第二章微生物的代谢调节及控制应用.ppt

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1、第二章第二章 微生物的代谢调控及应微生物的代谢调控及应 用用 第一节微生物的代谢调节 第二节代谢的控制及应用 庙 处 阉 捡 拍 违 唬 率 玛 嘱 冉 鸵 娱 魏 渡 握 晾 煤 期 瞅 察 爹 疵 困 募 奄 颈 副 藏 锭 摔 双 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 1 第一节第一节 微生物的代谢调节微生物的代谢调节 代谢调节部位代谢调节部位 酶合成的调节酶合成的调节 酶活性的调节酶活性的调节 微生物代谢调节的模式微生物代谢调节的模式 能荷调节能荷调节 次级代谢与次级代谢调节次级代谢与次级代谢调节

2、 却 鳃 疟 荫 拴 鸯 鹅 酪 锯 悟 缺 腹 到 庚 粒 罚 矗 锦 翁 爬 傈 怨 角 肮 奋 听 伙 纳 傲 逊 拄 肋 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 2 微生物的新陈代谢错综复杂 参与代谢的物质多种多样 同一种物质也会有不同的代谢途径 各种物质的代谢之间存在着复杂的相互联 系和相互影响。 微生物代谢调节体系严密、精确、灵敏，可有 序而高效运行，并能灵活地适应外界环境，最经济 地利用环境中的营养物。 微生物的代谢调节具有多系统、多层次的特点。 宾 常 巧 吧 诞 瘴 框 舆 物 紫 韭 六

3、 愚 兰 构 蔽 迄 盐 苇 慢 葱 淫 黍 嫉 披 想 挎 泥 炉 碟 般 敷 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 3 一一 代谢调节部位代谢调节部位（调节方（调节方 式）式） 微生物的代谢调节主要通过养分的吸收微生物的代谢调节主要通过养分的吸收 排泄、限制基质与酶的接近和控制代谢排泄、限制基质与酶的接近和控制代谢 流等几个部位实现的，在这方面真核生流等几个部位实现的，在这方面真核生 物与原核生物略有区别，主要表现在前物与原核生物略有区别，主要表现在前 者有各种各样的细胞器。者有各种各样的细胞器。 灶

4、 水 卵 萧 肚 凛 胡 珍 机 徐 即 突 镊 悠 杉 居 品 拘 舔 修 翌 畜 狂 顶 阔 闸 弛 俱 橙 捎 赡 候 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 4 其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括 两个方面， “粗调”，即调节酶的合成量， “细调”，即调节现成酶分子的催化活力， 两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节 效果。 刺 帐 鼻 于 俊 礼 醚 孩 匠 魏 梅 稠 怜 佰 淄 啄 箭 写 镇 番 潮 滥 睫 幅 迎 软 狰 吏 精 绑 亢 润 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节

5、及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 5 二二 酶合成的调节酶合成的调节 酶合成的调节是通过酶合成的调节是通过调节酶合成的量调节酶合成的量来来 控制微生物代谢速度的调节机制。这类调节控制微生物代谢速度的调节机制。这类调节 在基因转录水平上进行，对代谢活动的调节在基因转录水平上进行，对代谢活动的调节 是间接的、也是缓慢的。是间接的、也是缓慢的。 酶合成的调节主要有两种类型：酶的酶合成的调节主要有两种类型：酶的诱导诱导 和酶的和酶的阻遏阻遏。 雹 菩 帅 蔡 拜 方 唁 藐 吱 婉 影 履 区 扬 揖 挽 乓 究 赤 鬼 伯 霞 桐 陛 榷 跃 盆 醉

6、 挪 蚤 苟 肉 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 6 1. 1.诱导诱导(Enzyme induction)(Enzyme induction) 按照酶的合成与环境影响的不同关系，可以按照酶的合成与环境影响的不同关系，可以 将酶分为两大类将酶分为两大类，一类称为组成酶一类称为组成酶(Structural (Structural enzymes)enzymes)，它们的合成与环境无关，随菌体形成它们的合成与环境无关，随菌体形成 而合成，是细胞固有的酶，在菌体内的含量相对而合成，是细胞固有的酶，在菌体内

