【正文】 微生物的代謝調(diào)節(jié)與發(fā)酵生產(chǎn)在 細胞質(zhì) 中的合成在 細胞膜 中的合成在 細胞膜外 的合成微生物的代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)在發(fā)酵生產(chǎn)中的應用。37， 40， 41上次教學回顧? 第三節(jié) 微生物的代謝調(diào)節(jié)252。微生物次生代謝物的合成– 第四節(jié) 微生物獨特合成代謝途徑舉例252。應用甘油缺陷型菌株，就是在生物素或油酸過量的情況下，也可以獲得大量谷氨酸。利用細胞膜缺損突變株 —— 油酸缺陷型、甘油缺陷型?如 :用 Glu生產(chǎn)菌的 油酸缺陷型 ，培養(yǎng)過程中，有限制地添加油酸，合成有缺損的細胞膜，使細胞膜發(fā)生滲漏而提高 Glu產(chǎn)量。Mn2+的作用與生物素相似。?如 :1.F1）添加 前體 繞過反饋控制點：使某種代謝產(chǎn)物大量產(chǎn)生()()()2）添加 誘導劑 ：從提高誘導酶合成量來說，最好的誘導劑往往不是該酶的底物，而是 底物的衍生物 ，3）發(fā)酵與分離過程耦合：4）控制發(fā)酵的培養(yǎng)基成分：生物化學方法? 使細胞胞內(nèi)的 代謝產(chǎn)物 迅速滲出 ,解除 末端產(chǎn)物 的反饋抑制。EBgrowth） ”。最早發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌生長在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基時 ,故又稱 葡萄糖效應 。– ② 分解代謝物阻遏 （ catabolite? ★ 類型 ：– ① 末端產(chǎn)物阻遏（ endproduct– 積累反饋抑制 —— 每一分支途徑末端產(chǎn)物按一定百分比單獨抑制共同途徑中前面的酶，所以當幾種末端產(chǎn)物共同存在時它們的抑制作用是積累的，各末端產(chǎn)物之間既無協(xié)同效應，亦無拮抗作用– 順序反饋抑制 —— 一種終產(chǎn)物的積累 ,導致前一中間產(chǎn)物的積累，通過后者反饋抑制合成途徑關鍵酶的活性，使合成終止。主要表現(xiàn)在氨基酸、核苷酸合成途徑中。凡使反應速度減慢的稱 負反饋（反饋抑制） ； – 凡使反應速度加快的稱 正反饋 ； 遺傳學方法菌種： 黃色短桿菌 的抗 AHV突變株菌種： 黃色短桿菌 的甲硫氨酸 缺陷型反饋? 反饋 IMP A B CDEFGEdcCbBa? 1）應用營養(yǎng)缺陷型菌株解除正常的 反饋 調(diào)節(jié) 末端產(chǎn)物 E對生長乃是必需的，所以，應在培養(yǎng)基中限量供給 E，使之足以維持菌株生長，但又不至于造成反饋調(diào)節(jié)，這樣才能有利于菌株積累 中間產(chǎn)物 C 控制發(fā)酵條件（生物化學方法）；改變微生物遺傳特性 (遺傳學方法） ；代謝的人工調(diào)節(jié) ： 人為地打破 微生物的代謝控制體系，使代謝朝著人們希望的方向進行。 ① 粗調(diào) ：調(diào)節(jié)酶的合成量 ② 細調(diào)： 調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶分子的活性 3)通過調(diào)節(jié)產(chǎn)能代謝速率。同 核苷酸 吸收有關的酶在 G菌的 周質(zhì)區(qū) 。與 呼吸產(chǎn)能代謝 有關的酶位于 膜 上； 216。如：只有當 速效碳源 或 氮源 耗盡時，微生物才合成 遲效碳源或氮源 的運輸系統(tǒng)與分解該物質(zhì)的酶系統(tǒng)。 