微生物的生長與產(chǎn)物代謝機(jī)制原理

1、微生物的生長與產(chǎn)物代謝機(jī)制原理第一節(jié) 微生物的生長第二節(jié) 微生物的生物合成第三節(jié) 微生物生物合成的代謝機(jī)制第一節(jié) 微生物的生長1. 微生物的生長繁殖 細(xì)菌 二等分裂 放線菌 無性 孢子繁殖 霉菌 無性和有性孢子繁殖 酵母 芽殖2.微生物的生長曲線（單細(xì)胞生物，細(xì)菌） 將單細(xì)胞細(xì)菌接種到恒定容積的液體培養(yǎng)基中，不補(bǔ)充營養(yǎng)物或移去培養(yǎng)物，細(xì)菌以二分裂方式繁殖，以時(shí)間為橫坐標(biāo)，細(xì)菌數(shù)目的對數(shù)值為縱坐標(biāo)，可畫出一條反映細(xì)菌在整個(gè)培養(yǎng)期間菌數(shù)變化規(guī)律的曲線，稱為生長曲線（growth curve）其它名稱：延滯期、停滯期、調(diào)整期、適應(yīng)期現(xiàn)象：活菌數(shù)沒增加，曲線平行于橫軸。特點(diǎn)：生長速率常數(shù)= 0細(xì)胞形態(tài)

2、變大或增長細(xì)胞內(nèi)RNA特別是rRNA含量增高，原生質(zhì)嗜堿性增強(qiáng)合成代謝活躍（核糖體、酶類、ATP合成加快），易產(chǎn)生誘導(dǎo)酶對外界不良條件敏感，（如氯化鈉濃度、溫度、抗生素等化學(xué)藥物）原因：適應(yīng)新環(huán)境條件，合成新酶，積累必要中間產(chǎn)物遲緩期（lag phase）.對數(shù)期（log phase） 其他名稱：指數(shù)期 現(xiàn)象：細(xì)胞數(shù)目以幾何級增加，其對數(shù)與時(shí)間呈直線關(guān)系 特點(diǎn)：生長速率常數(shù)最大，即代時(shí)最短細(xì)胞進(jìn)行平衡生長，菌體大小、形態(tài)、生理特征等比較一致代謝最旺盛細(xì)胞對理化因素較敏感. 穩(wěn)定期（stationary phase）又稱：恒定期或最高生長期特點(diǎn)：新增殖的細(xì)胞數(shù)與老細(xì)胞的死亡數(shù)幾乎相等，微生物的生

3、長速率處于動態(tài)平衡，培養(yǎng)物中的細(xì)胞數(shù)目達(dá)到最高值。細(xì)胞分裂速度下降，開始積累內(nèi)含物，產(chǎn)芽孢的細(xì)菌開始產(chǎn)芽孢。此時(shí)期的微生物開始合成次生代謝產(chǎn)物，對于發(fā)酵生產(chǎn)來說，一般在穩(wěn)定期的后期產(chǎn)物積累達(dá)到高峰，是最佳的收獲時(shí)期。原因：營養(yǎng)物尤其是生長限制因子的耗盡； 營養(yǎng)物的比例失調(diào)，如碳氮比不合適; 有害代謝廢物的積累（酸、醇、毒素等）；物化條件（pH、氧化還原勢等）不合適等. 衰亡期（decline phase）特點(diǎn)：細(xì)胞死亡數(shù)增加，死亡數(shù)大大超過新增殖的細(xì)胞數(shù)，群體中的活菌數(shù)目急劇下降，出現(xiàn)“負(fù)生長”。細(xì)胞內(nèi)顆粒更明顯，細(xì)胞出現(xiàn)多形態(tài)、畸形或衰退形，芽孢開始釋放。因菌體本身產(chǎn)生的酶及代謝產(chǎn)物的作用，

