【正文】 末端產(chǎn)物控制分支點(diǎn)后的第一個(gè)酶，同時(shí)每個(gè)末端產(chǎn)物又對(duì)整個(gè)途徑的第一個(gè)酶有部分的抑制作用，分支代謝的反饋調(diào)節(jié)方式有多種 : ?順序反饋抑制（ sequential feedback inhibition） ?同工酶的反饋抑制（ isoenzyme feedback inhibition） ?協(xié)同反饋抑制（ concerted feedback inhibition） ?累積反饋抑制（ cumulative feedback inhibition） ?超相加反饋抑制（ cooperative feedback inhibition） 酶活性的調(diào)節(jié) （ 1）順序反饋抑制sequential feedback inhibition ?分支代謝途徑中的兩個(gè)末端產(chǎn)物，不能直接抑制途徑中的第一個(gè)酶，只有當(dāng)兩個(gè)末端產(chǎn)物都過量時(shí)，才能對(duì)途徑中的第一個(gè)酶有抑制作用 。 酶活性的調(diào)節(jié) ? 例如，枯草桿菌在芳香族氨基酸合成中，色氨酸 (Try)抑制鄰氨基苯甲酸合成酶 (AS)，苯丙氨酸 (Phe)抑制預(yù)苯酸脫水酶 (PT)，酪氨酸(Tyr)抑制預(yù)苯酸脫氫酶 (PD)，預(yù)苯酸和分支酸又部分地抑制 7磷酸 2酮 3脫氧庚糖酸合成酶 (DS)。 PEP：磷酸烯醇丙酮酸； E4P： 4磷酸赤蘚糖； DAHP： 7磷酸 2酮 3脫氧庚糖酸； CA：分支酸； Per：預(yù)苯酸； AA：鄰氨基苯甲酸； HPPA：對(duì)羥基苯丙酮酸； PPA：苯丙酮酸； Tyr：酪氨酸； Try：色氨酸； Phe：苯丙氨酸； I： 7磷酸 2酮 3脫氧庚糖酸合成酶； II：鄰氨基苯甲酸合成酶； III：分支酸變位酶； IV：預(yù)苯酸脫氫酶； V：預(yù)苯酸脫水酶 預(yù)苯酸脫氫酶 預(yù)苯酸脫水酶 鄰氨基苯甲酸合成酶 7磷酸 2酮 3脫氧庚糖酸合成酶 （ 2）同工酶的反饋抑制isoenzyme feedback inhibition ?同功酶是指能催化同一生化反應(yīng)，但它們的結(jié)構(gòu)稍有不同，可分別被相應(yīng)的末端產(chǎn)物抑制的一類酶。其特點(diǎn)是：途徑中第一個(gè)反應(yīng)被兩個(gè)不同的酶所催化，一個(gè)酶被 H抑制，另一個(gè)酶被 G抑制。只有當(dāng) H和 G同時(shí)過量才能完全阻止 A轉(zhuǎn)變?yōu)?B。 ? 例如，大腸桿菌以天門冬氨酸為前體合成蘇氨酸 (Thr)、異亮氨酸 (Ileu)、甲硫氨酸 (Met)和賴氨酸(Lys)的代謝途徑中有三種天門冬氨酸激酶的同功酶 (AKI、 AKII和 AKIII)和兩種高絲氨酸脫氫酶的同功酶 (HSDHI和 HSDHII)。其中 AKI和 HSDHI受到蘇氨酸、異亮氨酸的反饋抑制和阻遏， AKII和HSDHII受甲硫氨酸的反饋抑制和阻遏； AKIII受賴氨酸的反饋抑制和阻遏。 （ 3）協(xié)同反饋抑制 concerted feedback inhibition ?在分支代謝系統(tǒng)中，幾種末端產(chǎn)物同時(shí)都過量，才對(duì)途徑中的第一個(gè)酶具有抑制作用，如果末端產(chǎn)物單獨(dú)過量則對(duì)途徑中的第一個(gè)酶無抑制作用 。 ? 例如，莢膜紅假單胞菌中天門冬氨酸族氨基酸生物合成途徑中，天門冬氨酸激酶 (AK)是受末端產(chǎn)物賴氨酸和蘇氨酸的協(xié)同反饋抑制 。 （ 4）累積反饋抑制 cumulative feedback inhibition ?