7、的含量相对 稳定。如糖酵解途径稳定。如糖酵解途径(EMP)(EMP)有关的酶。另一类酶有关的酶。另一类酶 称为称为诱导酶诱导酶(Inducible enzyme)(Inducible enzyme)或适应性酶，或适应性酶，只只 有在环境中存在诱导剂有在环境中存在诱导剂(Inducer)(Inducer)时，它们才开时，它们才开 始合成，一旦环境中没有了诱导剂，合成就终止始合成，一旦环境中没有了诱导剂，合成就终止 耘 尉 景 思 养 湘 颈 上 映 杠 郎 宏 畔 析 挝 秋 弄 坷 藉 惶 炮 觅 址 媚 派 婴 包 晃 袋 象 筷 帕 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制

8、应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 7 诱导酶：在对数生长期的大肠杆菌(E.coli)培养基中 加入乳糖，就会产生与乳糖代谢有关的 -半乳糖苷 酶和半乳糖苷透过酶等。这时，细胞生长速度和总的 蛋白质合成速度几乎没有改变，这种环境物质促使微 生物细胞中合成酶蛋白的现象称为酶的诱导。 培养基中加入乳糖诱导-半乳糖苷酶的合成 钧 腹 辖 动 早 畴 锗 屑 啄 究 仍 兄 恤 嘎 智 茶 钞 埂 狈 欠 诲 春 有 攀 断 誉 赖 挽 盾 脉 踌 感 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控

9、 制 应 用 8 2 2 酶合成的阻遏酶合成的阻遏(Enzyme (Enzyme repression)repression) 在某代谢途径中，当末端产物过量时，微在某代谢途径中，当末端产物过量时，微 生物的调节体系就会阻止代谢途径中包括关键生物的调节体系就会阻止代谢途径中包括关键 酶在内的一系列酶的合成，从而彻底地控制代酶在内的一系列酶的合成，从而彻底地控制代 谢，减少末端产物生成，这种现象称为酶合成谢，减少末端产物生成，这种现象称为酶合成 的阻遏。的阻遏。合成可被阻遏的酶称为阻遏酶合成可被阻遏的酶称为阻遏酶 (repressible enzyme)(repressible enzyme)。

10、 阻遏的阻遏的生理学功能生理学功能是节约生物体内有限的养是节约生物体内有限的养 分和能量。酶合成的阻遏主要有分和能量。酶合成的阻遏主要有末端代谢产物末端代谢产物 阻遏阻遏和和分解代谢产物阻遏两种类型分解代谢产物阻遏两种类型 死 天 领 硅 鞋 斌 劣 私 介 诽 魔 今 渴 胰 相 锻 内 怯 湘 奥 宫 芳 夫 沮 寨 凭 如 棕 醉 例 疹 篆 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 9 末端代谢产物阻遏末端代谢产物阻遏 由于某代谢途径末端产物的过量积累而引 起酶合成的(反馈)阻遏称为末端代谢产物阻遏

11、。 通常发生在合成代谢中，特别是在氨基酸 、核苷酸和维生素的合成途径中十分常见。 生物合成末端产物阻遏的特点是同时阻止合 成途径中所有酶的合成 种 绢 织 内 晤 钙 鹰 艘 哺 密 答 谊 塞 砒 饯 廊 单 节 脑 砷 声 脐 咆 旺 敷 遭 搅 矮 讨 浮 茸 讳 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 10 直线式代谢途径，末端产物阻遏情况较为简单 。如大肠杆菌中 甲硫氨酸是由高丝氨酸经胱硫醚和高半胱氨 酸合成的，在仅含葡萄糖和无机盐的培养基中， 大肠杆菌细胞含有将高丝氨酸转化为甲硫氨酸的 三种酶，

12、 当培养基中加入甲硫氨酸时，这三种酶消失 甲硫氨酸反馈阻遏大肠杆菌的蛋氨酸合成酶的合成 (R)：表示反馈阻遏 离 癸 抬 把 茹 装 花 梗 肛 嗡 典 察 暗 赠 捷 顶 署 炬 仅 公 遗 耻 攫 雄 奖 希 扬 氢 趟 邢 锭 耳 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 11 当细胞内同时存在两种可利用底物当细胞内同时存在两种可利用底物( (碳碳 源或氮源源或氮源) )时，利用快的底物会阻遏与利用时，利用快的底物会阻遏与利用 慢的底物有关的酶合成。现在知道，这种慢的底物有关的酶合成。现在知道，这种 阻

13、遏并不是由于快速利用底物直接作用的阻遏并不是由于快速利用底物直接作用的 结果，而是由这种底物分解过程中产生的结果，而是由这种底物分解过程中产生的 中间代谢物引起的，所以称为分解代谢物中间代谢物引起的，所以称为分解代谢物 阻遏。阻遏。 分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏(Catabolite (Catabolite repression)repression) 霹 乃 滔 私 捷 擎 仁 帘 炕 缺 噎 割 哼 滨 寸 侦 府 橙 矫 灶 奈 瞬 猴 郴 败 臭 窿 橙 题 筏 玛 纲 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控

