微生物学第7章 微生物的代谢

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,第七章微生物的代谢,2,新陈代谢（,metabolism,）,简称代谢，泛指生物与周围环境进行物质交换和能量交换的过程。,新陈代谢的共同特点：（,1,）在温和条件下进行,(,由酶催化,),；（,2,）反应步骤繁多，但相互配合、有条不紊、彼此协调，且逐步进行，表征了新陈代谢具有严格的顺序性；（,3,）对内外环境具有高度的调节功能和适应功能。,3,主要内容,微生物代谢概论,微生物的分解代谢和能量的产生,微生物分解代谢产物与鉴定反应,微生物的合成代谢,微生物的代谢调控,4,微生物代谢的类型,物质代谢,分解代谢 合成代谢,能量代谢,耗能代谢 产能代谢,根据代谢产物的用途可分为,初级代谢 次级代谢,5,物质代谢,1,蛋白质，核酸，糖，脂类等物质的变化（合成与分解）。,2,分解代谢,微生物将各种复杂的营养物质通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子,同时将产生的能量储存起来的过程。,3,合成代谢,微生物在合成代谢酶系的催化下，通过消耗能量，将简单化合物合成复杂细胞物质的过程。,*,6,分解代谢（,catabolism,）,分解代谢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。,一般可将分解代谢分为三个阶段：,蛋白质 多糖 脂类,氨基酸 单糖 甘油，脂肪酸,丙酮酸,/,乙酰辅酶,A,CO,2,，,H,2,0,，能量（三羧酸循环）,7,合成代谢（,anabolism,）,合成代谢指细胞利用小分子物质合成复杂大分子的过程，并在这个过程中消耗能量。,合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢,过程中产生的中间产物或环境中的小分子营养,物质。,8,在代谢过程中，微生物通过分解作用（光合作用）产生化学能。,这些能量用于：,1,合成代谢,2,微生物的运动和运输,热和光,9,初级代谢,微生物通过一些相同的代谢途径，合成细胞生长和繁殖所必需的化合物的过程。产物：氨基酸、核苷酸等。,次级代谢,合成次级代谢产物的过程。,次级代谢产物,微生物在代谢过程中产生的，对微生物自身生长、繁殖无显著功能的化合物。,eg,抗生素、生长激素、毒素、色素等。,10,次级代谢往往是 某些生物为了避免在初级代谢过程中某种中间产物积累所造成不利作用或外环境因素胁迫而产生的一类有利于生存的代谢类型。可以认为次级代谢是某些生物在一定条件下通过突变获得的一种适应生存的方式。,11,次级代谢与初级代谢是一个相对的概念，二种代谢既有区别又有联系，它们的区别主要表现为：,(1),次级代谢只存在于某些生物当中，而初级代谢是一类普遍存在于各类生物中的基本代谢类型。,(2),次级代谢产物对于产生者本身不是机体生存所必需的物质，而初级代谢产物通常都是机体生存必不少的物质。,(3),次级代谢通常是在微生物的对数生长期末期或稳定期才出现，初级代谢则自始至终存在于一切生活的机体之中。,(4),次级代谢对环境条件变化很敏感，其产物的合成往往会因环境条件变化而受到明显影响。而初级代谢对环境条件变化的相对敏感性小，相对较为稳定。,12,(5),催化次级代谢产物合成的某些酶专一性较弱,往往都是一些诱导酶。这些酶通常因环境条件变化而不能合成。相对而言催化初级代谢产物合成的酶专一性和稳定性较强，,(6),次级代谢产物各种各样，并且每种类型的次级代谢产物往往是一群化学结构非常相似而成分不同的混合物。,例如目前已知新霉素有,4,种，杆菌肽有,10,种，多粘菌素有,10,种，放线菌素有,20,多种等,。而初级代谢产物的性质与类型在各类生物里相同或基本相同。,13,次级代谢以初级代谢为基础。因为初级代谢可以为次级代谢产物合成提供前体物和所需要的能量，而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续和发展，避免初级代谢过程中某种（或某些）中间体或产物过量积累对机体产生的毒害作用。,14,能量代谢,化学能、光能等能量在微生物细胞内的相互转化和代谢变化称为能量代谢。,15,有机物（化能异养菌），无机物（化能自养菌）等），光能（光能营养菌）,化能异养微生物以,有机物,作为能源，最常利用的碳源是葡萄糖，在葡萄糖分解氧化过程中，微生物首先将葡萄糖转变为丙酮酸，同时产生少量的,ATP,和还原力,NADH,2,或,NADPH,2,，根据这两者中氢或电子去向的不同，可以将能量产生方式分别命名为呼吸和发酵。