4、使菌體死亡、自溶等，發(fā)生自溶的菌生長曲線表現(xiàn)為向下跌落的趨勢。產(chǎn)生原因：生長條件的進(jìn)一步惡化，使細(xì)胞內(nèi)的分解代謝大大超過合成代謝，繼而導(dǎo)致菌體的死亡3、微生物生長的測定（1）以數(shù)量變化測定微生物的生長（計(jì)數(shù)）直接計(jì)數(shù)法（血球計(jì)數(shù)板、比濁法）比濁法：原理是在一定范圍內(nèi)，菌懸液中的細(xì)胞濃度與混濁度成正比，即與光密度成正比，菌數(shù)越多，光密度越大。因此，借助于分光光度計(jì)，在一定波長下測定菌懸液的光密度，就可反應(yīng)出菌液的濃度。特點(diǎn)：快速、簡便；但易受干擾。間接計(jì)數(shù)法（平板菌落計(jì)數(shù)法、最大或然數(shù)法、膜過濾計(jì)數(shù)法）薄膜過濾計(jì)數(shù)法：常用該法測定含菌量較少的空氣和水中的微生物數(shù)目。將定量的樣品通過薄膜（硝化纖維

5、素薄膜、醋酸纖維薄膜）過濾，菌體被阻留在濾膜上，取下濾膜進(jìn)行培養(yǎng)，然后計(jì)算菌落數(shù)，可求出樣品中所含菌數(shù)。（2）以生物量為指標(biāo)測定微生物的生長重量法將一定量的菌液中的菌體通過離心或過濾分離出來,然后烘干(干燥溫度可采用105、100或80)、稱重。一般干重為濕重的10%20%，而一個(gè)細(xì)菌細(xì)胞一般重約10-1210-13g。該法適合菌濃較高的樣品。大腸桿菌一個(gè)細(xì)胞一般重約10-1210-13g，液體培養(yǎng)物中細(xì)胞濃度達(dá)到2109個(gè)/ml時(shí)，100ml培養(yǎng)物可得1090mg干重的細(xì)胞。含氮量法 蛋白質(zhì)是細(xì)胞的主要物質(zhì)，含量穩(wěn)定，而氮是蛋白質(zhì)的主要成分，通過測含氮量就可推知微生物的濃度。 一般細(xì)菌含氮量

6、為干重的12.5%，酵母菌為7.5%，霉菌為6.0%，根據(jù)一定體積培養(yǎng)液中的含氮量再乘以6.25，就可測得粗蛋白的含量。DNA法 每個(gè)細(xì)菌的DNA含量相對穩(wěn)定，平均為8.410-5ng，提取樣品的總DNA，求的DNA含量，計(jì)算細(xì)菌的含量。其它生理指標(biāo) 氧消耗量、代謝產(chǎn)物生成量、營養(yǎng)物質(zhì)消耗量等 4、影響微生物生長環(huán)境因素營養(yǎng)物質(zhì)水的活性溫度pH氧營養(yǎng)學(xué)內(nèi)容1、溫度對微生物生長的影響溫度是影響微生物生長的最重要因素之一。溫度對微生物的影響具體表現(xiàn)在：影響酶活性，溫度變化影響酶促反應(yīng)速率，最終影響細(xì)胞合成。影響細(xì)胞膜的流動性，溫度高，流動性大，有利于物質(zhì)的運(yùn)輸，溫度低，流動性降低，不利于物質(zhì)運(yùn)輸，

7、因此，溫度變化影響營養(yǎng)物質(zhì)的吸收與代謝產(chǎn)物的分泌。影響物質(zhì)的溶解度，對生長有影響。微生物整體來看:生長的溫度范圍一般在-10 100 但對于特定的某一種微生物：只能在一定溫度范圍內(nèi)生長，在這個(gè)范圍內(nèi)，每種微生物都有自己的生長溫度三基點(diǎn)，即最低、最適、最高生長溫度處于最適生長溫度時(shí)，生長速度最快，代時(shí)最短。超過最低生長溫度時(shí)，微生物不生長，溫度過低，甚至?xí)劳?。超過最高生長溫度時(shí)，微生物不生長，溫度過高，甚至?xí)劳?。微生物生長的三個(gè)溫度基點(diǎn)微生物類型生長溫度最低 最適 最高嗜冷微生物兼性嗜冷微生物嗜溫微生物嗜熱微生物超嗜熱或嗜高溫微生物 45 45 5565 80 65 8090 100根據(jù)微生

