微生物代谢途径的调节方式模式
生物发酵工程中的微生物代谢调控
生物发酵工程中的微生物代谢调控生物发酵工程是一门应用广泛的学科，其涉及微生物、生物化学、传热传质等多个学科的知识，旨在利用微生物在发酵过程中生成的代谢产物来满足人们的生产和生活需求。
而在微生物代谢过程中，如何通过调控其代谢途径，实现目标产物的高效合成、减少代谢的损耗，成为了生物发酵工程中的一个重要研究方向。
微生物代谢调控的意义微生物代谢调控是指通过改变微生物生长条件和代谢途径，来调整其代谢产物合成量和比例的过程。
在工业生产中，通过微生物发酵生产大量特定代谢产物是一种非常经济、环保的加工方式，但是微生物产生的代谢产物存在很大的不确定性。
因此，通过对微生物代谢途径的调控，可以使目标产物的产量和比例得到控制，从而提高产量，减少生产成本，并且提高产物的纯度和质量。
微生物代谢途径及其调控微生物代谢途径是指微生物在生物体内通过多种化学反应途径来完成与生长、繁殖相关的代谢活动。
其中包括代谢途径的产物合成、产物分解以及代谢的能量转换等步骤。
微生物代谢调控的目的就是通过改变这些代谢途径的流量和平衡，来调整微生物产物的合成量和比例，从而达到优化目标的效果。
代表微生物代谢调控方法有以下两种：1.正向调控正向调控是指通过增加代谢途径的流量和互动，来加强目标代谢产物的合成，从而提高产量。
这种调控方法常见于工业生产中，例如酿造啤酒时，生产者为了增加酒的口感和香味，会加入辅酶、氨基酸、谷氨酸等化合物来促进酵母细胞的代谢，从而促进目标产物的生成。
2.反向调控反向调控是指通过成分的增减或运输网络的改变来降低目标代谢产物的合成，从而对微生物代谢路线进行限制。
这种方法经常用于通过发酵生成的副产物的控制。
例如，在环境中限制糖分含量、压制某些酶或基因，以限制微生物代谢途径中产生某些不必要的代谢产物的方法。
代表性工程案例在实践中，通过微生物代谢调控技术，目标代谢产物的生产得以实现。
以下列举一些代表性的工程案例：1.习得味道细节啤酒发酵后的酿造品质是由微生物代谢途径的复杂模式决定的。
第五章 微生物工程的代谢调节和代谢工程
二、酶活性的调节
代谢调节是指在代谢途径水平上酶活性 和酶合成的调节。 酶活性调节： 激活剂→酶激活作用； 抑制剂→酶抑制作用； 可以是外源物，也可是自身代谢物。
1、酶激活作用与抑制作用
微生物代谢中，普遍存在酶既有激活作 用又有抑制作用的现象。 如：天门冬氨酸转氨甲酰酶受ATP激活， 受CTP抑制（终产物）。 大肠杆菌糖代谢过程中，许多酶都有 激活剂和抑制剂（表5-1）。共同控制糖 代谢。
酶的共价修饰。
生产目的：高浓度地积累人们所期望的产物。 办法：①育种，得到根本改变代谢的基因突变株；
②控制微生物培养条件，影响其代谢过程。 代谢工程：利用基因工程技术，扩展和构建、连接，形 成新的代谢流。（也称途径工程）
一、微生物的代谢类型和自我调节
1.代谢类型：分解代谢和合成代谢。 相互关联，相互制约。 细胞优先合成异化可维持更快生长的化合物 的酶。利用完后，再合成下一个酶。 2.微生物自我调节部位： ①细胞膜的屏障作用（多数亲水分子）和通道； ②控制通量，调节酶量和改变酶分子活性； ③限制基质的有形接近，可存在于不同细胞 器各个代谢库中，其酶量差别大。
价连接物（腺苷酰基）。
五、能荷调节
细胞的能荷计算式：
[ATP]+1/2[ADP] 能荷=—————————— [ATP]+ [ADP]+[AMP]
能荷高时，ATP的酶合成系统受抑制， ATP消耗酶系统被活化。 呈抑制与活化的中间状态的能荷大约是 0.85，此时两种酶系统达到平衡。
六、代谢调控
根据代谢调节理论,通过改变发酵工艺条 件(温度、PH、风量、培养基组成)和菌 种遗传特性，达到改变菌体内的代谢平 衡，过量产生所需产物的目的。 1.发酵条件的控制 2.改变细胞透性 3.菌种遗传特性的改变
微生物初级代谢产物的代谢调控