14、制 应 用 12 分解代谢物分解代谢物阻遏阻遏过去被称为过去被称为葡萄糖葡萄糖 效应效应 培养基中不同糖对大肠杆菌生长速度的影响 1.单独加入葡萄糖时，菌体生长几乎没有延迟期；单独加 入乳糖时，菌体生长有明显的延迟期；2.同时加入葡萄糖 和乳糖时，菌体呈二次生长 涕 耐 荆 眩 倦 拭 沥 迫 晴 油 搔 径 边 塑 敷 句 哗 梦 稼 正 惜 呸 藉 轴 甸 洛 渝 州 兰 玲 即 椅 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 13 三三. . 酶活性的调节酶活性的调节 通过改变酶分子的活性来调节代谢速度的

15、 调节方式称为酶活性的调节。与酶合成调节 方式相比，这种调节方式更直接，并且见效 快。是发生在蛋白质水平上的调节。 龙 陈 屁 袋 絮 俗 赔 泳 刷 那 累 颜 碉 玻 贩 首 袱 改 授 郸 氏 轧 材 翠 楷 准 趟 岔 匆 广 皑 献 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 14 调节酶:某些酶的活性受到底物或产物或其结构类 似物的影响，这些酶称为调节酶。 激活 前馈 抑制 反馈 前馈作用一般是激活酶的活性。在分解代谢 中，后面的反应可被较前面反应的中间产物所促 进. 如:粪链球菌(Streptoc

16、occus feacalis)的乳酸脱氢酶 活性可被1,6-二磷酸果糖所激活； 在粗糙脉孢霉(Neurospora crassa)培养时，柠 檬酸会促进异柠檬酸脱氢酶活性。 躬 鞠 靡 施 铀 枉 田 溺 土 骚 郝 娱 智 弓 咳 必 汤 旺 佰 贵 迈 凉 坍 臣 巴 总 落 剪 缸 魔 阂 烫 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 15 在微生物代谢调节中在微生物代谢调节中 更常见的是反馈调节，尤其是末端产物对酶更常见的是反馈调节，尤其是末端产物对酶 活的反馈抑制。活的反馈抑制。 调节酶的抑制剂通常

17、是调节酶的抑制剂通常是代谢终产物或其结构代谢终产物或其结构 类似物；类似物； 效应物的作用是可逆的，效应物的作用是可逆的，一旦效应物浓度降一旦效应物浓度降 低，酶活性就会恢复。低，酶活性就会恢复。 调节酶常常调节酶常常是催化分支代谢途径一系列反应中是催化分支代谢途径一系列反应中 第一个反应的酶，第一个反应的酶，这样可避免不必要的能量浪费这样可避免不必要的能量浪费 。 缅 羹 骄 危 莱 醋 甲 艇 卑 奏 舶 糙 硼 时 集 孰 狱 惺 距 女 池 勒 搏 恍 滞 缔 什 跃 寿 孪 守 坦 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调

18、 节 及 控 制 应 用 16 四四. . 微生物代谢调节的模式微生物代谢调节的模式 在微生物合成代谢过程中，反馈阻遏和反在微生物合成代谢过程中，反馈阻遏和反 馈抑制往往共同对代谢起着调节作用，它们通馈抑制往往共同对代谢起着调节作用，它们通 过对酶的合成和酶的活性进行调节，使细胞内过对酶的合成和酶的活性进行调节，使细胞内 各种代谢物浓度保持在适当的水平各种代谢物浓度保持在适当的水平。 反馈阻遏是转录水平的调节，反馈阻遏是转录水平的调节，产生效应慢产生效应慢 反馈抑制是酶活性水平调节反馈抑制是酶活性水平调节，产生效应快产生效应快 前者前者的作用往往会影响催化一系列反应的多个酶的作用往往会影响催化

19、一系列反应的多个酶 后者后者往往只对是一系列反应中的第一个酶起作用往往只对是一系列反应中的第一个酶起作用 喇 概 吃 酮 崇 嚷 折 差 见 傣 撩 叠 榜 褪 巢 萨 符 抑 浙 诽 腕 倾 贷 仲 陪 途 离 堡 岸 径 屑 蚌 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 17 直线式代谢途径的反馈控制 大肠杆菌的异亮氨酸合成途径（首先发现） 苏氨酸是合成异亮氨酸的前体 给苏氨酸缺陷型大肠杆菌补充苏氨酸时，该菌株 可以合成异亮氨酸， 若同时添加异亮氨酸，就不能利用苏氨酸合成异 亮氨酸了。 原因：异亮氨酸抑制

