第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节南京林业大学生物工程系南京林业大学生物工程系南京林业大学生物工程系南京林业大学生物工程系 Department of Bioengineering NFUDepartment of Bioengineering NFU生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 1整理课件本章学习内容 初级代谢产物和次级代谢产物初级代谢产物和次级代谢产物微生物代谢的生化基础微生物代谢的生化基础微生物代谢的协调作用微生物代谢的协调作用微生物代谢的调节方式微生物代谢的调节方式生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 2整理课件 微微生生物物将将外外界界物物质质吸吸收收到到体体内内，一一方方面面进进行行分分解解作作用用（异异化化作作用用，Catabolism），同同时时又又进进行行合合成成作作用用（同同化化作作用用，Anabolism）的的过程叫物质代谢。过程叫物质代谢。一、初级代谢产物和次级代谢产物一、初级代谢产物和次级代谢产物一、初级代谢产物和次级代谢产物一、初级代谢产物和次级代谢产物 物质代谢物质代谢生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 3整理课件 在在代代谢谢过过程程中中微微生生物物进进行行了了复复杂杂的的生生物物化化学学作作用用，获获得得了了许许多多重重要要的的代代谢谢产产物物。通通常常发发酵酵产产物物的的不不同同类类型型是是和和微微生生物物的的代代谢谢过过程程密密切切相相关关的的，发发酵酵产产物物通通常常包包括括初初级级代代谢谢产产物物和和次次级级代代谢谢产产物物等。等。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 4整理课件 在在细细胞胞对对数数生生长长期期形形成成的的，往往往往是是细胞生长所必需的物质。细胞生长所必需的物质。初级代谢产物初级代谢产物 初初级级代代谢谢产产物物包包括括：氨氨基基酸酸、核核酸酸、蛋蛋 白白 质质 、 脂脂 类类 、 糖糖 类类 、 乙乙 醇醇 、 丙丙 酮酮 、 丁醇、维生素等。丁醇、维生素等。 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 5整理课件 微微生生物物细细胞胞在在生生长长稳稳定定期期合合成成的的，在在细胞代谢中并没有任何显著功能的物质。细胞代谢中并没有任何显著功能的物质。 次级代谢产物次级代谢产物 次次级级代代谢谢产产物物来来自自于于中中间间代代谢谢产产物物和和初初级级代代谢谢产产物物，抗抗生生素素是是大大家家熟熟知知的的次次级级代谢产物。代谢产物。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 6整理课件1 1、初级代谢产物：、初级代谢产物：Primary products of metabolism 次级代谢产物：次级代谢产物：Secondary metabolites Secondary products of metabolism注意：注意：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 7整理课件2 2、大大多多数数微微生生物物均均可可合合成成初初级级代代谢谢产产物物，但但并并不不是是所所有有微微生生物物都都能能进进行行次次级级代代谢谢。通通常常，丝丝状状菌菌（如如放放线线菌菌）、真真菌菌以以及及产产芽芽孢孢的的细细菌菌都都能能进进行次级代谢，而肠道细菌则不能。行次级代谢，而肠道细菌则不能。 3 3、从从生生理理学学观观点点来来看看，许许多多次次级级代代谢谢产产物物具具有有生生理理活活性性，有有些些是是特特殊殊的的酶酶抑抑制制剂剂，有有些些是是生生长长促促进进剂剂，许许多多还还有有药药物物的的功功效效，抗抗生生素素就就是是其其中中的代表。的代表。 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 8整理课件微生物细胞具有严密的协调能力微生物细胞具有严密的协调能力生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 9整理课件 当一个微生物细胞被置于含有糖、氨和无机盐的培养基中，当一个微生物细胞被置于含有糖、氨和无机盐的培养基中，在适宜条件下培养时，它首先将大分子糖（如淀粉）降解单糖在适宜条件下培养时，它首先将大分子糖（如淀粉）降解单糖（葡萄糖），然后将葡萄糖吸收到细胞内，并把己糖降解为三碳（葡萄糖），然后将葡萄糖吸收到细胞内，并把己糖降解为三碳或二碳化合物，并将这些小分子化合物送入或二碳化合物，并将这些小分子化合物送入TCA循环，提供合成循环，提供合成细胞成分的中间产物和能量，再由这些中间产物转化成细胞成分的中间产物和能量，再由这些中间产物转化成20种基本种基本氨基酸、氨基酸、4种核苷酸、种核苷酸、4种脱氧核苷酸、还有种脱氧核苷酸、还有10多种维生素、几十多种维生素、几十种脂肪酸和糖类等，然后这些小分子物质又合成为种脂肪酸和糖类等，然后这些小分子物质又合成为2000多种蛋白多种蛋白质、质、DNA、RNA（mRNA、tRNA、rRNA）、多糖和生物大分子）、多糖和生物大分子物质，它们被用来构成细胞结构，如细胞核、细胞壁、细胞膜及物质，它们被用来构成细胞结构，如细胞核、细胞壁、细胞膜及线粒体等多种细胞器。所有这些分解和合成代谢都是由酶催化反线粒体等多种细胞器。所有这些分解和合成代谢都是由酶催化反应的。