第五章微生物的代謝MicrosoftPowerPoint演示文稿

1、第五章第五章 微生物代謝微生物代謝新陳代謝：新陳代謝：發(fā)生在活細(xì)胞中的各種分解代謝發(fā)生在活細(xì)胞中的各種分解代謝（catabolism）和合成代謝（）和合成代謝（anabolism）的總）的總新陳代謝新陳代謝 = 分解代謝分解代謝 + 合成代謝合成代謝分解代謝：分解代謝：指復(fù)雜的有機(jī)物分子通過分解代謝指復(fù)雜的有機(jī)物分子通過分解代謝酶系的催化，產(chǎn)生簡單分子、腺苷三磷酸酶系的催化，產(chǎn)生簡單分子、腺苷三磷酸（atp）形式的能量和還原力的作用。）形式的能量和還原力的作用。合成代謝：合成代謝：指在合成代謝酶系的催化下，由簡指在合成代謝酶系的催化下，由簡單小分子、單小分子、atp形式的能量和還原力一起合成形

2、式的能量和還原力一起合成復(fù)雜的大分子的過程。復(fù)雜的大分子的過程。物質(zhì)代謝：物質(zhì)代謝：物質(zhì)在體內(nèi)轉(zhuǎn)化的過程物質(zhì)在體內(nèi)轉(zhuǎn)化的過程. . 能量代謝：能量代謝：伴隨物質(zhì)轉(zhuǎn)化而發(fā)生的能量形式相互轉(zhuǎn)化伴隨物質(zhì)轉(zhuǎn)化而發(fā)生的能量形式相互轉(zhuǎn)化. .按代謝產(chǎn)物在機(jī)體中作用不同分：按代謝產(chǎn)物在機(jī)體中作用不同分：初級代謝：初級代謝： 提供能量、前體、結(jié)構(gòu)物質(zhì)等生命活動所必須的代提供能量、前體、結(jié)構(gòu)物質(zhì)等生命活動所必須的代謝物的代謝類型；產(chǎn)物：氨基酸、核苷酸等謝物的代謝類型；產(chǎn)物：氨基酸、核苷酸等. .次級代謝：次級代謝： 在一定生長階段出現(xiàn)非生命活動所必需的代謝類型；在一定生長階段出現(xiàn)非生命活動所必需的代謝類型； 產(chǎn)

3、物：抗生素、色素、激素、生物堿等產(chǎn)物：抗生素、色素、激素、生物堿等按物質(zhì)轉(zhuǎn)化方式分：按物質(zhì)轉(zhuǎn)化方式分：分解代謝：分解代謝：指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在指細(xì)胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在 這個過程中產(chǎn)生能量。這個過程中產(chǎn)生能量。合成代謝合成代謝：是指細(xì)胞利用簡單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分：是指細(xì)胞利用簡單的小分子物質(zhì)合成復(fù)雜大分子的過程。在這個過程中要消耗能量。子的過程。在這個過程中要消耗能量。第一節(jié)第一節(jié) 微生物的能量代謝微生物的能量代謝能量代謝是新陳代謝中的核心問題。能量代謝是新陳代謝中的核心問題。中心任務(wù)：把外界環(huán)境中的各種初級能源轉(zhuǎn)換成中心任務(wù)：把外界環(huán)境中的各種初級能源

4、轉(zhuǎn)換成對一切生命活動都能使用的能源對一切生命活動都能使用的能源atp。有機(jī)物最初能源日光通用能源還原態(tài)無機(jī)物化能自養(yǎng)菌化能異養(yǎng)菌光能營養(yǎng)菌一、微生物氧化的形式一、微生物氧化的形式生物氧化作用生物氧化作用：營養(yǎng)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)酶的作用下氧化并釋放能量的過程。營養(yǎng)物質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)酶的作用下氧化并釋放能量的過程。氧化過程中能產(chǎn)生大量的能量，分段釋放，并以高能氧化過程中能產(chǎn)生大量的能量，分段釋放，并以高能鍵形式貯藏在鍵形式貯藏在atp分子內(nèi)，供需時使用。分子內(nèi)，供需時使用。 生物氧化的功能生物氧化的功能：產(chǎn)能產(chǎn)能(atp)產(chǎn)還原力產(chǎn)還原力【h】小分子中間代謝物小分子中間代謝物異氧微生物的生物氧化途徑異氧微生物

5、的生物氧化途徑：vemp途徑途徑vhmp途徑途徑 ved途徑途徑v磷酸酮解途徑磷酸酮解途徑v三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)葡萄糖的酵解葡萄糖的酵解作用作用 ( 簡稱：emp途徑途徑)活化活化移位移位 氧化氧化磷酸化磷酸化葡萄糖激活的方式己糖異構(gòu)酶磷酸果糖激酶果糖二磷酸醛縮酶甘油醛-3-磷酸脫氫酶磷酸甘油酸激酶甘油酸變位酶烯醇酶丙酮酸激酶hmp途徑途徑hmp是一條葡萄糖不經(jīng)是一條葡萄糖不經(jīng)emp途徑和途徑和tca循環(huán)循環(huán)途徑而得到徹底氧化，并能產(chǎn)生大量途徑而得到徹底氧化，并能產(chǎn)生大量nadph+h+形式的還原力和多種中間代謝產(chǎn)形式的還原力和多種中間代謝產(chǎn)物的代謝途徑物的代謝途徑通過該途徑可產(chǎn)生許多種重要的

6、發(fā)酵產(chǎn)物。如核苷酸、若干通過該途徑可產(chǎn)生許多種重要的發(fā)酵產(chǎn)物。如核苷酸、若干氨基酸、輔酶和乳酸（異型乳酸發(fā)酵）等。氨基酸、輔酶和乳酸（異型乳酸發(fā)酵）等。hmp途徑在總的能量代謝中占一定比例，且與細(xì)胞代謝活途徑在總的能量代謝中占一定比例，且與細(xì)胞代謝活動對其中間產(chǎn)物的需要量相關(guān)。動對其中間產(chǎn)物的需要量相關(guān)。又稱又稱2-酮酮-3-脫氧脫氧-6-磷酸葡糖酸（磷酸葡糖酸（kdpg）裂解途徑。）裂解途徑。1952年在年在pseudomonas saccharophila中發(fā)現(xiàn)，后來中發(fā)現(xiàn)，后來證明存在于多種細(xì)菌中證明存在于多種細(xì)菌中（革蘭氏陰性菌中分布較（革蘭氏陰性菌中分布較廣）廣）。 ed途徑可不依賴

7、于途徑可不依賴于emp和和hmp途徑而單途徑而單獨(dú)存在，獨(dú)存在，是少數(shù)缺乏完整是少數(shù)缺乏完整emp途徑的微生物的一途徑的微生物的一種替代途徑，未發(fā)現(xiàn)存在于其它生物中。種替代途徑，未發(fā)現(xiàn)存在于其它生物中。ed途徑途徑ed途徑途徑 atp adp nadp+ nadph2葡萄糖葡萄糖 6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖 6-磷酸磷酸-葡萄酸葡萄酸 激酶激酶 （與與emp途徑連接途徑連接） 氧化酶氧化酶 (與與hmp途徑連接途徑連接) emp途徑途徑 3-磷酸磷酸-甘油醛甘油醛 脫水酶脫水酶 2-酮酮-3-脫氧脫氧-6-磷酸磷酸-葡萄糖酸葡萄糖酸 emp途徑途徑 丙酮酸丙酮酸 醛縮酶醛縮酶 反應(yīng)步驟簡單，產(chǎn)

