微生物初级代谢调部分.pptx

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,#,微生物初级代谢调部分,微生物初级代谢调部分,第1页,微生物初级代谢调整,（,2,）分解代谢产物阻遏（中间产物）；,（,1,）末端产物或终产物阻遏（反馈调整）；,机制,（,1,）诱导型操纵子；,（,2,）阻遏型操纵子；,形式,微生物初级代谢调部分,第2页,微生物初级代谢调整,1.1,酶活性调整,共价修饰和变,(,别,),构效应机制（,P63,）,2.1,酶合成（诱导和阻遏,),）调整机制,2.1.1,诱导操纵子,.Jacob-Monod,操纵子模型（负调整）,乳糖操纵子,（,P6970,）,微生物初级代谢调部分,第3页,微生物初级代谢调整,上述,Jaoob-Monod,模型中诱导作用是一个负向控制，其调,节基因产物（调控蛋白,),含有“锁”活性，阻止转录进行。,微生物初级代谢调部分,第4页,微生物初级代谢调整,.,阿拉伯糖操纵子,正调整,其调整基因产物是一个蛋白质，无活性（缄默，无转录进行），仅在有诱导物存在下可转化为转录激活剂（激活蛋白）推进转录，是转录作用所必需。,2.1.2,阻遏操纵子,其调整机制见下列图。,微生物初级代谢调部分,第5页,微生物初级代谢调整,其调整基因产物是一个阻遏蛋白，无活性，仅在有辅阻遏物（终产物）存在下可转化为抑制剂（“锁”），与操纵基因结合，阻止转录进行。,微生物初级代谢调部分,第6页,微生物初级代谢调整,操纵子分两类,:,一类是,诱导型操纵子,，只有当,存在诱导物,（一个效应物）时，其转录频率才最高，并随之转译出大量诱导酶，出现诱导现象。,一类是,阻遏型操纵子,，只有当缺乏辅阻遏物（一个效应物）时，其转录频率才最高。由阻遏型操纵子所编码酶合成，只有经过,去辅阻遏物阻遏作用,才能起动。,微生物初级代谢调部分,第7页,诱导型操纵子调整机制,.Jacob-Monod,操纵子模型（负调整）,乳糖操纵子,操纵基因,调整基因,调控蛋白,转录停顿,结构基因,锁,开启基因,结构基因,可转录为,mRNA,，由操纵基因控制。,开启基因,其一位点结合,RNA,聚合酶。,诱导物,钥匙,转录进行,微生物初级代谢调部分,第8页,诱导型操纵子调整机制,.,阿拉伯糖操纵子,正调整,调控蛋白,锁,但转录停顿,诱导物,调控蛋白,转录激活剂,转录进行,操纵基因,微生物初级代谢调部分,第9页,阻遏型操纵子调整机制,1.,末端产物缺乏情况下,调整基因,阻遏物蛋白,锁,操纵基因,转录进行,2.,末端产物（辅阻遏物）存在情况下,调整基因,阻遏物蛋白,辅阻遏物,锁,操纵基因,转录停顿,微生物初级代谢调部分,第10页,微生物初级代谢调整,调整蛋白（,P70,）,一称阻遏物，它能在没有诱导物（效应物一个）时与操纵基因相结合；,调整蛋白是一类变构蛋白，它有两个特殊位点：其一可与操纵基因结合；另一位点则可与效应物相结合。,调整蛋白有两种：,另一称阻遏物蛋白，它只能在辅阻遏物（效应物另一个）存在时才能与操纵基因相结合。,当调整蛋白与效应物结合后，就发生变构作用：有可提升与操纵基因结合能力，有则会降低其结合能力。,微生物初级代谢调部分,第11页,分解代谢产物阻遏,2.2,分解代谢产物阻遏（中间产物阻遏）,指被菌体快速利用底物或其分解产物对许多酶（降解酶、合成酶）合成抑制作用。,依据分解产物不一样，又分为碳分解产物阻遏和氮分解产物阻遏，如“葡萄糖效应”和“铵阻遏”。,阻遏实质是阻遏物关闭了合成酶基因表示。,分解代谢产物阻遏分子机制（,P70,）,从分子水平看，是分解产物抑制腺苷酸环化酶活性,降低了环状,3,5-,腺苷单磷酸（环腺苷酸，,cAMP,）浓度水平。