微生物的代谢专题知识宣讲培训课件

微生物的代谢专题知识宣讲物质代谢：物质代谢：物质在体内转化的过程物质在体内转化的过程.能量代谢：能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化伴随物质转化而发生的能量形式相互转化.按代谢产物在机体中作用不同分：按代谢产物在机体中作用不同分：初级代谢：初级代谢：提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须的代提供能量、前体、结构物质等生命活动所必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等.次级代谢：次级代谢：在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型；在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代谢类型；产物：抗生素、色素、激素、生物碱等产物：抗生素、色素、激素、生物碱等按物质转化方式分：按物质转化方式分：分解代谢：分解代谢：指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在 这个过程中产生能量。这个过程中产生能量。合成代谢合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的过程。在这个过程中要消耗能量。子的过程。在这个过程中要消耗能量。2微生物的代谢专题知识宣讲第一节第一节 微生物的能量代谢微生物的能量代谢能量代谢是新陈代谢中的核心问题。能量代谢是新陈代谢中的核心问题。中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成中心任务：把外界环境中的各种初级能源转换成对一切生命活动都能使用的能源对一切生命活动都能使用的能源ATP。有机物最初能源日光通用能源还原态无机物化能自养菌化能异养菌光能营养菌3微生物的代谢专题知识宣讲一、微生物氧化的形式一、微生物氧化的形式生物氧化作用生物氧化作用：营养物质在细胞内酶的作用下氧化并释放能量的过程。营养物质在细胞内酶的作用下氧化并释放能量的过程。氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能键形式贮藏在键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。分子内，供需时使用。4微生物的代谢专题知识宣讲生物氧化的功能生物氧化的功能：产能产能(ATP)产还原力产还原力【H】小分子中间代谢物小分子中间代谢物5微生物的代谢专题知识宣讲异氧微生物的生物氧化途径异氧微生物的生物氧化途径：vEMP途径途径vHMP途径途径 vED途径途径v磷酸酮解途径磷酸酮解途径v三羧酸循环三羧酸循环6微生物的代谢专题知识宣讲葡萄糖的酵解葡萄糖的酵解作用作用 (简称：EMP途径途径)活化活化移位移位氧化氧化磷酸化磷酸化葡萄糖激活的方式己糖异构酶磷酸果糖激酶果糖二磷酸醛缩酶甘油醛-3-磷酸脱氢酶磷酸甘油酸激酶甘油酸变位酶烯醇酶丙酮酸激酶7微生物的代谢专题知识宣讲HMP途径途径HMP是一条葡萄糖不经是一条葡萄糖不经EMP途径和途径和TCA循环循环途径而得到彻底氧化，并能产生大量途径而得到彻底氧化，并能产生大量NADPH+H+形式的还原力和多种中间代谢产物形式的还原力和多种中间代谢产物的代谢途径的代谢途径通通过过该该途途径径可可产产生生许许多多种种重重要要的的发发酵酵产产物物。如如核核苷苷酸酸、若若干干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。HMP途途径径在在总总的的能能量量代代谢谢中中占占一一定定比比例例，且且与与细细胞胞代代谢谢活活动对其中间产物的需要量相关。动对其中间产物的需要量相关。8微生物的代谢专题知识宣讲又称又称2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡糖酸（磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途）裂解途径。径。1952年在年在Pseudomonassaccharophila中发现，后来中发现，后来证明存在于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广）证明存在于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广）。ED途径可不依赖于途径可不依赖于EMP和和HMP途径而单独存途径而单独存在，在，是少数缺乏完整是少数缺乏完整EMP途径的微生物的一种替途径的微生物的一种替代途径，未发现存在于其它生物中。代途径，未发现存在于其它生物中。ED途径途径9微生物的代谢专题知识宣讲ED途径途径ATPADPNADP+NADPH2葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸-葡萄葡萄酸酸激酶激酶（与与EMP途径连接途径连接）氧化酶氧化酶(与与HMP途径连接途径连接)EMP途径途径3-磷酸磷酸-甘油醛甘油醛脱水酶脱水酶2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸磷酸-葡萄糖葡萄糖酸酸EMP途径途径丙酮酸丙酮酸醛缩酶醛缩酶反应步骤简单，产能效率低反应步骤简单，产能效率低.此途径此途径可与可与EMP途径、途径、HMP途径和途径和TCA循循环相连接，可互相协调以满足微生物对能量、环相连接，可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间代谢物的需要。还原力和不同中间代谢物的需要。好氧时与好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行乙醇发酵循环相连，厌氧时进行乙醇发酵.10微生物的代谢专题知识宣讲磷酸酮解途径磷酸酮解途径存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一存在于某些细菌如明串珠菌属和乳杆菌属中的一些细菌中。些细菌中。