調(diào)節(jié) 代謝流 控制 代謝物流向 (★ )調(diào)節(jié) 細胞膜對營養(yǎng)物的透性 控制 營養(yǎng)物質(zhì)透過細胞膜 進入細胞；enzyme），在底物或其類似物存在時才合成，誘導酶的總量占細胞總蛋白含量的 10% 。解決方式 ： 組成酶 （ constitutive如何解決合成與使用效率的經(jīng)濟關系？大腸桿菌細胞中存在 2500種蛋白質(zhì)，其中 上千種 是催化正常新陳代謝的 酶 ?！?舉例：☆ 成因 : 與人類的醫(yī)藥生產(chǎn)和保健工作關系密切– 合成252。分子結(jié)構復雜、代謝途徑獨特、在生長后期合成 、產(chǎn)量較低、生理功能不很明確、 其合成一般受 質(zhì)粒 控制等– 種類252。指某些微生物生長到 穩(wěn)定期 前后，以結(jié)構簡單、代謝途徑明確、產(chǎn)量較大的 初生代謝物 作前體，通過復雜的 次生代謝途徑 所合成的各種結(jié)構復雜的化學物。 metabolites)。合成糖類，氪基酸類，普通的脂肪酸類，核酸類以及由它們形成的聚合物 (多糖類、蛋白質(zhì)類、RNA、 DNA等等 )。細菌萜醇四、微生物次生代謝物的合成? 初生代謝和初生代謝產(chǎn)物– 初生代謝 (Primary當 轉(zhuǎn)肽酶 與 青霉素 結(jié)合后，雙糖肽間的 肽橋無法交聯(lián) ，這樣的肽聚糖就缺乏應有的強度，結(jié)果形成細胞壁缺損的細胞，在不利的滲透壓環(huán)境中極易破裂死亡。?內(nèi)酰胺類抗生素 (青霉素、頭孢霉素 )– 第一步： 通過 轉(zhuǎn)糖基作用 使多糖鏈伸長 ——— 雙糖肽先是插入 細胞壁生長點 上作為 引物 的肽聚糖骨架（至少含 68個肽聚糖單體分子）中，使多糖鏈延伸一個雙糖單位；第二步： 通過 轉(zhuǎn)肽酶的 轉(zhuǎn)肽作用 使相鄰多糖鏈交聯(lián) —— 轉(zhuǎn)肽時先是 D丙氨酰 D丙氨酸間的肽鏈斷裂，釋放出一個 D丙氨酰殘基，然后倒數(shù)第二個 D丙氨酸的游離羧基與相鄰 甘氨酸五肽 的游離氨基間形成肽鍵而實現(xiàn)交聯(lián)。PPM聚糖合成處GtRNA插入至膜外肽類脂桿菌肽④ 萬古霉素5PMUDP　　　 ①UDPG PPMPPM肽聚糖單體的合成G☆ 這一階段的詳細步驟如下圖所示。☆ 這一階段中有一種稱為 細菌萜醇 的 類脂載體 參與 這是一種由 11個類異戊烯單位組成的 C35 類 異戊烯醇 。NADPN乙酰葡糖胺 1磷酸 PiNADPH CoAN乙酰胞壁酸 UDP磷酸烯醇式丙酮酸 N乙酰葡糖胺 6磷酸乙酰 CoA葡萄糖 6磷酸 轉(zhuǎn)肽作用（為青霉素所抑制）圖 536第一階段 ： 在 細胞質(zhì) 中的合成由葡萄糖合成 N乙酰葡萄糖胺 和 N乙酰胞壁酸☆☆ 自 N乙酰葡萄糖胺 1磷酸 開始，以后的 N乙酰葡萄糖胺、 N乙酰胞壁酸，以及胞壁酸五肽，都是與 糖載體 UDP結(jié)合的；２、由 N乙酰胞壁酸合成 “park”核苷酸葡萄糖 252。? 合成過程： 依發(fā)生部位分成三個階段：– 第一階段：在 細胞質(zhì)中 由葡萄糖在 糖載體 UDP（尿嘧啶二磷酸）作用下合成 “Park”核苷酸 ：– 第二階段： 在細胞膜上 由 “Park”核苷酸 與 N－乙酰葡萄糖胺 在 脂載體細菌萜醇 作用下合成 肽聚糖單體 。分解代謝和合成代謝的聯(lián)系? 第三節(jié) P148生物固氮 （ ★ ）– 固氮微生物、固氮的 生化機制 、好氧菌固氮酶 避氧害機制? 作業(yè) 微生物獨特合成代謝途徑舉例252。光能微生物的能量代謝– 循環(huán) 光合磷酸化、 非循環(huán) 光合磷酸化、嗜鹽菌紫膜的 光介導 ATP合成– 第二節(jié) 本次教學回顧及作業(yè)? 