,当胞内,cAMP,浓度较高时，其与活化蛋白（,CAP,）结合，促使,RNA,聚合酶与开启基因结合而开始转录；反之，当胞内,cAMP,处于低水平，影响结合，不能转录。,微生物初级代谢调部分,第12页,分解代谢产物阻遏,葡萄糖大量存在，降低了胞内,cAMP,浓度：,葡萄糖抑制腺苷酸环化酶活性，降低,cAMP,生成：,ATP cAMP+Pii,葡萄糖存在引发,ATP,浓度上升，消耗胞内,cAMP,：,cAMP+H,2,O ADP ATP,结果，,开启子上没有,cAMP,CRP,复合物结合,，使得,RNA,聚合酶也无法结合到开启子位点上，结构基因不能转录和表示。,葡萄糖阻遏,半乳糖苷酶生物合成机理：,微生物初级代谢调部分,第13页,葡萄糖效应,碳分解产物阻抑作用。,当大肠杆菌培养于含有葡萄糖和乳糖培养基中，菌体出现两次生长旺盛期，这是菌首先利用葡萄糖进行生长繁殖，在葡萄糖耗尽后，过一段时间菌体才开始利用乳糖。在上述培养基中即使加入乳糖酶诱导物，葡萄糖没耗尽，利用乳糖酶系也不能合成。碳分解产物阻抑作用普遍存在于微生物生化代谢中。,微生物初级代谢调部分,第14页,分解代谢产物阻遏,铵阻遏,氮分解产物调整作用指是被菌体快速利用氮源（尤其是铵）能阻抑一些参加含氮化合物代谢酶合成。,如在初级代谢中，它能阻遏许多芽孢杆菌蛋白酶合成。,通常受到,NH,4,+,阻遏酶有：亚硝酸还原酶、硝酸还原酶、固氮酶、乙酰胺酶、脲酶、黄嘌呤脱氢酶、组氨酸酶、天冬酰胺酶等。,微生物初级代谢调部分,第15页,两种调整对比,酶合成调整,酶活性调整,不一样点,调整对象,经过酶量改变控制代谢速率,控制酶活性，不包括酶量改变,调整效果,相对迟缓,快速、精细,调整机制,基因水平调整，调整控制酶合成,代谢调整，它调整酶活性,相同点,细胞内两种方式同时存在，亲密配合，高效、准确控制代谢正常进行。,微生物初级代谢调部分,第16页,分支代谢路径反馈调整,2.3,分支代谢路径反馈调整（氨基酸和核苷酸合成）,在有两种或两种以上末端产物分支合成代谢路径中，调整方式较复杂。,其共同特点是：每个分支路径末端产物控制分支点后第一个酶；,同时每个末端产物又对整个路径第一个酶有个别抑制作用。,分支代谢反馈调整方式有以下各种（,P66,）：,同工酶调整,合作反馈调整（增效反馈控制）,协同反馈调整,累积反馈调整,次序反馈调整,代谢互锁（,metabolic interlock,）,微生物初级代谢调部分,第17页,分支代谢路径反馈调整,1,、,同功酶调整,同功酶是指能催化同一生化反应，但结构稍有不一样，可分别被对应末端产物抑制一类酶。,特点：路径中第一个反应被两个不一样酶所催化，一个酶被,H,抑制，另一个酶被,G,抑制。只有当,H,和,G,同时过量才能完全阻止,A,转变为,B,。,微生物初级代谢调部分,第18页,分支代谢路径反馈调整,2,、,协同反馈抑制,指分支代谢路径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同路径中第一个酶一个反馈调整方式。,微生物初级代谢调部分,第19页,分支代谢路径反馈调整,3,、合作反馈抑制,又称增效反馈抑制，系指两种末端产物同时存在时，能够起着比一个末端产物大得多反馈抑制作用。,微生物初级代谢调部分,第20页,分支代谢路径反馈调整,4,、累积反馈抑制,每一分支路径末端产物按一定百分率单独抑制共同路径中前面酶，所以当几个末端产物共同存在时，它们抑制作用是累积。,微生物初级代谢调部分,第21页,分支代谢路径反馈调整,5,、次序反馈抑制,当,E,过多时，可抑制,CD,，这时因为,C,浓度过高而促使反应向,F,、,G,方向进行，结果又造成了另一末端产物,G,浓度增加。,过量,G,抑制了,CF,，造成,C,浓度深入增加。过量,C,又对,AB,间酶发生抑制，从而到达了反馈抑制效果。