8、能效率低反應(yīng)步驟簡單，產(chǎn)能效率低. 此途徑此途徑可與可與emp途徑、途徑、hmp途徑和途徑和tca循循環(huán)相連接，可互相協(xié)調(diào)以滿足微生物對能量、環(huán)相連接，可互相協(xié)調(diào)以滿足微生物對能量、還原力和不同中間代謝物的需要。還原力和不同中間代謝物的需要。好氧時與好氧時與tca循環(huán)相連，厭氧時進(jìn)行乙醇發(fā)酵循環(huán)相連，厭氧時進(jìn)行乙醇發(fā)酵.磷酸酮解途徑磷酸酮解途徑存在于某些細(xì)菌如明串珠菌屬和乳桿菌屬中的一存在于某些細(xì)菌如明串珠菌屬和乳桿菌屬中的一些細(xì)菌中。些細(xì)菌中。進(jìn)行磷酸酮解途徑的微生物缺少醛縮酶，所以它進(jìn)行磷酸酮解途徑的微生物缺少醛縮酶，所以它不能夠?qū)⒘姿峒禾橇呀鉃椴荒軌驅(qū)⒘姿峒禾橇呀鉃?個三碳糖。個三碳糖。

9、磷酸酮解酶途徑有兩種：磷酸酮解酶途徑有兩種： 磷酸戊糖酮解途徑（磷酸戊糖酮解途徑（pk）途徑）途徑 磷酸己糖酮解途徑（磷酸己糖酮解途徑（hk）途徑）途徑 （五）（五） （五五）三三羧羧酸酸循循環(huán)環(huán)（五五）三三羧羧酸酸循循環(huán)環(huán)又又稱稱tca循循環(huán)環(huán)、krebs循循環(huán)環(huán)或或檸檸檬檬酸酸循循環(huán)環(huán)。在在絕絕大大多多數(shù)數(shù)異異養(yǎng)養(yǎng)微微生生物物的的呼呼吸吸代代謝謝中中起起關(guān)關(guān)鍵鍵作作用用。其其中中大大多多數(shù)數(shù)酶酶在在真真核核生生物物中中存存在在于于線線粒粒體體基基質(zhì)質(zhì)中中，在在細(xì)細(xì)菌菌中中存存在在于于細(xì)細(xì)胞胞質(zhì)質(zhì)中中；只只有有琥琥珀珀酸酸脫脫氫氫酶酶是是結(jié)結(jié)合合于于細(xì)細(xì)胞胞膜膜或或線線粒粒體體膜膜上上。主主

10、要要產(chǎn)產(chǎn)物物：4nadh+4h+12atpfadh22atpgtp（底底物物水水平平）atp3co2在在物物質(zhì)質(zhì)代代謝謝中中的的地地位位：樞樞紐紐位位置置工工業(yè)業(yè)發(fā)發(fā)酵酵產(chǎn)產(chǎn)物物：檸檸檬檬酸酸、蘋蘋果果酸酸、延延胡胡索索酸酸、琥琥珀珀酸酸和和谷谷氨氨酸酸c3ch3cocoa呼呼吸吸鏈鏈呼呼吸吸鏈鏈丙酮酸在進(jìn)入三羧酸循環(huán)之先要脫羧生成乙酰coa，乙酰coa和草酰乙酸縮合成檸檬酸再進(jìn)入三羧酸循環(huán)。循環(huán)的結(jié)果是乙酰coa被徹底氧化成co2和h2o，每氧化1分子的乙酰coa可產(chǎn)生12分子的atp，草酰乙酸參與反應(yīng)而本身并不消耗。tca循環(huán)的重要特點循環(huán)的重要特點1、循環(huán)一次的結(jié)果是乙酰循環(huán)一次的結(jié)果是

11、乙酰coa的乙?；谎趸癁榈囊阴；谎趸癁?分子分子co2,并重新生成并重新生成1分子草酰乙酸；分子草酰乙酸；2、整個循環(huán)有四步氧化還原反應(yīng)，其中三步反應(yīng)中將整個循環(huán)有四步氧化還原反應(yīng)，其中三步反應(yīng)中將nad+還原為還原為nadh+h+，另一步為另一步為fad還原；還原；3、為糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)轉(zhuǎn)化中心樞紐。為糖、脂、蛋白質(zhì)三大物質(zhì)轉(zhuǎn)化中心樞紐。4、循環(huán)中的某些中間產(chǎn)物是一些重要物質(zhì)生物合成的前體；循環(huán)中的某些中間產(chǎn)物是一些重要物質(zhì)生物合成的前體；5、生物體提供能量的主要形式；生物體提供能量的主要形式；6、為人類利用生物發(fā)酵生產(chǎn)所需產(chǎn)品提供主要的代謝途徑。為人類利用生物發(fā)酵生產(chǎn)所需產(chǎn)品提供

12、主要的代謝途徑。如如 檸檬酸發(fā)酵；檸檬酸發(fā)酵；glu發(fā)酵等。發(fā)酵等。異氧微生物的生物氧化方式異氧微生物的生物氧化方式：v根據(jù)最終電子受體的不同可分成： v發(fā)酵發(fā)酵v有氧呼吸有氧呼吸v無氧呼吸無氧呼吸v概念：概念：以有機(jī)物作為電子供體和最終電子受體的生物以有機(jī)物作為電子供體和最終電子受體的生物氧化作用。氧化作用。v在在發(fā)酵工業(yè)上發(fā)酵工業(yè)上，發(fā)酵是指任何利用厭氧或好氧微生物來，發(fā)酵是指任何利用厭氧或好氧微生物來生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類生產(chǎn)方式。生產(chǎn)有用代謝產(chǎn)物的一類生產(chǎn)方式。v發(fā)酵途徑：發(fā)酵途徑：葡萄糖在厭氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)能途葡萄糖在厭氧條件下分解葡萄糖的產(chǎn)能途徑主要有徑主要有emp、hmp、

13、ed和和pk途徑。途徑。特點：特點：氧化不徹底氧化不徹底 放能少放能少 電子不經(jīng)電子傳遞鏈的傳遞，與底物水平磷酸電子不經(jīng)電子傳遞鏈的傳遞，與底物水平磷酸化相偶聯(lián)，部分能量可被微生物加以利用?；嗯悸?lián)，部分能量可被微生物加以利用。 各種微生物都能進(jìn)行發(fā)酵。各種微生物都能進(jìn)行發(fā)酵。（一）發(fā)酵作用（一）發(fā)酵作用乙醇發(fā)酵乙醇發(fā)酵乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵丙酸發(fā)酵丙酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵2,32,3丁二醇丁二醇發(fā)酵發(fā)酵丁酸發(fā)酵丁酸發(fā)酵丙酮酸的發(fā)酵產(chǎn)物丙酮酸的發(fā)酵產(chǎn)物發(fā)酵類型：發(fā)酵類型： c6h12o62ch3cocooh 2ch3cho 2ch3ch2ohnadnadh2-2co2emp2atp乙醇脫氫酶乙醇

14、脫氫酶1、乙醇發(fā)酵、乙醇發(fā)酵酵母菌的乙醇發(fā)酵：酵母菌的乙醇發(fā)酵：該乙醇發(fā)酵過程只在該乙醇發(fā)酵過程只在ph3.54.5以及厭氧的條件下發(fā)生。以及厭氧的條件下發(fā)生。當(dāng)發(fā)酵液處在堿性條件下，酵母的乙醇發(fā)酵會改為當(dāng)發(fā)酵液處在堿性條件下，酵母的乙醇發(fā)酵會改為甘油發(fā)甘油發(fā)酵酵。原因：該條件下產(chǎn)生的乙醛不能作為正常受氫體，結(jié)果原因：該條件下產(chǎn)生的乙醛不能作為正常受氫體，結(jié)果2分分子乙醛間發(fā)生歧化反應(yīng)，生成子乙醛間發(fā)生歧化反應(yīng)，生成1分子乙醇和分子乙醇和1分子乙酸；分子乙酸；ch3cho+h2o+nad+ ch3cooh+nadh+h+ch3cho+nadh+h+ ch3ch2oh+ nad+ 此時也由磷酸二