在分支代謝途徑中各種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量時(shí)，它們各自能對(duì)途徑中的第一個(gè)反應(yīng)的酶僅產(chǎn)生較小的抑制作用。一種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量并不影響其它末端產(chǎn)物的形成，只有當(dāng)幾種末端產(chǎn)物同時(shí)過量時(shí)，才對(duì)途徑中的第一個(gè)酶產(chǎn)生較大的抑制。 酶活性的調(diào)節(jié) ? 例如，大腸桿菌谷氨酰胺合成酶 (GS)活性的調(diào)節(jié)是一個(gè)典型的累積反饋調(diào)節(jié)的例子。谷氨酰胺由谷氨酸、銨和 ATP合成。谷氨酰胺中的酰胺基是色氨酸、組氨酸、氨基甲酰磷酸、 6磷酸葡萄糖胺、 CTP、 AMP、 GMP等化合物生物合成過程中的末端產(chǎn)物。谷氨酰胺合成酶被谷氨酰胺代謝的每種末端產(chǎn)物以及丙氨酸和甘氨酸所累積抑制。谷氨酰胺合成酶對(duì)這些抑制物中的每一種末端產(chǎn)物均有特異的結(jié)合部位。當(dāng)上述 8種末端產(chǎn)物同時(shí)過量都與酶結(jié)合時(shí)，谷氨酰胺合成酶的活性將受到最大的抑制。 （ 5）超相加反饋抑制cooperative feedback inhibition ?超相加反饋抑制是一種既不同于協(xié)同反饋抑制又不同于累積反饋抑制。對(duì)一個(gè)分支代謝途徑中，幾種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量時(shí)，僅產(chǎn)生對(duì)共同途徑的第一個(gè)酶部分的抑制。如果每種末端產(chǎn)物都過量時(shí)，其抑制作用則超過各種末端產(chǎn)物單獨(dú)過量時(shí)抑制的總和。 酶活性的調(diào)節(jié) ? 例如，在嘌呤核苷酸的生物合成途徑中，催化第一步反應(yīng)的酶， 5磷酸核糖1焦磷酸 (PRPP)的酰胺基轉(zhuǎn)移酶，可被各種嘌呤核苷酸產(chǎn)物 (如 AMP、 GMP)所抑制。例如，一定量的 GMP或 AMP僅能抑制 5磷酸核糖 1焦磷酸酰胺基轉(zhuǎn)移酶活力的 10％，而當(dāng)二者混合時(shí)，則可抑制其酶活力的 50％。因?yàn)檫@些嘌呤核苷酸與 5磷酸核糖 1焦磷酸并無結(jié)構(gòu)相似性，又因該酶是一種調(diào)節(jié)酶， GMP和 AMP可能分別結(jié)合在該酶的不同部位上 。 5，酶活性調(diào)節(jié)的分子機(jī)制 ?解釋酶活性調(diào)節(jié)機(jī)制的理論： ?別構(gòu)調(diào)節(jié)理論(其核心是酶分子構(gòu)象的改變 ) ?酶分子的化學(xué)修飾理論 (其核心是酶分子結(jié)構(gòu)的改變 )。 酶活性的調(diào)節(jié) 四、初級(jí)代謝的調(diào)節(jié) Regulation of Primary Metabolism ?產(chǎn)能代謝的調(diào)節(jié)：能荷調(diào)節(jié) (Energy Charge Regulation) ?核蛋白體合成的調(diào)節(jié)（ Regulation of Ribosome Synthesis） ?氨基酸、核苷酸合成代謝的調(diào)節(jié)（ Regulation of amino acids and nucleotide metabolism） 能荷調(diào)節(jié) (Energy Charge Regulation) ? 