,若是通过电子传递链将氢或电子转移给氧，同时产生,大量的能量,，这一过程称为,有氧呼吸,；若是将氢或电子转移给无机物，则为,无氧呼吸,；还可直接用来还原有机物，积累代谢产物产生少量能量，称为,发酵,。,能量来源,16,微生物代谢和酶,酶在微生物细胞中的分布：胞外酶（以水解酶为主）、胞内酶,微生物细胞中酶的种类：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂解酶、异构酶和合成酶,（诱导酶和组成酶）,17,分解代谢和能量的产生,葡萄糖分解途径,EMP,，,HMP,，,ED,，,PK,，直接氧化,18,EMP,（,Embdem-Meyerhof-Parnas Pathway,，糖酵解、己糖二磷酸途径）,绝大多数生物共有的基本途径,C,6,H,12,O,6,+ 2NAD,+,+ 2H,3,PO,4,+ 2 ADP,2CH,3,COCOOH + 2NADH,2,+ 2ATP,原核微生物，,1,分子,G,彻底氧化产生,38,个,ATP,（膜上呼吸链）。真核微生物，,1,分子,G,产生,36,个,ATP,。（,NADH2,进入线粒体膜上的呼吸链,传递产生,FADH2,消耗,2,分子,ATP,）,19,*,EMP,途径,（,Embden-Meyerhof pathway,）,葡萄糖,葡糖,-6-,磷酸,果糖,-6-,磷酸,果糖,-1,，,6-,二磷酸,1,，,3-,二磷酸甘油酸,3-,磷酸甘油酸,2-,磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,磷酸二羟丙酮,甘油醛,-3-,磷酸,ATP,ADP,ATP,ADP,ADP,ATP,ADP,ATP,NAD,+,NADH+H,+,a,a :,预备性反应,b,b :,氧化还原反应,EMP,途径意义：,为细胞生命活动提供,ATP,和,NADH,底物水平磷酸化,底物水平磷酸化,21,22,HMP,途径（,hexose monophosphate pathway,，又称己糖单磷酸途径,/,戊糖磷酸途径）,与,EMP,途径共存于细胞中，不同微生物，两种代谢途径所占比例不同。,经,HMP,途径，,G,可达到氧化并产生大量,NADPH,和多种代谢产物，可提供不同碳原子骨架的磷酸糖。,G,经,HMP,途径后如彻底氧化，净产,35,个,ATP,。,23,24,完全,HMP,途径,6,葡萄糖,-6-,磷酸,+12NADP,+,+6H,2,O,5,葡萄糖,-6-,磷酸,+12NADPH+12H,+,+12CO,2,+Pi,HMP,途径的一个循环的最终结果是一分子葡萄糖,-6-,磷酸,转变成一分子甘油醛,-3-,磷酸、,3,个,CO,2,、,6,个,NADPH,。,25,HMP,途径,从,6-,磷酸,-,葡萄糖开始，即在单磷酸已糖基础上开始降解的故称为单磷酸已糖途径。,26,HMP,途径的重要意义,为核苷酸和核酸的生物合成提供戊糖,-,磷酸。,产生大量,NADPH2,，一方面为脂肪酸、固醇等物质的合成提供还原力，另方面可通过呼吸链产生大量的能量。,与,EMP,途径在果糖,-1,，,6-,二磷酸和甘油醛,-3-,磷酸处连接，可以调剂戊糖供需关系。,途径中的赤藓糖、景天庚酮糖等可用于芳香族氨基酸合成、碱基合成、及多糖合成。,途径中存在,37,碳的糖，使具有该途径微生物的所能利用利用的碳源谱更为更为广泛。,通过该途径可产生许多种重要的发酵产物。如核苷酸、若干氨基酸、辅酶和乳酸（异型乳酸发酵）等。,HMP,途径在总的能量代谢中占一定比例，且与细胞代谢活动对其中间产物的需要量相关。,27,ED,途径（,Enter-Doudoroff pathway,）,2-,酮,-3-,脱氧,-6-,磷酸葡萄糖（,KDPG,）,裂解途径（,eg,：假单胞菌：铜绿假单胞菌）,ED,途径是少数缺乏完整,EMP,途径的微生物所具有的一种替代途径，,高等动，植物体未发现该种产能代谢途径,。,G,经,4,步反应即可快速获得由,EMP,途径,10,步才能得到的丙酮酸。,G,经,ED,途径可产生,1,个,ATP,，产生的丙酮酸有氧条件下进入,TCA,进一步彻底氧化，共产生,7ATP,；无氧条件下脱羧生成乙醛，再被还原成乙醇（细菌乙醇发酵机制）。