微生物的代谢调节专家讲座.pptx

本章学习内容微生物将外界物质吸收到体内，首先进行分解作用（异化作用，Catabolism），同时又进行合成作用（同化作用，Anabolism）过程叫物质代谢。在代谢过程中微生物进行了复杂生物化学作用，取得了许多主要代谢产物。通常发酵产物不一样类型是和微生物代谢过程亲密相关，发酵产物通常包含初级代谢产物和次级代谢产物等。在细胞对数生长久形成，往往是细胞生长所必需物质。微生物细胞在生长稳定时合成，在细胞代谢中并没有任何显著功效物质。1、初级代谢产物：Primaryproductsofmetabolism次级代谢产物：SecondarymetabolitesSecondaryproductsofmetabolism2、大多数微生物均可合成初级代谢产物，但并不是全部微生物都能进行次级代谢。通常，丝状菌（如放线菌）、真菌以及产芽孢细菌都能进行次级代谢，而肠道细菌则不能。3、从生理学观点来看，许屡次级代谢产物含有生理活性，有些是特殊酶抑制剂，有些是生长促进剂，许多还有药品功效，抗生素就是其中代表。微生物细胞含有严密协调能力当一个微生物细胞被置于含有糖、氨和无机盐培养基中，在适宜条件下培养时，它首先将大分子糖（如淀粉）降解单糖（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TCA循环，提供合成细胞成份中间产物和能量，再由这些中间产物转化成20种基本氨基酸、4种核苷酸、4种脱氧核苷酸、还有10各种维生素、几十种脂肪酸和糖类等，然后这些小分子物质又合成为各种蛋白质、DNA、RNA（mRNA、tRNA、rRNA）、多糖和生物大分子物质，它们被用来组成细胞结构，如细胞核、细胞壁、细胞膜及线粒体等各种细胞器。全部这些分解和合成代谢都是由酶催化反应。（一个细胞能够有1000-3000种酶）。一个细胞在正常条件下，每20-60min繁殖一代。在自然界里要竞争成功就要求生长快速和效率高。所以，细胞必须平衡每一条代谢路径中各反应速率和流向各种路径通量。在一个细胞中存在着如此复杂反应，繁殖速度又如此之快，但全部反应都是有条不紊地进行，使得能量和中间产物供给上，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，这么对能量利用之经济、对原料利用之合理、对细胞成份合成之快速、以及对外界条件适应之灵敏，都说明了微生物细胞含有高度严密协调能力。微生物含有显著自我调整能力，这对于微生物本身非常主要，可使微生物本身含有高度适应环境和自我繁殖能力，而对于工业微生物应用，则有利有弊：当以取得微生物细胞（如：SCP）为目标时，微生物自我调整作用防止了中间代谢产物过量生成而造成能量和原料浪费，这么使原料利用更合理。当以取得中间代谢产物或终产物为目标发酵时（如有机酸、氨基酸、核苷酸、抗生素发酵），细胞自我调整就使中间代谢产物和终产物不能过量生成，也不能排出体外。为了使微生物大量积累中间代谢产物或终产物，必须破坏原有调控关系并建立新调整机制，使它按照人们意愿改变或控制代谢方向，从而使目标产物大量生成和积累。微生物代谢自我调整作用是经过协调控制酶来实现，微生物代谢调整机制可分为以下三类：1、在基因水平下控制酶合成这类调整机制又分为诱导和阻遏两种方式：（1）酶诱导合成（enzymeinduction）当有诱导物存在时，酶生成量能够几倍乃至几百倍地增加。（2）酶阻遏生成（enzymerepression）这是停顿或抑制酶合成效应，依据阻遏物不一样，而有三种类型：A、终产物反馈阻遏——阻遏物为合成路径终产物。B、分解代谢物阻遏——阻遏物为另一分解产物。C、代谢互锁——阻遏物与被阻遏酶是几乎不相关合成路径产物。代谢互锁2、酶活性控制这是经过改变已存在酶催化活性来控制，包含以下三种类型：（1）终产物抑制或激活（2）酶原激活（3）经过辅酶水平活性调整3、经过细胞膜通透性调整在微生物中，细胞膜通透性调整也是非常主要。通透性调整首先有选择地将必需营养物送到细胞内，另首先将胞内必需代谢物和大分子保持在一定浓度，当代谢物累积到引发反馈调整浓度时，细胞立刻停顿该物质合成。这么对微生物来说，不会造成浪费，确保微生物细胞能正常生长。不过对于以大量积累某种代谢物为目标发酵生产，必须经过改变细胞膜通透性，把属反馈控制因子终产物快速、不停地排出体外，从而打破这种反馈控制，大幅度提升发酵产物产量，如：谷氨酸发酵。生物制品工艺学与原理—上篇第三章微生物代谢调整在以上3种调整机制中，除了第三种细胞通透性调整外，前二种调整机制均包括一类特有蛋白质，称变构蛋白质。当蛋白质与某一个特殊小分子结合后，蛋白质构象发生改变从而使蛋白质生物学性质改变，这种蛋白质称变构蛋白质。变构蛋白质可用于控制代谢改变，主要分二类：变构酶当与效应物（小分子物质）结合后，其活性便改变。