微生物代謝調(diào)節(jié)ppt課件(參考版)
2025-05-15 02:26本頁面
【正文】 ? 酶活性調(diào)節(jié)的機(jī)制有哪些？ ? 簡(jiǎn)述酶活性調(diào)節(jié)的變構(gòu)控制機(jī)制。 微生物代謝的人工控制 ? 目的 ?最大限度積累對(duì)人類有用的代謝產(chǎn)物 ? 措施 ?改變微生物遺傳特性 ?控制生產(chǎn)過程種各種條件 ? 實(shí)例 ?人工控制黃色短桿菌的代謝過程生產(chǎn)賴氨酸； ?人工控制谷氨酸棒狀桿菌生產(chǎn)谷氨酸。 逆代謝工程應(yīng)用例子： ? 研究發(fā)現(xiàn)，專性需氧菌透明顫菌在限氧條件下合成大量血紅素輔因子，此表型性質(zhì)表明，合成血紅蛋白可能是透明顫菌在限氧條件下提高代謝和生長(zhǎng)的一種 “ 基因策略 ” ，該血紅蛋白的基因是此表型的決定基因。 ? 20世紀(jì) 80年代末興起的逆代謝工程另辟溪徑，從研究限制生物活性的主要因素入手，鑒別所希望得到的表型，并確定該表型的決定基因，然后利用基因重組技術(shù)將該基因克隆到宿主菌中，使宿主菌得到所希望的表型。 . 逆代謝工程 ? 傳統(tǒng)的代謝工程以代謝網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)，代謝分析和代謝改造為主要手段。采用基因工程方法已成功地將枯草桿菌乙酰乳酸合成酶基因轉(zhuǎn)移到 E. coli 中，從而改變了糖代謝流方向，使乙酸濃度降低到了對(duì)細(xì)胞產(chǎn)生毒害的臨界水平之下。采用基因工程手段也成功地使丙酮酸激酶基因失活，降低了磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)向丙酮酸的轉(zhuǎn)變，為 DAHP的合成提供了更多的原料。 代謝工程在微生物領(lǐng)域中的應(yīng)用： 苯丙氨酸 (Phe)在食品和醫(yī)藥領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用，其主要是通過發(fā)酵生產(chǎn)。常用的手段有： a、轉(zhuǎn)移代謝途徑，即將多個(gè)特定代謝途徑中的相關(guān)基因 (簇 )轉(zhuǎn)移到無這些基因的菌株 (或植物細(xì)胞等 )中，從而達(dá)到使其能合成新的目標(biāo)產(chǎn)物的目的； b、將無關(guān)的代謝途徑相連，形成新的代謝途徑，從而合成新的目標(biāo)產(chǎn)物。 通過基因工程手段引入外源基因 (簇 )等，使原有代謝途徑進(jìn)一步向前或向后延伸，從而可利用新的原料用于合成目標(biāo)產(chǎn)物或產(chǎn)生新的末端代謝產(chǎn)物。 a 、增強(qiáng)催化限速反應(yīng)的酶的表達(dá)量或活性，從而提高代謝流； b、在有競(jìng)爭(zhēng)途徑 (如分支代謝途徑 ) 存在時(shí)，阻斷有害的或無關(guān)的競(jìng)爭(zhēng)代謝途徑代謝產(chǎn)物的合成，從而達(dá)到改變代謝流，提高目標(biāo)產(chǎn)物產(chǎn)量的目的。 與早期的觀點(diǎn)不同，代謝控制分析認(rèn)為 真正速率限制酶是不存在 的。 ? 物流求和理論 (flux summation theory)是指如果將一代謝系統(tǒng)中的某一物流的所有酶的物流控制系數(shù)加在一起，其和為 1。節(jié)點(diǎn)分為柔性、剛性及半柔性節(jié)點(diǎn)三類，一般地，柔性及半柔性節(jié)點(diǎn)是代謝工程設(shè)計(jì)的主要對(duì)象，節(jié)點(diǎn)的剛性程度必須在代謝改造策略之前進(jìn)行分析判斷。代謝物流分析的目標(biāo)是使盡可能多的碳從基質(zhì)留向代謝產(chǎn)物。 ? 物流 (通量 )(flux)是指物質(zhì)或信息通過途徑被加工的速率，它與個(gè)別反應(yīng)速率不同。同時(shí)和協(xié)調(diào)地超表達(dá)途經(jīng)中的大多數(shù)酶，原則上可大大提高代謝物流而不至于改變各代謝物的濃度。 想通過單個(gè)酶的超表達(dá)來提高代謝途徑的物流是行不通的，除非此酶具有高的物流控制系數(shù)。各種代謝都不是孤立地進(jìn)行的，而是相互作用、相互轉(zhuǎn)化、相互制約的一套完整、統(tǒng)一、靈敏的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 代謝網(wǎng)絡(luò)理論把細(xì)胞的生化反應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)整體，而不是孤立地來考慮。從 20世紀(jì) 70年代開始興起，代謝工程至今已有 30年的發(fā)展歷史。將分析方法運(yùn)用于物流的定量化，用分子生物技術(shù)來控制物流以實(shí)現(xiàn)所需的遺傳改造是代謝工程的要素。在青霉素、四環(huán)素等的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，控制菌體的比生長(zhǎng)速率，能提高發(fā)酵水平。 青霉素 生長(zhǎng) 葡萄糖 乳糖 時(shí)間 早期高濃度的葡萄糖尿病抑制青霉素的產(chǎn)生,只有當(dāng)葡萄糖尿病低于一定濃度時(shí)青霉素才開始形成 . 氮分解產(chǎn)物的調(diào)節(jié)作用 ? 能夠快速利用的氮源如銨鹽、硝酸鹽、某些氨基酸，對(duì)許多種次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成有較強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，比如青霉素、頭孢霉素等等，產(chǎn)黃青霉菌只有在低濃度 NH4+下，才能獲得合成青霉素的最高產(chǎn)量。 . ATP的調(diào)節(jié)作用 (能荷調(diào)節(jié) ) ? 胞內(nèi)能量水平對(duì)調(diào)節(jié)次級(jí)代謝起重要作用 ? 能量供應(yīng)不足是啟動(dòng)寡聚酮化合物合成的關(guān)鍵因素 ? ATP濃度的降低與 ATP二磷酸酯酶活性的增加有關(guān) ? ATP對(duì)初級(jí)代謝產(chǎn)物的某些酶有變構(gòu)抑制作用 ? 如金霉素的高產(chǎn)菌株的腺苷酸的合成能力低，故其能量代謝活性較低，在金霉素合成期高產(chǎn)菌株胞內(nèi) ATP濃度比低產(chǎn)菌株的低許多。 (1) 次級(jí)代謝產(chǎn)物的自身反饋?zhàn)瓒? 芳胺合成酶 (2)前體物質(zhì)的自身反饋抑制 : 纈氨酸是合成青霉素的前體物質(zhì)，它能自身反饋抑制合成途徑中的第一個(gè)酶乙酰羥酸合成酶的活性，從而影響青霉素的合成。抑制抗生素自身合成所需要的抗生素濃度與產(chǎn)生菌的生產(chǎn)能力呈正相關(guān)性。 4. 前體添加的策略 ?外源前體在發(fā)酵液中濃度過高會(huì)使菌體中毒 ,濃度過低也不利于次生代
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