15、羥丙酮擔(dān)任受氫體接受此時也由磷酸二羥丙酮擔(dān)任受氫體接受3-磷酸甘油醛脫下磷酸甘油醛脫下的氫而生成的氫而生成 -磷酸甘油，后者經(jīng)磷酸甘油，后者經(jīng) -磷酸甘油酯酶催化，生磷酸甘油酯酶催化，生成甘油。成甘油。2葡萄糖葡萄糖 2甘油甘油+乙醇乙醇+乙酸乙酸+2co2細(xì)菌的乙醇發(fā)酵細(xì)菌的乙醇發(fā)酵葡萄糖葡萄糖2-酮酮-3-脫氧脫氧-6-磷酸磷酸-葡萄糖酸葡萄糖酸3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙醇乙醇 乙醛乙醛2乙醇乙醇2co22h2h+atp2atp菌種：運(yùn)動發(fā)酵單胞菌等途徑：edv酵母菌（在酵母菌（在ph3.5-4.5時）的乙醇發(fā)酵時）的乙醇發(fā)酵 脫羧酶脫羧酶 脫氫酶脫氫酶 丙酮酸丙

16、酮酸 乙醛乙醛 乙醇乙醇 通過通過empemp途徑產(chǎn)生乙醇，總反應(yīng)式為：途徑產(chǎn)生乙醇，總反應(yīng)式為：c c6 6h h1212o o6 6+2adp+2pi 2c+2adp+2pi 2c2 2h h5 5oh+2cooh+2co2 2+2atp+2atp v細(xì)菌細(xì)菌(zymomonas mobilis)的乙醇發(fā)酵的乙醇發(fā)酵 通過通過ed途徑產(chǎn)生乙醇，總反應(yīng)如下：途徑產(chǎn)生乙醇，總反應(yīng)如下： 葡萄糖葡萄糖+adp+pi 2乙醇乙醇+2co2+atp細(xì)菌細(xì)菌(leuconostoc mesenteroides)的乙醇發(fā)酵的乙醇發(fā)酵 通過通過hmp途徑產(chǎn)生乙醇、乳酸等，總反應(yīng)如下：途徑產(chǎn)生乙醇、乳酸等，

17、總反應(yīng)如下： 葡萄糖葡萄糖+adp+pi 乳酸乳酸+乙醇乙醇+co2+atp2、乳酸發(fā)酵、乳酸發(fā)酵乳酸細(xì)菌能利用葡萄糖及其他相應(yīng)的可發(fā)酵的糖產(chǎn)生乳酸細(xì)菌能利用葡萄糖及其他相應(yīng)的可發(fā)酵的糖產(chǎn)生乳酸，稱為乳酸發(fā)酵。乳酸，稱為乳酸發(fā)酵。由于菌種不同，代謝途徑不同，生成的產(chǎn)物有所不同，由于菌種不同，代謝途徑不同，生成的產(chǎn)物有所不同，將乳酸發(fā)酵又分為同型乳酸發(fā)酵、異型乳酸發(fā)酵和雙將乳酸發(fā)酵又分為同型乳酸發(fā)酵、異型乳酸發(fā)酵和雙歧桿菌發(fā)酵。歧桿菌發(fā)酵。同型乳酸發(fā)酵：（經(jīng)同型乳酸發(fā)酵：（經(jīng)empemp途徑）途徑）異型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵：（經(jīng)（經(jīng)hmphmp途徑）途徑）雙歧桿菌發(fā)酵雙歧桿菌發(fā)酵: : （經(jīng)（經(jīng)

18、hkhk途徑途徑磷酸己糖解酮酶途徑磷酸己糖解酮酶途徑） 葡萄糖葡萄糖3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮2( 1,3-二二-磷酸甘油酸）磷酸甘油酸） 2乳酸乳酸 2丙酮酸丙酮酸同型乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵2nad+ 2nadh4atp4adp2atp 2adp異型乳酸發(fā)酵：異型乳酸發(fā)酵：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-co2同型乳酸發(fā)酵與異型乳酸發(fā)酵的比較同型乳酸發(fā)酵與異型乳

19、酸發(fā)酵的比較lactobacillus brevis2atp1乳酸乳酸1乙酸乙酸1co2hmp異型異型leuconostoc mesenteroides1atp1乳酸乳酸1乙醇乙醇1co2hmp異型異型lactobacillus debruckii2atp2乳酸乳酸emp同型同型菌種代表菌種代表產(chǎn)產(chǎn)能能/葡萄糖葡萄糖產(chǎn)物產(chǎn)物途徑途徑類型類型3、混合酸發(fā)酵、混合酸發(fā)酵v概念概念：埃希埃希氏菌、沙門氏氏菌、沙門氏菌、志賀氏菌菌、志賀氏菌屬的一些菌通屬的一些菌通過過emp途徑將途徑將葡萄糖轉(zhuǎn)變成葡萄糖轉(zhuǎn)變成琥珀酸、乳酸、琥珀酸、乳酸、甲酸、乙醇、甲酸、乙醇、乙酸、乙酸、h2和和co2等多種代等多種代

20、謝產(chǎn)物，由于謝產(chǎn)物，由于代謝產(chǎn)物中含代謝產(chǎn)物中含有多種有機(jī)酸，有多種有機(jī)酸，故將其稱為混故將其稱為混合酸發(fā)酵。合酸發(fā)酵。 葡萄糖葡萄糖琥泊酸琥泊酸 草酰乙酸草酰乙酸 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸 乙醛乙醛 乙酰乙酰 coa 甲酸甲酸 乙醇乙醇 乙酰磷酸乙酰磷酸 co2 h2 乙酸乙酸丙酮酸甲酸裂解酶乳酸脫氫酶甲酸-氫裂解酶磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶乙酸激酶pep羧化酶乙醛脫氫酶+2hph6.24、2,3-丁二醇發(fā)酵丁二醇發(fā)酵 葡萄糖葡萄糖 乳酸乳酸 丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛 乙酰乙酰coa 甲酸甲酸乙醇乙醇 乙酰乳酸乙酰乳酸 二乙酰二乙酰 3-羥基丁酮羥基丁酮 2,3-丁二醇丁二醇c

21、o2 h2-乙酰乳酸合成酶-乙酰乳酸脫羧酶2,3-丁二醇脫氫酶概念：概念：腸桿菌、腸桿菌、沙雷氏菌、和沙雷氏菌、和歐文氏菌屬中歐文氏菌屬中的一些細(xì)菌具的一些細(xì)菌具有有 -乙酰乳酸乙酰乳酸合成酶合成酶系而進(jìn)系而進(jìn)行丁二醇發(fā)酵。行丁二醇發(fā)酵。發(fā)酵途徑：發(fā)酵途徑：emp鑒別腸道細(xì)菌的鑒別腸道細(xì)菌的v.p.試驗試驗鑒別原理鑒別原理 縮合縮合 脫羧脫羧2丙酮酸丙酮酸 乙酰乳酸乙酰乳酸 乙酰甲基甲醇乙酰甲基甲醇 堿性條件堿性條件 2,3-丁二醇丁二醇 二乙酰二乙酰 （與培養(yǎng)基中精氨酸的胍基結(jié)合）（與培養(yǎng)基中精氨酸的胍基結(jié)合）紅色化合物紅色化合物-co2鑒別腸道細(xì)菌的產(chǎn)酸產(chǎn)氣、甲基鑒別腸道細(xì)菌的產(chǎn)酸產(chǎn)氣、甲