8、物的最適生長溫度的不同，可將微生物劃為五個(gè)類型微生物的生命活動離不開水分，水是機(jī)體的重要組成成分，溶劑和運(yùn)輸介質(zhì)，參與機(jī)體內(nèi)水解、縮合、氧化與還原反應(yīng)，維持蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)的穩(wěn)定的天然狀態(tài)。滲透壓的改變影響生命活動2、水分活度對微生物生長的影響微生物對氧的需要和耐受力在不同的類群中變化很大，根據(jù)微生物與氧的關(guān)系,可把它們分為幾種類群: 專性好氧菌: 好氧菌 微好氧菌： 兼性厭氧菌 耐氧厭氧菌：乳酸菌 厭氧菌 (專性)厭氧菌：3.氧氣對微生物生長的影響通過呼吸鏈以氧為電子受體產(chǎn)能，只能在低氧分壓下生長，彎曲菌屬、霍亂弧菌超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化氫酶超氧化物歧化酶（SOD）功能：使好氧菌

9、免受超氧化物陰離子自由基的毒害2H2O2 _Catalase_ 2H2O + O2過氧化氫酶（ Catalase ）影響膜表面電荷的性質(zhì)及膜的通透性，進(jìn)而影響對物質(zhì)的吸收能力。改變酶活、酶促反應(yīng)的速率及代謝途徑：如：酵母菌在pH4.5-5產(chǎn)乙醇，在 pH6.5以上產(chǎn)甘油、酸。環(huán)境pH值還影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的離子化程度，從而影響營養(yǎng)物質(zhì)吸收，或有毒物質(zhì)的毒性。4、pH值對微生物生長的影響微生物的生長pH值范圍極廣，從pH8都有微生物能生長。但是絕大多數(shù)種類都生活在之間。微生物生長的pH值三基點(diǎn)：各種微生物都有其生長的最低、最適和最高pH值。不同的微生物最適生長的pH值不同，根據(jù)微生物生長的最適

10、pH值，將微生物分為： 嗜堿微生物：硝化細(xì)菌、尿素分解菌、多數(shù)放線菌 耐堿微生物：許多鏈霉菌 中性微生物：絕大多數(shù)細(xì)菌，一部分真菌 嗜酸微生物：硫桿菌屬 耐酸微生物：乳酸桿菌、醋酸桿菌不同微生物對pH要求不同 微生物種類最低pH最適pH最高pH大腸桿菌枯草芽孢桿菌金黃色葡萄球菌黑曲霉一般放線菌一般酵母菌 4.3 4.5 4.2 1.5 5.0 3.06.08.06.07.57.07.55.06.07.08.05.06.0 9.5 8.5 9.3 9.0 10.0 8.0 一些微生物生長的pH值范圍第二節(jié) 微生物的代謝與調(diào)節(jié)1、糖、醇、有機(jī)酸發(fā)酵的代謝調(diào)控2、氨基酸發(fā)酵的代謝調(diào)控1、糖、醇、有機(jī)

11、酸發(fā)酵的代謝好氧發(fā)酵：氨基酸、核苷酸、抗生素、有機(jī)酸厭氧發(fā)酵：醇、醛、有機(jī)酸（1）葡萄糖的分解代謝葡萄糖降解：葡萄糖丙酮酸 丙酮酸進(jìn)一步代謝葡萄糖降解生成丙酮酸：A、EMP途徑B、HMP途徑C、ED途徑D、PK途徑E、葡萄糖直接氧化途徑無氧呼吸或代謝生成不同產(chǎn)物有氧CO2、H2O、有機(jī)酸、氨基酸葡萄糖分解代謝及發(fā)酵途徑A、EMP途徑該途徑主要提供三碳中間代謝產(chǎn)物：GAP(三磷酸甘油醛)，PY(丙酮酸)是EMP、HMP、ED途徑三條代謝途徑交叉樞紐。PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)在糖補(bǔ)償途徑CO2回補(bǔ)中起作用，PGA(磷酸甘油酸)在嘌呤類物質(zhì)生物合成中起作用，DHAP(磷酸二羥丙酮)接收氫生成3磷酸

12、甘油甘油磷脂?？偡磻?yīng)方程：厭氧條件下：C6H12O6+2NAD+2ADP+2Pi 2CH3COCOOH+2NADH2+2ATP+2H2O有氧條件下：C6H12O6+6O2+38ADP+38Pi6CO2+6H2O+38ATPB、HMP途徑(磷酸戊糖途徑)功能：提供大量的NADPH2和各種不同碳原子骨架的磷酸糖，R-5-P(5-磷酸核糖)核苷酸、E-4-P(4-磷酸赤蘚糖)芳香族氨基酸、EMP和HMP同時(shí)存在，環(huán)境變化有所不同?？偡磻?yīng)方程：不完全條件下：C6H12O6+2NAD+ADP+Pi +6NADP+3H2O2CH3COCOOH+2NADH2+6NADPH2+ATP+3CO2有氧條件下：C6

