2010-代谢调控-第三 章__代谢调控-03

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1、第三章代谢调节机制微生物的生命活动是由产能与生物合成的各种代谢途径组成的网络，互相协调来维持的。当外部环境发生改变，微生物细胞能对其代谢机做定量的调整。微生物的代谢网络是受到高度调节微生物生长在含有单一有机化合物为能源的合成培养基中，所有小分子单体的合成速率同大分子细胞组成物质的合成速率是协调一致的。只要细胞能从外部摄取某种单体，细胞内该单体的合成将自动中止，参与这些单体生成的酶的合成也会停止。微生物的代谢网络是受到高度调节只有当某些有机基质存在时，微生物才会合成异化这些基质的酶；如存在两种有机基质，微生物先合成异化更易利用的基质的酶，易利用基质耗竭才开始

2、诱导分解难利用基质的酶；微生物的代谢网络是受到高度调节养分影响生长速率，从而相应改变细胞大分子的组成，如RNA的含量。代谢调控的机制酶活性的调节代谢调节调节已存在酶的活性通过中间代谢物或终产物激活或抑制已有酶分子活性来控制代谢活动的速率代谢调控的机制酶合成的调节基因调节调节酶分子的合成量通过酶量的变化来控制代谢的速率3.1酶活性的调节1.代谢调节的部位微生物的代谢调节是在几个部位上实现的养分的吸收限制基质与酶的接近控制代谢流养分的吸收通道大多数亲水分子难于透过细胞膜，要借助一些负责运输的酶系统，如透酶才得以实现，某些运输反应是需能的。与细胞质膜密切相关的调

3、节细胞质膜是溶质进出细胞的主要屏障。营养物质主动或被动输送进入细胞的过程，以及代谢产物（某种代谢产物或能量代谢副产物）排出细胞的过程，都要受到膜的组成、结构和功能的影响。养分的吸收通道与膜密切相关的调节主要包括以下4个方面：①膜的脂质（磷脂及其它脂类）的分子结构以及环境条件（如离子强度、温度、pH等）对膜脂质理化性质的影响；②膜蛋白质（如酶、载体蛋白、电子传递链的成员及其它蛋白质）的绝对数量及其活性的调节；养分的吸收通道③跨膜的电化学梯度（膜的生理状态）以及胞内ATP、ADP、AMP库和Pi浓度对溶质输送的调节；④细胞壁结构特别是骨架结构的部分破坏或变

4、形，间接影响膜（膜的物理状态）对溶质的通透性。限制基质与酶接近真核细胞中，细胞内的空间被膜结构分隔成许多小室，各种代谢库的基质分别存在于细胞器中的。酶与底物的相对位置在真核微生物细胞中，酶（酶体系）的区域化、酶与底物的分隔，使酶反应的调节更加复杂化、多样化。酶反应系列的总速度不仅决定于相邻两区域中的底物的浓度和调节酶的活性，而且也决定于重要中间代谢产物跨膜的交换速度。跨膜交换要借助于载体（由DNA编码的蛋白质），所以，载体的绝对数量及活性也会成为代谢调节的部位。酶与底物的相对位置在原核细胞中有时也有这种形式的调控，比如当一个酶反应系统以多酶复合体（mu

5、ltienzymecomplex）的形式存在时，就可以使酶反应在一定空间范围内按特定顺序进行。一是调节反应途径中的酶水平（酶分子的浓度），特别是关键酶合成或降解的相对速率。二是改变已存在酶的活力，特别是关键酶的活力。代谢途径通量的控制代谢途径通量代谢流分析代谢分析的一个重要手段，它假定细胞内的物质、能量处于一拟稳态，通过测定胞外物质浓度根据物料平衡计算细胞内的代谢流。代谢流分析揭示了代谢的静态分布。代谢流量平衡模型定量分析了杂交瘤细胞的代谢流量分布，在连续培养的杂交瘤细胞中，当葡萄糖和谷氨酰胺的流加浓度分别为13.8和2.6mmol/l时，86.2%的葡萄

6、糖通过糖酵解途径生成乳酸，7.5%生成脂类，进入TCA循环仅占0.83%；谷氨酰胺中的氮3%用于核酸合成，54.5%生成氨，另有38.2%生成非必需氨基酸。碳骨架61.6%生成非必需氨基酸，34.1%进入TCA循环。代谢控制分析代谢控制分析则针对细胞内外环境的不稳定性，揭示细胞代谢的动态变化规律。弹性系数和流量控制系数是代谢控制分析研究的两个主要指标。代谢途径通量弹性系数揭示代谢物浓度变化对反应速率的影响程度。流量控制系数则为单位酶变化量引起的某分支稳态代谢流量的变化，用来衡量某一步酶反应对整个反应体系的控制程度。这两个系数相互关联，可直接或间接测定。2、

7、酶活性调节的方式共价修饰变构效应缔合与解离竞争性抑制共价修饰蛋白质分子中的一个或多个氨基酸残基与一化学基团共价连接或解开，使其活性发生改变——酶钝化或激活。可逆的共价修饰不可逆的共价修饰可逆的共价修饰例如：大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌的依赖NADP+的异柠檬酸脱氢酶(ID)受到磷酸化和脱磷酸化作用的调节。将醋酸添加到一种含葡萄糖很少的培养基中，正在培养中的这两种细菌的ID迅速失活。原因是ID被磷酸化了。ID是TCA环和GOA环两者分叉处的一个酶，ID的失活可使更多的代谢底物进入GOA环，有利于草酰乙酸和磷酸烯醇式丙酮酸（可用于葡萄糖异生成方向）的形成。IDID

8、-P4激酶磷酸酯酶4ATP4H2O（没有活性）（有活性）可逆的共价