,28,29,C,6,H,12,O,6,ADP+Pi+NADP+NAD,2CH,3,COCOOH+ATP+NADPH2+NADH2,ED,途径的特征酶是,KDPG,醛缩酶,.,可将,2-,酮,-3-,脱氧,-6-,磷酸葡萄糖酸（,KDPG,）裂解为丙酮酸和,3-,磷酸甘油醛。,ED,途径结果,：,一分子葡萄糖经,ED,途径最后生成,2,分子丙酮酸,、,1,分子,ATP,，,1,分子,NADPH,、,1,分子,NADH,。,ED,途径在革兰氏阴性菌中分布较广,ED,途径可不依赖于,EMP,与,HMP,而单独存在,ED,途径不如,EMP,途径经济。,30,ED,途径的细菌酒精发酵,优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度较高，不必定期供氧。,缺点：,pH5,，较易染菌；细菌对乙醇耐受力低,31,32,PK,途径（,phosphoketolase pathway,）,磷酸酮解途径,存在于肠膜状明串珠菌属和双歧杆菌属中的一些种,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,2,个三碳糖。,33,磷酸已糖解酮酶,HK,途径,磷酸已糖酮解,途径,34,有两个磷酸酮解酶,参加反应；,在没有氧化作用和脱氢作用的参与下，,2,分子葡萄糖分解为,3,分子乙酸和,2,分子,3-,磷酸,-,甘油醛，,3-,磷酸,-,甘油醛在脱氢酶的参与下转变为乳酸；乙酰磷酸生成乙酸的反应则与,ADP,生成,ATP,的反应相偶联；,每分子葡萄糖产生,2.5,分子的,ATP,；,35,磷酸戊糖酮解,途径,36,C,6,H,12,O,6,ADP+Pi ,CH,3,CHOHCOOH,CH,3,CH,2,OH,CO,2,+ATP,分解,1,分子葡萄糖只产生,1,分子,ATP,，相当于,EMP,途径的一半,;,几乎产生等量的乳酸、乙醇和,CO,2,许多微生物的,异型乳酸发酵,即采取此方式。,37,直接氧化途径,葡萄糖氧化酶，常见于假单胞菌、气杆菌等 。,38,微生物氧化的方式,生物氧化是细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的化学反应。氧化过程产生大量的能量，分段释放，并以高能键形式贮藏在,ATP,分子内，供需时使用。,呼吸作用,有氧呼吸,以分子氧作为最终电子（和氢）受体的氧,化作用,无氧呼吸,以无机氧化物作为最终电子（和氢）受体,的氧化作用,发酵作用,以有机物为基质，电子（或氢）供体和受体都是有机化合物,39,呼吸作用,有机物被完全氧化，放出的电子经电子传递链传递给电子受体，产生大量能量。,1,有氧呼吸,（,1,）以氧作为最终电子受体的生物氧化过程，产物为,CO,2,和,H,2,O,。,（,2,）,G ,（,EMP,） 丙酮酸 ,TCA/,呼吸链 ,6CO,2,+ H,2,O + 38ATP,40,2,无氧呼吸,（,1,）兼性厌氧微生物或厌氧微生物,（,2,）电子受体有,NO,3,-,，,SO,4,2-,，,CO,2,等，及延胡索酸等有机物,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。,41,硝酸盐呼吸,42,3,不同呼吸类型的微生物,（,1,）好氧性微生物（,aerobic,）：细菌，放线菌，真菌。,（,2,）厌氧性微生物（,anaerobic,） 不具有超氧化物歧化酶,(superoxide dismutase,SOD),和过氧化 氢酶，不能解除,O,2,-,和过氧化氢的强细胞毒作用。,（,3,）兼性厌氧微生物,(facultative anaerobic),在有氧或无氧的环境都能生长，以不同的氧化方式获得能量。,43,发酵作用,发酵是厌氧微生物和兼性厌氧微生物在无氧条件下产生能量的一种重要方式。,以有机物为基质，以其降解产物的中间产物为最终电子或氢受体,的,氧化过程。,最终导致有机物积累和产生少量能量。,(1),酵母菌的发酵（,P160,图,7-10,）,第一型发酵（乙醇发酵）,G ,（,EMP,）（,2NAD2NADH,2,）,2,丙酮酸 ,2CO,2,+ 2,乙醛,2,乙醛 （,2NADH,2,2NAD,）,2CH,3,CH,2,OH,C,6,H,12,O,6,+ 2ADP + 2H,3,PO,4, 2CH,3,CH,2,OH + 2CO,2,+ 2ATP,此过程要求厌氧、,pH3.5-4.5,、较低盐浓度。