微生物代谢调控理论及其在微生物发酵中的应用.ppt

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1、微生物代谢调控理论及其在微生物发酵中的应用北京林业大学生物学院食品科学与工程系欧阳杰微生物具有高度适应环境和自我繁殖的能力，它们有一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以保证上千种酶能准确无误、有条不紊地进行极其复杂的代谢反应。微生物对环境给予的信号能在细胞的各种结构的协助下迅速作出反应，导致微生物的生理活动过程高度地统一起来。微生物内外环境的统一是通过代谢调节的方式来实现的。主要内容1初级代谢和次级代谢2代谢调节的部位和有关的酶3反馈调节4代谢调节控制的基本思想5糖代谢与控制6氨基酸代谢与控制7抗生素代谢与控制1初级代谢和次级代谢生物细胞在新陈代谢过程中，获

2、得了许多重要的代谢产物:初级代谢产物中间代谢产物次级代谢产物★初级代谢产物：微生物由延滞期进入对数生长期，在对数生长期形成的产物往往是细胞自身生长所必需的，如各种氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类及糖类等，称为初级代谢产物或中间代谢产物。由于初级代谢产物是供菌体生长繁殖使用的，所以野生菌株合成产物的量在满足自身需要后，就受到许多调节机制的控制而停止合成。为了提高产量，就要了解菌株在合成产物中所受到的调节机制，研究修饰菌体的遗传基因，改良培养条件，设法予以解除菌株自身的调节机制。★次级代谢产物：进入稳定期后有些微生物合成的化合物在代谢中有明显的优势，这类自发产生的化

3、合物称为次级代谢产物。只有在细胞处于不生长或缓慢生长状态时，才能实现次级代谢（非生长耦联型）。次级代谢产物是由初级代谢的中间体合成的。初级代谢途径往往是大多数微生物代谢中常见的途径，而次级代谢产物是只有少数微生物才能合成的。许多次级代谢产物具有喆抗微生物的活性，有些是特殊的酶抑制剂，有些是生长促进剂，许多具有药物功效。EMP途径TCA循环植物次级代谢产物途径：◇酚类化合物◇萜类化合物◇含氮化合物2代谢调节的部位和有关的酶生物体的新陈代谢活动都是在细胞内进行的，细胞内有成千上万种酶来进行复杂的代谢活动。微生物细胞体内具有一整套精确、合理、经济、高效的代谢机制，细胞在

4、合成维持微生物生长繁殖所需的各种物质时，需要多少就合成多少，从不过多合成。如当细胞中合成的某种氨基酸已达到合成蛋白质所需要的量时，这时信号马上反馈给合成体系，使其停止合成这种物质，直到这种物质被消耗到很低浓度时，才重新合成。过量生产某些化合物对生产菌来说，是一种“病态”过程，其固有的调节机制随时可能恢复到有利于其生长繁殖的方向；这也就是生产菌种经多次传代，其生产性能容易蜕变的原因之一。★微生物代谢过程的自我调节表现为：控制营养物质进入细胞酶与底物的接触代谢物的流向微生物代谢自我调节的每一个环节都涉及到酶促反应的调节，因此微生物代谢的自我调节实际上就是酶调节。★酶的

5、调节方式☆酶活性调节：通过代谢途径中关键酶（或称限速酶）活性的调节来控制酶促反应的速率；☆酶合成（即酶量）调节：通过对关键酶酶量合成的控制来控制酶促反应的速率。它们通常需要一些低分子物质存在，然后这种物质通过影响酶构型来影响活性。★与代谢调节有关的酶：☆同功酶：◇能催化相同的化学反应，但酶蛋白的分子结构、组成却有所不同的一组酶,一般为寡聚蛋白。人体某些组织中乳酸脱氢酶同工酶电泳示意图同功酶的主要功能在于代谢调节。在分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶所催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。☆别构酶：也称变构酶

6、，它是代谢过程中的关键酶。通过效应物（调节物）和酶的别构中心的结合来调节其活性，从而调节酶反应速度和代谢过程。变构调节☆多功能酶：一般是指在结构上只有一条多肽链，但具有两种或两种以上的催化活力或结合功能的蛋白质。3反馈调节反馈调节主要是指代谢过程的中间产物，或终产物对于代谢早期阶段上关键酶的抑制作用。微生物通过反馈调节作用，按照自身的要求来改变自己的代谢。终产物对代谢途径中的酶的抑制有两种结果：◇抑制酶的活性◇抑制酶的生成★已知有两种主要类型的反馈调节作用：☆反馈抑制☆反馈阻遏☆反馈抑制：指一生物合成途径的最终代谢物抑制那一途径的前面第一或第二个酶的作用，即当某一

7、代谢产物达到一定浓度时会使酶的活性受到抑制，从而使反应速度减慢或停止。终产物和酶的调节位点结合，使酶的空间构象发生变化。☆反馈阻遏：抑制酶的形成，当代谢的最终产物大量存在时并达到一定浓度时，它就会同细胞中早已存在的阻遏物结合起来共同发挥作用，阻止了一个或几个反应步骤中酶的合成，从而抑制了产物的形成。4代谢调节控制的基本思想在正常情况，微生物代谢产物由于反馈抑制和反馈阻遏是不会大量积累的。但自然界里常发现一些微生物产生了过量的代谢产物，这主要是由于这些微生物代谢机制失调造成的。在工业发酵上，可运用遗传的和环境的控制和人为的代谢调节，使其产物大量积累。所谓代谢控制发酵

8、，就是人为