生化工程第三章微生物的代謝調(diào)節(jié)方式及人工控制(完整版)
【正文】 d protein)，也稱 cAMP受體蛋白 CRP； CAP 和 cAMP都是 lac mRNA合成所必需的。 當(dāng)有誘導(dǎo)物如乳糖存在時(shí)，乳糖與 lac阻遏物相結(jié)合，使后者發(fā)生構(gòu)象變化，結(jié)果降低了 lac阻遏物與操縱基因間的親和力，使它不能繼續(xù)結(jié)合在操縱子上，操縱子的“開關(guān)”被打開，結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄、翻譯可順利進(jìn)行。 代謝速度的調(diào)控 （ 1）酶合成的調(diào)節(jié)（粗調(diào)） 操縱子（ operon）： 是基因表達(dá)和控制的一個(gè)完整單元，其中包括結(jié)構(gòu)基因，調(diào)節(jié)基因，操作基因和啟動(dòng)基因。 順序誘導(dǎo)： 一種誘導(dǎo)劑誘導(dǎo)產(chǎn)生的酶的反應(yīng)產(chǎn)物可繼續(xù)誘導(dǎo)產(chǎn)生下一個(gè)酶，這種連續(xù)誘導(dǎo)產(chǎn)生一系列酶的現(xiàn)象稱為順序誘導(dǎo)。 ? 誘導(dǎo)酶 則指酶的生成需要某些物質(zhì)的誘導(dǎo) ,依賴于底物或底物結(jié)構(gòu)類似物的存在而合成的酶。 代謝途徑區(qū)域化 真核微生物細(xì)胞 里，各種酶系被細(xì)胞器隔離分布，使其代謝活動(dòng)只能在特定的部位上進(jìn)行，如與呼吸產(chǎn)能有關(guān)的酶系集中于線粒體內(nèi)膜上，DNA合成的某些酶位于細(xì)胞核里。 成因： 細(xì)胞體積小，所處環(huán)境多變。第三章 微生物的代謝調(diào)節(jié)方式及人工控制 第一節(jié) 代謝調(diào)節(jié)方式 第二節(jié) 微生物代謝的人工控制 微生物的代謝 ? 代謝 是生物細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種生物化學(xué)反應(yīng)的總稱，也就是發(fā)生在微生物細(xì)胞內(nèi)各種生物化學(xué)反應(yīng)的總稱。 舉例 ： 大腸桿菌細(xì)胞中存在 2500種蛋白質(zhì)，其中上千種是催化正常新陳代謝的酶。 通過(guò)酶的定位控制酶與底物的接觸 代謝流向的調(diào)控 微生物在不同條件下可以通過(guò)控制各代謝途徑中某個(gè)酶促反應(yīng)的速率來(lái)控制代謝物的流向，從而保持機(jī)體代謝的平衡。如：乳糖酶。 先合成能分解底物的酶，再合成分解各中間代謝物的酶達(dá)到對(duì)復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。 結(jié)構(gòu)基因 (structural genes)： 是決定某一多肽的 DNA 模板，可根據(jù)其上的堿基順序轉(zhuǎn)錄出相應(yīng)的 mRNA， 然后再可通過(guò)核糖體轉(zhuǎn)譯出相應(yīng)的酶 。 當(dāng)誘導(dǎo)物耗盡后， lac阻遏物可再次與操縱基因結(jié)合，這時(shí)轉(zhuǎn)錄的“開關(guān)”又被關(guān)閉，酶就無(wú)法合成，同時(shí)，細(xì)胞內(nèi)已轉(zhuǎn)錄好的 mRNA也迅速地被限制性內(nèi)切酶所水解，所以細(xì)胞內(nèi)酶的合成速度急劇下降。 CAP能與 cAMP形成復(fù)合物， cAMP CAP復(fù)合物結(jié)合在 lac 操縱子的啟動(dòng)基因上，可促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)正調(diào)節(jié)。此二元系統(tǒng)是微生物中的信號(hào)傳導(dǎo)模型，參與硫酸鹽和氮代謝的調(diào)節(jié)。分述如下： （ 2）酶活性的調(diào)節(jié)（細(xì)調(diào)） 酶的順序反饋抑制 A B C Ea D E Y F G Z Eb Ec 抑制 抑制 抑制 兩個(gè)末端產(chǎn)物，不能直接抑制途徑中的第一個(gè)酶 Ea， 而是分別抑制分支點(diǎn)后的 Eb和 Ec， 造成中間產(chǎn)物 C的積累，高濃度的 C再反饋抑制 Ea。只有當(dāng) Y和 Z同時(shí)過(guò)量，才能對(duì) E1產(chǎn)生較大的抑制作用。其上具有兩個(gè)以上立體專一性不同的接受部位，一個(gè)是活性中心，另一個(gè)是調(diào)節(jié)中心。 代謝缺陷型菌株 應(yīng)用抗反饋調(diào)節(jié)的突變株解除反饋調(diào)節(jié) 產(chǎn)物降解酶缺失突變株 細(xì)胞膜組分的缺失突變 代謝缺陷型菌株 在分支代謝途徑中，可利用營(yíng)養(yǎng)缺陷型來(lái)合成某種末端產(chǎn)物。 例如，用類似物 D精氨酸選出的谷氨酸棒桿菌的抗反饋突變株可使 L精氨酸的產(chǎn)量得到提高。 生物素對(duì)谷氨酸合成的影響 例 2：溶烷棒桿菌 GL21（甘油缺陷型）生產(chǎn)谷氨酸 磷酸二羥丙酮 α磷酸甘油 磷酯 PGDH 該菌株的 α 磷酸甘油脫氫酶（ PGDH）缺失，因此不能正常合成 α磷酸甘油和磷酯。 二、微生物發(fā)酵條件的控制 當(dāng)菌株確定后，環(huán)境條件合適與否是發(fā)酵成敗的重要因素，環(huán)境條件既影響微生物的生長(zhǎng)，又影響代謝的速度和方向及產(chǎn)物的形成和積累。 Asp： 天門冬氨酸； AspP： 天門冬氨酰磷酸； Asa： 天門冬氨酸半醛；Hse： 高絲氨酸； Thr： 蘇氨酸； Met： 甲硫氨酸； Lys：賴氨酸； AK：天門冬氨酸激酶； HSDH： 高絲氨酸脫氫酶 產(chǎn)物降解酶缺失突變株 有的代謝產(chǎn)物由于相應(yīng)降解酶的存在而在發(fā)酵液中不能穩(wěn)定存在，因此可通過(guò)誘變獲得缺乏降解產(chǎn)物的酶的菌株使發(fā)酵單位提高。要提高產(chǎn)量，最好采用抗反饋突變株。 回本章目錄 細(xì)胞透性的調(diào)節(jié) 細(xì)胞質(zhì)膜的透性直接影響物質(zhì)的吸收和代謝產(chǎn)物的分泌，從而影響到細(xì)胞內(nèi)代謝的變化。當(dāng) Y和 Z同時(shí)過(guò)量，對(duì) E1產(chǎn)生的抑制作用則超過(guò)各種末端產(chǎn)物單獨(dú)過(guò)量時(shí)的抑制的總和。只有當(dāng) Y和 Z同時(shí)過(guò)量才能完全阻止 A轉(zhuǎn)變?yōu)?B。 酶活調(diào)節(jié)的影響因素包括：底物和產(chǎn)物的性質(zhì)和濃度、壓力、 pH、離子強(qiáng)度、輔助因子以及其他酶的存在等等。 有 葡萄
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