分子水平上的一种代谢调节，它是酶活性的调节是指在酶分子水平上的一种代谢调节，它是通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率，包括酶活通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率，包括酶活性的激活和抑制两个方面：性的激活和抑制两个方面：酶活性的抑制：主要是反馈抑制，即在某代谢途径的末
39、端产物酶活性的抑制：主要是反馈抑制，即在某代谢途径的末端产物（即终产物）过量时，这个产物可反过来直接抑制该途径中第（即终产物）过量时，这个产物可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，促使整个反应过程减慢或停止，从而避免了末一个酶的活性，促使整个反应过程减慢或停止，从而避免了末端产物的过多积累。端产物的过多积累。酶活性的激活：指在分解代谢途径中，后面的反应可被较酶活性的激活：指在分解代谢途径中，后面的反应可被较前面的中间产物所促进。前面的中间产物所促进。1 1、反馈抑制的类型：、反馈抑制的类型：（1 1）直线式代谢途径中的反馈抑制：这是一种最简单的反）直线式代谢途径中的反馈抑制：这是一种最简单的
40、反馈抑制类型。由于终产物合成过多，使得途径中第一个酶的馈抑制类型。由于终产物合成过多，使得途径中第一个酶的活性受到抑制，因而一系列中间代谢产物无法合成，最终导活性受到抑制，因而一系列中间代谢产物无法合成，最终导致终产物的合成完全停止。致终产物的合成完全停止。参考文献:1沈萍微生物学北京：高等教育出版社，20002周德庆微生物教程第2版北京：高等教育出版社，20023黄秀梨.微生物学第2版.北京：高等教育出版社，20014诸葛健，李华钟.微生物学第一版北京：科学出版社，2004.95 Prescott LM.等著.微生物学第5版 沈萍等译，北京：科学出版社，20006 Prescott LM,H
41、arley JP,and Klein DA.Microbiology(5th ed.),Higher education press and McGraw-Hill Companies,Inc.20027 Michael TM,John MM,Jack P.Brock biology of micoorganisms，International edition,Pearson Education,Inc.20038 Gregory N.Stephanopoulos,Aristos A.Aristidou,Jens Nielsenz著.代谢工程原理与方法.赵学明 白冬梅，等译.化学工业出版社，2003 9 Talaro K.P.Foundations in microbiology(Fifth Edition),Higher education press and McGraw-Hill Companies,Inc.200510 RM特怀曼著高级分子生物学要义陈淳等译，北京：科学出版社，2000