13、H12O6+6O2+35ADP+35Pi6CO2+6H2O+35ATPC、ED途徑ED途徑(2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途徑)由葡萄糖KDPG 丙酮酸和3-磷酸甘油醛EMP途徑丙酮酸厭氧發(fā)酵時(shí)：只有進(jìn)入EMP途徑的3-磷酸甘油醛生成2ATP，除去消耗1ATP，只生成1ATP，有氧條件下生成37ATP。只有在少數(shù)缺乏完整EMP途經(jīng)的細(xì)菌中總反應(yīng)方程：厭氧條件下：C6H12O6+NAD+ADP+Pi +6NADP+2CH3COCOOH+2NADH2+ NADPH2+ATP有氧條件下：C6H12O6+6O2+37ADP+37Pi6CO2+6H2O+37ATPD、PK途徑在沒有EMP、HMP

14、、ED途經(jīng)的細(xì)菌通過PK途經(jīng)分解葡萄糖。磷酸戊糖酮解途徑(PPK)，HMP變異途徑，葡萄糖到5-磷酸木酮糖一樣乙酰磷酸(乙醇)+3-磷酸甘油醛丙酮酸(乳酸)異型乳酸發(fā)酵磷酸己糖酮解途徑(PHK)，EMP變異途徑，葡萄糖到6-磷酸果糖一樣乙酰磷酸+4-磷酸赤蘚糖再和F-6-P 5-磷酸核糖 乙酰磷酸+3-磷酸甘油醛異型乳酸發(fā)酵E、葡萄糖直接氧化途徑上述四種都是葡萄糖磷酸化以后再降解，有一些微生物酵母、假單胞菌屬、醋桿菌屬，沒有己糖激酶，有葡萄糖氧化酶，直接將葡萄糖氧化成葡萄糖酸、再磷酸化生成6-磷酸葡萄糖酸 經(jīng)6-PG脫氫酶轉(zhuǎn)化成KDPG，按照ED途經(jīng)降解。 經(jīng)6-PG脫氫酶轉(zhuǎn)化成5-磷酸核酮糖

15、，進(jìn)入HMP降解。、丙酮酸的代謝第一階段生成丙酮酸和DAN(P)H2，DAN(P)H2需要重新氧化生成DAN(P)+,繼而循環(huán)，好氧：丙酮酸乙酰輔酶A，經(jīng)TCA循環(huán)或乙醛酸循環(huán)氧化生成CO2和水， DAN(P)H2轉(zhuǎn)移給末端電子受體O2，厭氧：受體氧以外的外源氧化物、不飽和碳?xì)滏I，形成各類發(fā)酵A、三羧酸循環(huán)B、乙醛酸循環(huán)A、三羧酸循環(huán)TCA循環(huán)：產(chǎn)生大量能量36( 38 )ATP。物質(zhì)代謝樞紐：糖、蛋白質(zhì)、脂類代謝中橋梁作用；合成代謝中間產(chǎn)物：氨基酸、脂肪酸、細(xì)胞色素；提供各種有機(jī)酸。B、乙醛酸循環(huán)(DCA)乙酰CoA+乙醛酸+2NAD+蘋果酸+2NADH2(2)厭氧發(fā)酵機(jī)制厭氧時(shí)，微生物以葡

16、萄糖分解過程中形成的各種代謝產(chǎn)物接收NAD(P)H2的氫，形成各種發(fā)酵產(chǎn)物。乙醇發(fā)酵和甘油發(fā)酵乳酸發(fā)酵丁酸發(fā)酵丙酸發(fā)酵乙醇發(fā)酵和甘油發(fā)酵A、酵母型乙醇發(fā)酵(酵母菌第一型發(fā)酵)B、甘油發(fā)酵(酵母菌第二型發(fā)酵)C、乙酸、乙醇、甘油發(fā)酵(酵母菌第三型發(fā)酵)D、細(xì)菌型乙醇發(fā)酵A、酵母型乙醇發(fā)酵(酵母菌第一型發(fā)酵)釀酒酵母和少數(shù)細(xì)菌。在厭氧、條件下，通過EMP途經(jīng)將酶分子葡萄糖分解形成2分子丙酮酸，丙酮酸在丙酮酸脫羧酶催化下生成乙醛，乙醛接收NADH2的氫，生成2分子乙醇、2分子CO2和2ATP。C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CH2OH+2CO2+2ATPB、甘油發(fā)酵(酵母菌第二型發(fā)酵)釀酒