22、基紅（紅（m.r）試驗）試驗v產(chǎn)酸產(chǎn)氣試驗：產(chǎn)酸產(chǎn)氣試驗： escherichia與與shigella在利用葡萄糖進(jìn)在利用葡萄糖進(jìn)行發(fā)酵時，前者具有甲酸氫解酶，可在產(chǎn)酸的同時產(chǎn)氣，行發(fā)酵時，前者具有甲酸氫解酶，可在產(chǎn)酸的同時產(chǎn)氣，后者則因無此酶，不具有產(chǎn)氣的能力。后者則因無此酶，不具有產(chǎn)氣的能力。v甲基紅試驗甲基紅試驗：大腸桿菌與產(chǎn)氣氣桿菌在利用葡萄糖進(jìn)大腸桿菌與產(chǎn)氣氣桿菌在利用葡萄糖進(jìn)行發(fā)酵時，前者可產(chǎn)生大量的混合酸，后者則產(chǎn)生大量行發(fā)酵時，前者可產(chǎn)生大量的混合酸，后者則產(chǎn)生大量的中性化合物丁二醇，因此在發(fā)酵液中加入甲基紅試劑的中性化合物丁二醇，因此在發(fā)酵液中加入甲基紅試劑時，前者呈紅色，后

23、者呈黃色。時，前者呈紅色，后者呈黃色。大腸桿菌：產(chǎn)酸較多，使ph4.5產(chǎn)氣桿菌： ph4.5imvic試驗試驗：= 吲哚（吲哚（i）、甲基紅（）、甲基紅（m）、）、v.p.試驗（試驗（vi）檸檬酸）檸檬酸鹽利用（鹽利用（c）共四項試驗。用以將大腸桿菌與其形狀）共四項試驗。用以將大腸桿菌與其形狀十分相近的腸桿菌屬的細(xì)菌鑒別開來。十分相近的腸桿菌屬的細(xì)菌鑒別開來。吲哚試驗吲哚試驗甲基紅試驗甲基紅試驗v.p.試驗試驗檸檬酸鹽檸檬酸鹽利用利用大腸桿菌大腸桿菌+-產(chǎn)氣桿菌產(chǎn)氣桿菌-+概念概念: :是以分子氧作為最終電子是以分子氧作為最終電子( (或氫或氫) )受體的氧化受體的氧化過程；過程；是最普遍、最

24、重要的生物氧化方式。是最普遍、最重要的生物氧化方式。途徑：途徑：emp,tca循環(huán)循環(huán)特點：特點：以分子氧作為最終電子受體的氧化作用以分子氧作為最終電子受體的氧化作用底物氧化徹底底物氧化徹底底物在氧化過程中脫下的氫和電子經(jīng)電子傳遞鏈的傳遞最底物在氧化過程中脫下的氫和電子經(jīng)電子傳遞鏈的傳遞最終交給氧，并在傳遞的過程中與磷酸化相偶聯(lián)產(chǎn)生終交給氧，并在傳遞的過程中與磷酸化相偶聯(lián)產(chǎn)生atp。產(chǎn)能多，約產(chǎn)能多，約40%的能量被微生物利用，的能量被微生物利用，60%以熱的形式釋以熱的形式釋放。放。是好氧或兼性好氧微生物在有分子氧存在的條件下進(jìn)行的是好氧或兼性好氧微生物在有分子氧存在的條件下進(jìn)行的氧化方式。

25、氧化方式。（二）有氧呼吸（二）有氧呼吸電子傳遞與氧化呼吸鏈電子傳遞與氧化呼吸鏈定義：定義：由一系列氧化還原勢不同的氫傳遞體組成的由一系列氧化還原勢不同的氫傳遞體組成的一組鏈狀傳遞順序。在氫或電子的傳遞過程中，通一組鏈狀傳遞順序。在氫或電子的傳遞過程中，通過與氧化磷酸化反應(yīng)發(fā)生偶聯(lián)，就可產(chǎn)生過與氧化磷酸化反應(yīng)發(fā)生偶聯(lián)，就可產(chǎn)生atp形式的形式的能量。能量。部位部位：原核生物發(fā)生在細(xì)胞膜上，真核生物發(fā)生在：原核生物發(fā)生在細(xì)胞膜上，真核生物發(fā)生在線粒體內(nèi)膜上線粒體內(nèi)膜上成員：成員：電子傳遞是從電子傳遞是從nad到到o2，電子傳遞鏈中的電，電子傳遞鏈中的電子傳遞體主要包括子傳遞體主要包括fmn 、co

26、q、細(xì)胞色素、細(xì)胞色素b 、c 1、 c、 a 、a和一些鐵硫旦白。這些電子傳遞體傳遞電和一些鐵硫旦白。這些電子傳遞體傳遞電子的順序，按照它們的氧化還原電勢大小排列子的順序，按照它們的氧化還原電勢大小排列。呼吸鏈的功能：呼吸鏈的功能： 一是傳遞電子；二是將電子傳遞一是傳遞電子；二是將電子傳遞過程中釋放的能量合成過程中釋放的能量合成atp這就是電這就是電子傳遞磷酸化作用（或稱氧化磷酸化作子傳遞磷酸化作用（或稱氧化磷酸化作用）。用）。atpatp的結(jié)構(gòu)和生成的結(jié)構(gòu)和生成2. atpatp的生成方式的生成方式: : 微生物能量代謝活動中所涉及的主要是微生物能量代謝活動中所涉及的主要是atp（高能（高

27、能分子）形式的化學(xué)能分子）形式的化學(xué)能. atp是生物體內(nèi)能量的載體是生物體內(nèi)能量的載體或流通形式或流通形式.當(dāng)微生物獲得能量后當(dāng)微生物獲得能量后, ,都是先將獲得的都是先將獲得的能量轉(zhuǎn)換成能量轉(zhuǎn)換成atp.atp.當(dāng)需要能量時當(dāng)需要能量時, ,atpatp分子上的高能鍵分子上的高能鍵水解水解, ,重新釋放出能量重新釋放出能量. .光合磷酸化光合磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化電子傳遞磷酸化電子傳遞磷酸化1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu):乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸琥珀酸琥珀酸異檸檬酸異檸檬酸蘋果酸蘋果酸延胡索酸延胡索酸乙醛酸乙醛酸乙酰乙酰coa乙酰乙酰coa乙酸乙酸乙

28、酸乙酸乙醛酸循環(huán)乙醛酸循環(huán)能夠利用乙酸的微生物具有乙酰能夠利用乙酸的微生物具有乙酰coa合成酶，它使乙酸轉(zhuǎn)合成酶，它使乙酸轉(zhuǎn)變?yōu)橐阴Ｗ優(yōu)橐阴oa；然后在然后在異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶和和蘋果酸合成酶蘋果酸合成酶的作用下進(jìn)入乙醛的作用下進(jìn)入乙醛酸循環(huán)。酸循環(huán)。乙醛酸循環(huán)的主要反應(yīng)：乙醛酸循環(huán)的主要反應(yīng)： 異檸檬酸異檸檬酸 琥珀酸琥珀酸 +乙醛酸乙醛酸 乙醛酸乙醛酸 + 乙酸乙酸 蘋果酸蘋果酸 琥珀酸琥珀酸 + 乙酸乙酸 異檸檬酸異檸檬酸 凈反應(yīng)：凈反應(yīng)：2乙酸乙酸 蘋果酸蘋果酸檸檬酸發(fā)酵一、菌種：能產(chǎn)生檸檬酸的菌種很多，但以霉菌為主，一、菌種：能產(chǎn)生檸檬酸的菌種很多，但以霉菌為主，其中又以

29、黑曲霉產(chǎn)生檸檬酸的能力較強(qiáng)，并能利用多種其中又以黑曲霉產(chǎn)生檸檬酸的能力較強(qiáng)，并能利用多種碳源，故常是生產(chǎn)上使用的菌種。碳源，故常是生產(chǎn)上使用的菌種。二、發(fā)酵機(jī)理：細(xì)胞內(nèi)有三羧酸循環(huán)和乙醛酸循環(huán)；檸二、發(fā)酵機(jī)理：細(xì)胞內(nèi)有三羧酸循環(huán)和乙醛酸循環(huán)；檸檬酸合成酶活力較高，而烏頭酸酶或異檸檬酸脫氫酶可檬酸合成酶活力較高，而烏頭酸酶或異檸檬酸脫氫酶可被某些因素，如金屬離子的缺乏，受到抑制，這有利于被某些因素，如金屬離子的缺乏，受到抑制，這有利于檸檬酸的積累。檸檬酸的積累。三、工藝流程：三、工藝流程：發(fā)酵液的發(fā)酵液的ph值對檸檬酸生成影響很大；值對檸檬酸生成影響很大；ph23時，發(fā)酵產(chǎn)物主要是檸檬酸；時，發(fā)