能荷 ：即指細(xì)胞中 ATP、 ADP、 AMP系統(tǒng)中可為代謝反應(yīng)供能的高能磷酸鍵的量度 ? 能荷的大小與細(xì)胞中 ATP、 ADP和 AMP的相對(duì)含量有關(guān)。當(dāng)細(xì)胞中全部腺苷酸均以 ATP形式存在時(shí)，則能荷最大，為 100%，即能荷為滿載。當(dāng)全部以 AMP形式存在時(shí)，則能荷最小，為零。當(dāng)全部以 ADP形式存在時(shí)，能荷居中，為 50%。若三者并存時(shí)，能荷則隨三者含量的比例不同而表現(xiàn)不同的百分值 。 %1 00][][][ ][2/1][ ??? ?? A M PA D PA TP A D PA TP能荷能荷調(diào)節(jié) (Energy Charge Regulation) ? 研究證明 ， 細(xì)胞中能荷高時(shí) ， 抑制了 ATP的生成 ， 但促進(jìn)了 ATP的利用 ， 也就是說 ， 高能荷可促進(jìn)分解代謝 ， 并抑制合成代謝 。 相反 ， 低能荷則促進(jìn)合成代謝 ， 抑制分解代謝 。 ? 能荷調(diào)節(jié)是通過 ATP、 ADP和 AMP分子對(duì)某些酶分子進(jìn)行變構(gòu)調(diào)節(jié)進(jìn)行的。例如糖酵解中，磷酸果糖激酶是一個(gè)關(guān)鍵酶，它受 ATP的強(qiáng)烈抑制，但受 ADP和AMP促進(jìn)。丙酮酸激酶也是如此。在三羧酸環(huán)中，丙酮酸脫氫酶、檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶和α酮戊二酸脫氫酶等，都受 ATP的抑制和 ADP的促進(jìn)。呼吸鏈的氧化磷酸化速度同樣受 ATP抑制和 ADP促進(jìn)。 五、次級(jí)代謝的調(diào)節(jié) Regulation of Secondary Metabolism ?初級(jí)代謝對(duì)次級(jí)代謝的調(diào)節(jié) ?碳代謝物的調(diào)節(jié)作用 ?氮代謝物的調(diào)節(jié)作用 ?磷酸鹽的調(diào)節(jié)作用 ?次級(jí)代謝中的誘導(dǎo)作用及產(chǎn)物的反饋?zhàn)饔? ?次級(jí)代謝中細(xì)胞膜透性調(diào)節(jié) 初級(jí)代謝對(duì)次級(jí)代謝的調(diào)節(jié) ? 許多次級(jí)代謝產(chǎn)物的基本結(jié)構(gòu)是由少數(shù)幾種初級(jí)代謝產(chǎn)物構(gòu)成的 ， 所以次級(jí)代謝產(chǎn)物是以初級(jí)代謝產(chǎn)物為母體衍生出來的 ， 次級(jí)代謝途徑并不是獨(dú)立的 ， 而是與初級(jí)代謝途徑有密切關(guān)系的 。因此次級(jí)代謝必然會(huì)受到初級(jí)代謝的調(diào)節(jié) 。 碳源代謝產(chǎn)物的調(diào)節(jié) ? 碳分解代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)指能迅速被利用的碳源 (葡萄糖 )或其分解代謝產(chǎn)物，對(duì)其他代謝中的酶 (包括分解酶和合成酶 )的調(diào)節(jié)。分為分解產(chǎn)物阻遏和抑制兩種。 ? 葡萄糖是菌體生長(zhǎng)良好的碳源和能源，但對(duì)青霉素、頭孢菌素、卡那霉素、新霉素、絲裂霉素等都有明顯降低產(chǎn)量的作用。 氮代謝物的調(diào)節(jié)作用 ? 在次級(jí)代謝中，氮分解代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)，即被迅速利用的氮源 (氨 )抑制作用于含底物的酶(蛋白酶、硝酸鹽還原酶、酰胺酶、脲酶、組氨酸酶 )的合成。