17、酵母在厭氧和培養(yǎng)基中有3亞硫酸氫鈉時(shí)，丙酮酸脫羧生成乙醛和亞硫酸氫鈉起加成反應(yīng)，生成難溶的亞硫酸鈉加成物-磺化羥乙醛；不再作為氫受體，磷酸二羥丙酮作為氫受體，形成3-磷酸甘油，進(jìn)一步水解去磷酸生成甘油。不產(chǎn)生ATP，亞硫酸氫鈉適量3，保證一部分進(jìn)行乙醇發(fā)酵產(chǎn)能。C、乙酸、乙醇、甘油發(fā)酵(酵母菌第三型發(fā)酵)釀酒酵母在厭氧、pH7.5條件下，乙醛不能作為正常氫受體，兩分子乙醛之間互相氧化-還原發(fā)生歧化反應(yīng)，生成1分子乙酸和1分子乙醇，磷酸二氫丙酮也作為氫受體，生成-磷酸甘油，水解生成甘油，發(fā)酵產(chǎn)物：乙酸、乙醇、甘油和CO22C6H12O62CH2OHCHOHCH2OH+CH3CH2OH+CH3CO

18、OH+2CO2D、細(xì)菌型乙醇發(fā)酵運(yùn)動發(fā)酵單胞菌和厭氧發(fā)酵單孢菌通過ED途經(jīng)進(jìn)行細(xì)菌型乙醇發(fā)酵。1分子3-磷酸甘油醛經(jīng)EMP途經(jīng)轉(zhuǎn)化生成1分子丙酮酸、2分子ATP和1分子NADH2，丙酮酸脫羧生成乙醛，轉(zhuǎn)化生成乙醇，總反應(yīng)式：C6H12O6+ADP+2Pi 2CH3CH2OH+2CO2+2ATP+H2O、乳酸發(fā)酵A、同型乳酸發(fā)酵：葡萄糖經(jīng)EMP途徑分解為丙酮酸后，丙酮酸在乳酸脫氫酶作用下直接作為NADH2的氫受體還原為乳酸，只生成乳酸，不產(chǎn)生CO2，乳酸菌屬和鏈球菌屬屬于此類。乳酸脫氫酶是關(guān)鍵酶，受FDP和Mg2+調(diào)節(jié)，成正比。C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP

19、葡萄糖分解代謝及發(fā)酵途徑B、異型乳酸發(fā)酵 異型乳酸發(fā)酵：發(fā)酵產(chǎn)物中除了乳酸外，還有乙醇、乙酸或CO2，PPK(磷酸酮解酶)途徑：1分子葡萄糖生成1乳酸、1分子乙醇和1分子ATP，產(chǎn)能低于同型乳酸發(fā)酵。C6H12O6+ADP+Pi 2CH3CHOHCOOH+CH3CH2OH+CO2+ATPPHK(EMP變異途徑)：2分子葡萄糖分解為2分子乳酸+3乙酸和5ATPC6H12O6+2.5ADP+2.5Pi CH33丁酸型發(fā)酵丁酸發(fā)酵和丙酮-丁醇發(fā)酵。依據(jù)發(fā)酵產(chǎn)物不同，分為：丁酸發(fā)酵和丙酮-丁醇發(fā)酵。A、丁酸發(fā)酵：丙酮酸在丙酮酸-鐵氧還蛋白氧化還原酶和氫酶聯(lián)合作用下，轉(zhuǎn)化為乙酰CoA，再經(jīng)過一系列反應(yīng)生

20、成丁酸。C6H12O6+3ADP+3PiCH3CH2CH2COOH+2CO2+2H2+3ATPB、丙酮-丁醇發(fā)酵：每2分子葡萄糖分解產(chǎn)生1分子丙酮+1丁醇+4H2+5CO22C6H12O6+4ADP+4PiCH3CH2CH2CH2OH+CH3COCH3+5CO2+4H2+4ATP（3）好氧發(fā)酵機(jī)制葡萄糖直接氧化生成的有機(jī)酸經(jīng)TCA循環(huán)生成的有機(jī)酸葡萄糖直接氧化生成的有機(jī)酸葡萄糖直接氧化生成的有機(jī)酸：葡萄糖酸、5-酮葡萄糖酸、2-酮葡萄糖酸、阿拉伯抗壞血酸和曲酸。葡萄糖發(fā)酵：黑曲霉等在葡萄糖氧化酶催化下定量將葡萄糖氧化生成葡萄糖酸。由葡萄糖酸再經(jīng)脫氫反應(yīng)生成5-酮葡萄糖酸(酒石酸和Vc原料)、2