30、酵產(chǎn)物主要是檸檬酸； ph值中性或堿性時，值中性或堿性時，會產(chǎn)生較多草酸和葡萄糖酸；會產(chǎn)生較多草酸和葡萄糖酸； 可往培養(yǎng)基中加入亞鐵氰化鉀或采可往培養(yǎng)基中加入亞鐵氰化鉀或采取育種手段改造菌種，使烏頭酸酶或異檸檬酸脫氫酶缺取育種手段改造菌種，使烏頭酸酶或異檸檬酸脫氫酶缺失或盡量降低活性，以阻礙失或盡量降低活性，以阻礙tca循環(huán)的正常進(jìn)行，從而循環(huán)的正常進(jìn)行，從而增加檸檬酸的積累。增加檸檬酸的積累。谷氨酸發(fā)酵一、谷氨酸發(fā)酵菌種：一、谷氨酸發(fā)酵菌種：corynebacterium pekinensecorynebacterium glutamicumbrevibacterium flavu二、發(fā)酵機(jī)

31、理：二、發(fā)酵機(jī)理： 谷氨酸以谷氨酸以 -酮戊二酸為碳架；當(dāng)酮戊二酸為碳架；當(dāng)以糖質(zhì)為發(fā)酵原料時，合以糖質(zhì)為發(fā)酵原料時，合成途徑包括成途徑包括emp,hmp,tca循環(huán)循環(huán),乙醛酸循環(huán)等；乙醛酸循環(huán)等； 谷氨酸產(chǎn)生菌谷氨酸產(chǎn)生菌的的 -酮戊二酸氧化酶活力很弱或缺少，而酮戊二酸氧化酶活力很弱或缺少，而谷谷氨酸脫氫酶的活力要很高；氨酸脫氫酶的活力要很高； 生物素是谷氨酸產(chǎn)生菌必需的一種維生素，在谷氨酸生物生物素是谷氨酸產(chǎn)生菌必需的一種維生素，在谷氨酸生物合成中起著重要作用，缺乏或量太高都會使谷氨酸合成受阻。合成中起著重要作用，缺乏或量太高都會使谷氨酸合成受阻。生物素通過影響細(xì)胞膜的通透性而影響谷氨酸

32、發(fā)酵。生物素通過影響細(xì)胞膜的通透性而影響谷氨酸發(fā)酵。 概念：以無機(jī)氧化物中的氧作為最終電子（和氫）受概念：以無機(jī)氧化物中的氧作為最終電子（和氫）受體的氧化作用。體的氧化作用。一些厭氧和兼性厭氧微生物在無氧條件下進(jìn)行無氧呼一些厭氧和兼性厭氧微生物在無氧條件下進(jìn)行無氧呼吸吸. .無機(jī)氧化物：如無機(jī)氧化物：如nono3 3- -、 no no2-2-、soso4 42 2- -、s s2 2o o3 32-2-等。等。在無氧呼吸過程中，電子供體和受體之間也需要細(xì)胞在無氧呼吸過程中，電子供體和受體之間也需要細(xì)胞色素等中間電子遞體，并伴隨有磷酸化作用，底物可色素等中間電子遞體，并伴隨有磷酸化作用，底物可

33、被徹底氧化，可產(chǎn)生較多能量，但不如有氧呼吸產(chǎn)生被徹底氧化，可產(chǎn)生較多能量，但不如有氧呼吸產(chǎn)生的能量多。的能量多。如：以硝酸鉀為電子受體進(jìn)行無氧呼吸時，可釋放出如：以硝酸鉀為電子受體進(jìn)行無氧呼吸時，可釋放出1796.141796.14kjkj自由能自由能。（三）無氧呼吸（三）無氧呼吸化化能能自自養(yǎng)養(yǎng)微微生生物物的的產(chǎn)產(chǎn)能能代代謝謝還還原原co2時時atp和和h的的來來源源順順呼呼吸吸鏈鏈傳傳遞遞co2nh4+, no2-, h2s, s atp(最最初初能能源源)耗耗h產(chǎn)產(chǎn)atp逆逆呼呼吸吸鏈鏈傳傳遞遞s,h2,fe2+nad(p)h2（無無機(jī)機(jī)氫氫供供體體）耗耗atp產(chǎn)產(chǎn)hch2o二、自養(yǎng)微生

34、物的生物氧化二、自養(yǎng)微生物的生物氧化第二節(jié)第二節(jié)微生物的代謝調(diào)控與發(fā)酵生產(chǎn)微生物的代謝調(diào)控與發(fā)酵生產(chǎn)本節(jié)提要：本節(jié)提要：微生物代謝過程中的自我調(diào)節(jié)微生物代謝過程中的自我調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶合成的調(diào)節(jié)酶合成的調(diào)節(jié)代謝調(diào)控理論的應(yīng)用代謝調(diào)控理論的應(yīng)用微生物代謝過程中的自我調(diào)節(jié)微生物代謝過程中的自我調(diào)節(jié)微生物代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點：精確、可塑性強(qiáng)，細(xì)胞微生物代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)的特點：精確、可塑性強(qiáng)，細(xì)胞水平的代謝調(diào)節(jié)能力超過高等生物。水平的代謝調(diào)節(jié)能力超過高等生物。成因：細(xì)胞體積小，所處環(huán)境多變。成因：細(xì)胞體積小，所處環(huán)境多變。舉例：大腸桿菌細(xì)胞中存在舉例：大腸桿菌細(xì)胞中存在2500種蛋白質(zhì)，其中上

35、千種蛋白質(zhì)，其中上千種是催化正常新陳代謝的酶。每個細(xì)菌細(xì)胞的體積只種是催化正常新陳代謝的酶。每個細(xì)菌細(xì)胞的體積只能容納能容納10萬個蛋白質(zhì)分子，所以每種酶平均分配不到萬個蛋白質(zhì)分子，所以每種酶平均分配不到100個分子。如何解決合成與使用效率的經(jīng)濟(jì)關(guān)系？個分子。如何解決合成與使用效率的經(jīng)濟(jì)關(guān)系？解決方式：組成酶（解決方式：組成酶（constitutive enzyme）經(jīng)常以高）經(jīng)常以高濃度存在，其它酶都是誘導(dǎo)酶（濃度存在，其它酶都是誘導(dǎo)酶（inducible enzyme），），在底物或其類似物存在時才合成，誘導(dǎo)酶的總量占細(xì)在底物或其類似物存在時才合成，誘導(dǎo)酶的總量占細(xì)胞總蛋白含量的胞總蛋白含

36、量的10%。微生物自我調(diào)節(jié)代謝的方式微生物自我調(diào)節(jié)代謝的方式1.控制營養(yǎng)物質(zhì)透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞控制營養(yǎng)物質(zhì)透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞2.通過酶的定位控制酶與底物的接觸通過酶的定位控制酶與底物的接觸3.控制代謝物流向控制代謝物流向:1.控制營養(yǎng)物質(zhì)透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞控制營養(yǎng)物質(zhì)透過細(xì)胞膜進(jìn)入細(xì)胞如：只有當(dāng)速效碳源或氮源耗盡時，微生物才合如：只有當(dāng)速效碳源或氮源耗盡時，微生物才合成遲效碳源或氮源的運(yùn)輸系統(tǒng)與分解該物質(zhì)的酶成遲效碳源或氮源的運(yùn)輸系統(tǒng)與分解該物質(zhì)的酶系統(tǒng)。系統(tǒng)。2.通過酶的定位控制酶與底物的接觸通過酶的定位控制酶與底物的接觸1）真核微生物酶定位在相應(yīng)細(xì)胞器上；細(xì)胞器）真核微生物酶定位在相應(yīng)細(xì)胞

