生化工程第三章微生物的代謝調(diào)節(jié)方式及人工控制-展示頁
2025-08-01 08:22本頁面
【正文】 細(xì)胞有著一整套可塑性極強(qiáng)和極精確的代謝調(diào)節(jié)（ regulation of metabolism）系統(tǒng)，以確保上千種酶能準(zhǔn)確無誤、有條不紊和高度協(xié)調(diào)地進(jìn)行極其復(fù)雜的新陳代謝反應(yīng)。 細(xì)胞優(yōu)先合成 異化可維持更快生長的化合物 的酶。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。 ? 分解代謝 （異化作用） ? 合成代謝 （同化作用） 回本章目錄 相互關(guān)聯(lián)，相互制約。利用完后，再合成下一個(gè)酶。 ? 在發(fā)酵工業(yè)中，調(diào)節(jié)微生物生命活動的方法很多，包括生理水平、代謝途徑水平和基因調(diào)控水平上的各種調(diào)節(jié)。 成因： 細(xì)胞體積小，所處環(huán)境多變。每個(gè)細(xì)菌細(xì)胞的體積只能容納 10萬個(gè)蛋白質(zhì)分子，所以每種酶平均分配不到 100個(gè)分子。 微生物代謝調(diào)節(jié)的概念與內(nèi)涵 ? 微生物代謝調(diào)節(jié) 是指對微生物自身各種代謝途徑方向的控制和代謝反應(yīng)速度的調(diào)節(jié)。 ? 代謝反應(yīng)速度的調(diào)節(jié)是控制代謝反應(yīng)快慢，即解決代謝多少產(chǎn)物的問題。 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。 由一個(gè)關(guān)鍵酶控制的可逆反應(yīng) 同一個(gè)酶可以通過不同的輔基（或輔酶）控制代謝物的流向； 谷氨酸脫氫酶 + NADP+ 催化谷氨酸的合成 谷氨酸脫氫酶 + NAD+ 催化谷氨酸的分解 由兩種酶控制的逆單向反應(yīng) 在生物體代謝的關(guān)鍵部位的某些反應(yīng)，是由兩種不同的酶來催化的。 如： 葡萄糖 +ATP 6磷酸葡萄糖 6磷酸葡萄糖 +H2O 葡萄糖 +Pi 己糖激酶 6磷酸葡萄糖酯酶 微生物體內(nèi)利用兩種完全不同的酶，能十分精確地控制正反應(yīng)和逆反應(yīng)。 ? 組成酶 也稱為結(jié)構(gòu)酶（固有酶） ，是微生物細(xì)胞固有的酶類，其生成受菌體固有酶的合成機(jī)構(gòu)所控制 ,不依賴底物或底物結(jié)構(gòu)類似物的存在而合成的酶。 ? 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。 回本章目錄 代謝速度的調(diào)控 （ 1）酶合成的調(diào)節(jié)（粗調(diào)） 通過調(diào)節(jié)酶的合成量進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制，是基因水平上的調(diào)節(jié)，屬于粗放的調(diào)節(jié)，間接而緩慢。微生物通過誘導(dǎo)作用而產(chǎn)生的酶稱為誘導(dǎo)酶（為適應(yīng)外來底物或其結(jié)構(gòu)類似物而臨時(shí)合成的酶類）。 代謝速度的調(diào)控 （ 1）酶合成的調(diào)節(jié)（粗調(diào)） ① 酶合成的誘導(dǎo)（ induction of enzyme synthesis） 誘導(dǎo)物 (inducer)： 底物或結(jié)構(gòu)類似物，如：異丙基 βD硫代半乳糖苷（ IPTG， isopropylthiogalactoside）。 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)作用的類型： 阻遏 ： 它是阻礙 代謝過程中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的 一系列酶的合成的現(xiàn)象，從而更徹底地控制和減少末端產(chǎn)物的合成。 例如過量的 精氨酸 阻遏了參與合成精氨酸的許多酶的合成。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(shí) ,故又稱葡萄糖效應(yīng)。 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，操作基因和啟動基因。（ 編碼蛋白質(zhì)的 DNA序列 ） 啟動基因 (promoter)： 能被依賴于 DNA的 RNA聚合酶所識別的堿基順序，是 RNA聚合酶的結(jié)合部位和轉(zhuǎn)錄起點(diǎn)；（在許多情況下還包括促進(jìn)這一過程的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合位點(diǎn)。 代謝速度的調(diào)控 （ 1）酶合成的調(diào)節(jié)（粗調(diào)） （ 1）酶合成的調(diào)節(jié)（粗調(diào)） 誘導(dǎo)型操縱子：效應(yīng)物存在導(dǎo)致基因表達(dá)。 代謝速度的調(diào)控 酶的誘導(dǎo)機(jī)制： (以 ) Structure of a typical operon lac啟動基因 (lacP)、 lac操縱基因 (lacO)和三個(gè)結(jié)構(gòu)基因(lacZ、 Y、 A)所組成，三個(gè)結(jié)構(gòu)基因分別編碼 半乳糖苷酶、透過酶和轉(zhuǎn)乙酰酶。 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。 P R P O z y a 半乳
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