（一个细胞可以有应的。（一个细胞可以有1000-3000种酶）。种酶）。 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 10整理课件 一个细胞在正常条件下，每一个细胞在正常条件下，每20-60min繁殖一代。在自繁殖一代。在自然界里要竞争成功就要求然界里要竞争成功就要求生长迅速生长迅速和和效率高效率高。因此，细胞。因此，细胞必须平衡每一条代谢途径中各反应的速率和流向各种途径必须平衡每一条代谢途径中各反应的速率和流向各种途径的通量。在一个细胞中存在着如此复杂的反应，繁殖速度的通量。在一个细胞中存在着如此复杂的反应，繁殖速度又如此之快，但所有的反应都是有条不紊地进行，使得能又如此之快，但所有的反应都是有条不紊地进行，使得能量和中间产物的供应上，既无不足又无过剩，保持各种代量和中间产物的供应上，既无不足又无过剩，保持各种代谢物浓度相对稳定和动态平衡，结果使细胞得以生长，这谢物浓度相对稳定和动态平衡，结果使细胞得以生长，这样的样的对对能量利用之经济、对原料的利用之合理、对细胞成能量利用之经济、对原料的利用之合理、对细胞成分合成之迅速、以及对外界条件适应之灵敏，分合成之迅速、以及对外界条件适应之灵敏，都说明了都说明了微微生物细胞具有高度严密的协调能力。生物细胞具有高度严密的协调能力。 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 11整理课件 微微生生物物具具有有明明显显的的自自我我调调节节能能力力，这这对对于于微微生生物物本本身身非非常常重重要要，可可使使微微生生物物本本身身具具有有高高度度适适应应环环境境和和自自我我繁繁殖殖能能力力，而而对对于于工工业业微微生生物物的的应应用用，则有利有弊则有利有弊： 微生物细胞具有严密的协调能力的优缺点：微生物细胞具有严密的协调能力的优缺点：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 12整理课件当当以以获获得得微微生生物物细细胞胞（如如：SCPSCP）为为目目的的时时，微微生生物物的的自自我我调调节节作作用用避避免免了了中中间间代代谢谢产产物物的的过过量量生生成成而而造造成成能能量量和和原原料料的的浪浪费费，这这样样使使原原料料利用更合理。利用更合理。 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 13整理课件当当以以获获得得中中间间代代谢谢产产物物或或终终产产物物为为目目的的发发酵酵时时（如如有有机机酸酸、氨氨基基酸酸、核核苷苷酸酸、抗抗生生素素发发酵酵），细细胞胞自自我我调调节节就就使使中中间间代代谢谢产产物物和和终终产产物物不不能能过过量量生生成成，也也不不能能排排出出体体外外。为为了了使使微微生生物物大大量量积积累累中中间间代代谢谢产产物物或或终终产产物物，必必须须破破坏坏原原有有的的调调控控关关系系并并建建立立新新的的调调节节机机制制，使使它它按按照照人人们们的的意意愿愿改改变变或或控控制制代代谢谢方方向向，从从而而使使目目的的产产物大量生成和积累。物大量生成和积累。 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 14整理课件 微微生生物物代代谢谢的的自自我我调调节节作作用用是是通通过过协协调调控控制制酶酶来来实实现现的的，微微生生物物的代谢调节机制可分为以下三类：的代谢调节机制可分为以下三类：二、微生物代谢的生化基础二、微生物代谢的生化基础二、微生物代谢的生化基础二、微生物代谢的生化基础（一）微生物代谢调节机制的分类（一）微生物代谢调节机制的分类 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 15整理课件 1 1、在基因水平下控制、在基因水平下控制酶的合成酶的合成 这类调节机制又分为诱导和阻遏两种方式：这类调节机制又分为诱导和阻遏两种方式：（1 1）酶的诱导合成）酶的诱导合成（enzyme induction） 当当有有诱诱导导物物存存在在时时，酶酶的的生生成成量量可可以以几几倍乃至几百倍地增加。倍乃至几百倍地增加。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 16整理课件（2 2）酶的阻遏生成（）酶的阻遏生成（enzyme repressionenzyme repression） 这这是是停停止止或或抑抑制制酶酶合合成成的的效效应应，根根据据阻阻遏遏物物的的不同，而有三种类型：不同，而有三种类型：A A、终产物反馈阻遏、终产物反馈阻遏 阻遏物为合成途径的终产物。阻遏物为合成途径的终产物。B B、分解代谢物阻遏、分解代谢物阻遏 阻遏物为另一分解产物。阻遏物为另一分解产物。C C、代代谢谢互互锁锁 阻阻遏遏物物与与被被阻阻遏遏的的酶酶是是几几乎乎不不相相关关的合成途径的产物。的合成途径的产物。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 17整理课件代谢互锁代谢互锁表面完全不相关的两条途径之间的调节。这种作用一般在高浓表面完全不相关的两条途径之间的调节。这种作用一般在高浓度下才显示，且为部分抑制。度下才显示，且为部分抑制。