【正文】 ） 和 組氨酸蛋白（ HPr） 。 在 PTS系統(tǒng)中 PEP的磷酸基團通過 EⅠ 、HPr、 EⅡ A 和 EⅡ B 的磷酸化中間物傳遞給正在被引入的糖。 因為 EMP和 HMP途徑發(fā)生在細(xì)胞質(zhì)，而丙酮酸的氧化（ TCA環(huán)）發(fā)生在線粒體基質(zhì)，所以代謝中間產(chǎn)物在細(xì)胞質(zhì)和線粒體基質(zhì)之間的傳遞對微生物的代謝來說是非常重要的。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 108 與電子傳遞相偶聯(lián)的磷酸化作用要求將 ADP 和 Pi（ 一般是 H2PO4－ ） 送入線粒體，在線粒體內(nèi)膜基質(zhì)一側(cè)形成 ATP。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 110 膜外側(cè) 膜 膜內(nèi)側(cè) 膜外側(cè) 膜 膜內(nèi)側(cè) 二羧酸 2 二羧酸 2 三羧酸 這種將乙?；乃统龅臋C制在某些微生物（如油脂酵母）中是很重要的，這些微生物能大量合成脂肪，因此需要將乙?；鶊F從線?；|(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞質(zhì)中。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 115 影響腺嘌呤核苷酸傳送的因素： ①細(xì)胞質(zhì)中的生物合成反應(yīng)對腺嘌呤核苷酸的需要，要求〔 ATP〕/〔 ADP〕 比率高； ②線粒體基質(zhì)中的氧化磷酸化的需要，要求〔 ATP〕 /〔 ADP〕 比率低。穿梭往返有跨線粒體外膜的和跨線粒體內(nèi)膜的。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 119 + 哺乳動物細(xì)胞的蘋果酸 /天門冬氨酸穿梭體系 圖中： AAT為 Asp氨基轉(zhuǎn)移酶， GAT、 MOT為載體。 這種還原力跨膜的機制主要見于昆蟲細(xì)胞，也存在于某些酵母（ 如 Candida tropicalis ） 細(xì)胞中。當(dāng)電子通過這個穿梭系統(tǒng)進(jìn)行傳送時， NADH 氧化的 P/O比率將類似于琥珀酸氧化的 P/O比率。發(fā)酵工程的任務(wù)之一是人為地改變微生物的代謝調(diào)節(jié)機制，其中包括改變化學(xué)物質(zhì)輸送的調(diào)節(jié)機制，使目的代謝產(chǎn)物大量合成并及時釋出或排出細(xì)胞。許多其他物質(zhì)的輸送占有相似的化學(xué)計量比率，例如原核生物和真核生物中許多氨基酸的輸送，以及絲狀真菌中通過高度親和系統(tǒng)對糖（諸如葡萄糖、果糖和半乳糖等）的輸送。目前還不能準(zhǔn)確知道ATP酶的化學(xué)計量比率，但在大腸桿菌中，2H+/ATP是通常使用的化學(xué)計量比。 。 這種 ATP酶可能只在 ATP水解方向起作用，通常其化學(xué)計量比為 1 H+/ATP。在需氧細(xì)菌中，電子傳遞鏈位于細(xì)胞質(zhì)膜，質(zhì)子可通過電子傳遞鏈從細(xì)胞質(zhì)中重新輸送出去；質(zhì)子還可借助于 ATP酶重新輸送至胞外。在質(zhì)子同向輸送中， ATP消耗取決于運輸過程的化學(xué)計量和質(zhì)子重新輸出的化學(xué)計量。代謝產(chǎn)物的釋放也是跨膜輸送的過程，但強調(diào)的是從細(xì)胞釋放或排出。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 123 線粒體的 3 磷酸甘油脫氫酶的催化位點位于 線粒體內(nèi)膜的外表面 ，因此為了 3 磷酸甘油的重新氧化并沒有必要跨過線粒體內(nèi)膜。細(xì)胞質(zhì)中的 3 磷酸甘油脫氫酶以細(xì)胞質(zhì)中的 NADH 為輔酶，而線粒體內(nèi)膜中的 3磷酸甘油脫氫酶是以 FAD為輔基的黃素蛋白。這種“穿梭往返 ” 的效果相當(dāng)于 NADH 跨過線粒體內(nèi)膜，最終把電子在線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)交給電子傳遞鏈。