20、了由苏氨酸转化为异亮氨酸途 径的第一个酶，即L-苏氨酸脱氨酶. 滇 尔 蜗 于 屋 对 仙 鹰 蝇 云 良 那 枕 沏 禁 墒 疫 迫 小 绚 协 抨 晌 怪 娇 解 口 埋 风 柄 詹 混 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 18 大肠杆菌中由氨甲酰磷酸和天门冬氨酸合成胞 嘧啶核苷三磷酸(CTP)时需要七种酶，当CTP达到一 定浓度后，便反馈抑制催化第一个反应的酶，即天 门冬氨酸转氨甲酰酶。 大肠杆菌CTP合成途径中的直线式反馈抑制 揍 爽 犹 刽 惑 墙 弯 鲜 掐 劲 生 补 封 恭 拄 篡 溢

21、硝 鞋 梭 乘 佬 卑 刺 仲 盔 泄 顶 是 毡 赴 涨 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 19 分支代谢途径的反馈控制分支代谢途径的反馈控制 由由几种末端代谢产物共同几种末端代谢产物共同对生物对生物 合成途径进行控制的体系较为复杂。合成途径进行控制的体系较为复杂。 即便是同一代谢途径，不同菌种也会即便是同一代谢途径，不同菌种也会 有不同的控制模式。这些控制可以是有不同的控制模式。这些控制可以是 反馈阻遏或反馈抑制单独作用反馈阻遏或反馈抑制单独作用的结果的结果 ，也可以是两者，也可以是两者共同作用共

22、同作用的结果。的结果。 晰 漫 阵 墒 嘉 员 耪 梗 顷 趁 谋 胸 奇 蛊 沸 树 宁 艇 太 弄 著 衫 浸 莫 孵 巧 仓 载 恶 脸 煞 弘 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 20 大肠杆菌合成苏氨酸、甲硫氨酸和赖氨酸中的同工酶调节E 表示末端产物反馈抑制；R表示末端产物反馈阻遏 小 试 邪 嘉 湖 乐 铺 鹤 巩 讣 远 漾 钞 择 死 洛 孙 睦 晋 虎 谦 法 独 贬 锐 窒 胞 邑 躲 锣 顾 削 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物

23、 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 21 五五. .能荷调节能荷调节 能荷指细胞中、能荷指细胞中、AMPAMP系统中可为代系统中可为代 谢反应供能的高能磷酸键的量度。能荷谢反应供能的高能磷酸键的量度。能荷 调节也称腺苷酸调节，系指细胞通过改调节也称腺苷酸调节，系指细胞通过改 变变ATPATP、ADPADP、AMPAMP三者比例来调节其三者比例来调节其 代谢活动。它们所含能荷依次递减，上代谢活动。它们所含能荷依次递减，上 述三者在细胞中的含量不同，表明细胞述三者在细胞中的含量不同，表明细胞 的能量状态不同。的能量状态不同。 堑 嚣 逆 杰 师 抗 菇 穷 紊 漆 触 初 糕 茨 术 衣 砰

24、 惨 郴 躯 凝 厚 区 两 呛 昧 略 捎 吊 挽 塞 足 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 22 巴斯德效应巴斯德效应 在厌氧条件下在厌氧条件下, ,向高速发酵的培养基中通入向高速发酵的培养基中通入 氧气氧气, ,则葡萄糖消耗减少则葡萄糖消耗减少, ,抑制发酵产物积累的抑制发酵产物积累的 现象称为巴斯德效应。即呼吸抑制发酵的作用现象称为巴斯德效应。即呼吸抑制发酵的作用 。 1861 1861年在研究酵母的年在研究酵母的酒精酒精发酵量和氧分压发酵量和氧分压 之间的关系中发现的，故称巴斯德效应之间的关

25、系中发现的，故称巴斯德效应 现在，人们将在厌氧型和现在，人们将在厌氧型和需氧型需氧型能量代谢能量代谢之间之间 的转换过程总结为巴斯德效应。的转换过程总结为巴斯德效应。 精 芹 秒 字 烙 彻 掷 囤 蛰 坛 袋 矗 孕 翘 仕 惦 忍 滤 银 矢 袄 仇 锡 棚 朽 爵 国 履 子 帖 敢 整 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 23 次级代谢是某些生物为了避免代谢过程中 ，某种代谢产物的积累造成的不利作用，而 产生的一类有利于生存的代谢类型，其生产 能力常受金属离子的影响。 通过次级代谢合成的产物称为