AspAsp天冬天冬Asp- pAsp- pAsaAsaDAPDAPLys Lys 赖氨酸，赖氨酸， 二氢吡啶二二氢吡啶二 羧酸合成酶羧酸合成酶HseHseThrThr Ile IleGlyGly 异丙基异丙基 Leu Leu 亮氨酸亮氨酸 苹果酸苹果酸生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 18整理课件2 2、酶活性的控制、酶活性的控制 这这是是通通过过改改变变已已存存在在的的酶酶的的催催化化活活性性来来控制的，包括以下三种类型：控制的，包括以下三种类型：（1 1）终产物的抑制或激活）终产物的抑制或激活（2 2）酶原的激活）酶原的激活（3 3）通过辅酶水平的活性调节）通过辅酶水平的活性调节生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 19整理课件3 3、通过细胞膜通透性的调节、通过细胞膜通透性的调节 在在微微生生物物中中，细细胞胞膜膜通通透透性性调调节节也也是是非非常常重重要要的的。通通透透性性调调节节一一方方面面有有选选择择地地将将必必需需营营养养物物送送到到细细胞胞内内，另另一一方方面面将将胞胞内内必必需需的的代代谢谢物物和和大大分分子子保保持持在在一一定定的的浓浓度度，当当代代谢谢物物累累积积到到引引起起反反馈馈调调节节的的浓浓度度时时，细细胞胞立立刻刻停停止止该该物物质质的的合合成成。这这样样对对微微生生物物来来说说，不不会会造造成成浪浪费费，保保证证微微生生物物细细胞胞能能正正常常生生长。长。 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 20整理课件 但但是是对对于于以以大大量量积积累累某某种种代代谢谢物物为为目目的的的的发发酵酵生生产产，必必须须通通过过改改变变细细胞胞膜膜通通透透性性，把把属属反反馈馈控控制制因因子子的的终终产产物物迅迅速速、不不断断地地排排出出体体外外，从从而而打打破破这这种种反反馈馈控控制制，大大幅幅度度提提高高发发酵酵产产物物产产量量，如如：谷氨酸发酵谷氨酸发酵。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 21整理课件生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 22整理课件 在在以以上上3 3种种调调节节机机制制中中，除除了了第第三三种种细细胞胞通通透透性性调调节节外外，前前二二种种调调节节机机制制均均涉涉及及一一类类特特有有的的蛋蛋白白质质，称变构蛋白质。称变构蛋白质。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 23整理课件 当当蛋蛋白白质质与与某某一一种种特特殊殊的的小小分分子子结结合合后后，蛋蛋白白质质构构象象发发生生改改变变从从而而使使蛋蛋白白质质的的生生物物学学性性质质改改变变，这这种种蛋蛋白白质称变构蛋白质。质称变构蛋白质。 变构蛋白质：变构蛋白质： 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 24整理课件 变构蛋白质可用于控制代谢变化，主要分二类：变构蛋白质可用于控制代谢变化，主要分二类：变构酶变构酶 当当与与效效应应物物（小小分分子子物物质质）结结合合后后，其其活活性性便便改变。改变。变构蛋白质变构蛋白质 是是一一种种调调节节性性的的蛋蛋白白质质，无无催催化化活活力力，主主要要用用于控制基因的表达，以调节酶的合成。于控制基因的表达，以调节酶的合成。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 25整理课件微生物代谢的调节部位如下图：微生物代谢的调节部位如下图：（二）微生物代谢调节部位（二）微生物代谢调节部位 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 26整理课件生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 27整理课件通道通道 物质进出细胞是受细胞膜调节控制的物质进出细胞是受细胞膜调节控制的通量通量 调节酶的合成量和改变酶的活性调节酶的合成量和改变酶的活性 限制基质与酶的接近限制基质与酶的接近 在真核细胞中尤为明显在真核细胞中尤为明显生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 28整理课件 微微生生物物细细胞胞生生长长时时，把把C C源源、N N源源和和能能源源等等高高分分子子化化合合物物分分解解为为简简单单物物质质，再再由由此此合合成成氨氨基基酸酸、核核苷苷酸酸、维维生生素素和和脂脂肪肪酸酸等等中中间间产产物物，进进一一步步再再合合成成蛋蛋白白质质、核核酸酸、脂脂类类、多多糖糖等等高高分分子子化化合合物物，装装配配成成具具有有特特殊殊结结构构和和功功能能的的单单元元，完完成成细细胞胞的的生生长长、分分化化和和繁繁殖殖。很很明明显显，细细胞胞必必须须形形成成数数以以千千计计的的酶酶，并并且且以以整整体体方方式式作作用用，这这样样制制造造出出来来的的分分子子才才具具有有正正确确的的比比例例和和不不浪浪费费宝宝贵贵的的养养分分，只有高度协调的细胞才能做到增代时间缩短到只有高度协调的细胞才能做到增代时间缩短到2020分钟。分钟。 三、微生物代谢的协调作用三、微生物代谢的协调作用三、微生物代谢的协调作用三、微生物代谢的协调作用生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 29整理课件 一一般般来来说说，一一个个细细胞胞具具有有合合成成酶酶的的潜潜力力达达10001000种种以以上上，但但当当细细胞胞处处于于一一特特定定培培养养基基时时，并并不不合合成成所所有有的的酶酶，只只有有那那些些需需要要的的酶酶才才能能合合成，且合成的酶的数量又不多不少。成，且合成的酶的数量又不多不少。