線粒體內(nèi)生成的 NADH固然可以在線粒體內(nèi)膜內(nèi)側(cè)再生，那么在有氧狀態(tài)下，細(xì)胞質(zhì)中的酵解所產(chǎn)生的 NADH怎么再生（怎樣把電子交給電子傳遞鏈）呢？ 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 117 來自細(xì)胞質(zhì)中的 NADH的電子交給電子傳遞鏈的機制是借助所謂的穿梭往返系統(tǒng)。 當(dāng)這兩個核苷酸帶不同的電荷量 ( ADP3， ATP4 )時，它們能借助載體蛋白在膜電位的推動下進(jìn)行 致電反向輸送 ( electrogenic antiport )。 H 2 + OH PYR 2 OH 2 H2PO4 2 H2PO4 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 111 線粒體內(nèi)膜對于 AcCoA（ 乙酰輔酶 A）是不透的，但可以通過下述途徑將 AcCoA “送出” 線粒體：在線粒體基質(zhì)中，AcCoA與 OAA（ 草酰乙酸 ）在檸檬酸合成酶的催化下合成 CTA， 后者借助載體系統(tǒng)透過線粒體內(nèi)膜進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)， 然后被細(xì)胞質(zhì)中的檸檬酸裂解酶（以細(xì)胞質(zhì)中的 CoA為輔酶）裂解成 OAA和 AcCoA， 從而完成 AcCoA的“送出”過程，實際上是乙酰基的送出過程。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 109 已經(jīng)得知磷酸根（ H2PO4） 輸送的兩種機制，即“ OH/H2PO4 ”交換和 “ H2PO4/DCA2 ” 交換的機制。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 107 NAD(P)+、 NAD(P)H、 CoA和酰基 CoA不能跨過線粒體內(nèi)膜。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 103 同樣已證明嘌呤堿基也是依靠基團轉(zhuǎn)位輸送的，由磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng) ( PTS )催化，在細(xì)胞內(nèi)出現(xiàn)相應(yīng)的嘌呤核苷單磷酸酯。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 102 而對糖是具有特異性的 酶 Ⅱ （ E Ⅱ ） ，它們都由 3 個功能區(qū)（ A、 B和 C ）組成。對厭氧菌來說 PTS尤為重要，因為用它可以節(jié)省 ATP。 在基團轉(zhuǎn)移中， 輸送過程都伴隨著被輸送物質(zhì)進(jìn)一步的共價轉(zhuǎn)變， 所輸送的化合物被轉(zhuǎn)化成為一個衍生物（被磷酸化的衍生物），這個衍生物是不能反向跨膜的。該系統(tǒng)包括專用的結(jié)合蛋白，它們與被傳送的化合物結(jié)合并將其傳遞到相應(yīng)的結(jié)合在膜上的復(fù)合物。這個過程與微生物細(xì)胞的能量代謝緊密相關(guān)。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 95 被動輸送與主動輸送的根本區(qū)別在于輸送過程自由能變化 ΔG 。如果將質(zhì)子梯度視為“ 初級”或 “ 一級 ” 梯度，那么其他離子的梯度就稱“ 次級 ” 或“ 二級”梯度，這種類型的簡單主動輸送在這個意義上又可稱為次級輸送或二級輸送。初級系統(tǒng)的質(zhì)子梯度也可以借助載體而轉(zhuǎn)換成其他離子的梯度，如可以借助能進(jìn)行 Na+/H+反向輸送的載體將 質(zhì)子梯度轉(zhuǎn)換成 Na+ 梯度 ，后者可用于另一種簡單主動輸送。 Ile 就像是搭了為 H+開的船而過膜的。