进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它进行磷酸酮解途径的微生物缺少醛缩酶，所以它不能够将磷酸己糖裂解为不能够将磷酸己糖裂解为2个三碳糖。个三碳糖。磷酸酮解酶途径有两种：磷酸酮解酶途径有两种：磷酸戊糖酮解途径（磷酸戊糖酮解途径（PK）途径）途径磷酸己糖酮解途径（磷酸己糖酮解途径（HK）途径）途径11微生物的代谢专题知识宣讲（五）（五）TCA循环循环12微生物的代谢专题知识宣讲丙酮酸在进入三羧酸循环之先要脱羧生成乙酰CoA，乙酰CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸再进入三羧酸循环。循环的结果是乙酰CoA被彻底氧化成CO2和H2O，每氧化1分子的乙酰CoA可产生12分子的ATP，草酰乙酸参与反应而本身并不消耗。13微生物的代谢专题知识宣讲TCA循环的重要特点循环的重要特点1、循环一次的结果是乙酰循环一次的结果是乙酰CoA的乙酰基被氧化为的乙酰基被氧化为2分子分子CO2,并重新生成并重新生成1分子草酰乙酸；分子草酰乙酸；2、整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应中将整个循环有四步氧化还原反应，其中三步反应中将NAD+还原为还原为NADH+H+，另一步为另一步为FAD还原；还原；3、为糖、脂、蛋白质三大物质转化中心枢纽。为糖、脂、蛋白质三大物质转化中心枢纽。4、循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体；循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体；5、生物体提供能量的主要形式；生物体提供能量的主要形式；6、为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。如如柠檬酸发酵；柠檬酸发酵；Glu发酵等。发酵等。14微生物的代谢专题知识宣讲异氧微生物的生物氧化方式异氧微生物的生物氧化方式：v根据最终电子受体的不同可分成：v发酵发酵v有氧呼吸有氧呼吸v无氧呼吸无氧呼吸15微生物的代谢专题知识宣讲v概念：概念：以有机物作为电子供体和最终电子受体的生物氧以有机物作为电子供体和最终电子受体的生物氧化作用。化作用。v在在发酵工业上发酵工业上，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。产有用代谢产物的一类生产方式。v发酵途径：发酵途径：葡萄糖在厌氧条件下分解葡萄糖的产能途径葡萄糖在厌氧条件下分解葡萄糖的产能途径主要有主要有EMP、HMP、ED和和PK途径。途径。特点：特点：氧化不彻底氧化不彻底 放能少放能少 电子不经电子传递链的传递，与底物水平磷酸电子不经电子传递链的传递，与底物水平磷酸化相偶联，部分能量可被微生物加以利用。化相偶联，部分能量可被微生物加以利用。各种微生物都能进行发酵。各种微生物都能进行发酵。（一）发酵作用（一）发酵作用16微生物的代谢专题知识宣讲乙醇发酵乙醇发酵乳酸发酵乳酸发酵丙酸发酵丙酸发酵混合酸发酵混合酸发酵22,3,3丁二醇丁二醇发酵发酵丁酸发酵丁酸发酵丙酮酸的发酵产物丙酮酸的发酵产物发酵类型：发酵类型：17微生物的代谢专题知识宣讲 C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶1、乙醇发酵、乙醇发酵酵母菌的乙醇发酵：酵母菌的乙醇发酵：该乙醇发酵过程只在该乙醇发酵过程只在pH3.54.5以及厌氧的条件下发生。以及厌氧的条件下发生。18微生物的代谢专题知识宣讲当发酵液处在碱性条件下，酵母的乙醇发酵会改为当发酵液处在碱性条件下，酵母的乙醇发酵会改为甘油发甘油发酵酵。原因：该条件下产生的乙醛不能作为正常受氢体，结果原因：该条件下产生的乙醛不能作为正常受氢体，结果2分分子乙醛间发生歧化反应，生成子乙醛间发生歧化反应，生成1分子乙醇和分子乙醇和1分子乙酸；分子乙酸；CH3CHO+H2O+NAD+CH3COOH+NADH+H+CH3CHO+NADH+H+CH3CH2OH+NAD+此时也由磷酸二羟丙酮担任受氢体接受此时也由磷酸二羟丙酮担任受氢体接受3-磷酸甘油醛脱下的磷酸甘油醛脱下的氢而生成氢而生成-磷酸甘油，后者经磷酸甘油，后者经-磷酸甘油酯酶催化，生成磷酸甘油酯酶催化，生成甘油。甘油。2葡萄糖葡萄糖2甘油甘油+乙醇乙醇+乙酸乙酸+2CO219微生物的代谢专题知识宣讲细菌的乙醇发酵细菌的乙醇发酵葡萄糖葡萄糖2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸磷酸-葡萄糖酸葡萄糖酸3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙醇乙醇乙醛乙醛2乙醇乙醇2CO22H2H+ATP2ATP菌种：运动发酵单胞菌等途径：ED20微生物的代谢专题知识宣讲v酵母菌（在酵母菌（在pH3.5-4.5时）的乙醇发酵时）的乙醇发酵脱羧酶脱羧酶脱氢酶脱氢酶丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇乙醇通过通过EMPEMP途径产生乙醇，总反应式为：途径产生乙醇，总反应式为：C C6 6H H1212O O6 6+2ADP+2Pi 2C+2ADP+2Pi 2C2 2H H5 5OH+2COOH+2CO2 2+2ATP+2ATPv细菌细菌(Zymomonasmobilis)的乙醇发酵的乙醇发酵通过通过ED途径产生乙醇，总反应如下：途径产生乙醇，总反应如下：葡萄糖葡萄糖+ADP+Pi2乙醇乙醇+2CO2+ATP细菌细菌(Leuconostocmesenteroides)的乙醇发酵的乙醇发酵通过通过HMP途径产生乙醇、乳酸等，总反应如下：途径产生乙醇、乳酸等，总反应如下：葡萄糖葡萄糖+ADP+Pi乳酸乳酸+乙醇乙醇+CO2+ATP21微生物的代谢专题知识宣讲2、乳酸发酵、乳酸发酵乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸，称为乳酸发酵。乳酸，称为乳酸发酵。由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不同，由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不同，将乳酸发酵又分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双将乳酸发酵又分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧杆菌发酵。