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 30整理课件 微微生生物物细细胞胞的的酶酶是是在在基基因因的的指指导导下下合合成成的的，虽虽然然基基因因是是稳稳定定的的，它它不不随随外外界界环环境境的的变变化化而而变变化化，但但在在基基因因指指导导下下的的酶酶的的合合成成受受外外界界环环境的影响是很大的。境的影响是很大的。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 31整理课件 微微生生物物细细胞胞内内的的酶酶，通通常常分分为为二二种：即组成酶和诱导酶。种：即组成酶和诱导酶。（一）酶的诱导作用和反馈阻遏（一）酶的诱导作用和反馈阻遏1、酶的诱导作用、酶的诱导作用生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 32整理课件 微微生生物物细细胞胞所所固固有有的的，以以恒恒定定速速度度和和数数量量生生成成的的，不不随随微微生生物物的的代代谢谢状状态态而而变变化化，这这一一类类酶酶称称组组成成酶酶，也也称称结结构构酶酶。如如：把把glucose转化为丙酮酸的酶转化为丙酮酸的酶组成酶（组成酶（Constitutive enzymes） 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 33整理课件 在在一一般般情情况况下下细细胞胞内内不不生生成成或或数数量量很很少少，但但当当培培养养基基中中加加入入特特定定诱诱导导物后大量产生的酶。物后大量产生的酶。 诱导酶（诱导酶（Induced enzymes） 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 34整理课件例如：例如：有有些些细细菌菌只只有有生生长长在在含含有有淀淀粉粉的的培培养养基基中时才能产生淀粉酶。中时才能产生淀粉酶。下下图图是是-半半乳乳糖糖苷苷酶酶的的合合成成与与乳乳糖糖利利用用的关系。的关系。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 35整理课件-半乳糖苷酶活力半乳糖苷酶活力时间时间大肠杆菌中大肠杆菌中-半乳糖苷酶的诱导半乳糖苷酶的诱导 添加乳糖添加乳糖由图可知，当培养由图可知，当培养基中（碳源：糊精）基中（碳源：糊精）添加乳糖后，大肠添加乳糖后，大肠杆菌中杆菌中-半乳糖苷半乳糖苷酶的活力以极快的酶的活力以极快的速度迅速上升，这速度迅速上升，这是诱导酶很典型的是诱导酶很典型的一个例子。一个例子。 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 36整理课件组组成成酶酶与与诱诱导导酶酶是是相相对对的的概概念念，同同一一种种酶酶，在在一一种种微微生生物物中中是是诱诱导导酶酶，在在另另一一种种微微生生物物中可能就是组成酶。中可能就是组成酶。酶酶的的诱诱导导合合成成现现象象是是微微生生物物普普遍遍存存在在的的，许许多多分分解解代代谢谢的的酶酶属属于于诱诱导导酶酶类类，如如对对糖糖、蛋蛋白质、脂类以及芳香族化合物降解的酶。白质、脂类以及芳香族化合物降解的酶。 注意：注意：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 37整理课件 从从营营养养角角度度看看：微微生生物物可可以以根根据据环环境境提提供供的的生生长长基基质质，诱诱导导合合成成相相应应的的酶酶，以以分分解解生生长长基基质质，吸吸收收营营养养，进进行行代代谢谢活活动动，从从而而加加强强微微生生物物对对环环境境的的适适应应能力。能力。从从细细胞胞经经济济角角度度看看：微微生生物物仅仅在在需需要要时时（存存在在底底物物时时）才才合合成成某某些些酶酶，在在不不需需要要时时便便不不合合成成，这这就就避避免了生物合成的原料和能量的浪费。免了生物合成的原料和能量的浪费。酶诱导合成作用的意义：酶诱导合成作用的意义：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 38整理课件 当当代代谢谢途途径径中中某某种种产产物物过过量量时时，或或培培养养基基中中已已提提供供了了此此产产物物时时，就就会会阻阻遏遏自自身身合合成成途途径径中中第第一一个个酶酶或或其其它它关关键键酶酶的的进进一一步步合合成成，从从而而控控制制代代谢谢的的进进行行，减减少少终终产产物物的的生生成成，这这种种反反应应称称终终产产物物阻阻遏遏（end end product product repressionrepression），通通常常称称反反馈馈阻阻遏遏（feedback repressionfeedback repression）。）。2、酶合成的反馈阻遏、酶合成的反馈阻遏生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 39整理课件例如：例如：大大肠肠杆杆菌菌色色氨氨酸酸合合成成酶酶的的生生成成就就受受到到这这种种效效应应的的调调控控，当当在在培培养养基基中中加加入入色色氨氨酸酸时时，在在2-3min内内细细胞胞中中的的酶酶生生物物合合成成就停止了。就停止了。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 40整理课件酶酶的的反反馈馈阻阻遏遏在在微微生生物物中中普普遍遍存存在在，常常出出现现在在与与氨氨基基酸酸、嘌嘌呤呤、嘧嘧啶啶的的生生物物合合成的有关酶中。成的有关酶中。 