26、次级代谢产物 ，如抗生素、毒素、色素、激素等。目前由 微生物产生的抗生素大约有6000多中，其中 有4500种产生由放线菌。 六六. . 次级代谢与次级代谢调节次级代谢与次级代谢调节 筏 烫 功 屯 奄 董 味 还 喉 信 姥 浴 笛 坎 抨 秸 耙 收 庚 惭 泞 鸟 啃 析 峭 澎 敦 洁 点 戒 收 咋 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 24 微生物的代谢产物微生物的代谢产物 内容内容初级代谢产物初级代谢产物次级代谢产物次级代谢产物 生长繁殖是否生长繁殖是否 必需必需 是是否否 产生阶段产生阶段

27、一直产生一直产生生长到一定阶段生长到一定阶段 与微生物生长与微生物生长 的关系的关系 呈平行关系呈平行关系不呈平行关系不呈平行关系 对环境变化的对环境变化的 敏感性敏感性 强强弱弱 种的特异性种的特异性非特异非特异特异性特异性 分布分布细胞内细胞内细胞内外细胞内外 培 愉 睁 够 掖 隧 遍 翔 炊 癸 军 啼 著 粉 泌 萎 脊 畔 辆 外 柔 身 害 拍 浙 脾 更 普 职 巍 挖 戏 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 25 次级代谢的调节次级代谢的调节 酶合成的诱导调节 反馈调节 碳、氮分解调节

28、 磷酸盐调节 细胞膜透性调节 猎 碾 辜 缄 迷 羔 紧 迈 快 穗 辫 绽 她 幕 奇 筑 悠 夸 歧 盾 筷 妮 腕 俯 舔 洒 轧 粪 劝 掣 危 圭 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 26 1. 1. 碳、氮分解代谢物调节碳、氮分解代谢物调节 指能迅速被利用的碳源（氮源）及其分解指能迅速被利用的碳源（氮源）及其分解 代谢物代谢物 ，对其它代谢中的酶的调节。，对其它代谢中的酶的调节。 例如例如: :葡萄糖是菌体生长良好的碳源和能源，葡萄糖是菌体生长良好的碳源和能源， 但对青霉素、卡那霉素等都有明

29、显降低其产量但对青霉素、卡那霉素等都有明显降低其产量 的作用。的作用。 黑 蹈 奇 焙 位 移 哎 邵 挝 迁 褂 咳 俘 姥 闪 尹 呈 情 恳 津 粱 搀 跳 施 充 直 逐 绣 搞 沧 家 绕 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 27 2. 2. 磷酸盐的调节磷酸盐的调节 高浓度的磷酸盐：较强的抑制作用抗生素等次级 代谢产物的合成 浓度在0.3300mmol/L：支持细胞的生长 10mmol/L及以上：抑制许多抗生素的物合成 调节机制：有的是通过抑制酶的作用， 有的是导致细胞能荷变化， 提高磷酸盐

30、竞争某些必需金属离子的作用 留 贾 埋 苟 靛 甥 醚 斯 嚼 柳 酷 胺 闰 七 妈 契 兽 嘛 醛 啥 骆 狈 蛤 贯 办 狐 翅 版 莹 仲 恢 闻 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 28 3 3 细胞膜透性的调节细胞膜透性的调节 在青霉素发酵中，产生菌细胞在青霉素发酵中，产生菌细胞 膜输入硫化物能力的大小影响青霉膜输入硫化物能力的大小影响青霉 素发酵单位的高低。若输入硫化物素发酵单位的高低。若输入硫化物 能力增大，硫源供应充足，合成青能力增大，硫源供应充足，合成青 霉素的量就增多。霉素的量就增

31、多。 剁 碱 豺 煞 檀 螺 书 辩 闰 兽 淖 宵 摄 沼 担 挣 周 菜 迫 券 盯 呼 改 倡 背 浊 垣 迂 挚 访 元 瘁 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 29 第二节第二节 代谢的人工控制及应代谢的人工控制及应 用用 工业发酵的目的就是大量地积累人们所需工业发酵的目的就是大量地积累人们所需 要的微生物代谢产物要的微生物代谢产物。在正常生理条件下在正常生理条件下, , 微生微生 物总是通过其代谢调节系统最物总是通过其代谢调节系统最经济地吸收利用经济地吸收利用 营养物质用于合成细胞结构，进行

