分解代謝和合成的代謝的聯(lián)系

微生物學教程想到些什么？微生物的正常生長？第二節(jié)分解代謝和合成代謝間的聯(lián)系

分解代謝的功能在于保證正常合成代謝的進行，而合成代謝又反過來為分解代謝創(chuàng)造了更好的條件，兩者相互聯(lián)系，促進了生物個體的生長繁殖和種族的繁榮發(fā)展。中間代謝產物的重要性 如果在生物體中只進行能量代謝，則有機能源的最終結局只是產生ATP、H2O和CO2，這時便沒有任何中間代謝物可供累積，因此，合成代謝也不可能正常進行。 如果要進行正常的合成代謝，又須抽走大量為分解代謝正常進行所必需的中間代謝物，結果也勢必影響具有循環(huán)機制的分解代謝的正常運轉。分解代謝與合成代謝的功能及相互聯(lián)系+分解代謝產物分解代謝與合成代謝的關系連接分解代謝和合成代謝的重要中間產物及生物合成作用一、兩（兼）用代謝途徑定義：凡在分解代謝和合成代謝中具有雙重功能的途徑，就稱兩（兼）用代謝途徑。EMP、HMP和TCA循環(huán)是重要的兼用代謝途徑。

葡萄糖經此途徑分解為2個丙酮酸，逆轉合成1個葡萄糖，稱葡糖異生作用。有丙酮酸、乙酰CoA的氧化，琥珀酰-CoA、草酰乙酸和α-酮戊二酸的產生，是合成氨基酸和卟啉化合物的重要中間代謝物。三個問題必須指出①在兩（兼）用代謝途徑中，合成途徑并非分解途徑的完全逆轉（酶不同：P126）。②在分解與合成代謝途徑中，在相應的代謝步驟中，往往還包含了完全不同的中間代謝物。③在真核生物中，合成代謝（在細胞質）和分解代謝（線粒體、微粒體或溶酶體）一般在細胞的不同區(qū)域中分隔進行，原核生物因其細胞結構上的間隔程度低，故反應的控制主要在簡單的酶分子水平上進行。二、代謝物回補順序（自復習）☆TCA循環(huán)重要功能除產能外，因合成谷氨酸抽走α-酮戊二酸，循環(huán)中斷；定義：是指能補充兩用代謝途徑中因合成代謝而消耗的中間代謝物的那些反應。P128圖5-28通過這種機制一旦重要產能途徑中的某些關鍵中間代謝物必須被大量用作生物合成原料被抽走，能保證能量代謝的正常進行二、代謝物回補順序（自復習）P128圖5-28不同的微生物，不同的代謝物回補程序。與EMP和TCA有關的有10條。都是圍繞回補EMP途徑的PEP（磷酸烯醇式丙酮酸）和TCA中的草酰乙酸這兩種關鍵性的中間代謝物來進行的。回補順序谷氨酸+NH3谷氨酸脫氫酶-酮戊二酸氧化酶通過乙醛酸循環(huán)TCA循環(huán)的回補途徑；總反應：2丙酮酸琥珀酸+2CO2關鍵酶：ICL-異檸檬酸裂合酶 MS-蘋果酸合成酶

P129圖5-29

具有乙酸循環(huán)的微生物普遍是好氧菌，如醋桿菌屬、固氮菌屬、產氣腸桿菌屬、真菌中的酵母屬、青霉屬等 能夠利用乙酸的微生物具有乙酰CoA合成酶，它使乙酸轉變?yōu)橐阴oA； 然后在異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶的作用下進入乙醛酸循環(huán)。乙醛酸循環(huán)的主要反應：

異檸檬酸

琥珀酸+乙醛酸

乙醛酸+乙酸

蘋果酸

琥珀酸+乙酸→→→異檸檬酸

凈反應：2乙酸

蘋果酸乙醛酸循環(huán)草酰乙酸4C檸檬酸6C琥珀酸4C異檸檬酸6C蘋果酸4C延胡索酸乙醛酸乙酰CoA乙酰CoA乙酸乙酸MSICL關鍵酶：ICL-異檸檬酸裂合酶MS-蘋果酸合酶用于生物合成循環(huán)終產物第三節(jié) 微生物獨特合成代謝舉例主要內容：一、自養(yǎng)微生物的CO2固定（自學）二、生物固氮（自學）三、肽聚糖生物合成四、微生物次生代謝的合成（自學）生物固氮概念：指固氮微生物直接把空氣中的N2還原為NH3的過程。固氮微生物的種類：自生固氮菌：如圓褐固氮菌。共生固氮菌：根瘤菌聯(lián)合固氮菌：根瘤——氮肥固定的“工廠”：大豆根瘤豌豆根瘤生物固氮作用6要素1.ATP的供應