注意：注意：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 41整理课件 微微生生物物具具有有反反馈馈阻阻遏遏的的调调节节系系统统，使使得得微微生生物物在在已已合合成成足足够够多多的的物物质质时时，或或由由外外源源加加入入该该物物质质时时，就就停停止止生生成成其其有有关关合合成成的的酶酶类类；而而当当该该物物质质缺缺乏乏时时，又又开开始始生生成成这这些些酶酶，这这种种调调节节作作用用可可以以节节约约细细胞胞内内大大量量的的能能量量和和原料原料。 酶合成反馈阻遏的生物学意义：酶合成反馈阻遏的生物学意义：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 42整理课件酶酶的的诱诱导导和和阻阻遏遏以以相相反反方方向向影影响响酶酶的的生生物物合合成成，它它们们的的作作用用机机制制是是相相似似的的，可可以以用用Jacob-MonodJacob-Monod模型来解释。（亦程操纵子学说）模型来解释。（亦程操纵子学说）3、酶合成的诱导和阻遏机制、酶合成的诱导和阻遏机制生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 43整理课件在在染染色色体体的的DNA链链上上有有调调节节基基因因（Regulate gene）和和操操纵纵子子（operon），操操纵纵子子包包括括一一串串功功能能相相关关联联的的结结构构基基因因（Structure gene）、操操 纵纵 基基 因因 （ Operator gene） 和和 启启 动动 子子（Promoter），它们的作用如下：），它们的作用如下： Jacob-Monod模型要点：模型要点： 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 44整理课件 携携带带遗遗传传信信息息，酶酶的的合合成成以以结结构构基基因因为为模模块块，在在RNA聚聚合合酶酶作作用用下下转转录录出出mRNA，mRNA在在核核糖糖体体上上通通过过tRNA翻译出相应的蛋白质（酶）。翻译出相应的蛋白质（酶）。 结构基因（结构基因（S）：）： 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 45整理课件 不不编编码码蛋蛋白白质质，是是与与调调节节蛋蛋白白质质结合的部位，控制结构基因的转录。结合的部位，控制结构基因的转录。 操纵基因（操纵基因（O）：）： 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 46整理课件 不不编编码码蛋蛋白白质质，是是与与RNARNA聚聚合合酶酶结结合合的的部部位位，只只有有RNARNA聚聚合合酶酶与与启启动动子子结结合后，才能启动结构基因转录合后，才能启动结构基因转录 启动子（启动子（P）：）： 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 47整理课件 编编码码一一种种调调节节蛋蛋白白质质（阻阻遏遏物物）的的生生成成，这这是是一一种种变变构构蛋蛋白白，有有二二个个位位点点，一一个个位位点点与与操操纵纵基基因因结结合合，另另一一位位点点与与调调节节物物（效效应应物物）结结合合，当当调调节节物物与与调调节节蛋蛋白白质质结结合合后后，便便引引起起调调节节蛋蛋白白质质构构象象发发生生变变化化，变变构构的的蛋蛋白白质质增增加加（若若调调节节物物为为阻阻遏遏物物）或或降降低低（若若调调节节物物为为诱诱导导物物）与与操操纵纵基因结合的能力。基因结合的能力。 调节基因（调节基因（R）：）： 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 48整理课件代谢产物诱导、反馈调节机制代谢产物诱导、反馈调节机制 调节基因调节基因启动子启动子操纵基因操纵基因结构基因结构基因A操纵子（操纵子（operon）BC生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 49整理课件当当微微生生物物遇遇到到一一个个以以上上可可以以利利用用的的基基质质时时，微微生生物物究究竟竟先先利利用用哪哪一一个个基基质质呢呢？细细胞胞总总是是产产生生酶酶来来利利用用现现有有的的最最佳佳基基质质（glucose），只只有有在在一一种种基基质质被被耗耗竭竭之之后才会形成分解代谢第二种基质的酶。后才会形成分解代谢第二种基质的酶。（二）分解代谢物的调节（二）分解代谢物的调节 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 50整理课件将将大大肠肠杆杆菌菌培培养养在在含含有有二二种种C源源（如如：glucose和和lactose）的的培培养养基基里里，大大肠杆菌生成量与培养时间的关系见下图。肠杆菌生成量与培养时间的关系见下图。 1、二次生长现象与葡萄糖效应、二次生长现象与葡萄糖效应大大肠肠杆杆菌菌量量培养时间培养时间hglucose耗尽耗尽-半乳糖苷酶诱导半乳糖苷酶诱导由图看出，大肠杆菌生长在含有二种由图看出，大肠杆菌生长在含有二种C C源源的培养基里出现了二次生长的现象，即：的培养基里出现了二次生长的现象，即：在第一阶段快速生长，大肠杆菌优先利用在第一阶段快速生长，大肠杆菌优先利用glucoseglucose，作为能源和作为能源和C C源；当源；当glucoseglucose消耗消耗完毕，细菌生长速度出现一个明显的停滞完毕，细菌生长速度出现一个明显的停滞期，然后又慢慢回升第二阶段，此时它使期，然后又慢慢回升第二阶段，此时它使用乳糖作能源和用乳糖作能源和C C源，生长速度比第一阶段源，生长速度比第一阶段稍慢一点。稍慢一点。 