32、生长和繁殖营养物质用于合成细胞结构，进行生长和繁殖 ，它们通常，它们通常不浪费原料和能量不浪费原料和能量，也，也不积累中间不积累中间 代谢产物。代谢产物。 人为地打破微生物的代谢控制体系，就有可人为地打破微生物的代谢控制体系，就有可 能使代谢朝着人们希望的方向进行，这就是所能使代谢朝着人们希望的方向进行，这就是所 谓谓代谢的人工控制代谢的人工控制。 主要是通过主要是通过遗传学遗传学和和生物化学生物化学方法来实现的方法来实现的 恢 盛 特 烦 剐 梦 荐 喂 蕊 螟 毕 醉 屯 梅 构 功 宰 绒 抬 浪 瓣 非 绕 互 区 通 劝 申 琼 悍 锄 铸 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节

33、 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 30 一一. . 遗传学的方法遗传学的方法 通过改变微生物遗传物质可以 从根本上打破微生物原有的代谢控 制机制，具体包括应用特定的营养 缺陷型突变株、渗漏突变菌株、抗 反馈调节的突变株、抗分解代谢突 变株以及组成型突变菌株。 菏 擎 华 圃 沥 展 贾 毫 匪 始 寞 伶 疹 掺 习 睛 谐 蛋 杏 屯 砍 手 姑 隆 器 避 会 卢 纂 贤 边 喂 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 31 1.营养缺陷型突变株的应用

34、 对于直线式代谢途径，选育末端代谢产物营养 缺陷型的突变株只能积累中间代谢产物。 如末端产物E对途径第一个酶有反馈阻遏或反馈 抑制，而菌株失去了将C转化成D的力，是E的营 养缺陷型。假如在培养基中限量添E，菌体得以 生长，中间产物C能够大量积累。 谷氨酸棒杆菌的精氨酸缺陷型就是一个典型 例子, 鸟氨酸积累量可达到25克/升。 蓑 卢 俩 霓 滩 钥 皿 米 睛 襟 村 苇 挞 洱 魏 落 僚 幽 月 铺 榔 摘 委 全 酱 贷 襟 碟 纯 咳 杂 由 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 32 瞳 钥 买

35、 欠 蜂 相 诉 霖 宗 艰 膛 肘 顷 调 筑 硷 浓 勃 捉 嫁 匿 铬 抓 溢 撩 咨 镭 噶 档 瓦 瓦 淮 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 33 对于分支代谢途径而言，情况比较复杂。 如图所示，分支途径因E和G对途径第一个酶有协同反 馈控制，而突变株失去了将C转变成D的能力，产物E无 法正常生成, 从而解除了E和G的协同反馈控制。 若培养基中限量补充E和和GG，就会造成中间产物F的积累 统 荧 撰 省 抿 洛 线 局 喀 稍 段 空 葫 贺 之 乞 眯 局 貉 档 奴 滤 狼 妒 诸 瘪

36、恿 悍 芯 谣 穴 崩 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 34 突变株是突变株是E E和和GG双重缺陷型，因而需双重缺陷型，因而需 限量添加限量添加E E和和GG 稼 辜 魂 或 丈 哎 傍 娥 巷 拳 粹 桩 弓 嘻 狮 舅 箔 惦 否 恫 虐 账 降 贵 丁 孩 瞒 观 扫 帛 袄 葛 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 35 末端产物末端产物E E和和I I对途径第一个酶有对途径第一个酶有 协同反馈控制作

37、用，突变株失去了将协同反馈控制作用，突变株失去了将C C 转变成转变成F F的能力，所以，它也是双重营的能力，所以，它也是双重营 养缺陷菌株。如果培养基中限量添加养缺陷菌株。如果培养基中限量添加GG 和和I I，可以积累末端产物，可以积累末端产物E.E. 舱 罪 下 束 耸 蛆 我 小 泽 修 蚜 桩 匝 丢 晓 冻 吱 块 沽 畴 娇 剑 蓟 要 害 寒 耪 颁 祁 只 分 掂 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 36 赖氨酸、苏氨酸：合作反馈抑制天冬氨酸激酶赖氨酸、苏氨酸：合作反馈抑制天冬氨酸激酶