N2:ATP=1:18~242.還原力及其載體

N2:[H]=1:8鐵氧還蛋白黃素氧還蛋白3.固氮酶

固二氮酶(MoFe)固二氮酶還原酶（Fe)4.底物N25.鎂離子6.嚴格的厭氧環(huán)境微生物特有的結構大分子：細菌：肽聚糖、磷壁酸、脂多糖、各種莢膜成分等真菌：葡聚糖、甘露聚糖、纖維素、幾丁質等三、微生物結構大分子—肽聚糖的合成肽聚糖：絕大多數原核微生物細胞壁所含有的獨特成分； 它在細菌的生命活動中有重要功能（鑒別），尤其是許多重要抗生素如青霉素、頭孢霉素、萬古霉素、環(huán)絲氨酸（惡唑霉素）和桿菌肽等呈現其選擇毒力（selectivetoxicity）的物質基礎；是在抗生素治療上有特別意義的物質。革蘭氏陽性細菌肽聚糖單體革蘭氏陰性細菌肽聚糖單體細菌細胞壁的肽聚糖

肽聚糖網格狀結構肽橋的變化形成了肽聚糖的多樣性↑電鏡下觀察，絲狀真菌的細胞壁有多層。粗糙脈孢菌Neurosporacrassa的細胞壁分為4層：外層：葡聚糖2層：葡聚糖和蛋白質組成的網狀結構3層：蛋白質4層：蛋白質，幾丁質，纖維素絲狀真菌的細胞壁磷酸甘露聚糖

甘露聚糖蛋白質葡聚糖細胞質膜酵母菌的細胞壁組成肽聚糖的合成特點：①合成機制復雜，步驟多，且合成部位幾經轉移；②合成過程中須要有能夠轉運與控制肽聚糖結構元件的載體（UDP和細菌萜醇）參與。尿嘧啶二核苷酸肽聚糖的合成過程：依發(fā)生部位分成三個階段：細胞質階段：兩步，合成派克（Park）核苷酸細胞膜階段：合成肽聚糖單體細胞膜外階段：交聯(lián)作用形成肽聚糖尿嘧啶二核苷酸第一階段第二階段第三階段（一）在細胞質中的合成在細胞質中合成N-乙酰胞壁酸五肽（“Park”核苷酸）?！钸@一階段起始于N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸，它是由葡萄糖經一系列反應生成的；☆自N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸開始，以后的N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是與糖載體UDP結合的；葡萄糖 葡萄糖-6-磷酸 果糖-6-磷酸ATP ADPGln Glu葡糖胺-6-磷酸 N-乙酰葡糖胺-6-磷酸乙酰CoACoAN-乙酰胞壁酸-UDP磷酸烯醇式丙酮酸PiNADPH NADPN-乙酰葡糖胺-1-磷酸

N-乙酰葡糖胺-UDPUTPPPi1.由葡萄糖合成N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸第一階段2.2.由N-乙酰胞壁酸合成“Park”核苷酸抑制反應作糖載體（二）在細胞膜中的合成

在細胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽與N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖單體—雙糖肽亞單位，并在L-Lys上接上甘氨酸五肽橋(Gly)5,形成雙糖亞單位，插入細胞膜外的細胞壁生長點處。這一階段中有一種稱為細菌萜醇(bactoprenol)類脂載體參與，這是一種由11個類異戊二烯單位組成的C55類異戊二烯醇——它通過兩個磷酸基與N-乙酰胞壁酸相連，載著在細胞質中形成的胞壁酸到細胞膜上，在那里與N-乙酰葡萄糖胺結合細菌萜醇（bactoprenol）結構式：

CH3 CH3 CH3 CH3C=CHCH2(CH2C=CHCH2)9CH2C=CHCH2―OH功能：除肽聚糖合成外還參與微生物多種細胞外多糖 和脂多糖的生物合成，如：細菌的磷壁酸、脂多糖， 細菌和真菌的纖維素， 真菌的幾丁質和甘露聚糖等。這一階段的詳細步驟如圖所示。其中的反應④與⑤分別為萬古霉素和桿菌肽所阻斷。肽聚糖單體的合成G-M-P-P-類脂M-P-P-類脂 UDPUDP-G ②UDP ①UDP-M

