微生物代谢调节专家讲座.pptx

本章内容：第一节基本代谢调整微生物代谢控制特征：①、高效利用养分能力②、快速响应环境改变能力。原因：经过快速开启或关闭Pr合成和相关代谢路径，平衡各代谢物流和反应速率来适应外界环境改变。代谢控制机制：①、酶活调整(活化或钝化)②、酶合成调整(诱导或阻遏)。Pr合成水平调整普通比酶活调整更为经济，后者快速，但浪费能量和建筑单位。调整步骤主要存在于转录和转译开启部位。多步生物合成或分解代谢路径中其关键部位酶活快速调整主要靠变构控制机制。为防止前体代谢物和建筑材料过量生成，M细胞必需协调组成代谢和分解代谢。必需协调(比如，同时地)大分子（如核酸Pr或膜）形成，方便在胞内外环境条件改变期间细胞还能生长好。另外，还需尽可能微调透过各种代谢路径碳流，以避开代谢瓶颈或不需要反应。常需消除这些调整机制，使所需代谢产物能过量生产。M初级代谢调整方式：3.1.1.1代谢调整部位M代谢调整部位：养分吸收排泄、限制基质与酶靠近、控制代谢流（图3-1）。真核生物与原核生物区分：前者有细胞器。图3-1原核生物代谢调整部位图3-1真核生物代谢调整部位（1）养分吸收分泌通道大多数亲水分子难于透过细胞膜，需酶系统（如透酶），一些运输反应需要能量。（2）限制基质与酶靠近真核生物：各种代谢库基质分别存在于细胞器内。比如：链孢霉中精氨酸存在于细胞质和液泡内。这两处参加精氨酸代谢酶量有很大差异。原核生物：有些酶以多酶复合物存在或与细胞膜结合，类似于酶固定化，不能自由活动。M控制代谢物流方法：调整酶量—增加或降低路径中相关酶合成或降解速率；改变酶活性—经过小分子化合物调整酶反应速率，激活或抑制，有效地控制各种代谢过程。酶活性调整包含：共价修饰、变（别）构效应、缔合与解离、竞争性抑制。共价修饰：Pr分子中一个或多个AA残基与一化学基团共价连接或解开，使其活性改变作用。共价修饰可使酶钝化或活化。化学基团：磷酸基，甲基，乙基，腺苷酰基Pr共价结合部位：普通为丝氨酸残基-CH2OH。共价修饰作用分类：可逆和不可逆。有些酶存在活性和非活性两种状态，可经过共价修饰而相互转换.例1：磷酸化可改变真核生物中磷酸果糖激酶或蛋白激酶活性。粗糙链孢霉糖原磷酸化酶以磷酸化形式存在，无5’-AMP时含有完全活性；其去磷酸化需要5’-AMP才显示其活性。这两种形式可藉特殊激酶和磷酸酯酶相互转换。一些含有两种组分调整系统调整蛋白也受磷酸化激活。例2:大肠杆菌谷氨酰胺合成酶活性即经过腺苷酰化调整。可逆共价修饰作用意义：①、可在短时间内改变酶活性，有效地控制细胞生理代谢；②、这种作用更易为响应环境改变而控制酶活性。经典例子是酶原激活。酶原被对应蛋白酶切去一小段肽链而被激活。例1、胰蛋白酶原活化从N-端除去一个己肽(Val-Asp-Asp-Asp-Asp-lys)。胰蛋白酶原活化是信号放大一个经典例子。因胰蛋白酶含有本身催化作用，少许肠肽酶可激发大量胰蛋白酶原转变成胰蛋白酶。这些胰酶完成了其使命后，便被降解。这种酶活性关闭作用是极其主要。除受一些反应基质和产物直接影响外，许多酶还受一些效应物控制。这些效应物是一个酶基质、产物或调整性代谢物。效应物促进或抑制酶反应速率，影响酶对基质亲和力。效应物结合在酶某一位点会影响另一配基对第二个位点结合，这种可逆相互作用机制称为变构活化或变构抑制。前体活化和反馈抑制是常见机制。变构酶通常是含有多个结合位点寡聚蛋白。效应物和基质结合位点占据会影响亚单位间构象相互作用，造成基质亲和力改变。图3-2酶活变构调整变构酶：以两种构象形式存在，活性（a）态和钝化（b）态。正效应物结合将增加酶a态部分，而负效应物结合会使平衡移向b态。加入正效应物会使曲线向左移，因而消除了正向协同作用，使曲线符合米-孟动力学模型；负效应物增加协同现象。在代谢路径支点和代谢可逆步骤(如供、需ATP步骤)中常发觉变构控制酶，如在酵解、糖原异生和TCA中（图3-3）。酵解、糖原异生可在细胞内同时进行。小配基，如AMP，NAD，ADP，F-1,6-BP，AcCoA等可作为变构效应物。在葡萄糖分解代谢中AMP，ADP，ATP或NADH浓度反应细胞能量或氧化还原改变现实状况。故过量ATP会减缓能量代谢，而高浓度ADP和AMP会促进能量代谢。变构调整机制可归纳为以下几点：①、天冬氨酸转氨甲酰酶是具代表性一类变构酶。有一个以上结合位点。除了结合底物活性中心外，在同一分子内还有一些分立效应物结合位点；②、主要位点和副位点可同时被占据；③、副位点可结合不一样效应物，产生不一样效应；④、效应物在副位点上结合可引发Pr分子构象改变，影响酶活性中心催化活性；⑤、变构效应是反馈抑制理论基础，是调整代谢有效方法。（1）缔合与解离进行这种转变Pr由多个亚基组成。Pr活化与钝化经过亚基缔合与解离实现。这类相互转变有时由共价修饰或若干配