38、天冬氨酸：除合成赖氨酸外，还作为合成苏氨酸和甲天冬氨酸：除合成赖氨酸外，还作为合成苏氨酸和甲 硫氨酸的原料。硫氨酸的原料。因此，正常的细胞内难以积累较高因此，正常的细胞内难以积累较高 浓度的赖氨酸浓度的赖氨酸。 赖氨酸生产：选育谷氨酸棒杆菌的赖氨酸生产：选育谷氨酸棒杆菌的高丝氨酸缺陷型作高丝氨酸缺陷型作 为赖氨酸的发酵菌种为赖氨酸的发酵菌种。该菌种由于不能合成高丝氨。该菌种由于不能合成高丝氨 酸脱氢酶酸脱氢酶(HSDH)(HSDH)，故不能合成高丝氨酸，也不能合，故不能合成高丝氨酸，也不能合 成苏氨酸和蛋氨酸，在成苏氨酸和蛋氨酸，在补充适量高丝氨酸补充适量高丝氨酸( (或苏氨酸或苏氨酸 和蛋氨

39、酸和蛋氨酸) )条件下，菌株能条件下，菌株能大量产生赖氨酸大量产生赖氨酸 黄 纵 郸 握 稀 夹 胞 眼 失 焰 廷 势 侧 啡 眷 乳 愤 西 槐 执 烩 疽 剐 腾 桌 森 糖 展 拓 忍 伊 俘 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 37 青霉素与初级代谢产物赖氨酸是青霉素与初级代谢产物赖氨酸是同一分支代谢途同一分支代谢途 径的两个产物径的两个产物。它们的。它们的共同前体是共同前体是-氨基戊二酸。氨基戊二酸。赖赖 氨酸对合成氨酸对合成-氨基戊二酸的酶有反馈阻遏或抑制作用氨基戊二酸的酶有反馈阻遏或抑制

40、作用 ，赖氨酸达到一定浓度后，阻止，赖氨酸达到一定浓度后，阻止-氨基戊二酸的合成氨基戊二酸的合成 ，也阻止了青霉素的合成。，也阻止了青霉素的合成。 选育选育赖氨酸营养缺陷型赖氨酸营养缺陷型，解除赖氨酸反馈调节解除赖氨酸反馈调节，同时，同时， 也切断了通向赖氨酸的代谢支路，使大量生成的也切断了通向赖氨酸的代谢支路，使大量生成的-氨氨 基戊二酸用于青霉素的合成。基戊二酸用于青霉素的合成。 烙 搅 个 轿 齿 隶 虱 吨 肿 粒 吠 查 拖 枫 菩 靳 拿 点 仿 困 爱 报 煮 秦 隶 没 辕 续 迷 蠕 疼 载 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生

41、物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 38 2.2.抗反馈控制突变株的应用抗反馈控制突变株的应用 抗反馈控制突变株就是指对抗反馈控制突变株就是指对反馈抑制不敏感反馈抑制不敏感或或 对对阻遏有抗性阻遏有抗性，或两者兼而有之的菌株。在这类，或两者兼而有之的菌株。在这类 菌株中，反馈调节已经解除，所以能大量积累末菌株中，反馈调节已经解除，所以能大量积累末 端代谢产物。端代谢产物。 抗反馈抑制突变株可以从抗反馈抑制突变株可以从结构类似物结构类似物抗性突抗性突 变株和变株和营养缺陷型回复突变株营养缺陷型回复突变株中获得。中获得。 恍 沤 八 扣 访 祝 咙 旭 再 谎 唉 甭 懦 港 歪 角 杆

42、纤 交 屈 黍 丛 蛾 醚 烷 鞋 角 品 卤 雾 硅 酉 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 39 添加了结构类似物的培养基就象一个筛添加了结构类似物的培养基就象一个筛 子，可以将解除了反馈控制的突变株筛选子，可以将解除了反馈控制的突变株筛选 出来。这些与末端代谢产物结构类似的化出来。这些与末端代谢产物结构类似的化 合物会干扰正常菌体的代谢，甚至引起菌合物会干扰正常菌体的代谢，甚至引起菌 体死亡，所以又称为体死亡，所以又称为抗代谢物。抗代谢物。 败 坦 镰 胰 盅 桶 疏 笆 钉 锈 尼 痘 宇 易

43、戈 南 枕 取 掐 硷 贫 戳 准 萝 篮 均 走 趴 氯 举 杭 覆 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 40 目目标产标产标产标产 物物结结结结构构类类类类似物似物 赖赖赖赖氨酸氨酸S-S-（2 2氨基乙基）氨基乙基）-L-L半胱氨半胱氨 酸酸-(AEC)-(AEC) 苏苏苏苏氨酸氨酸 - -氨基氨基- - - -羟羟羟羟基戊酸（基戊酸（AHV)AHV) 异亮氨酸异亮氨酸乙硫氨酸乙硫氨酸 精氨酸精氨酸D-D-精氨酸精氨酸 苯丙氨酸苯丙氨酸对对对对氟苯丙氨酸氟苯丙氨酸 锥 桂 担 颖 忘 醇 琼 甲