,第二型发酵（甘油发酵）,乙醛,+,亚硫酸氢钠磺化羟基乙醛,磷酸二羟丙酮,-,磷酸甘油甘油,C,6,H,12,O,6,+ NaHSO,3,甘油,+CH,3,CHOH-SO3Na + CO,2,此过程不产生,ATP,。,第三型发酵（甘油发酵）,2,葡萄糖,2,甘油,+,乙醇,+,乙酸,+2 CO,2,弱碱性条件，不能产生能量,44,概念：有氧条件下，发酵作用受抑制的现象（或氧对发酵的抑制现象）,。,意义：合理利用能源,通风对酵母代谢的影响,通风（有氧呼吸）,缺氧（发酵）,酒精生成量,耗糖量,/,单位时间,细胞的繁殖,低（接近零）,少,旺盛,高,多,很弱至消失,巴斯德效应,(,The Pasteur effect ),现象：,45,(2),乳酸发酵,乳酸菌,兼性厌氧菌。,eg,乳杆菌属,(lactobacillus),、双歧杆菌,(Bifidobacterium bifidum),等。,在严格的厌氧条件下发酵产生乳酸：,同型乳酸发酵：,G ,（,EMP,）,2,乳酸,+ 2ATP,异型乳酸发酵：,G ,（,pK,） 乳酸,+,乙醇,+ ATP,此外，还有丁酸发酵、丙酮,-,丁醇发酵、混合酸发酵、丁二醇发酵等,46,酵母型酒精发酵,同型乳酸发酵,丙酸发酵,混合酸发酵,2,3,丁二醇发酵,丁酸发酵,47,ATP,的生成,光合磷酸化,光能通过光合生物的光合色素吸收转,变成化学能,-ATP,。包括环式光合磷酸化、非环式光合磷酸化,细菌的光合作用与高等植物不同的是，除蓝细菌具有叶绿素、能进行水的裂解进行产氧的光合作用外，其他细菌没有叶绿素，只有菌绿素或其他光合色素，只能裂解无机物（如,H,2,、H,2,S,等）或简单有机物，进行不产氧的光合作用。,48,底物水平磷酸化,利用化合物氧化过程中释放的能量生成,ATP,的反应。,3-,磷酸甘油醛 （,NADNADH,2,）,1,，,3-,二磷酸甘油酸 （,ADP,）,3-,磷酸甘油酸,+ ATP,氧化磷酸化,（主要方式）,生物氧化过程中放出的电子通过电子传递链（呼吸链）偶联产生,ATP,。,49,环式光合磷酸化,50,放氧型光合作用,非放氧型光合作用,有机体,叶绿素类型,反应中心,反应中心,氧的产生,还原力来源,植物、藻、蓝细菌,叶绿素,a,等,有,有,有,水的光解,绿硫细菌、紫硫细菌、红螺菌等,细菌叶绿素,a,（,Bchl a,）等,有,无,无,硫化氢、氢、有机物等,两种光合作用类型的比较,51,氧化磷酸化,电子传递磷酸化,呼吸链在传递氢或电子的过程中释放的能量与,ADP,磷酸化偶联产生,ATP,的过程。,52,呼吸链（,respiratory chain,）,电子传递链（,electron transfer chain,）：从葡萄糖或其他氧化型化合物上脱下的氢（电子），经过一系列按照氧化还原电势由低到高顺序排列的氢（电子）传递体，定向有序传递的系统。,53,能量的利用,ATP,用于：,合成细胞物质,营养物质的运输,鞭毛的运动,发光细菌的发光,维持细胞生命状态,生物热,54,糖发酵实验,IMViC,实验,吲哚实验（,I,）,甲基红实验（,M,）,VP,实验（,V,）,枸橼酸盐利用实验（,C,）,淀粉水解实验,明胶液化实验,H,2,S,实验,过氧化氢酶实验,微生物分解代谢产物与鉴定反应,55,Fermentation Tests,56,Eschericiha,与,Shigella,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，后者则因无此酶，不具有产气的能力。,57,阳性,吲哚试验,大肠杆菌：,+,产气杆菌：,-,58,甲基红试验,阳性,阴性,对照,大肠杆菌：,+,产气杆菌：,-,59,：,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。,大肠杆菌：产酸较多，使,pH4.5,产气杆菌：,pH4.5,60,V-P,试,验,阴性,阳性,大肠杆菌：,-,产气杆菌：,+,61,枸橼酸利用试验,大肠杆菌：,-,产气杆菌：,+,62,H,2,S,试验,63,检测微生物培养液中过氧化氢酶存在的方法。从琼脂培养液中挑一满环细胞与载玻片上一滴,30%H,2,O,2,混合。若立即出现气泡就说明有过氧化氢酶存在。产生的气泡是,O,2,，即通过反应：,H,2,O,2,+H,2,O,2,2H,2,O+O,2,64,吲哚（,I,）、甲基红（,M,）、,V.P.,试验（,Vi,）柠檬酸盐利用（,C,）共四项试验，合称,IMViC,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。