歧杆菌发酵。同型乳酸发酵：（经同型乳酸发酵：（经EMPEMP途径）途径）异型乳酸发酵异型乳酸发酵：（经（经HMPHMP途径）途径）双歧杆菌发酵双歧杆菌发酵:（经（经HKHK途径途径磷酸己糖解酮酶途径磷酸己糖解酮酶途径）22微生物的代谢专题知识宣讲葡萄糖葡萄糖3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮2(1,3-二二-磷酸甘油酸）磷酸甘油酸）2乳酸乳酸2丙酮酸丙酮酸同型乳酸发酵同型乳酸发酵2NAD+2NADH4ATP4ADP2ATP2ADP23微生物的代谢专题知识宣讲异型乳酸发酵：异型乳酸发酵：葡萄糖葡萄糖6-磷酸磷酸葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡磷酸葡萄糖酸萄糖酸5-磷酸磷酸木酮糖木酮糖3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛乳酸乳酸乙酰磷酸乙酰磷酸NAD+NADHNAD+NADHATPADP乙醇乙醇乙醛乙醛乙酰乙酰CoA2ADP2ATP-2H-CO224微生物的代谢专题知识宣讲25微生物的代谢专题知识宣讲3、混合酸发酵、混合酸发酵v概念概念：埃希埃希氏菌、沙门氏氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌菌、志贺氏菌属的一些菌通属的一些菌通过过EMP途径将途径将葡萄糖转变成葡萄糖转变成琥珀酸、乳酸、琥珀酸、乳酸、甲酸、乙醇、甲酸、乙醇、乙酸、乙酸、H2和和CO2等多种代等多种代谢产物，由于谢产物，由于代谢产物中含代谢产物中含有多种有机酸，有多种有机酸，故将其称为混故将其称为混合酸发酵。合酸发酵。葡萄糖葡萄糖琥泊酸琥泊酸草酰乙酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙酰乙酰CoA甲酸甲酸乙醇乙醇乙酰磷酸乙酰磷酸CO2H2乙酸乙酸丙酮酸甲酸裂解酶乳酸脱氢酶甲酸-氢裂解酶磷酸转乙酰酶乙酸激酶PEP羧化酶乙醛脱氢酶+2HpH6.226微生物的代谢专题知识宣讲4、2,3-丁二醇发酵丁二醇发酵葡萄糖葡萄糖乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙酰乙酰CoA甲酸甲酸乙醇乙醇 乙酰乳酸乙酰乳酸二乙酰二乙酰3-羟基丁酮羟基丁酮2,3-丁二醇丁二醇CO2H2-乙酰乳酸合成酶-乙酰乳酸脱羧酶2,3-丁二醇脱氢酶概念：概念：肠杆菌、肠杆菌、沙雷氏菌、和沙雷氏菌、和欧文氏菌属中欧文氏菌属中的一些细菌具的一些细菌具有有-乙酰乳酸乙酰乳酸合成酶合成酶系而进系而进行丁二醇发酵。行丁二醇发酵。发酵途径：发酵途径：EMP27微生物的代谢专题知识宣讲鉴别肠道细菌的鉴别肠道细菌的V.P.试验试验鉴别原理鉴别原理缩合缩合脱羧脱羧2丙酮酸丙酮酸乙酰乳酸乙酰乳酸乙酰甲基甲乙酰甲基甲醇醇碱性条件碱性条件2,3-丁二醇丁二醇二乙酰二乙酰（与培养基中精氨酸的胍基结合）（与培养基中精氨酸的胍基结合）红色化合物红色化合物-CO228微生物的代谢专题知识宣讲鉴别肠道细菌的产酸产气、甲基鉴别肠道细菌的产酸产气、甲基红（红（M.R）试验）试验v产酸产气试验：产酸产气试验：Escherichia与与Shigella在利用葡萄糖进在利用葡萄糖进行发酵时，前者具有甲酸氢解酶，可在产酸的同时产气，行发酵时，前者具有甲酸氢解酶，可在产酸的同时产气，后者则因无此酶，不具有产气的能力。后者则因无此酶，不具有产气的能力。v甲基红试验甲基红试验：大肠杆菌与产气气杆菌在利用葡萄糖进大肠杆菌与产气气杆菌在利用葡萄糖进行发酵时，前者可产生大量的混合酸，后者则产生大量行发酵时，前者可产生大量的混合酸，后者则产生大量的中性化合物丁二醇，因此在发酵液中加入甲基红试剂的中性化合物丁二醇，因此在发酵液中加入甲基红试剂时，前者呈红色，后者呈黄色。时，前者呈红色，后者呈黄色。大肠杆菌：产酸较多，使pH4.5产气杆菌：pH4.529微生物的代谢专题知识宣讲IMViC试验试验：=吲哚（吲哚（I）、甲基红（）、甲基红（M）、）、V.P.试验（试验（Vi）柠檬酸）柠檬酸盐利用（盐利用（C）共四项试验。用以将大肠杆菌与其形状）共四项试验。用以将大肠杆菌与其形状十分相近的肠杆菌属的细菌鉴别开来。十分相近的肠杆菌属的细菌鉴别开来。吲哚试验吲哚试验甲基红试验甲基红试验V.P.试验试验柠檬酸盐柠檬酸盐利用利用大肠杆菌大肠杆菌+-产气杆菌产气杆菌-+30微生物的代谢专题知识宣讲概念概念:是以分子氧作为最终电子是以分子氧作为最终电子(或氢或氢)受体的氧化受体的氧化过程；过程；是最普遍、最重要的生物氧化方式。是最普遍、最重要的生物氧化方式。途径：途径：EMP,TCA循环循环特点：特点：以分子氧作为最终电子受体的氧化作用以分子氧作为最终电子受体的氧化作用底物氧化彻底底物氧化彻底底物在氧化过程中脱下的氢和电子经电子传递链的传递最底物在氧化过程中脱下的氢和电子经电子传递链的传递最终交给氧，并在传递的过程中与磷酸化相偶联产生终交给氧，并在传递的过程中与磷酸化相偶联产生ATP。产能多，约产能多，约40%的能量被微生物利用，的能量被微生物利用，60%以热的形式释以热的形式释放。放。是好氧或兼性好氧微生物在有分子氧存在的条件下进行的是好氧或兼性好氧微生物在有分子氧存在的条件下进行的氧化方式。氧化方式。（二）有氧呼吸（二）有氧呼吸31微生物的代谢专题知识宣讲电子传递与氧化呼吸链电子传递与氧化呼吸链定义：定义：由一系列氧化还原势不同的氢传递体组成的由一系列氧化还原势不同的氢传递体组成的一组链状传递顺序。在氢或电子的传递过程中，通过一组链状传递顺序。在氢或电子的传递过程中，通过与氧化磷酸化反应发生偶联，就可产生与氧化磷酸化反应发生偶联，就可产生ATP形式的能形式的能量。量。部位部位：原核生物发生在细胞膜上，真核生物发生在：原核生物发生在细胞膜上，真核生物发生在线粒体内膜上线粒体内膜上成员：成员：电子传递是从电子传递是从NAD到到O2，电子传递链中的电，电子传递链中的电子传递体主要包括子传递体主要包括FMN、CoQ、细胞色素、细胞色素b、c1、c、a、a和一些铁硫旦白。