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 51整理课件从从细细胞胞内内酶酶的的分分析析发发现现，在在第第一一生生长长阶阶段段中中，细细胞胞内内的的-半半乳乳糖糖苷苷酶酶活活性性很很低低，由由此此可可见见，细细菌菌在在利利用用glucose时时，-半半乳乳糖糖苷苷酶酶的的合合成成受受到到抑抑制制；当当glucose耗耗尽尽时时，细细菌菌开开始始利利用用乳乳糖糖生生长长，此此时时glucose的的抑抑制制作作用用消消除除，此此时时测测得得的的-半半乳乳糖糖苷苷酶活性比第一阶段高得多。酶活性比第一阶段高得多。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 52整理课件 当当时时把把这这种种glucoseglucose干干扰扰其其他他C C源源利利用用的的现现象象称称为为“葡葡萄萄糖糖效效应应”，随随后后研研究究表表明明，葡葡萄萄糖糖效效应应并并非非由由葡葡萄萄糖糖直直接接造造成成，而而是是其其某某种种分分解解代代谢谢产产物物引起的。引起的。例如：例如： 产产气气杆杆菌菌的的组组氨氨酸酸裂裂解解酶酶将将组组氨氨酸酸分分解解为为-酮酮戊戊二二酸酸和和氨氨，而而glucoseglucose可可以以降降解解为为-酮酮戊戊二酸，故葡萄糖能阻遏组氨酸裂解酶的合成二酸，故葡萄糖能阻遏组氨酸裂解酶的合成. .生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 53整理课件以以上上这这种种效效应应称称“分分解解代代谢谢物物阻阻遏遏效效应应”（Catabolite repression），它它不不仅仅限限于于glucose，所所有有迅迅速速代代谢谢的的C源源和和N源源都都能能阻阻遏遏另另一一种种被被缓缓慢慢利利用用的的C源源和和N源源所需酶的形成。所需酶的形成。 注意：注意：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 54整理课件 分分解解代代谢谢物物阻阻遏遏作作用用之之所所以以产产生生，这这是是因因为为容容易易利利用用的的碳碳源源过过量量存存在在时时，通通过过代代谢谢途途径径进进行行降降解解，放放出出来来的的能能量量有有一一部部分分储储存存在在ATPATP中中。ATPATP是是由由ADPADP和和AMPAMP通通过过磷磷酸酸化化作作用用生生成成的的，这这样样细细胞胞内内ATPATP浓浓度度增增加加，就就使使AMPAMP浓浓度度降降低低。同同时时，由由于于环环状状单单磷磷酸酸腺腺苷苷（cAMPcAMP）可通过磷酸二脂酶作用水解生成）可通过磷酸二脂酶作用水解生成AMPAMP。（2）分解代谢物阻遏作用机理）分解代谢物阻遏作用机理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 55整理课件cAMP+H2O AMP磷酸二酯酶磷酸二酯酶生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 56整理课件 从从而而致致使使细细胞胞中中的的cAMP的的浓浓度度随随AMP浓浓度度的的降降低低而而降降低低，结结果果，在在启启动动基基因因（P）上上没没有有cAMP-CRP复复合合物物，RNA聚聚合合酶酶也也无无法法结结合合到到启启动动基基因因的的位位点点上上，从从而而使使结结构构基基因因（S）上上的的遗遗传传信信息息无无法法转转录录，酶酶的的生生物物合合成成无法进行。无法进行。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 57整理课件结构基因结构基因操纵基因操纵基因启动子启动子RNA聚合酶聚合酶CRPcAMP复合物复合物CRP cAMP生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 58整理课件 当当容容易易利利用用C源源不不存存在在或或被被细细胞胞利利用用完完后后，随随着着细细胞胞中中ATP浓浓度度的的下下降降，而而使使ADP、 AMP、 cAMP的的 浓浓 度度 增增 加加 ， 当当cAMP-CRP的的浓浓度度增增加加到到一一定定量量的的时时候候，cAMP-CRP复复合合物物结结合合到到启启动动基基因因的的位位点点上上，从从而而使使RNA聚聚合合酶酶与与启启动动基基因因结结合合成成为可能，酶的生物合成就有可能进行。为可能，酶的生物合成就有可能进行。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 59整理课件 一一般般来来说说，降降解解性性酶酶通通常常是是通通过过诱诱导导和和分分解解代代谢谢物物的的调调节节作作用用来来控控制制的的，而而生生物物合合成成的的酶酶主主要要是是由由反反馈馈调调节节控控制制的的，反反馈馈调调节节主主要要有有二二种种类类型型：反反馈馈抑抑制制和和反馈阻遏反馈阻遏。（三）反馈调节（三）反馈调节 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 60整理课件 是是一一种种生生物物合合成成途途径径的的最最终终代代谢谢物物抑抑制制那那一一途途径径的的前前面面第第一一或或第第二个酶的作用。二个酶的作用。 1、反馈抑制、反馈抑制 反馈抑制反馈抑制 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 61整理课件反馈抑制是调节酶的活性。反馈抑制是调节酶的活性。 