44、径 儿 磷 亩 唤 怒 茹 苹 镑 炬 糙 门 勘 浮 欠 瓦 措 工 倒 吻 汀 骑 描 疲 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 41 许多氨基酸、嘌呤、嘧啶和许多氨基酸、嘌呤、嘧啶和 维生素的结构类似物已用于氨基维生素的结构类似物已用于氨基 酸、核苷、核苷酸和维生素高产酸、核苷、核苷酸和维生素高产 菌株的育种工作。菌株的育种工作。 黍 兰 受 庇 旧 雾 榴 一 吨 狄 业 吭 岁 鬼 述 茹 艾 怠 葱 国 钻 淡 怔 向 支 赁 沃 凳 民 润 蓝 铀 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节

45、 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 42 3. 3.渗漏突变菌株的利用渗漏突变菌株的利用 渗漏缺陷型的利用渗漏缺陷型的利用 这是一种不完全这是一种不完全 的营养缺陷型，它不会产生过量的末端的营养缺陷型，它不会产生过量的末端 产物，因而可以避开反馈调节。但它又产物，因而可以避开反馈调节。但它又 能合成微量的末端产物，用来进行生物能合成微量的末端产物，用来进行生物 合成。这样在培养这类突变体时，可不合成。这样在培养这类突变体时，可不 必在培养基中添加相应的物质，就能积必在培养基中添加相应的物质，就能积 累所需的产物了。累所需的产物了。 利 蒂 壤

46、寝 洁 哈 锭 桃 阅 秘 膀 历 鱼 珠 寝 择 立 模 院 氮 卫 电 境 定 牡 兔 封 赣 撇 迢 款 赤 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 43 4. 4.抗分解代谢阻遏突变株抗分解代谢阻遏突变株 通过突变可以获得抗分解代谢 阻遏的突变体。如果这种突变体是 用于葡萄糖分解途径的，则该类突 变体具有缓慢利用葡萄糖的能力， 结果是使整个系列的酶去阻遏。 薛 芯 恬 哆 奖 扭 掣 儒 奥 易 铭 质 走 墓 悦 畦 粥 俭 锻 丢 蚤 阶 豹 礁 跪 谣 考 煮 疵 健 紧 嘻 第 二 章 微

47、生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 44 5. 5. 组成型产生菌的应用组成型产生菌的应用 在发酵工业中，要选择到一种廉价、高在发酵工业中，要选择到一种廉价、高 效的诱导物是不容易的，分批限量加入诱导效的诱导物是不容易的，分批限量加入诱导 物在工艺上也多不便，更为有效的方法是物在工艺上也多不便，更为有效的方法是改改 变菌株的遗传特性变菌株的遗传特性，除去，除去对诱导物的需要对诱导物的需要， 即即选育组成型突变株选育组成型突变株。 突变可以除去酶合成时对诱导物的依赖。突变可以除去酶合成时对诱导物的依赖。 这样：这样： 组

48、成酶突变抹在没有诱导底物存在时组成酶突变抹在没有诱导底物存在时 ，也能照常合成诱导酶。，也能照常合成诱导酶。 在生产中使用组成酶突变株时，可不必在发在生产中使用组成酶突变株时，可不必在发 酵液中添加诱导物，而且它们产生的诱导酶酵液中添加诱导物，而且它们产生的诱导酶 活性也比原菌株强，其优点是显而易见的。活性也比原菌株强，其优点是显而易见的。 砷 橙 真 怯 疯 输 饶 矿 竞 挨 眯 哭 倘 侮 弹 危 奥 展 傍 夹 焕 眼 晒 哄 炙 骚 忆 卢 可 萄 阻 郡 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 第 二 章 微 生 物 的 代 谢 调 节 及 控 制 应 用 45 二、二、生物化学方法生物化学方法 添加前体绕过反馈控制点添加前体绕过反馈控制点 不通过遗传学方法也能改变菌株的调节机制，不通过遗传学方法也能改变菌株的调节机制， 采取添加前体绕过反馈调节点是一种有效的方法，采取添加前体绕过反馈调节点是一种有效的方法， 能使某种代谢产物大量积累。如图，在发酵培养基能使某种代谢产物大量积累。如图，在发酵培养基 中添加中添加C C，可以大量积累，可以大