37、器上；細(xì)胞器各各 自行使某種特異的功能；自行使某種特異的功能； 2）原核微生物在細(xì)胞內(nèi)劃分區(qū)域集中某類酶行）原核微生物在細(xì)胞內(nèi)劃分區(qū)域集中某類酶行使使 功能：功能： 與呼吸產(chǎn)能代謝有關(guān)的酶位于膜上；與呼吸產(chǎn)能代謝有關(guān)的酶位于膜上； 蛋白質(zhì)合成酶和移位酶位于核糖體上；蛋白質(zhì)合成酶和移位酶位于核糖體上； 同核苷酸吸收有關(guān)的酶在同核苷酸吸收有關(guān)的酶在g-菌的周質(zhì)區(qū)。菌的周質(zhì)區(qū)。3. 控制代謝物流向：控制代謝物流向：( 通過酶促反應(yīng)速度來調(diào)節(jié)通過酶促反應(yīng)速度來調(diào)節(jié)) 1)可逆反應(yīng)途徑由同種酶催化，可由不同輔基或輔酶控制代可逆反應(yīng)途徑由同種酶催化，可由不同輔基或輔酶控制代謝物流向：如謝物流向：如: 兩種

38、兩種glu脫氫酶：以脫氫酶：以nadp為輔基為輔基 glu合成合成 以以nad為輔基為輔基 glu分解分解 2)通過調(diào)節(jié)酶的活性或酶的合成量。通過調(diào)節(jié)酶的活性或酶的合成量。關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶: 某一代謝途徑中的第一個酶或分支點后的第一個酶。某一代謝途徑中的第一個酶或分支點后的第一個酶。 粗調(diào)：調(diào)節(jié)酶的合成量粗調(diào)：調(diào)節(jié)酶的合成量細(xì)調(diào)：調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶分子的活性細(xì)調(diào)：調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶分子的活性 3)通過調(diào)節(jié)產(chǎn)能代謝速率。通過調(diào)節(jié)產(chǎn)能代謝速率。一、酶活性的調(diào)節(jié)一、酶活性的調(diào)節(jié)通過改變現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)節(jié)新陳代謝的速率的方式。是酶分子水平通過改變現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)節(jié)新陳代謝的速率的方式。是酶分子水平上的調(diào)節(jié)，屬于精

39、細(xì)的調(diào)節(jié)。上的調(diào)節(jié)，屬于精細(xì)的調(diào)節(jié)。（一）調(diào)節(jié)方式：包括兩個方面：（一）調(diào)節(jié)方式：包括兩個方面：1、酶活性的激活：、酶活性的激活：在代謝途徑中后面的反應(yīng)可被較前面的反應(yīng)產(chǎn)物所促在代謝途徑中后面的反應(yīng)可被較前面的反應(yīng)產(chǎn)物所促進(jìn)的現(xiàn)象；常見于分解代謝途徑。進(jìn)的現(xiàn)象；常見于分解代謝途徑。 如：粗糙脈孢霉的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進(jìn)如：粗糙脈孢霉的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進(jìn)2、酶活性的抑制、酶活性的抑制：包括：競爭性抑制和反饋抑制。：包括：競爭性抑制和反饋抑制。概念：概念：反饋反饋：指反應(yīng)鏈中某些中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物對該途徑關(guān)鍵酶活性：指反應(yīng)鏈中某些中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物對該途徑關(guān)鍵酶活性的

40、影響。的影響。 凡使反應(yīng)速度加快的稱凡使反應(yīng)速度加快的稱正反饋正反饋； 凡使反應(yīng)速度減慢的稱凡使反應(yīng)速度減慢的稱負(fù)反饋（反饋抑制）負(fù)反饋（反饋抑制）； 反饋抑制反饋抑制主要表現(xiàn)在某代謝途徑的末端產(chǎn)物過量時可反過來直接抑制主要表現(xiàn)在某代謝途徑的末端產(chǎn)物過量時可反過來直接抑制該途徑中第一個酶的活性。主要表現(xiàn)在氨基酸、核苷酸合成途徑中。該途徑中第一個酶的活性。主要表現(xiàn)在氨基酸、核苷酸合成途徑中。特點：作用直接、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時又可解除特點：作用直接、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時又可解除1.直線式代謝途徑中的反饋抑制直線式代謝途徑中的反饋抑制：蘇氨酸脫氨酶蘇氨酸脫氨酶蘇氨酸蘇氨酸- -酮丁

41、酸酮丁酸異亮氨酸異亮氨酸反饋抑制反饋抑制其它實例：谷氨酸棒桿菌的精氨酸合成其它實例：谷氨酸棒桿菌的精氨酸合成2.2.分支代謝途徑中的反饋抑制：分支代謝途徑中的反饋抑制：在分支代謝途徑中，反饋抑制的情況較為復(fù)雜，為了避免在在分支代謝途徑中，反饋抑制的情況較為復(fù)雜，為了避免在一個分支上的產(chǎn)物過多時不致同時影響另一分支上產(chǎn)物的供一個分支上的產(chǎn)物過多時不致同時影響另一分支上產(chǎn)物的供應(yīng)，微生物發(fā)展出多種調(diào)節(jié)方式。主要有：應(yīng)，微生物發(fā)展出多種調(diào)節(jié)方式。主要有： 同功酶的調(diào)節(jié)，同功酶的調(diào)節(jié)， 順序反饋，協(xié)同反饋，積累反饋調(diào)節(jié)等。順序反饋，協(xié)同反饋，積累反饋調(diào)節(jié)等。（二）反饋抑制的類型（二）反饋抑制的類型（1

42、 1）同功酶調(diào)節(jié)）同功酶調(diào)節(jié)isoenzyme定義：指能催化同一化學(xué)反應(yīng)但結(jié)構(gòu)不同的一組酶。 同功酶a與酶b分別由各自的終產(chǎn)物e與g抑制。只有 e、g同時過量，才能完全阻止反應(yīng)的進(jìn)行。（2 2）協(xié)同反饋抑制）協(xié)同反饋抑制concerted feedback inhibition定義：分支代謝途徑中幾個末端產(chǎn)物同時過量時才能抑制定義：分支代謝途徑中幾個末端產(chǎn)物同時過量時才能抑制共同途徑中的第一個酶的一種反饋調(diào)節(jié)方式。共同途徑中的第一個酶的一種反饋調(diào)節(jié)方式。（3）積累反饋抑制）積累反饋抑制cumulative feedback inhibition定義：定義：每個終產(chǎn)物同時積累都會對途徑中的第一個

43、酶產(chǎn)生部每個終產(chǎn)物同時積累都會對途徑中的第一個酶產(chǎn)生部分抑制作用，且各終產(chǎn)物的抑制作用互不干擾，各終產(chǎn)物同分抑制作用，且各終產(chǎn)物的抑制作用互不干擾，各終產(chǎn)物同時存在時，它們的抑制作用是累加的。時存在時，它們的抑制作用是累加的。各末端產(chǎn)物之間既無各末端產(chǎn)物之間既無協(xié)同效應(yīng)，亦無拮抗作用。協(xié)同效應(yīng)，亦無拮抗作用。（4 4）順序反饋抑制）順序反饋抑制sequential feedback inhibition分支途徑中兩個終產(chǎn)物不能直接對途徑中的第一個酶產(chǎn)生抑分支途徑中兩個終產(chǎn)物不能直接對途徑中的第一個酶產(chǎn)生抑制作用，而是分別抑制分支點后的反應(yīng)步驟，造成分支點上制作用，而是分別抑制分支點后的反應(yīng)步驟