21、-酮葡萄糖酸、阿拉伯抗壞血酸。曲酸發(fā)酵：葡萄糖通過脫氫反應(yīng)直接氧化生成曲酸，米曲霉和黃曲霉、溜曲霉。經(jīng)TCA循環(huán)生成的有機(jī)酸A、檸檬酸發(fā)酵 黑曲霉，前期：菌絲生長，無檸檬酸生成，后期菌絲停止生長，大量合成檸檬酸積累機(jī)制：控制Mn2+含量，抑制蛋白質(zhì)合成，NH4+升高，解除ATP和檸檬酸對其抑制作用?？刂艶e2+含量，降低烏頭酸酶活性草酰乙酸供應(yīng)，轉(zhuǎn)化生成檸檬酸，進(jìn)一步抑制異檸檬酸脫氫酶活性B、蘋果酸發(fā)酵黃曲霉、寄生曲霉、米曲霉a、乙醛酸循環(huán)合成蘋果酸，1分子葡萄糖生成1分子蘋果酸，b、丙酮酸羧化形成草酰乙酸，加碳酸鈣轉(zhuǎn)化生成蘋果酸，1分子葡萄糖生成2蘋果酸，c、乙醛酸循環(huán)和丙酮酸羧化合成蘋果酸

22、，蘋果酸不參加循環(huán)，2分子葡萄糖合成3分子蘋果酸，B、乙醛酸循環(huán)(DCA)乙酰CoA+乙醛酸+2NAD+蘋果酸+2NADH24.2 氨基酸發(fā)酵的代謝4.2.1.1 谷氨酸族氨基酸生物合成EMP、HMP、TCA、DCA、CO2固定等過程。-酮戊二酸合成谷氨酸，再有谷氨酸合成谷胺酰胺、脯氨酸、鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸。4.2.1.2 天冬氨酸族氨基酸合成由TCA循環(huán)上的草酰乙酸合成而來。由延胡索酸直接氨基化形成天冬氨酸，再氨基酸化生成天冬酰胺。高絲氨酸、蛋氨酸、賴氨酸、異亮氨酸。4.2.1.3 芳香族氨基酸的生物合成EMP過程磷酸烯醇式丙酮酸和HMP 4-磷酸赤蘚糖2-酮-3-脫氧-7-磷酸-阿拉伯

23、庚酮糖酸莽草酸分支酸色氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸。4.2.1.4 丙酮酸族氨基酸的合成丙酮酸與其他-氨基酸氨基轉(zhuǎn)移酶丙氨酸+-酮酸。2丙酮酸乙酰乳酸合成酶-乙酰乳酸 - 酮異戊酸纈氨酸- 酮異戊酸+乙酰CoA異丙基蘋果酸亮氨酸4.2.1.5 絲氨酸族氨基酸的合成EMP產(chǎn)生3-磷酸甘油酸(磷酸甘油脫氫酶) 3-磷酸羥基丙酮酸(轉(zhuǎn)氨) 3-磷酸絲氨酸絲氨酸;轉(zhuǎn)羥甲基酶甘氨酸絲氨酸(+H2S)縮合形成半胱氨酸(真菌)絲氨酸乙?；疧-乙酰絲氨酸(H2S置換) 半胱氨酸4.2.1.6 核糖族氨基酸生物合成HMP5-磷酸核糖5-磷酸核糖焦磷酸(PRPP) 11組氨酸4.2.2 氨基酸發(fā)酵機(jī)制4.2.2.1 谷