P-類脂 Pi⑤

P-P-類脂桿菌肽④ 萬古霉素 5甘氨酰-tRNA③ 5tRNA插入至膜外肽聚糖合成處G-M-P-P-類脂（三）細胞膜外的合成

已合成的雙糖肽插在細胞膜外的細胞壁生長點中，并交聯(lián)形成肽聚糖。這一階段分兩步：第一步：是多糖鏈的伸長：雙糖肽先是插入細胞壁生長點上作為引物的肽聚糖骨架（至少含6~8個肽聚糖單體分子）中，通過轉糖基作用（transglycosylation)使多糖鏈延伸一個雙糖單位；第二步：通過轉肽酶的轉肽作用（transpeptitidation)使相鄰多糖鏈交聯(lián)————轉肽時先是D-丙氨酰-D-丙氨酸間的肽鏈斷裂，釋放出一個D-丙氨酰殘基，然后倒數第二個D-丙氨酸的游離羧基與相鄰甘氨酸五肽的游離氨基間形成肽鍵而實現交聯(lián)。轉肽酶抑制機制：D-丙氨酰-D丙氨酸結構類似物肽聚糖的生物合成與抗生素的作用機制一些抗生素能抑制細菌細胞壁的合成，但是它們的作用位點和作用機制是不同的。①-內酰胺類抗生素（青霉素、頭孢霉素）：是D-丙氨酰-D-丙氨酸的結構類似物，兩者相互競爭轉肽酶的活性中心。當轉肽酶與青霉素結合后，雙糖肽間的肽橋無法交聯(lián)，這樣的肽聚糖就缺乏應有的強度，結果形成細胞壁缺損的細胞，在不利的滲透壓環(huán)境中極易破裂而死亡。②桿菌肽：能與十一異戊烯焦磷酸絡合，因此抑制焦磷酸酶的作用，這樣也就阻止了十一異戊烯磷酸糖基載體的再生，從而使細胞壁（肽聚糖）的合成受阻。第四節(jié) 微生物的代謝調節(jié)與發(fā)酵生產本節(jié)提要：一、微生物代謝過程中的自我調節(jié)

酶活性的調節(jié)酶合成的調節(jié)二、代謝調節(jié)在發(fā)酵工業(yè)的應用一、微生物代謝過程中的自我調節(jié)☆微生物有著一整套可塑性強和極精確的代謝調節(jié)系統(tǒng)，上千種酶正確無誤、有條不紊，代謝調節(jié)能力超過高等生物?！钗⑸锎x調節(jié)系統(tǒng)的特點： 及時取得需要的中間代謝產物，只合成需要的，嚴格防止終產物積累； 以最經濟的方式、化最低能量獲得所需要的營養(yǎng)，防止浪費?！钗⑸镒晕艺{節(jié)代謝的方式酶調節(jié)固有酶（組成酶）：在基質中能固定產生的酶，如葡萄糖氧化酶、EMP途徑有關酶適應酶（誘導酶）：當基質中有其分解底物或有關誘導物時才合成的酶。當特殊物質不存在酶就不產生調節(jié)細胞膜的通透性通過酶的定位限制酶與底物的接近調節(jié)代謝物流向:調節(jié)酶的合成和現有酶的催化活力酶分子水平上的調節(jié)通過改變現成的酶分子活性來調節(jié)新陳代謝的速率的方式，屬于精細的調節(jié)。（一）酶活性的調節(jié)調節(jié)方式包括兩個方面： 1、酶活性的激活：在代謝途徑中后面的反應可被較前面的反應產物所促進的現象； 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1、酶活性的激活：2、酶活性的抑制包括：競爭性抑制和反饋抑制。反饋：指反應鏈中某些中間代謝產物或終產物對該途徑關鍵酶活性的影響。凡使反應速度加快的稱正反饋；凡使反應速度減慢的稱負反饋（反饋抑制）；反饋抑制——主要表現在某代謝途徑的末端產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、末端產物濃度降低時又可解除直線式代謝途徑中的反饋抑制：

蘇氨酸脫氨酶蘇氨酸

α-酮丁酸

異亮氨酸

反饋抑制

其它實例：谷氨酸棒桿菌的精氨酸合成反饋抑制的類型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雜，為了避免在一個分支上的產物過多時不致同時影響另一分支上產物的供應，微生物發(fā)展出多種調節(jié)方式。主要有：同功酶的調節(jié)；順序反饋；協(xié)同反饋；積累反饋調節(jié)等。（1）同功酶調節(jié)——isoenzyme定義：催化相同的生化反應，酶分子結構有差別的一組酶。意義：在一個分支代謝途徑中，如果在分支點以前的一個較早的反應是由幾個同功酶催化時，則分支代謝的幾個最終產物往往分別對這幾個同功酶發(fā)生抑制作用。某一產物過量僅抑制相應酶活，對其他產物沒影響。舉例：大腸桿菌的天冬氨酸族氨基酸合成的調節(jié)反饋調節(jié)（2）協(xié)同反饋抑制定義：分支代謝途徑中幾個末端產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節(jié)方式。舉例：谷氨酸棒桿菌（Corynebacteriumglutamicum） 多粘芽孢桿菌（Bacilluspolymyxa） 天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制和阻遏。（3）合作（增效）反饋抑制定義：兩種末端產物同時存在時，共同的反饋抑制作用大于二者單獨作用之和。舉例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP（和IMP）的合作反饋抑制，二者共同存在時，可以完全抑制該酶的活性。而二者單獨過量時，分別抑制其活性的70%和10%。（4）積累反饋抑制定義：每一分支途徑末端產物按一定百分比單獨抑制共同途徑中前面的酶，所以當幾種末端產物共同存在時它們的抑制作用是積累的，各末端產物之間既無協(xié)同效應，亦無拮抗作用。Try16%CTP14%氨甲酰磷酸