,微生物初级代谢调部分,第22页,分支代谢路径反馈调整,6,、,代谢互锁（,metabolic interlock,）,A B C D E,（被抑制）,F,（过量）,从以上生物合成路径看，是一个完全无关氨基酸控制，产物,F,过量积累会抑制,E,合成。,这种调整方式只是在,F,浓度很高情况下（与生理学浓度相比）才能显示抑制作用，且是个别抑制或阻遏。,微生物初级代谢调部分,第23页,反馈阻遏与反馈抑制比较,微生物初级代谢调部分,第24页,代谢控制育种（定向育种）,利用代谢控制理论，人为地改变菌种代谢调整机制或避开微生物固有代谢调整，使得微生物体内代谢流按照大家所需要方向进行，过量生产目标代谢产物。,1,、营养缺点型突变菌株筛选,在,营养缺点型突变菌株中，,生物合成路径中某一步发生了酶缺点，合成反应不能完成，末端产物不能积累，末端产物反馈调整作用被解除,，只要在培养基中限量加入所要求末端产物，克服生长障碍，就能积累中间产物。,注,1,：使用营养缺点型突变菌株进行生产时，因为,微生物体内酶代谢调整机制并没有解除,，必须严格控制缺点营养物质添加量保持在亚适量水平，不然生产不稳定。,微生物初级代谢调部分,第25页,代谢控制育种,注,2,：在,直链式,合成路径中，营养缺点型突变株,只能累积中,间代谢物,而不能累积,终产物,。但在,分支代谢,路径中，经过解除,协同反馈调整，就能够使,另一分支路径末端产物,得到累积。,比如，选育谷氨酸棒杆菌高丝氨酸缺点型菌株,工业上,生产赖氨酸发酵菌种。,微生物初级代谢调部分,第26页,AK-,天冬氨酸激酶；,HD-,高丝氨酸脱氢酶,HT-,高丝氨酸转乙酰酶,TD-,苏氨酸脱氢酶,天冬氨酸,AK,天冬氨酰磷酸酸,天冬氨酸半醛,HD,二氢吡啶二羧酸 高丝氨酸,HT HK,赖氨酸,O-,磷酸高丝氨酸,O-,磷酸高丝氨酸 苏氨酸,蛋氨酸,TD,异亮氨酸,微生物初级代谢调部分,第27页,代谢控制育种,2,、抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株筛选（,组成型突变）,这类菌株主要是对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性组成型突变菌株，或二者兼而有之菌株。,在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是二者同时被解除，所以能分泌大量末端代谢产物。,原因：,（,1,）调整基因或操纵基因发生突变，使产生阻遏蛋白不能再和终产物结合或结合后不能作用于已突变操纵基因，反馈阻遏作用被解除。,（,2,）因为编码酶结构基因发生突变，使由结构基因转录出来变构酶不能再和终产物结合但活力中心不变，仍含有催化活性。,微生物初级代谢调部分,第28页,代谢控制育种,这类菌株是经过抗结构类似物突变方法筛选得到。结构,类似物与末端代谢产物有相同结构。,在当前氨基酸生产菌种选育中，营养缺点型和结构类似物,抗性两种伎俩普通同时采取。,组成型突变株应用于诱导酶生产，不再受诱导物诱导、,分解代谢产物及终产物阻遏。,3,、抗性突变株筛选,包含反抗生素、金属离子、温度、噬菌体等抗性（或敏感）突变株筛选。,微生物初级代谢调部分,第29页,细胞透性调整,一、控制细胞膜渗透性,微生物细胞膜对于细胞内外物质运输含有高度选择性。采取,生理学或遗传学方法,，能够改变细胞膜透性，使细胞内代谢产物快速渗漏到细胞外，这种解除末端产物反馈抑制作用菌株，能够提升发酵产物产量。,1,、经过生理学伎俩控制细胞膜渗透性,生物素亚适量,机制：是合成脂肪酸关键酶,-,乙酰,CoA,羧化酶辅酶，亚适量生物素,直接抑制膜合成或使膜受缺损,。,乙酰,CoA,丙二酸单酰,CoA,脂肪酸,CO,2,生物素,微生物初级代谢调部分,第30页,