教學回顧– 第一節(jié) 豆血紅蛋白 通過氧化態(tài)（ Fe3+）和還原態(tài)（ Fe2+）間的變化可發(fā)揮 “緩沖劑 ”的作用，借以使游離 O2維持在 低而恒定 的水平上，使根瘤中的 豆血紅蛋白 結(jié)合 O2:游離氧 ≈10許多 類菌體 周膜中，維持著一個良好的 氧、氮和營養(yǎng)環(huán)境 。根瘤菌 浸入根毛后 ，會刺激內(nèi)皮層細胞分裂繁殖而迅速繁殖，最后分化形成 不能繁殖 、但有 很強固氮活性 的 類菌體 。二）固氮的生化機制? 好氧固氮菌防止氧傷害其固氮酶的機制– 3） 根瘤菌 固氮酶的抗氧保護機制252。非異形胞 藍細菌固氮酶的保護– 將 固氮作用 與 光合作用 分開，如 織線藍細菌 屬；– 在束狀群體中央失去 PS分化出特殊的還原性 異形胞– 細胞壁很厚，缺乏 PSⅡ ，而且有高 脫氫酶 和 氫化酶 活力和超氧化岐化酶 力，有阻止氧進入細胞的屏障作用。固氮酶氫化酶二）固氮的生化機制? 好氧固氮菌防止氧傷害其固氮酶的機制– 1）好氧性自生固氮的抗氧保護機制252。在有 N2時，固氮酶也只能用 75% 的［ H］去還原 N2，而將另外 25% 的［ H］以產(chǎn) H2方式浪費掉。252。分子氨再通過 P137圖 535的生化途徑與相應的 酮酸 結(jié)合，形成各種 氨基酸 ，再進一步合成 蛋白質(zhì) 和 其他成分 。252。 組分 Ⅱ MgATP復合物轉(zhuǎn)移到組分Ⅰ 的 鐵 上，由此再轉(zhuǎn)移 鉬 結(jié)合的活化 分子氮 。– 固氮階段252。它先與 ATPMg結(jié)合成變構的 組分 Ⅱ 由 NAD（ P） H＋ H＋ 提供，由低電位勢的電子載體 鐵氧還蛋白（ Fd） 和 黃素氧還蛋白（ Fld） 傳遞至固氮酶– 3）固氮酶：固二氮酶（ Fe、 Mo）＋固二氮酶還原酶 (Fe)– 4）還原底物－－－ N2– 5）鎂離子– ）嚴格的厭氧微環(huán)境二）固氮的生化機制? 固氮的生化途徑– 固氮酶的形成階段252。植物： 地衣 （ 念珠藍細菌屬、魚腥藍細菌屬 ）、 滿江紅魚腥藻? 聯(lián)合固氮菌– 必須 生活在植物根際、葉面或動物腸道等處才能進行固氮根瘤 (Nodle)的形成植物 色氨酸分泌 微生物吲哚乙酸根毛彎曲松馳變軟 根瘤菌 侵入 根毛 根瘤 形成地衣滿江紅魚腥藻二）固氮的生化機制? 生物固氮反應的 6要素– 1） ATP的供應252。厭氧 自生固氮菌：如 巴氏梭菌屬 、綠假單胞菌屬? 共生固氮菌– 必須 與它種生物 共生 在一起才能進行固氮252。好氧 自生固氮菌：如 固氮菌屬 、 念珠藍細菌屬、魚腥藍細菌屬252。其反應是一種極其溫和的生化反應，比由人發(fā)明的化學固氮作用優(yōu)越得多。只是少數(shù) 綠硫細菌 在以 H2或 H2S作電子供體時特有二、生物固氮? 概念– 是指 固氮微生物 依靠其 固氮酶系 催化大氣中的分子氮還原形成氨的過程。在一些 綠硫細菌 中進行– 羥基丙酸 途徑?；茏责B(yǎng)菌 ：硫細菌、鐵細菌、硝化細菌 等– 厭氧乙酰－ CoA途徑252。某些微生物所特有的乙 醛酸循環(huán)（乙醛酸支路 ）的關鍵中間代謝產(chǎn)物為 乙醛酸 ，第三節(jié) 　微生物獨特合成代謝? 一、自養(yǎng)微生物 CO2的固定? 二、生物固氮? 三、肽聚糖的合成? 四、微生物次生代謝物的合成一、自養(yǎng)微生物 CO2的固定? 各種自養(yǎng)微生物獲得的能量　　 CO2的固定? 至今已了解的 CO2的固定 的有 4條– Calvin（卡爾文）循環(huán)：固定 CO2的主要途徑252。與 EMP途徑和 TCA循環(huán)有關的回補順序有 10條，其中關鍵中間代謝產(chǎn)物分別為 磷酸烯醇式丙酮酸（ PEP）和 草酰乙酸。– 不同的微生物種類或同種微生物在 不同的碳源 下，有不同的代謝物回補順序。252。第二節(jié)分解代謝與合成代謝的聯(lián)系? 二、代謝物回補途徑– 又稱 代謝物補償途徑 或 添補途徑 。在分解代謝與合成代謝途徑的相應代謝