在次級(jí)代謝中，其阻遏作用也確實(shí)存在。在抗生素生產(chǎn)中使用黃豆餅粉就是由于它緩慢分解成有阻遏作用的氨基酸和氨，防止或減弱氮分解代謝產(chǎn)物阻遏作用的結(jié)果 。 磷酸鹽的調(diào)節(jié) ? 磷酸鹽不僅是菌體生長(zhǎng)的主要限制性營(yíng)養(yǎng)成分 ， 還是調(diào)節(jié)抗生素生物合成的重要參數(shù) 。其機(jī)制按效應(yīng)劑說有直接作用 ， 即磷酸鹽自身影響抗生素合成 ， 和間接作用 ， 即磷酸鹽調(diào)節(jié)胞內(nèi)其他效應(yīng)劑 (如 ATP、 腺苷酸能量負(fù)荷和 cAMP)， 進(jìn)而影響抗生素合成 。 ? 已發(fā)現(xiàn)過量磷酸鹽對(duì)四環(huán)素 、 氨基糖苷類和多烯大環(huán)內(nèi)酯等 32種抗生素的合成產(chǎn)生阻抑作用 。 細(xì)胞膜透性的調(diào)節(jié) ? 外界物質(zhì)的吸收或代謝產(chǎn)物的分泌都需經(jīng)細(xì)胞膜的運(yùn)輸 ， 如發(fā)生障礙 ， 則胞內(nèi)合成代謝物不能分泌出來 ， 影響發(fā)酵產(chǎn)物收獲 ， 或胞外營(yíng)養(yǎng)物不能進(jìn)入胞內(nèi) ， 也影響產(chǎn)物合成 ， 使產(chǎn)量下降 。 ? 如在青霉素發(fā)酵中 ， 產(chǎn)生菌細(xì)胞膜輸入硫化物能力的大小影響青霉素發(fā)酵單位的高低 。 如果輸入硫化物能力增加 ， 硫源供應(yīng)充足 ， 合成青霉素的量就增多 。 第六節(jié) 微生物代謝產(chǎn)物的過量產(chǎn)生 ? 提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 ? 提高次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 ? 高濃度微生物的培養(yǎng) 一、提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 1，使用誘導(dǎo)物 ? 水解酶類大都屬誘導(dǎo)酶類，因此向培養(yǎng)基中加入誘導(dǎo)物就會(huì)增加胞外酶的產(chǎn)量。如加入槐糖 (1， 2βD葡二糖 )誘導(dǎo)木霉菌的纖維素酶的生成，木糖誘導(dǎo)半纖維素酶和葡萄糖異構(gòu)酶的生成等。 ? 誘導(dǎo)物的濃度過高及能被迅速利用時(shí)，會(huì)發(fā)生酶合成的阻遏，這在纖維二糖對(duì)纖維素酶的產(chǎn)生，木二糖對(duì)半纖維素酶產(chǎn)生中都己觀察到，這也是使用誘導(dǎo)物時(shí)應(yīng)予注意的。 2，除去誘導(dǎo)物 ——選育組成型產(chǎn)生菌 ? 在發(fā)酵工業(yè)中，要選擇到一種廉價(jià)、高效的誘導(dǎo)物是不容易的，分批限量加入誘導(dǎo)物在工藝上也多不便，更為有效的方法是改變菌株的遺傳特性，除去對(duì)誘導(dǎo)物的需要，即選育組成型突變株。 ? 通過誘變處理，使調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變，不產(chǎn)生有活性的阻遏蛋白，或者操縱基因發(fā)生突變不再能與阻遏物相結(jié)合，都可達(dá)到此目的。 提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 ? 