这些电子传递体传递电和一些铁硫旦白。这些电子传递体传递电子的顺序，按照它们的氧化还原电势大小排列。子的顺序，按照它们的氧化还原电势大小排列。32微生物的代谢专题知识宣讲呼吸链的功能：呼吸链的功能：一是传递电子；二是将电子传递一是传递电子；二是将电子传递过程中释放的能量合成过程中释放的能量合成ATP这就是电这就是电子传递磷酸化作用（或称氧化磷酸化作用）子传递磷酸化作用（或称氧化磷酸化作用）。33微生物的代谢专题知识宣讲ATPATP的结构和生成的结构和生成2.ATPATP的生成方式的生成方式:微生物能量代谢活动中所涉及的主要是微生物能量代谢活动中所涉及的主要是ATP（高能（高能分子）形式的化学能分子）形式的化学能.ATP是生物体内能量的载体是生物体内能量的载体或流通形式或流通形式.当微生物获得能量后当微生物获得能量后,都是先将获得的都是先将获得的能量转换成能量转换成ATP.ATP.当需要能量时当需要能量时,ATPATP分子上的高能键分子上的高能键水解水解,重新释放出能量重新释放出能量.光合磷酸化光合磷酸化氧化磷酸化氧化磷酸化底物水平磷酸化底物水平磷酸化电子传递磷酸化电子传递磷酸化1.结构结构:34微生物的代谢专题知识宣讲乙醛酸循环乙醛酸循环草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸琥珀酸琥珀酸异柠檬酸异柠檬酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸乙醛酸乙醛酸乙酰乙酰CoA乙酰乙酰CoA乙酸乙酸乙酸乙酸35微生物的代谢专题知识宣讲乙醛酸循环乙醛酸循环能够利用乙酸的微生物具有乙酰能够利用乙酸的微生物具有乙酰CoA合成酶，它使乙酸转合成酶，它使乙酸转变为乙酰变为乙酰CoA；然后在然后在异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶和和苹果酸合成酶苹果酸合成酶的作用下进入乙醛的作用下进入乙醛酸循环。酸循环。乙醛酸循环的主要反应：乙醛酸循环的主要反应：异柠檬酸异柠檬酸琥珀酸琥珀酸+乙醛酸乙醛酸乙醛酸乙醛酸+乙酸乙酸苹果酸苹果酸琥珀酸琥珀酸+乙酸乙酸异柠檬酸异柠檬酸净反应：净反应：2乙酸乙酸苹果酸苹果酸36微生物的代谢专题知识宣讲柠檬酸发酵一、菌种：能产生柠檬酸的菌种很多，但以霉菌为主，一、菌种：能产生柠檬酸的菌种很多，但以霉菌为主，其中又以黑曲霉产生柠檬酸的能力较强，并能利用多种其中又以黑曲霉产生柠檬酸的能力较强，并能利用多种碳源，故常是生产上使用的菌种。碳源，故常是生产上使用的菌种。二、发酵机理：细胞内有三羧酸循环和乙醛酸循环；柠二、发酵机理：细胞内有三羧酸循环和乙醛酸循环；柠檬酸合成酶活力较高，而乌头酸酶或异柠檬酸脱氢酶可檬酸合成酶活力较高，而乌头酸酶或异柠檬酸脱氢酶可被某些因素，如金属离子的缺乏，受到抑制，这有利于被某些因素，如金属离子的缺乏，受到抑制，这有利于柠檬酸的积累。柠檬酸的积累。三、工艺流程：三、工艺流程：发酵液的发酵液的pH值对柠檬酸生成影响很大；值对柠檬酸生成影响很大；pH23时，发酵产物主要是柠檬酸；时，发酵产物主要是柠檬酸；pH值中性或碱性时，值中性或碱性时，会产生较多草酸和葡萄糖酸；会产生较多草酸和葡萄糖酸；可往培养基中加入亚铁氰化钾或采可往培养基中加入亚铁氰化钾或采取育种手段改造菌种，使乌头酸酶或异柠檬酸脱氢酶缺取育种手段改造菌种，使乌头酸酶或异柠檬酸脱氢酶缺失或尽量降低活性，以阻碍失或尽量降低活性，以阻碍TCA循环的正常进行，从而循环的正常进行，从而增加柠檬酸的积累。增加柠檬酸的积累。37微生物的代谢专题知识宣讲谷氨酸发酵一、谷氨酸发酵菌种：一、谷氨酸发酵菌种：CorynebacteriumpekinenseCorynebacteriumglutamicumBrevibacteriumflavu二、发酵机理：二、发酵机理：谷氨酸以谷氨酸以-酮戊二酸为碳架；当酮戊二酸为碳架；当以糖质为发酵原料时，合以糖质为发酵原料时，合成途径包括成途径包括EMP,HMP,TCA循环循环,乙醛酸循环等；乙醛酸循环等；谷氨酸产生菌谷氨酸产生菌的的-酮戊二酸氧化酶活力很弱或缺少，而酮戊二酸氧化酶活力很弱或缺少，而谷谷氨酸脱氢酶的活力要很高；氨酸脱氢酶的活力要很高；生物素是谷氨酸产生菌必需的一种维生素，在谷氨酸生物生物素是谷氨酸产生菌必需的一种维生素，在谷氨酸生物合成中起着重要作用，缺乏或量太高都会使谷氨酸合成受阻。合成中起着重要作用，缺乏或量太高都会使谷氨酸合成受阻。生物素通过影响细胞膜的通透性而影响谷氨酸发酵。生物素通过影响细胞膜的通透性而影响谷氨酸发酵。38微生物的代谢专题知识宣讲概念：以无机氧化物中的氧作为最终电子（和氢）受概念：以无机氧化物中的氧作为最终电子（和氢）受体的氧化作用。体的氧化作用。一些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼一些厌氧和兼性厌氧微生物在无氧条件下进行无氧呼吸吸.无机氧化物：如无机氧化物：如NONO3 3-、NO NO2-2-、SOSO4 42 2-、S S2 2O O3 32-2-等。等。在无氧呼吸过程中，电子供体和受体之间也需要细胞在无氧呼吸过程中，电子供体和受体之间也需要细胞色素等中间电子递体，并伴随有磷酸化作用，底物可色素等中间电子递体，并伴随有磷酸化作用，底物可被彻底氧化，可产生较多能量，但不如有氧呼吸产生被彻底氧化，可产生较多能量，但不如有氧呼吸产生的能量多。的能量多。如：以硝酸钾为电子受体进行无氧呼吸时，可释放出如：以硝酸钾为电子受体进行无氧呼吸时，可释放出1796.141796.14KJKJ自由能自由能。（三）无氧呼吸（三）无氧呼吸39微生物的代谢专题知识宣讲二、自养微生物的生物氧化二、自养微生物的生物氧化40微生物的代谢专题知识宣讲第二节第二节微生物的代谢调控与发酵生产微生物的代谢调控与发酵生产本本节提要：提要：微生物代微生物代谢过程中的自我程中的自我调节酶活性的活性的调节酶合成的合成的调节代代谢调控理控理论的的应用用41微生物的代谢专题知识宣讲微生物代谢过程中的自我调节微生物代谢过程中的自我调节微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞微生物代谢调节系统的特点：精确、可塑性强，细胞水平的代谢调节能力超过高等生物。水平的代谢调节能力超过高等生物。成因：细胞体积小，所处环境多变。