44、，造成分支點上中間產(chǎn)物積累，高濃度的中間產(chǎn)物再反饋抑制第一個酶的活中間產(chǎn)物積累，高濃度的中間產(chǎn)物再反饋抑制第一個酶的活性。只有兩個終產(chǎn)物同時積累，才能對途徑中的第一個酶產(chǎn)性。只有兩個終產(chǎn)物同時積累，才能對途徑中的第一個酶產(chǎn)生抑制作用。生抑制作用。(三三)酶活力調(diào)節(jié)的機(jī)制酶活力調(diào)節(jié)的機(jī)制變構(gòu)酶理論： 變構(gòu)酶為一種變構(gòu)蛋白，酶分子空間構(gòu)象的變化 影響酶活。其上具有兩個以上立體專一性不同的接受部位，一個是活性中心，另一個是調(diào)節(jié)中心。活性位點:與底物結(jié)合變構(gòu)位點:與與抑制劑結(jié)合抑制劑結(jié)合,構(gòu)象變化構(gòu)象變化,不能與底物結(jié)合不能與底物結(jié)合 與與激活劑結(jié)合激活劑結(jié)合, 構(gòu)象變化構(gòu)象變化,促進(jìn)與底物結(jié)合促進(jìn)與

45、底物結(jié)合 變構(gòu)酶變構(gòu)酶二、酶合成的調(diào)節(jié)二、酶合成的調(diào)節(jié)（一）酶合成調(diào)節(jié)的類型（一）酶合成調(diào)節(jié)的類型1.誘導(dǎo)誘導(dǎo)(induction)：是酶促分解底物或產(chǎn)物誘使微生物細(xì)胞合是酶促分解底物或產(chǎn)物誘使微生物細(xì)胞合成分解代謝途徑中有關(guān)酶的過程。微生物通過誘導(dǎo)作用而產(chǎn)生成分解代謝途徑中有關(guān)酶的過程。微生物通過誘導(dǎo)作用而產(chǎn)生的酶稱為的酶稱為誘導(dǎo)酶（誘導(dǎo)酶（為適應(yīng)外來底物或其結(jié)構(gòu)類似物而臨時合成為適應(yīng)外來底物或其結(jié)構(gòu)類似物而臨時合成的酶類）。的酶類）。組成酶（固有酶）組成酶（固有酶）：不依賴底物或底物結(jié)構(gòu)類似物的存在而合：不依賴底物或底物結(jié)構(gòu)類似物的存在而合成的酶。如：成的酶。如：empemp途徑的一些酶。

46、途徑的一些酶。誘導(dǎo)酶：誘導(dǎo)酶：依賴于底物或底物結(jié)構(gòu)類似物的存在而合成的酶。如：依賴于底物或底物結(jié)構(gòu)類似物的存在而合成的酶。如：乳糖酶。乳糖酶。 誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物(inducer)： 酶作用的底物。酶作用的底物。有些酶催化的反應(yīng)產(chǎn)有些酶催化的反應(yīng)產(chǎn)物。物。底物結(jié)構(gòu)類似物。底物結(jié)構(gòu)類似物。2.阻遏（阻遏（repression）：代謝過程中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的代謝過程中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的的合成的現(xiàn)象，從的合成的現(xiàn)象，從而更徹底地控制和減少末端產(chǎn)物的合成。而更徹底地控制和減少末端產(chǎn)物的合成。阻遏作用的類型阻遏作用的類型：末端產(chǎn)物阻遏（末端產(chǎn)物阻遏（end-product repression）：由于終產(chǎn)物的過量

47、）：由于終產(chǎn)物的過量積累而導(dǎo)致生物合成途徑中酶合成的阻遏的現(xiàn)象，常常發(fā)生在氨積累而導(dǎo)致生物合成途徑中酶合成的阻遏的現(xiàn)象，常常發(fā)生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等這些重要結(jié)構(gòu)元件生物合成的時候?；?、嘌呤和嘧啶等這些重要結(jié)構(gòu)元件生物合成的時候。例如過量的精氨酸阻遏了參與合成精氨酸的許多酶的合成。例如過量的精氨酸阻遏了參與合成精氨酸的許多酶的合成。分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏（catabolite repression）：當(dāng)微生物在含有兩）：當(dāng)微生物在含有兩種能夠分解底物的培養(yǎng)基中生長時，利用快的那種分解底物會阻種能夠分解底物的培養(yǎng)基中生長時，利用快的那種分解底物會阻遏利用慢的底物的有關(guān)酶的合成的現(xiàn)象。最早

48、發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌生遏利用慢的底物的有關(guān)酶的合成的現(xiàn)象。最早發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌生長在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基時長在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基時,故又稱故又稱葡萄糖效應(yīng)葡萄糖效應(yīng)。分解代謝。分解代謝物阻遏導(dǎo)致出現(xiàn)物阻遏導(dǎo)致出現(xiàn)“二次生長（二次生長（diauxic growth）”.實質(zhì)是：實質(zhì)是：（二）酶合成調(diào)節(jié)的機(jī)制（二）酶合成調(diào)節(jié)的機(jī)制操縱子學(xué)說概述：操縱子學(xué)說概述：1、操縱子（、操縱子（operon）：是基因表達(dá)和控制的一個完整單元，其）：是基因表達(dá)和控制的一個完整單元，其中包括結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，操作子和啟動子。中包括結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，操作子和啟動子。結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因(structural gene

49、s)：是決定某一多肽的是決定某一多肽的dna 模板，可模板，可根據(jù)其上的堿基順序轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的根據(jù)其上的堿基順序轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的mrna，然后再可通過核糖體，然后再可通過核糖體轉(zhuǎn)譯出相應(yīng)的酶轉(zhuǎn)譯出相應(yīng)的酶;（編碼蛋白質(zhì)的dna序列） 啟動子啟動子(promoter)：能被依賴于：能被依賴于dna的的rna聚合酶所識別的堿聚合酶所識別的堿基順序，是基順序，是rna聚合酶的結(jié)合部位和轉(zhuǎn)錄起點；（在許多情況下聚合酶的結(jié)合部位和轉(zhuǎn)錄起點；（在許多情況下還包括促進(jìn)這一過程的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點。）還包括促進(jìn)這一過程的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點。）操縱子（操縱子（operator）：位于啟動基因和結(jié)構(gòu)基因之間的一段堿：位于啟

50、動基因和結(jié)構(gòu)基因之間的一段堿基順序，是阻遏蛋白的結(jié)合位點，能通過與阻遏物相結(jié)合來決定基順序，是阻遏蛋白的結(jié)合位點，能通過與阻遏物相結(jié)合來決定結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄是否能進(jìn)行；結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄是否能進(jìn)行； 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因（regulator gene）：用于編碼組成型調(diào)節(jié)蛋白的基：用于編碼組成型調(diào)節(jié)蛋白的基因，因，一般遠(yuǎn)離操縱子一般遠(yuǎn)離操縱子,但在原核生物中但在原核生物中,可以位于操縱子旁邊可以位于操縱子旁邊,編碼調(diào)節(jié)蛋白。編碼調(diào)節(jié)蛋白。structure of a typical operon 酶合成的誘導(dǎo)酶合成的誘導(dǎo)enzyme induction： enzyme induction. induct

51、ion (or derepression) of the lac opron is a form of negative control because the effect of the regulatory protein (active repressor) is to stop transcription. 有乳糖時：乳糖作為一種效應(yīng)物與阻遏物結(jié)合 ,使其變構(gòu), 不能與o結(jié)合,從而轉(zhuǎn)錄進(jìn)行,合成乳糖酶,分解乳糖。無乳糖時：細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的阻遏物結(jié)合在操縱基因上,轉(zhuǎn)錄不能進(jìn)行；酶合成的阻遏酶合成的阻遏enzyme repression： 1.終產(chǎn)物的阻遏：終產(chǎn)物的阻遏：(end produc