24、氨酸族氨基酸發(fā)酵機(jī)制1、酶調(diào)節(jié)谷氨酸脫氫酶的調(diào)節(jié)，谷氨酸脫氫酶受到谷氨酸的反饋抑制和阻遏，檸檬酸合成酶的調(diào)節(jié)，該酶是一關(guān)鍵酶，受能荷和谷氨酸和烏頭酸的調(diào)節(jié)。異檸檬酸脫氫酶的調(diào)節(jié)，鈣酶催化異檸檬酸脫氫脫羧生成-酮戊二酸，-酮戊二酸脫氫酶在谷氨酸生產(chǎn)菌中先天性喪失或微弱磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶受到天冬氨酸和谷氨酸的反饋抑制。2、生物素調(diào)節(jié)生物素過量，丙酮酸、琥珀酸氧化能力增強(qiáng)，異檸檬酸裂解酶和NADPH2氧化能力增強(qiáng)，DCA循環(huán)，生不成谷氨酸，適量可以。生物素影響細(xì)胞膜的通透性，參與脂肪酸的生物合成，采用谷氨酸棒桿菌生物素，在生物素適量時(shí)，合成細(xì)胞膜通透性提高，谷氨酸大量分泌，生物素富裕時(shí)，細(xì)胞膜合

25、成力強(qiáng)，排出谷氨酸少。3、環(huán)境因素溶氧量(不足產(chǎn)生乳糖、過量積累-酮戊二酸)，NH4+(缺乏產(chǎn)生-酮戊二酸，過量生成谷胺酰胺)pH(中性或堿性積累，酸性產(chǎn)生谷氨酰胺)。4.3 代謝調(diào)節(jié)與控制4.3.1 微生物的代謝調(diào)節(jié)部位原核生物的代謝調(diào)節(jié)部位A、與細(xì)胞膜相關(guān)的調(diào)節(jié)膜脂質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)以及環(huán)境條件對膜脂質(zhì)理化性質(zhì)的影響膜蛋白的絕對數(shù)量及其活性調(diào)節(jié)跨膜的電化學(xué)梯度和ATP、ADT、AMP體系及無機(jī)磷濃度對溶質(zhì)輸送的調(diào)節(jié)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)對細(xì)胞膜滲透性的影響B(tài)、酶的數(shù)量與活性調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)反應(yīng)途徑中的酶，提別是關(guān)鍵酶的合成或降解的速度改變已經(jīng)存在的酶的活力C、酶與底物的相對位置沒有典型的細(xì)胞器，不存在固定位置，但是

26、具有多酶復(fù)合體，在一定條件下按照特定順序進(jìn)行。真核生物的代謝調(diào)節(jié)位置具有典型的細(xì)胞器，細(xì)胞核結(jié)構(gòu)，也存在三個(gè)調(diào)節(jié)部位。4.3.2 酶活性調(diào)節(jié)4.3.2.1 酶活性調(diào)節(jié)方法A、變構(gòu)調(diào)節(jié)有些酶分子除了具有活性中心（結(jié)合部位和催化部位）外，還存在一個(gè)特殊非酶催化部位，它可以與某些化合物（稱為效應(yīng)物）發(fā)生可逆的非共價(jià)結(jié)合，引起酶分子構(gòu)象的改變，對酶起到激活或抑制的作用，稱為變構(gòu)調(diào)節(jié)作用這類酶通常稱為變構(gòu)酶。目前已知的變構(gòu)酶均為寡聚酶，含兩個(gè)或兩個(gè)以上的亞基，一般相對分子質(zhì)量較大，而且具有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。 B、可逆共價(jià)修飾共價(jià)修飾指蛋白質(zhì)分子中的一個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基與一化學(xué)基團(tuán)共價(jià)連接或解開，使其活性改

27、變的作用。有些酶存在活性和非活性兩種狀態(tài)，可以通過另一種酶的催化作共價(jià)修飾而互相轉(zhuǎn)換。糖原磷酸化酶通過激酶和磷酸酯酶來調(diào)節(jié)活性磷酸化形式有活性；去磷酸化形式無活性。酶可逆共價(jià)修飾的意義： 因酶構(gòu)型的轉(zhuǎn)換是由酶催化的，故可在很短的時(shí)間內(nèi)經(jīng)信號啟動，觸發(fā)生成大量有活性的酶； 這種修飾可更易控制酶的活性以響應(yīng)代謝環(huán)境的變化。磷酸化酶E-CH2-OH(無活性) 磷酸化酶E-CH2-O-P(有活性) H2OPi磷酸酯酶 ATPADP磷酸化酶激酶C、酶原激活無活性的酶原被相應(yīng)的蛋白酶作用，切去一小段肽鏈而被激活。 (胰蛋白酶原的活化靠腸肽酶從其N-端切去一個(gè)己肽 Val-Asp-Asp-Asp-Asp-L