,吲哚试验,甲基红试验,V.P.,试验,柠檬酸盐利用,大肠杆菌,+,+,-,-,产气杆菌,-,-,+,+,65,微生物的合成代谢,合成代谢的三要素,1 ATP,发酵、呼吸、无机物氧化、光能转换产生,ATP,，产生的方式,包括底物水平磷酸化、电子传递磷酸化和光合磷酸化。,2,还原力（,NADH2,，,NADPH2,）,eg,化能异氧菌 （,1,）呼吸，（,2,）发酵 ，（,3,）,TCA,。,66,3,小分子前体碳架物质,（,1,）,EMP,、,HMP,、,TCA,等途径产生的不同数目碳原子的磷酸糖、有机酸、乙酰,CoA,等，用来合成,AA,核苷酸、蛋白质、核酸、多糖等细胞物质。,（,2,）原核生物,肽聚糖，磷壁酸，脂多糖，荚膜等。,（,3,）真核生物,葡聚糖，甘露聚糖,(yeast),，纤维素，几丁质,(mold),。,67,肽聚糖的生物合成,根据反应是在细胞质中，细胞膜上或是细胞外，可将其分为三个阶段。（以金黄色葡萄球菌为例）,68,（一）在细胞质中的合成,1,由葡萄糖合成,N-,乙酰葡糖胺和,N-,乙酰胞壁酸,69,葡萄糖葡萄糖,-6-,磷酸果糖,-6-,磷酸,ATPADP,GlnGlu,葡糖胺,-6-,磷酸,N-,乙酰葡糖胺,-6-,磷酸,乙酰,CoA CoA,N-,乙酰胞壁酸,-UDP,磷酸烯醇式丙酮酸,Pi,NADPH NADP,N-,乙酰葡糖胺,-1-,磷酸,N-,乙酰葡糖胺,-UDP,UTP PPi,70,71,2,由,N-,乙酰胞壁酸合成,N-,乙酰胞壁酸五肽（,“,Park,”,核苷酸）,UDP,作为糖载体,72,（二）在细胞膜中的合成（单体的合成）,类脂载体是一种含,11,个异戊二烯单位的,C,55,类异戊二烯醇，它可通过两个磷酸基与,N-,乙酰胞壁酸分子相接，使糖的中间代谢物呈现很强的疏水性，从而使它能顺利通过的细胞膜转移到膜外,UDP,UMP,73,（三）在细胞膜外的合成,必须有现成的细胞壁残余（至少含有,6,8,个肽聚糖单体）作为引物。通过转糖基酶和转肽酶的作用。,74,青霉素抑菌机理,青霉素是肽聚糖单体五肽尾末端的,D-,丙氨酰,-D-,丙氨酸的结构类似物,竞争抑制转肽酶,75,76,合成代谢的特殊产物,1,热原质（,pyrogen,）,LPS121,、,20 min,不被破坏，,250,、,30 min,或,180,、,4 h,被破坏。,2,毒素,内毒素（,LPS,）、外毒素（毒性蛋白） 。,3,细菌素,抑制或杀死近缘细菌的物质（蛋白质），作用于细胞膜，核糖体等。,4,色素,水溶性，脂溶性（金黄色葡萄球菌）。,5,抗生素，酶，维生素等。,77,微生物代谢的调控,一、酶活性的调节,酶的激活，酶的抑制,二、酶合成的调节,酶的诱导，酶的阻遏,三、微生物代谢调节及发酵生产,78,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。,成因,：细胞体积小，所处环境多变。,举例,：大肠杆菌细胞中存在,2500,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能容纳,10,万个蛋白质分子，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？,解决方式,：组成酶（,constitutive enzyme,）经常以高浓度存在，其它酶都是诱导酶（,inducible enzyme,），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,10%,。,79,通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率的方式。,（一）调节方式，包括两个方面：,1,、酶活性的激活：前体激活、小分子离子激活、补偿激活,2,、酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。,反馈抑制,主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑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。,特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除,一、酶活性的调节,80,二、酶合成的调节,通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制。