微生物代谢调节机制和调节模式专家讲座.pptx

第三章代谢调整机制和调整模式生命活动是由产能与生物合成中各种代谢路径组成代谢网络相互协调来维持。生物要在自然界生存与竞争，就必须生长快速，方便很快适应环境，细胞必须拥有适当方法来平衡各种代谢路径物流。为了响应环境改变需要，细胞能够对其代谢机构作定量调整细胞只合成本身所需要中间代谢产物，严格预防氨基酸、核苷酸等中间物质大量积累。当氨基酸或核苷酸等物质进入细胞后，细胞马上停顿该物质合成，一直到所供给养料消耗到很低浓度，细胞才能重新开始进行该物质合成从细胞对能量和化学物质内外交换、增收节支、协调自强规律客观存在出发，能够把细胞作为按特殊经济规律运行经济实体对待。细胞经济性能够以生成细胞质量与消耗基质质量之比值——细胞经济系数衡量野生型微生物在其所处环境中是富有竞争能力，它们代谢流量在代谢网络中分布及细胞经济运行情况有利于细胞生长、繁殖和在竞争中获胜，细胞经济系数大于人为改造发酵工业微生物原核微生物细胞代谢调整部位原核微生物细胞代谢调整部位原核微生物细胞代谢调整部位真核微生物细胞代谢调整部位一、代谢调整机制一、代谢调整机制真核微生物细胞代谢调整部位基因表示二、酶合成调整机制二、酶合成调整机制酶合成诱导作用诱导机制调整基因调整基因操纵序列结构基因开启序列DNA与蛋白结合正、负调控正、负调控负调控（乳糖操纵子）正调控（麦芽糖操纵子）正、负调控（阿拉伯糖操纵子）诱导物种类诱导调整克服组成型突变株筛选酶合成阻遏和弱化弱化子弱化子酶合成阻遏和弱化阻遏和弱化协调分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏转录后调整三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制变构酶多处于合成代谢路径上，大多数发生在氨基酸和核苷酸生物合成路径上，而且普通在代谢路径第一步或处于代谢路径分支点上，多受最终产物反馈抑制；但其只有在终产物过量条件下，才受到抑制（阈值以上），并能为其第一步反应底物所激活；当显著提升底物浓度时，看不到抑制作用；终产物在结构上与底物无相同性中间产物不影响调整酶活性变构酶后面酶活性对最终产物是不敏感经过变构酶与负效应物非共价结合而引发变构作用，对酶活性控制是一个快速、敏感和高效细调方式脱敏作用：变构酶经特定处理后，能够不丧失酶活性而失去对变构效应物敏感性，人们将变构酶经特定处理后不丧失酶活性而失去对变构效应物敏感性现象能够经过各种方法使变构酶脱敏利用汞盐、对氯汞苯甲酸（PCMB）处理0~5℃低温处理诸如冷水、尿素或蛋白酶处理等为变构酶编码结构基因发生突变亦可引发脱敏作用，如抗类似物突变株中多发生这种改变脱敏作用现象表明了变构中心独立性三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制E——OHE——O-PO3三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制三、酶活性调整机制能荷是一个表示细胞能量状态参数，是细胞中所含腺苷酸中含有相当于ATP数量百分比，其表示式为：能荷（EC）=（[ATP]+0.5[ADP]）/（[ATP]+[ADP]+[AMP]）×100%当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为1当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为0.5当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为0当细胞或线粒体中三种核苷酸同时并存时，能荷大小随三者百分比而异，三者百分比随细胞生理状态而改变四、能荷调整在某种意义上，可把ATP看成糖代谢末端产物。当ATP过量时会对合成ATP系统产生反馈抑制。当ATP分解为ADP、AMP、Pi时。将其能量供给合成反应时，ATP生物合成反馈调整被解除，ATP又得以合成。所以，能量不但调整生成ATP分解代谢酶类活性，也能调整利用ATP生物合成酶类活性。糖代谢和中心代谢路径中酶活性受能荷调整当能荷降低时：则激活催化糖分解，能量生成酶系，或解除ATP对这些酶抑制（如糖原磷酸化酶、果糖磷酸激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、反丁烯二酸酶等）并抑制糖原合成酶，1、6磷酸果糖酯酶，从而加速糖分解和TCA产能代谢当能荷生高时：细胞中AMP，ADP转变为ATP，这时ATP则抑制糖原降解以及糖酵解和TCA环中关键酶（如糖原磷酸化酶，磷酸果糖激酶，柠檬酸合成酶，异柠檬酸脱氢酶）并激活糖类合成酶（糖原合成酶、1、6-P-果糖酯酶）从而抑制糖分解，加速糖原合成巴斯德在研究酵母酒精发酵时发觉：在通氧情况下，因为进行呼吸作用，酒精产量大大下降，糖消耗速度也变缓，这种有氧呼吸抑制发酵作用被称为巴斯德效应巴斯德效应本质是能荷调整EMP和TCA环均为生成ATP路径。当有氧时，酵母细胞线粒体氧化，使ATP上升，线粒体中异柠檬酸脱氢酶受ATP抑制，造成柠檬酸等中间产物在线粒