28、ys)腸肽酶胰酶原胰酶彈性蛋白酶原的活化彈性蛋白酶原的活化彈性蛋白酶原的活化自身催化 信號放大 酶完成使命后便被降解，關(guān)閉酶活性 酶原變?yōu)槊甘遣豢赡娴?.3.2.2 酶活性的調(diào)節(jié)方式 酶的激活：在酶促反應(yīng)體系中，某種物質(zhì)的加入或積累，導(dǎo)致原來無活性或活性很低的酶轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚曰蚧钚蕴岣?，使酶促反?yīng)加快。 酶的抑制：在酶促反應(yīng)中，某種物質(zhì)的大量積累導(dǎo)致酶活力降低。 大腸桿菌糖代謝中酶的激活劑與抑制劑 酶 激活劑 抑制劑磷酸果糖激酶 ADP 、GDP PEP丙酮酸脫氫酶 PEP、AMP、GDP NADH 、乙酰CoAa、只有一個(gè)終產(chǎn)物途徑的調(diào)節(jié)方式終產(chǎn)物簡單反饋抑制終端產(chǎn)物抑制第一個(gè)專一性酶E .

29、coli 在合成異亮氨酸時(shí)，終產(chǎn)物異亮氨酸過多時(shí)可抑制途徑中第一個(gè)酶 蘇氨酸脫氫酶的活性，導(dǎo)致異亮氨酸合成停止，這是一種較為簡單的反饋抑制方式，見圖 4-26 。 前體激活反應(yīng)序列的某一后面反應(yīng)受到前面某中間代謝產(chǎn)物的激活。大腸桿菌EMP途徑中的果糖1,6-二磷酸能激活后面的丙酮酸激酶。補(bǔ)償激活如果某一化合物的利用取決于另一反應(yīng)序列的運(yùn)行，那么這個(gè)化合物就能激活這個(gè)反應(yīng)序列的第一個(gè)酶。ATP能激活烯醇式丙酮酸羧化酶b、多個(gè)終產(chǎn)物途徑的調(diào)節(jié)方式終產(chǎn)物多價(jià)抑制（協(xié)同反饋抑制）指分支代謝途徑中的幾個(gè)末端產(chǎn)物同時(shí)過量時(shí)才能抑制共同途徑中的第一個(gè)酶的一種反饋調(diào)節(jié)方式。終產(chǎn)物增效性抑制（合作反饋抑制）也叫

30、合作反饋抑制，系指兩種末端產(chǎn)物同時(shí)存在時(shí)，可以起著比一種末端產(chǎn)物大得多的反饋抑制作用終產(chǎn)物累積反饋抑制 代謝途徑中的各個(gè)末端產(chǎn)物單獨(dú)過量都能引起共同途徑中的第一個(gè)酶活性的部分抑制，且各個(gè)末端產(chǎn)物引起的抑制作用互不影響，總的抑制效果是累加的。 D E Y A B C F G Z40%30%58%大腸桿菌的谷氨酰胺合成酶受氨甲酰磷酸、甘氨酸、丙氨酸、色氨酸、組氨酸、CTP、AMP、磷酸葡萄糖胺的反饋抑制。順序反饋抑制每個(gè)分枝產(chǎn)物抑制分枝后第一個(gè)酶，這種通過逐步有順序的方式達(dá)到的調(diào)節(jié)，稱為順序反饋抑制終產(chǎn)物抑制的補(bǔ)償性逆轉(zhuǎn)雖然一個(gè)分支的終產(chǎn)物能完成抑制共同途徑中的第一個(gè)酶，但另一分支的前體卻是同一個(gè)酶的激活劑。同工酶抑制某一分支途徑中的第一步反應(yīng)可由多種酶催化，但這些酶受不同的終產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié). (酶的分子結(jié)構(gòu)不同)如：大腸桿菌的天門冬氨酸族氨基酸的合成途徑中，有三個(gè)同工酶：天門冬氨酸激酶、，分別受賴氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸的反饋調(diào)節(jié)4.3.2.2 酶合成的調(diào)節(jié)酶合成的調(diào)節(jié)是一種通過調(diào)節(jié)酶的合成量進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制，這是一種在基因水平上（在原核生物中主要在轉(zhuǎn)錄水平上）的代謝調(diào)節(jié)。凡是能促進(jìn)酶合成的調(diào)節(jié)稱為誘導(dǎo)；而能阻礙酶合