【正文】 絡(luò)的剛性程度最終取決于將主節(jié)點的流量分布從適于生存競爭變成適于目的產(chǎn)物形成的難易程度。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 46 代謝網(wǎng)絡(luò)中包含大量的節(jié)點，一般認為只有相當少的節(jié)點，其分流比實際上影響目的產(chǎn)物得率，這些節(jié)點稱 為主要節(jié)點 （ principal node ） 。若要提高產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率兩個節(jié)點的流量分配都必須改變，兩個節(jié)點的重要性相同。 代謝網(wǎng)絡(luò)和亞網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以抽象為兩個基本類型： 獨立型亞網(wǎng)絡(luò) 和依賴型亞網(wǎng)絡(luò) 。這種現(xiàn)象已經(jīng)被稱作 分支點效應(yīng) 。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 41 因此，雖然沒有任何已知的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑直接作用于 IL， 通過它的流量可從總量的 30% 下降到實際上的 0。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 40 若向乙酸基質(zhì)中生長的培養(yǎng)物中加入葡萄糖，不僅能使 IDH 的 vmax提高（ 葡萄糖可使 IDH 的 vmax增加 5 倍） ，同時通過檸檬酸裂合酶的碳流的相應(yīng)減少，其總結(jié)果是胞內(nèi)異檸檬酸水平降低（大約 170 倍）。L1）， IL 催化的反應(yīng)是關(guān)于異檸檬酸的一級反應(yīng)，而 IDH 則已被共同底物異檸檬酸所飽和。該分支點的一個重要特征是各自的 Km 值差別極大，異檸檬酸裂合酶（ IL） 的 Km 值是異檸檬酸脫氫酶（ IDH ） 的 75倍。 這是共價調(diào)節(jié)的一個典型例子。 當在醋酸鹽基質(zhì)上生長時，異檸檬酸脫氫酶（ IDH） 主要處于磷酸化狀態(tài)（大約 80%），在這種狀態(tài)下該酶沒有活性。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 37 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 38 上圖所示的異檸檬酸節(jié)點是一個已經(jīng)過全面研究的代謝分支點。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 36 盡管其他可能的控制結(jié)構(gòu)也可能產(chǎn)生一個剛性節(jié)點，任何此類控制的關(guān)鍵問題是，在互相競爭的分支途徑之間存在一個反饋（相互影響）機制，以維持分流比恒定的趨勢。 因此，強剛性節(jié)點的一條分支途徑的弱化可能僅僅導(dǎo)致與它競爭的分支途徑的部分弱化，以致有可能 在包含一個剛性節(jié)點的依賴型網(wǎng)絡(luò) （ dependent work ） 中實現(xiàn)產(chǎn)物得率改進。簡單地說，一條分支途徑的弱化導(dǎo)致其競爭分支途徑的弱化，結(jié)果是整個 節(jié)點崩潰（ collapse ） ， 每條分支途徑的分流比相對來說沒有改變。在這種情況下，增加P1 分支途徑的分流比就會減弱流向 P2的流量。 因此在應(yīng)用“五字策略”制訂育種的具體方案時應(yīng)盡量采用解除調(diào)節(jié)的育種手段。反饋抑制總是施加在催化途徑第一步反應(yīng)的酶上。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 33 強剛性節(jié)點是被終端產(chǎn)物激活或抑制高度調(diào)控（上圖左半部分） 。在這種情況下，完全解除從屬分支途徑的調(diào)節(jié)，也不會對流量有什么顯著的影響。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 32 弱剛性節(jié)點與撓性節(jié)點有如下不同：一條分支途徑與另一條（一些）分支途徑相比，占有明顯的優(yōu)勢。嚴格地說，如果一個節(jié)點的分流比主要取決于一條分支途徑的動力學（即構(gòu)成分支途徑的所有酶的整體響應(yīng)），這樣的節(jié)點叫做弱剛性節(jié)點。撓性節(jié)點不限制分支途徑的產(chǎn)物得率，因為無論何時只要需要，任何分支途徑的分流比都可能在 0～ 100%范圍變動，因此 撓性節(jié)點是最“ 順從”的（上圖右半部分） 。 在此類節(jié)點處的分流比容易根據(jù)細胞代謝的需求做出響應(yīng) ，即容易做出相應(yīng)的改變。剛性節(jié)點處的分流比不易發(fā)生改變，因為與節(jié)點相關(guān)的各種酶均存在 特定的動力學關(guān)系 。 這種控制往往是通過反饋控制和交叉激活兩種機制的聯(lián)合作用來實現(xiàn)的。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 28 ① 剛性節(jié)點（ rigid node）： 抵抗分流比改變的節(jié)點。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 27 S， 為底物； P， 為產(chǎn)物。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 26 微生物代謝網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點也是 代謝流的集散處 ， 微生物自動抵制節(jié)點處代謝物流量分流比的改變的特性叫做 節(jié)點的剛性 。如果處于分支點的代謝中間物在各個分支上的分流比不易改變，這樣的分支點被叫做 剛性節(jié)點（ rigid node ）； 反之，叫被叫做 撓性節(jié)點（ flexible node ） ， 介于兩者之間者則為 弱剛性節(jié)點 。雖然指向產(chǎn)品的分支途徑的酶的整體活性決定細胞機器的“生產(chǎn)力”，然而， 產(chǎn)品得率是節(jié)點處流量分流（ flux split ratio） 的函數(shù)。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 23 途徑分支點的分類 代謝網(wǎng)絡(luò)與亞網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點剛性理論與五字策 略的互補性 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 24 途徑分支點的分類 代謝網(wǎng)絡(luò)中，兩條或多條代謝途徑的 中介分支點（ intermediate branch point ） 稱為 節(jié)點 （ node） 。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 22 微生物自動抵制代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物流量分布的改變的特性叫做代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 20 剛性理論與五字 策略的互補性 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 21 代謝網(wǎng)絡(luò)剛性理論 是指有關(guān)代謝網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點剛性的理論。 2020/11/17 張星元：發(fā)酵原理 18 我們研究微生物的生命活動規(guī)律，建立工業(yè)發(fā)酵的生物學理論就是為了能在發(fā)酵工業(yè)中 引導(dǎo)微生物的代謝，使微生物的生存保障的本能與人的經(jīng)濟利益的對立在維持微生物細胞的生存 （ 高度有序的狀態(tài)） 這一點上得到統(tǒng)一， 讓用于發(fā)酵生產(chǎn)的微生物細胞在人為的特定條件下進行新陳代謝的同時，為人類生產(chǎn)指定的代謝產(chǎn)物。 在對立和統(tǒng)一的矛盾斗爭和相互轉(zhuǎn)化中，人的作用是關(guān)鍵的。 微生物的生存利益與人類的經(jīng)濟利益，也就是微生物的生命活動規(guī)律和人的意志，這兩者