第五章 微生物的代谢调节和代谢工程.ppt

第五章微生物的代谢调节 和代谢工程
提纲
微生物的代谢调节类型和自我调节
酶活性调节
酶合成调节
分支生物合成途径的调节
能荷调节
代谢调控
次级代谢与次级代谢调节
代谢工程
微生物的代谢调节和代谢工程
原则:经济合理地利用和合成所需的各种物
质和能量,使细胞处于平衡生长状态。
方式:反馈抑制、反馈阻遏、酶的诱导调节、
酶的共价修饰。
生产目的:高浓度地积累人们所期望的产物。
办法:①育种,得到根本改变代谢的基因突变株;
②控制微生物培养条件,影响其代谢过程。
代谢工程:利用基因工程技术,扩展和构建、连接,形
成新的代谢流。(也称途径工程)
一、微生物的代谢类型和自我调节
:分解代谢和合成代谢。
相互关联,相互制约。
细胞优先合成异化可维持更快生长的化合物
的酶。利用完后,再合成下一个酶。
:
①细胞膜的屏障作用(多数亲水分子)和通道;
②控制通量,调节酶量和改变酶分子活性;
③限制基质的有形接近,可存在于不同细胞
器各个代谢库中,其酶量差别大。
二、酶活性的调节
代谢调节是指在代谢途径水平上酶活性和酶合成的调节。
酶活性调节:
激活剂→酶激活作用;
抑制剂→酶抑制作用;
可以是外源物,也可是自身代谢物。
1、酶激活作用与抑制作用
微生物代谢中,普遍存在酶既有激活作用又有抑制作用的现象。
如:天门冬氨酸转氨甲酰酶受ATP激活,受CTP抑制(终产物)。
大肠杆菌糖代谢过程中,许多酶都有激活剂和抑制剂(表5-1)。共同控制糖代谢。
2、酶活性调节的机制
①变构调节理论:
变构酶基础上提出,酶有催化和变构调节位点。酶的多个亚基,多相同,也可不相同。
②化学修饰调节理论:
变构酶与某物质共价结合而提高或降低活性。
如:柠檬酸裂解酶的乙酰化。
乙酰-酶+柠檬酸柠檬酸-S-酶+乙酸
柠檬酸-S-酶乙酰-酶+草酰乙酸
三、酶合成的调节
酶活性调节:细,快;
酶量调节:粗,慢。
1、酶合成的诱导作用
诱导酶的合成需要诱导剂,它可是底物,也可是底物的结构类似物。
一种酶可有多种诱导剂,其能力与诱导剂的种类和浓度有关。
2、酶合成的阻遏
某种代谢物积累除抑制酶活性外,还可反馈阻遏酶合成,降低反应速度。
①末端产物阻遏:
常普遍存在与氨基酸、核苷酸生物合成途径中。
②分解代谢物阻遏:
如:“葡萄糖效应”。其代谢物阻遏“缓慢利用能源”酶的合成。
3、酶合成调节的机制
操纵子模型:在DNA分子的不同区段上至少有四种基因,即调节基因R(编码阻遏物)、操纵基因O(阻遏物结合、控制结构基因)、启动基因P(RNA聚合酶结合位点)和结构基因S(转录mRNA)。
操纵基因、启动基因和结构基因又构成了操纵子。