成因：细胞体积小，所处环境多变。举例：大肠杆菌细胞中存在举例：大肠杆菌细胞中存在2500种蛋白质，其中上千种蛋白质，其中上千种是催化正常新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只种是催化正常新陈代谢的酶。每个细菌细胞的体积只能容纳能容纳10万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到100个分子。如何解决合成与使用效率的经济关系？个分子。如何解决合成与使用效率的经济关系？解决方式：组成酶（解决方式：组成酶（constitutiveenzyme）经常以高）经常以高浓度存在，其它酶都是诱导酶（浓度存在，其它酶都是诱导酶（inducibleenzyme），），在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶的总量占细胞总蛋白含量的胞总蛋白含量的10%。42微生物的代谢专题知识宣讲微生物自我调节代谢的方式微生物自我调节代谢的方式1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞控制营养物质透过细胞膜进入细胞2.通过酶的定位控制酶与底物的接触通过酶的定位控制酶与底物的接触3.控制代谢物流向控制代谢物流向:43微生物的代谢专题知识宣讲1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞控制营养物质透过细胞膜进入细胞如：只有当速效碳源或氮源耗尽如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合，微生物才合成成迟效碳源或氮源的运效碳源或氮源的运输系系统与分解与分解该物物质的的酶系系统。44微生物的代谢专题知识宣讲2.通过酶的定位控制酶与底物的接触通过酶的定位控制酶与底物的接触1）真核微生物酶定位在相应细胞器上；细胞器各）真核微生物酶定位在相应细胞器上；细胞器各自行使某种特异的功能；自行使某种特异的功能；2）原核微生物在细胞内划分区域集中某类酶行使）原核微生物在细胞内划分区域集中某类酶行使功能：功能：与呼吸产能代谢有关的酶位于膜上；与呼吸产能代谢有关的酶位于膜上；蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上；蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上；同核苷酸吸收有关的酶在同核苷酸吸收有关的酶在G-菌的周质区。菌的周质区。45微生物的代谢专题知识宣讲3.控制代谢物流向：控制代谢物流向：(通过酶促反应速度来调节通过酶促反应速度来调节)1)可逆反应途径由同种酶催化，可由不同辅基或辅酶控制代可逆反应途径由同种酶催化，可由不同辅基或辅酶控制代谢物流向：如谢物流向：如:两种两种Glu脱氢酶：以脱氢酶：以NADP为辅基为辅基Glu合成合成以以NAD为辅基为辅基Glu分解分解2)通过调节酶的活性或酶的合成量。通过调节酶的活性或酶的合成量。关键酶关键酶:某一代谢途径中的第一个酶或分支点后的第一个酶。某一代谢途径中的第一个酶或分支点后的第一个酶。粗调：调节酶的合成量粗调：调节酶的合成量细调：调节现有酶分子的活性细调：调节现有酶分子的活性3)通过调节产能代谢速率。通过调节产能代谢速率。46微生物的代谢专题知识宣讲一、酶活性的调节一、酶活性的调节通通过过改改变变现现成成的的酶酶分分子子活活性性来来调调节节新新陈陈代代谢谢的的速速率率的的方方式式。是是酶酶分分子子水水平平上的调节，属于精细的调节。上的调节，属于精细的调节。（一）调节方式：包括两个方面：（一）调节方式：包括两个方面：1、酶酶活活性性的的激激活活：在在代代谢谢途途径径中中后后面面的的反反应应可可被被较较前前面面的的反反应应产产物物所所促促进的现象；常见于分解代谢途径。进的现象；常见于分解代谢途径。如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进如：粗糙脉孢霉的异柠檬酸脱氢酶的活性受柠檬酸促进2、酶活性的抑制、酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。：包括：竞争性抑制和反馈抑制。概概念念：反反馈馈：指指反反应应链链中中某某些些中中间间代代谢谢产产物物或或终终产产物物对对该该途途径径关关键键酶酶活活性性的影响。的影响。凡使反应速度加快的称凡使反应速度加快的称正反馈正反馈；凡使反应速度减慢的称凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制）负反馈（反馈抑制）；反反馈馈抑抑制制主主要要表表现现在在某某代代谢谢途途径径的的末末端端产产物物过过量量时时可可反反过过来来直直接接抑抑制制该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除47微生物的代谢专题知识宣讲1.直线式代谢途径中的反馈抑制直线式代谢途径中的反馈抑制：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2.2.分支代谢途径中的反馈抑制：分支代谢途径中的反馈抑制：在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物发展出多种调节方式。主要有：应，微生物发展出多种调节方式。主要有：同功酶的调节，同功酶的调节，顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。（二）反馈抑制的类型（二）反馈抑制的类型48微生物的代谢专题知识宣讲（1 1）同功酶调节）同功酶调节isoenzyme定义：指能催化同一化学反应但结构不同的一组酶。同功酶a与酶b分别由各自的终产物E与G抑制。只有 E、G同时过量，才能完全阻止反应的进行。49微生物的代谢专题知识宣讲（2 2）协同反馈抑制）协同反馈抑制concerted feedback inhibition定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制定义：分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式。