代谢工程【教学目得与要求】掌握微生物自身代谢与次级代谢得机理、有关概念及代谢调控,了解代谢工程设计得方向。【教学重点与难点】微生物自身代谢与次级代谢得机理、有关概念及代谢调控。分解代谢:指复杂得有机物分子通过分解代谢酶系得催化,产生简单分子、腺苷三磷酸(ATP)形式得能量与还原力(或称还原当量,一般用[H]来表示)得作用。微生物通过分解代谢从环境中吸收得各种碳源、氮源等物质降解,为生命活动提供能源与小分子中间体。包括:中心途径如TCA、EMP、HMP及外围途径(指碳源、氮源通过分解进入中心途径)合成代谢与分解代谢正好相反,指在合成代谢酶系得催化下,由简单小分子、ATP形式得能量与[H]形式得还原力一起合成复杂得大分子得过程。或利用分解代谢得能量与中间体合成氨基酸、核酸等单体物质及蛋白质、多糖等多聚物。分解代谢与合成代谢就是互相关联、互相制约,就是生命活动得基础。正常微生物得小分子物质得合成与降解就是自身调节。研究微生物代谢调节得意义微生物得代谢产物可分为:初级代谢产物定义:微生物通过代谢活动所产生得、自身生长与繁殖所必需得物质。举例:氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。特征:不同得微生物初级代谢产物基本相同;初级代谢产物合成过程就是连续不断得,与菌体得生长呈平行关系。次级代谢产物定义:微生物生长到一定阶段才产生得化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能,或并非就是微生物生长与繁殖所必需得物质。举例:抗生物、毒素、激素、色素等。特征:不同得微生物次级代谢产物不同;次级代谢产物得通常在菌体得生长后期合成,发酵分两个阶段进行,即营养增殖期与生产期。在多数情况下,增加前体就是有效得两种代谢产物得不同:10第一节微生物代谢得自我调节微生物细胞得代谢调节方式很多,例如可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞得能力,通过酶得定位以限制它与相应底物得接近,以及调节代谢流等。其中以调节代谢流得方式最为重要,它包括两个方面,一就是“粗调”,即调节酶得合成量,二就是“细调”,即调节现成酶分子得催化活力,两者往往密切配合与协调,以达到最佳调节效果。微生物自我调节部位1养分得吸收与排泄细胞膜2限制基质与酶得接近3控制通量:调节现有酶量与改变酶分子得活性都涉及到酶促反应得调节包括酶活性得调节与与酶合成得调节一、酶活性得调节图:大肠杆菌代谢过程得抑制剂与激活剂(一)酶活性得激活(二)酶活性得抑制反馈抑制得类型(1)同功酶调节同功酶就是指能催化相同得生化反应,但酶蛋白分子结构有差异得一类酶,它们虽同存于一个个体或同一组织中,但在生理、免疫与理化特性上却存在着差别。同功酶得主要功能在于其代谢调节。在一个分支代谢途径中,如果在分支点以前得一个较早得反应就是由几个同功酶所催化时,则分支代谢得几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。如:大肠杆菌天冬氨族氨基酸合成途径中,有三个同工酶天冬氨酸激酶ⅠⅡⅢ分别受赖氨酸、苏氨酸、硫氨酸反馈调节(2)协同反馈抑制:指分支代谢途径中得几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中得第一个酶得一种反馈调节方式。如:谷氨酸棒杆菌合成天冬氨族氨基酸时,天冬氨酸激酶受赖氨酸与苏氨酸得协同反馈抑制。(3)累积反馈抑制:催化分支合成途径第一步反应得酶有几种末端产物抑制物,但每一种如过量,按一定百分率单独抑制共同途径中得第一个酶活性,总得抑制效果就是累加得,各末端产物所起得抑制作用互不影响,只影响这个酶促反应得速率。两种末端产物同时存在时,可以起着比一种末端产物大得多得反馈抑制作用。(4)增效反馈抑制:代谢途径中任何一种末端产物过量时,仅部分抑制共同途径中得第一个酶活性,但两个末端产物同时过量时,其抑制作用可超过各产物存在得抑制能力得总与。如6-氨基嘌呤核苷酸与6-酮基嘌呤核苷酸合成途径。(5)顺序反馈抑制:每个分支末端产物抑制分支后得第一个酶,产生部分抑制作用。通过逐步有顺序得方式达到得调节。如枯草芽孢杆菌得芳香族氨基酸合成途径与球型红假单胞菌得苏氨酸合成途径。当E过多时,可抑制C→D,这时由于C得浓度过大而促使反应向F、G方向进行,结果又造成了另一末端产物G浓度得增高。由于G过多就抑制了C→F,结果造成C得浓度进一步增高。C过多又对A→B间得酶发生抑制,从而达到了反馈抑制得效果。这种通过逐步有顺序得方式达到得调节,称为顺序反馈抑制。二、酶合成得调节(酶量)与上述调节酶活性得反馈抑制等相比,调节酶得合成(即产酶量)而实现代谢调节得方式就是一类较间接而缓慢得调节方式。其优点则就是通过阻止酶得过量合成,有利于节约生物合成得原料与能量。在正常代谢途径中,酶活性调节与酶合成调节两者就是同时存在且密切配合、协调进行得。(一)酶合成调节得类型能促进诱导酶产生得物质称