,（一）酶合成调节的类型,1.,诱导,(induction),：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生的酶称为诱导酶（为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的酶类）。,举例：,E.coli,在含乳糖的培养基中诱导合成,-,半乳糖苷酶和半乳糖苷渗透酶等（与乳糖代谢有关）。,诱导物,(inducer),：底物或结构类似物，如：异丙基,- -D-,硫代半乳糖苷（,IPTG,）。,81,诱导作用的方式,：,同时诱导,：诱导物加入后，微生物能同时诱导出几种酶的合成，主要存在于短的代谢途径中。,顺序诱导,：先合成能分解底物的酶，再合成分解各中间代谢物的酶达到对复杂代谢途径的分段调节。,82,2.,阻遏,（,repression,）,是阻碍,代谢过程中包括关键酶在内的,一系列酶,的合成的现象，从而更彻底地控制和减少末端产物的合成。,阻遏作用的类型：,末端产物阻遏,：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，常常发生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等这些重要结构元件生物合成的时候。,保证了细胞内各种物质维持适当的浓度,。,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。,83,84,85,分解代谢物阻遏,（,catabolite repression,）：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,故又称葡萄糖效应。分解代谢物阻遏导致出现“,二次生长,（,diauxic growth,）”,.,86,Figure 9. The Diauxic Growth Curve of,E. coli,grown in limiting concentrations of a mixture of glucose and lactose,87,分解葡萄糖的酶,组成酶（固有酶）,分解乳糖的酶,诱导酶， 受底物乳糖的诱导，也受葡萄糖分解代谢产物的调控。,88,When the inducer (lactose) is removed,89,When lactose is present,90,1,）,cAMP,与,CAP,结合。,2,）当,cAMP,与,CAP,复合物结合在启动子上, RNApolase,才与启动子结合，转录进行。,3,）当缺少,cAMP,和,CAP,时,RNApolase,不能与启动子结合。,91,微生物的代谢调节与发酵生产,微生物细胞代谢的调节主要是通过控制酶的作用来实现的,调节类型,酶合成调节,酶活性调节,调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学水平上发生的,调节的是酶分子的合成量，是在遗传学水平上发生的,92,1,、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,A,a,B,b,C,c,D,d,E,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,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），这样才能有利于菌株积累中间产物,C,。,遗传学方法,93,2,、 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积累末端产物，亦可利用双重缺陷发酵生产中间产物,A B C,D,E,F,G,94,天冬氨酸,天冬氨酸,磷酸,天冬氨酸,半醛,高丝氨酸,苏氨 酸,甲硫,氨酸,C. glutamicum,的代谢调节与赖氨酸生产,赖氨酸,为反馈抑制,为阻遏,AK,HSDH,95,3.,选育组成型突变株和超产突变株,96,生物化学方法,等,添加前体绕过反馈控制点：亦能使某种代,谢产物大量产生。,2.,添加诱导剂：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，,3.,发酵与分离过程耦合：,4.,控制发酵的培养基成分：,5.,控制细胞膜的通透性,