50微生物的代谢专题知识宣讲（3）积累反馈抑制）积累反馈抑制cumulative feedback inhibition定义：定义：每个终产物同时积累都会对途径中的第一个酶产生部每个终产物同时积累都会对途径中的第一个酶产生部分抑制作用，且各终产物的抑制作用互不干扰，各终产物同分抑制作用，且各终产物的抑制作用互不干扰，各终产物同时存在时，它们的抑制作用是累加的。时存在时，它们的抑制作用是累加的。各末端产物之间既无各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。协同效应，亦无拮抗作用。51微生物的代谢专题知识宣讲（4 4）顺序反馈抑制）顺序反馈抑制sequential feedback inhibition分分支支途途径径中中两两个个终终产产物物不不能能直直接接对对途途径径中中的的第第一一个个酶酶产产生生抑抑制制作作用用，而而是是分分别别抑抑制制分分支支点点后后的的反反应应步步骤骤，造造成成分分支支点点上上中中间间产产物物积积累累，高高浓浓度度的的中中间间产产物物再再反反馈馈抑抑制制第第一一个个酶酶的的活活性性。只只有有两两个个终终产产物物同同时时积积累累，才才能能对对途途径径中中的的第第一一个个酶酶产产生抑制作用。生抑制作用。52微生物的代谢专题知识宣讲(三三)酶活力活力调节的机制的机制变构酶理论：变构酶为一种变构蛋白，酶分子空间构象的变化 影响酶活。其上具有两个以上立体专一性不同的接受部位，一个是活性中心，另一个是调节中心。活性位点:与底物结合变构位点:与与抑制抑制剂结合合,构象构象变化化,不能与底物不能与底物结合合与与激活激活剂结合合,构象构象变化化,促促进与底物与底物结合合 53微生物的代谢专题知识宣讲变构酶变构酶54微生物的代谢专题知识宣讲二、酶合成的调节二、酶合成的调节（一）酶合成调节的类型（一）酶合成调节的类型1.诱导诱导(induction)：是酶促分解底物或产物诱使微生物细胞是酶促分解底物或产物诱使微生物细胞合成分解代谢途径中有关酶的过程。微生物通过诱导作用而产合成分解代谢途径中有关酶的过程。微生物通过诱导作用而产生的酶称为生的酶称为诱导酶（诱导酶（为适应外来底物或其结构类似物而临时合为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的酶类）。成的酶类）。组成酶（固有酶）组成酶（固有酶）：不依赖底物或底物结构类似物的存在而合：不依赖底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。如：成的酶。如：EMPEMP途径的一些酶。途径的一些酶。诱导酶：诱导酶：依赖于底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。如：依赖于底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。如：乳糖酶。乳糖酶。诱导物诱导物(inducer)：酶作用的底物。酶作用的底物。有些酶催化的反应产有些酶催化的反应产物。物。底物结构类似物。底物结构类似物。55微生物的代谢专题知识宣讲2.阻遏（阻遏（repression）：是阻碍是阻碍是阻碍是阻碍代谢过程中包括关键酶在内的代谢过程中包括关键酶在内的一系列酶一系列酶一系列酶一系列酶的合成的现象，从的合成的现象，从而更彻底地控制和减少末端产物的合成。而更彻底地控制和减少末端产物的合成。阻遏作用的类型阻遏作用的类型：末端产物阻遏（末端产物阻遏（end-productrepression）：由于终产物的过量）：由于终产物的过量积累而导致生物合成途径中酶合成的阻遏的现象，常常发生在氨积累而导致生物合成途径中酶合成的阻遏的现象，常常发生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等这些重要结构元件生物合成的时候。基酸、嘌呤和嘧啶等这些重要结构元件生物合成的时候。例如过量的精氨酸阻遏了参与合成精氨酸的许多酶的合成。例如过量的精氨酸阻遏了参与合成精氨酸的许多酶的合成。分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏（cataboliterepression）：当微生物在含有）：当微生物在含有两种能够分解底物的培养基中生长时，利用快的那种分解底物会两种能够分解底物的培养基中生长时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶的合成的现象。最早发现于大肠杆菌阻遏利用慢的底物的有关酶的合成的现象。最早发现于大肠杆菌生长在含葡萄糖和乳糖的培养基时生长在含葡萄糖和乳糖的培养基时,故又称故又称葡萄糖效应葡萄糖效应。分解代。分解代谢物阻遏导致出现谢物阻遏导致出现“二次生长（二次生长（diauxicgrowth）”.实质是：实质是：因代谢反应链中某些中间代谢物或末端代谢物的过量积因代谢反应链中某些中间代谢物或末端代谢物的过量积因代谢反应链中某些中间代谢物或末端代谢物的过量积因代谢反应链中某些中间代谢物或末端代谢物的过量积累而阻遏代谢中一些酶的合成的现象。累而阻遏代谢中一些酶的合成的现象。累而阻遏代谢中一些酶的合成的现象。累而阻遏代谢中一些酶的合成的现象。56微生物的代谢专题知识宣讲（二）酶合成调节的机制（二）酶合成调节的机制操纵子学说概述：操纵子学说概述：1、操纵子（、操纵子（operon）：是基因表达和控制的一个完整单元，其）：是基因表达和控制的一个完整单元，其中包括结构基因，调节基因，操作子和启动子。中包括结构基因，调节基因，操作子和启动子。结构基因结构基因(structuralgenes)：是决定某一多肽的是决定某一多肽的DNA模板，模板，可根据其上的碱基顺序转录出相应的可根据其上的碱基顺序转录出相应的mRNA，然后再可通过核糖，然后再可通过核糖体转译出相应的酶体转译出相应的酶;（编码蛋白质的DNA序列）启动子启动子(promoter)：能被依赖于：能被依赖于DNA的的RNA聚合酶所识别的碱聚合酶所识别的碱基顺序，是基顺序，是RNA聚合酶的结合部位和转录起点；（在许多情况下聚合酶的结合部位和转录起点；（在许多情况下还包括促进这一过程的调节蛋白结合位点。）还包括促进这一过程的调节蛋白结合位点。）