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 88 金黃色葡萄球菌對 Lys、 Ile 和 Glu 等氨基酸的 主動輸送 內(nèi) 外 內(nèi) 內(nèi) 外 外 Lys+ Lys＋ H+ H+ H+ H+ Ile Ile Glu－ Glu－ pI= 單一輸送受膜電位Δψ驅(qū)動 pI= 同向輸送受能庫 Δp驅(qū)動 pI= 同向輸送受膜兩側(cè)的 － Z ΔpH的驅(qū)動 ＋＋＋ ＋＋＋ ＋＋＋ －－－ －－－ －－－ Δp =Δψ － Z ΔpH 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 89 以金黃色葡萄球菌的靜止細(xì)胞為實驗對象進(jìn)行了研究。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 84 質(zhì)子運動勢 （也可記作 ΔP） 由兩個量組成：濃度因子 ΔpH， 即膜兩邊的 pH值（即氫離子濃度的負(fù)對數(shù)值）之差，和電荷量因子 ΔΨ， 即膜電位差。工作模型由初級系統(tǒng)與次級系統(tǒng)組成。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 81 ⑶ 簡單主動輸送 (simple active transport)： 需細(xì)胞提供 載體 和 代謝能 的跨膜過程，因此屬于“輸送”。通道輸送則相反，是建立了膜上的親水性通道，離子沒有發(fā)生變化，以原有形式通過。目前已知能形成通道的載體有兩類，一類是兩性霉素（ Amphotericin ） 型大環(huán)多羥基多烯內(nèi)酯化合物， 它們可通過與膜磷脂分子中的固醇的結(jié)合而形成穿膜的孔 ，孔可被水充填。例如纈氨霉素（ Valinomycin） 就是由“ [D纈氨酸 L乳酐 L纈氨酸 Dα羥基異戊酰 ]3 ” 構(gòu)成的環(huán)狀 12酯肽，酯鍵與酰胺鍵交替出現(xiàn)，環(huán)內(nèi)部由構(gòu)成酯鍵的羰基氧原子提供具有靜電束縛陽離子位置的極性環(huán)境，呈親水性，而側(cè)鏈烷基向外，構(gòu)成疏水的外環(huán)。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 76 以往對離子載體的研究提供了關(guān)于離子通過膜的載體傳遞的分子基礎(chǔ)。它們各自具有專一的結(jié)合部位，現(xiàn)已從不同類型的細(xì)菌中提取出這類蛋白質(zhì)。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 73 在真菌中，許多糖類物質(zhì)通過促進(jìn)擴散跨膜。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 72 促進(jìn)擴散普遍存在于真核生物，在原核生物中僅有的幾例。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 71 ⑵ 促進(jìn)擴散（ facilitated diffusion） ： 需要細(xì)胞提供輸送系統(tǒng)，不消耗代謝能。因此對菌體合成來說，在加入苯甲酸的情況下，葡萄糖并沒有得到有效的利用。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 68 對于許多微生物來說，細(xì)胞質(zhì)膜有一個跨膜的 pH 梯度 （ 細(xì)胞內(nèi)的 pH 值高），這可能導(dǎo)致質(zhì)子向細(xì)胞的凈流入。一些非極性小分子如氧、氮、苯等可以以簡單擴散的方式穿過膜脂雙分子層中無蛋白質(zhì)區(qū)進(jìn)出細(xì)胞。簡單擴散是順濃度梯度方向的擴散，不消耗代謝能，也不需專一的載體或酶，僅僅是非專一性的膜透過現(xiàn)象，因此僅僅是擴散。 2020/11/4 張星元：發(fā)酵原理 60 弄清化學(xué)物質(zhì)跨過膜的物質(zhì)基礎(chǔ)是：①流動性的、可穿透的膜；②有選擇性的、可識別跨膜物質(zhì)并攜帶它們過膜的載體（包括催化共價反應(yīng)的酶）；③直接用于輸送的代謝能。位于生物膜上的輸送系統(tǒng)可識別底物，只允許被認(rèn)可的化合物物進(jìn)入，并可控制其通過的量，同時不斷排出無用或多余的化學(xué)物質(zhì)，以控制和維持細(xì)胞 ( 或細(xì)胞器 ) 的