52、t repression):（ 反饋阻反饋阻遏遏) 即在合成代謝中，終產(chǎn)物阻遏該途徑即在合成代謝中，終產(chǎn)物阻遏該途徑 所有酶的合成。所有酶的合成。為基因表達(dá)的控制為基因表達(dá)的控制 。 如：色氨酸如：色氨酸(try)合成的調(diào)控合成的調(diào)控(正調(diào)節(jié)正調(diào)節(jié))genetic organization of the trp operon and its control elements 2.分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏catabolite repression1）二次生長現(xiàn)象及其機(jī)）二次生長現(xiàn)象及其機(jī)制：制：分解葡萄糖的酶分解葡萄糖的酶 組成酶（固有酶）組成酶（固有酶） 分解乳糖的酶分解乳糖的酶誘導(dǎo)誘導(dǎo)酶

53、，酶， 受葡萄糖分解代謝產(chǎn)物受葡萄糖分解代謝產(chǎn)物 調(diào)控。調(diào)控。 the diauxic growth curve of e. coli grown in limiting concentrations of a mixture of glucose and lactose 1）camp與與cap結(jié)合。結(jié)合。 2）當(dāng)）當(dāng)camp與與cap復(fù)合復(fù)合物結(jié)合在啟動子上物結(jié)合在啟動子上,rnapolase 才與啟動子才與啟動子結(jié)合，轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。結(jié)合，轉(zhuǎn)錄進(jìn)行。 3）當(dāng)缺少）當(dāng)缺少camp和和cap時時, rnapolase不能與啟動不能與啟動子結(jié)合。子結(jié)合。catabolite repression is

54、 positive control of the lac operon. the effect is an increase in the rate of transcription. 有葡萄糖時：有葡萄糖時： camp的產(chǎn)生受葡萄糖抑制。的產(chǎn)生受葡萄糖抑制。 葡萄糖降解物抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，葡萄糖降解物抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，camp濃度下濃度下降降 ， camp不與不與cap結(jié)合，結(jié)合，rna多聚酶不能結(jié)合，多聚酶不能結(jié)合， 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)錄不能進(jìn)行。錄不能進(jìn)行。 無葡萄糖時：無葡萄糖時： camp濃度上升，濃度上升，camp與與cap(降降解物的激活蛋白解物的激活蛋白)結(jié)合結(jié)合,與啟動基因結(jié)合

55、，轉(zhuǎn)錄進(jìn)行與啟動基因結(jié)合，轉(zhuǎn)錄進(jìn)行.（1）存在誘導(dǎo)物時，）存在誘導(dǎo)物時，mrna得到轉(zhuǎn)錄：得到轉(zhuǎn)錄： 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因 控制部分控制部分 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 ppr tozyat -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 滲透酶滲透酶 轉(zhuǎn)乙?；皋D(zhuǎn)乙酰基酶誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物阻遏物阻遏物失活阻遏物失活阻遏物 rna多聚酶多聚酶campcrp乳糖操縱子乳糖操縱子1乳糖操縱子乳糖操縱子dnarna蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)乳糖操縱子乳糖操縱子2 2（2 2）誘導(dǎo)物和輔阻遏物都存在時）誘導(dǎo)物和輔阻遏物都存在時 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因 控制部分控制部分 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 p pp pr r t to oz zy ya at t 乳糖操縱子乳糖操縱子

56、3 3（3）不存在誘導(dǎo)物時，）不存在誘導(dǎo)物時，mrna無法轉(zhuǎn)錄：無法轉(zhuǎn)錄： 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因 控制部分控制部分 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因 ppr tozyat when lactose is presentwhen the inducer (lactose) is removedwhen levels of glucose in the cell are highv(一一)、生物合成途徑的代謝調(diào)控；、生物合成途徑的代謝調(diào)控； v1、終產(chǎn)物阻遏、終產(chǎn)物阻遏（end product repression) v 終產(chǎn)物阻遏該途徑所有酶的合成。終產(chǎn)物阻遏該途徑所有酶的合成。 v2、反饋（、反饋（feedbac

57、k)或變構(gòu)抑制或變構(gòu)抑制(allosteric inhibition)：v 終產(chǎn)物對該合成途徑第一酶合成的抑制終產(chǎn)物對該合成途徑第一酶合成的抑制a b c de1e2e3gene1 gene2gene3終產(chǎn)物反饋抑制終產(chǎn)物反饋抑制mrna合成被阻遏合成被阻遏dnamrna總結(jié)總結(jié)v1、酶的誘導(dǎo)、酶的誘導(dǎo)（enzyme induction): v 底物或其結(jié)構(gòu)類似物活化與降解有關(guān)的酶。底物或其結(jié)構(gòu)類似物活化與降解有關(guān)的酶。 v 乳糖操縱子學(xué)說。乳糖操縱子學(xué)說。 v2、分解代謝產(chǎn)物阻遏、分解代謝產(chǎn)物阻遏（catabolite repression) ：v 葡萄糖阻遏大量其他誘導(dǎo)酶的合成。葡萄糖阻遏

58、大量其他誘導(dǎo)酶的合成。(二二)、分解途徑的代謝調(diào)控：、分解途徑的代謝調(diào)控：三、代謝的人工控制及其在發(fā)酵工業(yè)三、代謝的人工控制及其在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用中的應(yīng)用工業(yè)發(fā)酵的目的：大量積累人們所需要的微生物代謝產(chǎn)物。工業(yè)發(fā)酵的目的：大量積累人們所需要的微生物代謝產(chǎn)物。代謝的人工控制：人為地打破微生物的代謝控制體系，使代謝的人工控制：人為地打破微生物的代謝控制體系，使代謝朝著人們希望的方向進(jìn)行。代謝朝著人們希望的方向進(jìn)行。人工控制代謝的手段：人工控制代謝的手段： 改變微生物遺傳特性改變微生物遺傳特性(遺傳學(xué)方法）；遺傳學(xué)方法）； 控制發(fā)酵條件（生物化學(xué)方法）；控制發(fā)酵條件（生物化學(xué)方法）； 改變細(xì)胞膜透性

59、；改變細(xì)胞膜透性；v（1）對于直線式代謝途徑：選育營養(yǎng)缺）對于直線式代謝途徑：選育營養(yǎng)缺陷性突變株只能積累中間代謝產(chǎn)物陷性突變株只能積累中間代謝產(chǎn)物v v a a b b c c d d e v 1.1營養(yǎng)缺陷型菌株的應(yīng)用營養(yǎng)缺陷型菌株的應(yīng)用 末端產(chǎn)物末端產(chǎn)物e對生長乃是必需的，所以，應(yīng)在培養(yǎng)基中限量供給對生長乃是必需的，所以，應(yīng)在培養(yǎng)基中限量供給e，使之足以維持菌株生長，但又不至于造成反饋調(diào)節(jié)（阻遏或抑制），使之足以維持菌株生長，但又不至于造成反饋調(diào)節(jié)（阻遏或抑制），這樣才能有利于菌株積累中間產(chǎn)物這樣才能有利于菌株積累中間產(chǎn)物c 。1.遺傳學(xué)方法遺傳學(xué)方法(2) 分支代謝途徑：情況較復(fù)雜，可利分支代謝途徑：情況較復(fù)雜，可利用營養(yǎng)缺陷性克服協(xié)同或累加反饋抑制用營養(yǎng)缺陷性克服協(xié)同或累加反饋抑制積累末端產(chǎn)物，亦可利用雙重缺陷發(fā)酵積累末端產(chǎn)物，亦可利用雙重缺陷發(fā)酵生產(chǎn)中間產(chǎn)物生產(chǎn)中間產(chǎn)物a b cdefg分支途徑分支途徑賴氨酸發(fā)酵賴氨酸發(fā)酵: :谷氨酸棒桿菌的谷氨酸棒桿菌的hom分支途徑分支途徑肌苷酸發(fā)酵肌苷酸發(fā)酵（impimp合成途徑的代謝調(diào)控）合成途徑的代謝調(diào)控）調(diào)控理論的實踐應(yīng)用調(diào)控理論的實踐應(yīng)用1.2 抗反饋控制突變株的應(yīng)用抗反饋控制突變株的應(yīng)用