注意：注意：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 62整理课件 调调节节酶酶活活性性比比调调节节酶酶的的合合成成更更迅迅速速、及及时时而而有有效效，这这是是微微生生物物最最经经济济的的一一种种调调节节方方式式，通通过过改改变变代代谢谢途途径径中中一一个个或或几几个个关关健健酶酶的的活活力力，以以影影响响代代谢谢途途径径中中各各中中间间代代谢谢产产物物的的流流量量，这这种种调调节节作作用用通常是由变构酶来完成的。通常是由变构酶来完成的。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 63整理课件 在在反反馈馈抑抑制制中中，酶酶活活力力的的调调控控实实质质就就是是变变构构酶酶的的变变构构调调节节。变变构构酶酶含含有有二二条条或或二二条条以以上上多多肽肽链链，具具有有二二个个不不同同的的结结合合位位点点：一一个个是是活活性性部部位位（活活性性中中心心），是是与与底底物物结结合合的的部部位位；另另一一个个是是变变构构部部位位，是是与与调调节节物物（激激活活剂剂或或抑抑制制剂剂）非非共共价价可可逆逆结结合合的的部部位位。在在变变构构过过程程中中，酶酶与与调调节节物物结结合合后后引引起起酶酶三三级级或或四四级级（空空间间）结结构构的的变变化化，酶酶空空间间构构象象的的变变化化影影响响了了底底物物与与活活性性中中心心的的结结合合，从从而而影影响响了了酶酶的的催催化化效效应应。终终产产物物与与酶酶的的调调节节中中心心的的结结合合是是可可逆逆的的，当当终终产产物物浓浓度度降降低低时时，终终产产物物与与酶酶的的结结合合即即解解除除，从从而而恢恢复复酶酶蛋蛋白白质质原原有有构构象象，使使酶酶与与底底物物可可以以结结合合而而发发生生催催化化作用。作用。2、变构酶及其调节机制、变构酶及其调节机制 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 64整理课件变构酶的作用程序如下：变构酶的作用程序如下： 专一性代谢物（变构效应物）与酶的变构部位结合专一性代谢物（变构效应物）与酶的变构部位结合 酶分子构象变化酶分子构象变化 活性中心修饰活性中心修饰 抑制或促进酶活性抑制或促进酶活性 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 65整理课件 是是一一种种生生物物合合成成途途径径的的终终点点产产物物抑抑制那一途径的前面的酶的合成。制那一途径的前面的酶的合成。 2、反馈阻遏、反馈阻遏反馈阻遏反馈阻遏 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 66整理课件反馈阻遏是调节酶的合成。反馈阻遏是调节酶的合成。 注意：注意：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 67整理课件 与诱导作用正好相反（前面讲过）。与诱导作用正好相反（前面讲过）。反馈阻遏机理反馈阻遏机理 生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 68整理课件四、微生物代谢的调节方式四、微生物代谢的调节方式四、微生物代谢的调节方式四、微生物代谢的调节方式 不不分分枝枝的的生生物物合合成成途途径径中中的的第第一一个个酶酶受受终终点点产产物物的的抑抑制制（反反馈馈抑抑制制）和和途途径径的的所所有有酶酶的的生生物物合合成成受受终终点点产产物物的的阻阻遏（反馈阻遏）。遏（反馈阻遏）。（一）不分枝的生物合成途径（一）不分枝的生物合成途径生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 69整理课件 苏氨酸脱氨酶苏氨酸脱氨酶苏氨酸苏氨酸 - -酮丁酸酮丁酸 异亮氨酸异亮氨酸反馈抑制反馈抑制 其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成其它实例：谷氨酸棒杆菌的精氨酸合成举例：举例：生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 70整理课件 许许多多生生物物合合成成途途径径具具有有二二种种以以上上终终点产物，如下图。点产物，如下图。（二）分枝途径中终点产物的抑制作用（二）分枝途径中终点产物的抑制作用生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 71整理课件S SC CB BA AH HE ED DG G氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸afedbcihg生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 72整理课件 在在生生物物合合成成途途径径中中，为为了了防防止止由由于于一一个个代代谢谢物物过过量量而而使使细细胞胞失失去去获获得得其其它它代代谢谢物物的的机机会会，在在代代谢谢过过程程中中存存在在以以下下几几种种不不同同的的反反馈馈抑抑制制机制。机制。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 73整理课件1、同工酶的特异性调节、同工酶的特异性调节 A AF FC CB BG GE ED DH H 在一分枝途径中的第一步相同的反应可由多种酶催化，各种酶受到不同在一分枝途径中的第一步相同的反应可由多种酶催化，各种酶受到不同的终点产物抑制。的终点产物抑制。 E E1 1E E2 2E E3 3生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 74整理课件2、协同反馈调节、协同反馈调节A AF FC CB BG GE ED DH H 只有一种酶受控制，但要抑制或阻遏这种酶需一个以上终点产物过量存只有一种酶受控制，但要抑制或阻遏这种酶需一个以上终点产物过量存在，而单个终点产物不产生或产生很小的负影响。