操纵子（操纵子（operator）：位于启动基因和结构基因之间的一段碱：位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，是阻遏蛋白的结合位点，能通过与阻遏物相结合来决定基顺序，是阻遏蛋白的结合位点，能通过与阻遏物相结合来决定结构基因的转录是否能进行；结构基因的转录是否能进行；调节基因（调节基因（regulatorgene）：用于编码组成型调节蛋白的基：用于编码组成型调节蛋白的基因，因，一般远离操纵子一般远离操纵子,但在原核生物中但在原核生物中,可以位于操纵子旁边可以位于操纵子旁边,编码调节蛋白。编码调节蛋白。57微生物的代谢专题知识宣讲Structure of a typical operon 58微生物的代谢专题知识宣讲酶合成的合成的诱导Enzyme Induction：59微生物的代谢专题知识宣讲EnzymeInduction.Induction(orderepression)ofthelacopronisaformofnegativecontrolbecausetheeffectoftheregulatoryprotein(Activerepressor)istostoptranscription.有乳糖时：乳糖作为一种效应物与阻遏物结合,使其变构,不能与O结合,从而转录进行,合成乳糖酶,分解乳糖。无乳糖时：细胞内产生的阻遏物结合在操纵基因上,转录不能进行；60微生物的代谢专题知识宣讲酶合成的阻遏合成的阻遏Enzyme Repression：1.终产物的阻遏：终产物的阻遏：(endproductrepression):（反馈阻反馈阻遏遏)即在合成代谢中，终产物阻遏该途径即在合成代谢中，终产物阻遏该途径所有酶的合成。所有酶的合成。为基因表达的控制为基因表达的控制。如：色氨酸如：色氨酸(Try)合成的调控合成的调控(正调正调节节)GeneticorganizationoftheTrpoperonanditscontrolelements 61微生物的代谢专题知识宣讲2.分解代分解代谢物阻遏物阻遏Catabolite Repression1）二次生）二次生长现象及其机象及其机制：制：分解葡萄糖的分解葡萄糖的酶组成成酶（固有（固有酶）分解乳糖的分解乳糖的酶诱导酶，受葡萄糖分解代受葡萄糖分解代谢产物物调控。控。TheDiauxicGrowthCurveofE.coligrowninlimitingconcentrationsofamixtureofglucoseandlactose 62微生物的代谢专题知识宣讲1）cAMP与与CAP结合。结合。2）当）当cAMP与与CAP复合复合物结合在启动子上物结合在启动子上,RNApolase才与启动子才与启动子结合，转录进行。结合，转录进行。3）当缺少）当缺少cAMP和和CAP时时,RNApolase不能与启动不能与启动子结合。子结合。Cataboliterepressionispositivecontrolofthelacoperon.Theeffectisanincreaseintherateoftranscription.63微生物的代谢专题知识宣讲有葡萄糖有葡萄糖时：cAMP的的产生受葡萄糖抑制。生受葡萄糖抑制。葡萄糖降解物抑制腺苷酸葡萄糖降解物抑制腺苷酸环化化酶的活性，的活性，cAMP浓度下度下降降，cAMP不与不与CAP结合，合，RNA多聚多聚酶不能不能结合，合，转录不能不能进行。行。无葡萄糖无葡萄糖时：cAMP浓度上升，度上升，cAMP与与CAP(降降解物的激活蛋白解物的激活蛋白)结合合,与启与启动基因基因结合，合，转录进行行.64微生物的代谢专题知识宣讲（1）存在诱导物时，）存在诱导物时，mRNA得到转录：得到转录：调节基因调节基因控制部分控制部分结构基因结构基因PPR tOzyat-半乳糖苷酶半乳糖苷酶 渗透酶渗透酶 转乙酰基酶转乙酰基酶诱导物诱导物阻遏物阻遏物失活阻遏物失活阻遏物RNA多聚酶多聚酶cAMPCRP乳糖操纵子乳糖操纵子1乳糖操纵子乳糖操纵子DNARNA蛋白质蛋白质65微生物的代谢专题知识宣讲乳糖操纵子乳糖操纵子22（2 2）诱导物和辅阻遏物都存在时）诱导物和辅阻遏物都存在时 调节基因调节基因 控制部分控制部分 结构基因结构基因 P PP PR R t tO Oz zy ya at t 66微生物的代谢专题知识宣讲乳糖操纵子乳糖操纵子33（3）不存在诱导物时，）不存在诱导物时，mRNA无法转录：无法转录：调节基因调节基因控制部分控制部分结构基因结构基因PPR tOzyat 67微生物的代谢专题知识宣讲When lactose is present68微生物的代谢专题知识宣讲When levels of glucose in the cell are high70微生物的代谢专题知识宣讲v(一一)、生物合成途径的代、生物合成途径的代谢调控；控；v1、终产物阻遏物阻遏（end product repression)v 终产物阻遏物阻遏该途径所有途径所有酶的合成。的合成。v2、反、反馈（feedback)或或变构抑制构抑制(allosteric inhibition)：v 终产物物对该合成途径第一合成途径第一酶合成的抑制合成的抑制ABCDE1E2E3Gene1 Gene2Gene3终产物反物反馈抑制抑制mRNA合成被阻遏合成被阻遏DNAmRNA总结71微生物的代谢专题知识宣讲v1、酶的的诱导（enzyme induction):v 底物或其底物或其结构构类似物活化与降解有关的似物活化与降解有关的酶。v 乳糖操乳糖操纵子学子学说。v2、分解代、分解代谢产物阻遏物阻遏（catabolite repression)：v 葡萄糖阻遏大量其他葡萄糖阻遏大量其他诱导酶的合成。的合成。(二二)、分解途径的代、分解途径的代谢调控：控：72微生物的代谢专题知识宣讲三、代谢的人工控制及其在发酵工业三、代谢的人工控制及其在发酵工业中的应用中的应用工业发酵的目的：大量积累人们所需要的微生物代谢产物。工业发酵的目的：大量积累人们所需要的微生物代谢产物。代谢的人工控制：人为地打破微生物的代谢控制体系，使代谢的人工控制：人为地打破微生物的代谢控制体系，使代谢朝着人们希望的方向进行。代谢朝着人们希望的方向进行。