設(shè)計(jì)選育組成型突變株的方法的原則是創(chuàng)造一種利于組成型菌株生長(zhǎng)而不利于誘導(dǎo)型菌株生長(zhǎng)的培養(yǎng)條件，造成對(duì)組成型的選擇優(yōu)勢(shì)以及適當(dāng)?shù)淖R(shí)別兩類菌落的方法，從而把產(chǎn)生的組成型突變株選擇出來。 – 連續(xù)培養(yǎng)法 – 交替培養(yǎng)法 ? 在平板上識(shí)別組成型突變株的方法：透明圈、變色圈。 如甘油培養(yǎng)基平板上培養(yǎng)大腸桿菌時(shí)，誘導(dǎo)型菌株不產(chǎn)酶，組成型菌株可產(chǎn)生半乳糖苷酶。菌落長(zhǎng)出后噴布鄰硝基苯半乳糖苷，組成型菌株的菌落由于能水解它而呈現(xiàn)硝基苯的黃色，誘導(dǎo)型則無顏色變化。 提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 3，降低分解代謝產(chǎn)物濃度，減少阻遏的發(fā)生 ? 高分子的多糖類、蛋白質(zhì)等的分解代謝產(chǎn)物(如能被迅速利用的單糖、氨基酸以及脂肪酸、磷酸鹽等 )都會(huì)阻遏分解其聚合物的水解酶類的生成。因此用限量流加這類物質(zhì)或改用難以被水解的底物的方法，都可減少阻遏作用的發(fā)生，而獲得較高的酶產(chǎn)量。 提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 4，解除分解代謝阻遏 ——篩選抗分解代謝阻遏突變株 ? 從遺傳學(xué)角度來考慮，如調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變，使產(chǎn)生的阻遏蛋白失活；不能與末端分解代謝產(chǎn)物結(jié)合，或操縱基因發(fā)生突變使阻遏蛋白不能與其結(jié)合，都能獲得抗分解代謝阻遏的突變株。前者為隱性突變，后者為顯性突變，都能由此導(dǎo)致酶的過量產(chǎn)生。 提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 ? 可以直接以末端代謝產(chǎn)物為底物來篩選抗阻遏突變株，如以葡萄糖、甘油為碳源篩選纖維系酶抗阻遏突變株。 ? 更多地是利用選育結(jié)構(gòu)類似物抗性菌株的方法。選育結(jié)構(gòu)類似物抗性菌株的方法所依據(jù)的機(jī)制是：結(jié)構(gòu)類似物由于在分子結(jié)構(gòu)上與分解代謝的未端產(chǎn)物相類似，因此、它也能與阻遏蛋白相結(jié)合，如調(diào)節(jié)基因發(fā)生突變而使阻遏蛋白不能與結(jié)構(gòu)類似物結(jié)合，即出現(xiàn)抗性菌株。由于分子結(jié)構(gòu)上的類似，這種抗性菌株產(chǎn)生的阻遏蛋白也不能與正常的分解代謝產(chǎn)物相結(jié)合，即同時(shí)也具有對(duì)相應(yīng)的分解代謝產(chǎn)物阻遏作用的抗性，而能導(dǎo)致相應(yīng)酶類的過量生產(chǎn)。 提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 結(jié)構(gòu)類似物及代謝末端產(chǎn)物 提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 5，解除反饋抑制 ——篩選抗反饋抑制突變株 ? 選育對(duì)末端產(chǎn)物有抗性的突變株 –如天冬氨酸激酶是賴氨酸生物合成途徑中的調(diào)節(jié)酶，由黃色短桿菌分離到對(duì)賴氨酸的類似物 (2氨基半胱氨酸 )有抗性的突變株，它對(duì)天冬氨酸激酶的反饋抑制不敏感，賴氨酸的產(chǎn)量可達(dá) 57mg／ m1。 ? 選育營(yíng)養(yǎng)缺陷型 –