在，而单个终点产物不产生或产生很小的负影响。 E E生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 75整理课件3、累积反馈调节、累积反馈调节A AF FC CB BG GE ED DH H 每一终点产物如过量，只能部分抑制或阻遏途经的第一个酶，终点产物每一终点产物如过量，只能部分抑制或阻遏途经的第一个酶，终点产物的联合才显示出累积的效果。的联合才显示出累积的效果。 E E生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 76整理课件4、顺序反馈抑制、顺序反馈抑制 S SC CB BA AH HE ED DG G 酶酶a a的效应物不是终点产物，而是中间产物的效应物不是终点产物，而是中间产物C C，终点产物抑制酶，终点产物抑制酶d d和和g g，从，从而引起浓度而引起浓度C C的上升，继而又抑制酶的上升，继而又抑制酶a a。 氨基酸氨基酸A A氨基酸氨基酸B Bafedbcihg生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 77整理课件 微微生生物物代代谢谢过过程程中中酶酶活活力力的的调调节节是是通通过过变变构构酶酶进进行行调调节节的的，变变构构酶酶调调节节机机理理前前面面已已经经论论述述，变变构构酶酶在在调调节节过过程程中中仅仅仅仅是是效效应应物物与与变变构构部部位位非非共共价价地地结结合合，而而不不涉涉及及化化学学键键的的形形成成与与断断裂裂。而而酶酶活活力力的的另另一一种种调调节节作作用用是是共共价价修修饰饰调调节节（主主要要存存在在于于哺哺乳乳动动物物中中），它它的的调调节节作作用用常常常常是是与与化化学学键键的的断断裂裂有有关关，最最常常见见的的现现象象是是酶酶蛋蛋白白中中某某一一肽肽段段水水解解除除去去，即生物化学中酶原激活的概念。即生物化学中酶原激活的概念。（四）酶的共价修饰调节（四）酶的共价修饰调节生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 78整理课件胰凝蛋白酶原胰凝蛋白酶原水解除去一六肽水解除去一六肽 有活力的胰蛋白酶有活力的胰蛋白酶 肠激酶或胰凝蛋白酶本身肠激酶或胰凝蛋白酶本身 酶的共价修饰调节作用酶的共价修饰调节作用生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 79整理课件胰蛋白酶原激活的过程胰蛋白酶原激活的过程生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 80整理课件 能能荷荷是是一一个个人人为为设设定定的的、表表示示细细胞胞能能量量状状态态的的参参数数，它它是是产产生生或或利利用用高高能能磷磷酸酸根根的的代代谢谢途途径径的主要调节因素，定义为：的主要调节因素，定义为：（五）能荷的调节（五）能荷的调节（energy charge）能荷能荷 = = ATP + 0.5*ADPATP + ADP + AMP生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 81整理课件 在在生生物物化化学学反反应应中中，许许多多中中间间体体的的代代谢谢反反应应以以ATP的的形形式式供供给给能能量量，因因此此，通通过过细细胞胞内内ATP、ADP和和AMP的的相相对对平平衡衡来来调调节节EMP和和TCA循循环环是是很很自自然然的的，具具体体地地说说，能能荷荷不不仅仅调调节节导导致致ATP形形成成的的分分解解代代谢谢的的酶酶的的活活性性，也也调调节节利利用用ATP的合成代谢的酶的活性。的合成代谢的酶的活性。生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 82整理课件 要要想想从从发发酵酵液液中中获获取取某某种种代代谢谢产产物物，对对细细胞胞的的透透性性至至少提出三个要求：少提出三个要求：A A、容许营养物进入细胞。、容许营养物进入细胞。B B、对中间产物透出性不大，使它们在细胞内保持一定浓度。、对中间产物透出性不大，使它们在细胞内保持一定浓度。C C、目目的的产产物物形形成成后后可可以以尽尽快快地地透透出出细细胞胞膜膜进进入入发发酵酵液液中中，以以免在细胞内分解或转变成其它化合物。免在细胞内分解或转变成其它化合物。 膜膜的的通通透透性性及及营营养养物物质质的的输输送送是是十十分分复复杂杂的的，它它涉涉及及蛋白质载体、酶、能量和金属离子等。蛋白质载体、酶、能量和金属离子等。（六）、微生物膜的调节（六）、微生物膜的调节生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 83整理课件本章小结本章小结 微生物代谢调节机制（微生物代谢调节机制（3 3种）种） 酶的诱导作用和反馈阻遏（酶的诱导作用和反馈阻遏（Jacob- Jacob- Monod Monod模型）模型） 分解代谢物的调节分解代谢物的调节 反馈调节（变构酶的调节机制）反馈调节（变构酶的调节机制） 微生物代谢的调节方式微生物代谢的调节方式生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理生物制品工艺学与原理上篇上篇上篇上篇 第三章第三章第三章第三章 微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节微生物的代谢调节 84整理课件