人工控制代谢的手段：人工控制代谢的手段：改变微生物遗传特性改变微生物遗传特性(遗传学方法）；遗传学方法）；控制发酵条件（生物化学方法）；控制发酵条件（生物化学方法）；改变细胞膜透性；改变细胞膜透性；73微生物的代谢专题知识宣讲v（1）对于直线式代谢途径：选育营养缺）对于直线式代谢途径：选育营养缺陷性突变株只能积累中间代谢产物陷性突变株只能积累中间代谢产物v v A a B b C c D d E v 1.1营养缺陷型菌株的应用营养缺陷型菌株的应用 末端产物末端产物E对生长乃是必需的，所以，应在培养基中限量供给对生长乃是必需的，所以，应在培养基中限量供给E，使之足以维持菌株生长，但又不至于造成反馈调节（阻遏或抑制），使之足以维持菌株生长，但又不至于造成反馈调节（阻遏或抑制），这样才能有利于菌株积累中间产物，这样才能有利于菌株积累中间产物C。1.遗传学方法遗传学方法74微生物的代谢专题知识宣讲(2)分支代谢途径：情况较复杂，可利分支代谢途径：情况较复杂，可利用营养缺陷性克服协同或累加反馈抑制用营养缺陷性克服协同或累加反馈抑制积累末端产物，亦可利用双重缺陷发酵积累末端产物，亦可利用双重缺陷发酵生产中间产物生产中间产物A B CDEFG75微生物的代谢专题知识宣讲分支途径分支途径赖氨酸发酵赖氨酸发酵:谷氨酸棒杆菌的谷氨酸棒杆菌的Hom76微生物的代谢专题知识宣讲分支途径分支途径肌苷酸发酵肌苷酸发酵（IMPIMP合成途径的代谢调控）合成途径的代谢调控）调控理论的实践应用调控理论的实践应用77微生物的代谢专题知识宣讲1.2 抗反馈控制突变株的应用抗反馈控制突变株的应用抗反馈控制突变株抗反馈控制突变株是指对反馈抑制不敏感或是指对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性，或两者兼有之的菌株。对阻遏有抗性，或两者兼有之的菌株。抗反馈控制突变株可以从抗反馈控制突变株可以从终产物结构类似物抗性终产物结构类似物抗性突变株突变株和和营养缺陷性回复突变株营养缺陷性回复突变株中获得。中获得。获得方法及其原理：获得方法及其原理：78微生物的代谢专题知识宣讲目标产物目标产物结构类似物结构类似物赖氨酸赖氨酸S-S-（2 2氨基乙基）氨基乙基）-L-L半胱半胱氨酸氨酸-(AEC)-(AEC)苏氨酸苏氨酸-氨基氨基-羟基戊酸羟基戊酸（AHV)AHV)异亮氨酸异亮氨酸乙硫氨酸乙硫氨酸精氨酸精氨酸D-D-精氨酸精氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸对氟苯丙氨酸对氟苯丙氨酸79微生物的代谢专题知识宣讲1.3选育组成型突变株和超产突变株选育组成型突变株和超产突变株如果调节基因发生突变，以至产生无效的阻遏物而如果调节基因发生突变，以至产生无效的阻遏物而不能和操纵基因结合，或操纵基因突变，从而造成不能和操纵基因结合，或操纵基因突变，从而造成结构基因不受控制的转录，酶结构基因不受控制的转录，酶 的生成将不再需要的生成将不再需要诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏，这样诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏，这样的突变株称为的突变株称为 组成型突变株组成型突变株。少数情况下，组成。少数情况下，组成型突变株可产生大量的、比亲本高的多的酶，这种型突变株可产生大量的、比亲本高的多的酶，这种突变株称为突变株称为超产突变株超产突变株。80微生物的代谢专题知识宣讲DABCEF（二）生物化学方法（二）生物化学方法1.1.添加前体绕过反馈控制点添加前体绕过反馈控制点：亦能使某种代谢产物大量产生：亦能使某种代谢产物大量产生(-)(-)(-)2.2.添加诱导剂添加诱导剂：从提高诱导酶合成量来说，最好的诱导剂往往：从提高诱导酶合成量来说，最好的诱导剂往往不是该酶的底物，而是底物的衍生物，不是该酶的底物，而是底物的衍生物，3.3.发酵与分离过程耦合发酵与分离过程耦合：4.4.控制发酵的培养基成分控制发酵的培养基成分：81微生物的代谢专题知识宣讲（三）控制细胞膜渗透性（三）控制细胞膜渗透性使胞内的代谢产物迅速渗漏出去使胞内的代谢产物迅速渗漏出去,解除末端产物的反馈抑制。解除末端产物的反馈抑制。1.用生理学手段用生理学手段直接抑制膜的合成或使膜受缺损直接抑制膜的合成或使膜受缺损如如:在在Glu发发酵酵中中把把生生物物素素浓浓度度控控制制在在亚亚适适量量可可大大量量分分泌泌Glu；控制生物素的含量可改变细胞膜的成分，进而改变膜透性；控制生物素的含量可改变细胞膜的成分，进而改变膜透性；当培养液中生物素含量较高时采用当培养液中生物素含量较高时采用适量添加青霉素适量添加青霉素的方法；的方法；再再如如：产产氨氨短短杆杆菌菌的的核核苷苷酸酸发发酵酵中中控控制制因因素素是是Mn2+；Mn2+的的作用与生物素相似。作用与生物素相似。2.利用膜缺损突变株利用膜缺损突变株油酸缺陷型、甘油缺陷型油酸缺陷型、甘油缺陷型如如:用用谷谷氨氨酸酸生生产产菌菌的的油油酸酸缺缺陷陷型型，培培养养过过程程中中，有有限限制制地地添添加加油油酸酸，合合成成有有缺缺损损的的膜膜，使使细细胞胞膜膜发发生生渗渗漏漏而而提提高高谷谷氨氨酸酸产量。产量。甘甘油油缺缺陷陷型型菌菌株株的的细细胞胞膜膜中中磷磷脂脂含含量量比比野野生生型型菌菌株株低低，易易造造成成谷谷氨氨酸酸大大量量渗渗漏漏。应应用用甘甘油油缺缺陷陷型型菌菌株株，就就是是在在生生物物素素或或油酸过量的情况下，也可以获得大量谷氨酸。油酸过量的情况下，也可以获得大量谷氨酸。82微生物的代谢专题知识宣讲思考题：思考题：v1、异养微生物的生物氧化可分哪几种方式，它们的定义及、异养微生物的生物氧化可分哪几种方式，它们的定义及进行这些氧化方式的微生物分别是什么？进行这些氧化方式的微生物分别是什么？v2、试述酵母菌、细菌、乙醇发酵历程。、试述酵母菌、细菌、乙醇发酵历程。v3、试述乳酸发酵历程。、试述乳酸发酵历程。v4、什么是葡萄糖效应？为什么会有葡萄糖效应产生？、什么是葡萄糖效应？为什么会有葡萄糖效应产生？v5、酶合成的诱导和酶合成的反馈阻遏在机制上有什么不同、酶合成的诱导和酶合成的反馈阻遏在机制上有什么不同？v6、简述酶活性的反馈抑制机制？、简述酶活性的反馈抑制机制？v7、分支合成途径的调节机制主要有哪些？请分别以模式图、分支合成途径的调节机制主要有哪些？请分别以模式图说明之。说明之。v8、试述筛选营养缺陷型菌株积累大量中间产物的原理。、试述筛选营养缺陷型菌株积累大量中间产物的原理。v10、什么是初级代谢和次级代谢？为什么说初级代谢对次级、什么是初级代谢和次级代谢？为什么说初级代谢对次级代谢有调节作用？代谢有调节作用？83微生物的代谢专题知识宣讲