在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂，为了避免在一个分支上的产物过多时不致同时影响另一分支上产物的供应，微生物发展出多种调节方式。主要有：同功酶的调节， 顺序反馈，协同反馈，积累反馈调节等。
(1)直线式代谢途径中的反馈抑制
苏氨酸
苏氨酸脱氨酶
α-酮丁酸
异亮氨酸
▼ 协同反馈抑制
分支代谢途径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式(一个也不能少)。 如天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制和阻遏。
▼ 合作反馈抑制
两种末端产物同时存在时，共同的反馈抑制作用大于二者单独作用之和。 如嘌呤核苷酸的合成，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP （和IMP）的合作反馈抑制，二者共同存在时，可以完全抑制该酶的活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性的70%和10%。
诱导作用的类型：协同诱导和顺序诱导
顺序诱导
指先合成分解底物的酶，再依次合成分解各中间产物的酶，达到对复杂代谢途径的分段调节。
协同诱导
指一种底物能同时诱导几种酶的合成。如将乳糖加入到E.coli培养基中，细胞同时合成β-半乳糖苷透过酶、β-半乳糖苷酶和半乳糖苷转乙酰酶 。
阻遏调节（repression）
▼ 代谢互锁
一种氨基酸的合成受到另一种完全无关的氨基酸的控制，而且只有当该氨基酸浓度大大高于生理浓度时才能显示抑制作用.
如赖氨酸的生物合成与亮氨酸的生物合成之间存在着代谢互锁
▼优先合成
在分支合成途径中，分支点后的两种酶竞争同一种底物，如AMP与GMP，Thr与Lys、Met，由于两种酶对底物的Km值（即对底物的亲和力）不同，故两条支路的一条优先合成。
3.2.2 酶活力调节的机制—变构酶理论
微生物工程--5--代谢调节和工程
微生物工程--5--代谢调节和工程∙代谢类型：分解代谢和合成代谢⌝代谢调节(regulation ofmetablism）是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用,即自我调节。
∙微生物代谢的控制是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。
∙代谢调节的方式∙ 1.细胞透性的调节：细胞质膜的透性直接影响物质的吸收和代谢产物的分泌，从而影响到细胞内代谢的变化。
⌝细胞质膜的透性的调节是微生物代谢调节的重要方式，由它控制着营养物质的吸收和产物分泌。
∙ 2.代谢途径区域化:原核微生物细胞结构虽然简单，但也划分出不同的区域，对于某一代谢途径有关的酶系则集中某一区域，以保证这一代谢途径的酶促反应顺利进行，避免了其他途径的干扰。
∙ 3.代谢流向的调控:微生物在不同条件下可以通过控制各代谢途径中某个酶促反应的速率来控制代谢物的流向，从而保持机体代谢的平衡。
它包括两种形式ϖ由一个关键酶控制的可逆反应由两种酶控制的逆单向反应∙ 4.代谢速度的调控：在不可逆反应中，微生物通过调节酶的活性和酶量来控制代谢物的流量。
⌝微生物在不同条件下能按照需要，通过激活或抑制原有酶的活性或通过诱导或阻遏酶的合成来自我调节其代谢速度，使之高度经济有效地利用能量和原料进行生长繁殖。
∙酶合成的调节：概念：⌝酶活性调节是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。
影响因素：底物和产物的性质和浓度，环境因子(如压力、p H、离子强度和辅助因子等) 调节方式：激活已有酶的活性，抑制已有酶的活性∙（一）激活：在激活剂的作用下，使原来无活性的酶变成有活性，或使原来活性低的酶提高了活性的现象。
⌝代谢调节的激活作用：主要是指代谢物对酶的激活。
ϖ前（体）馈激活，指代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。
ϖ代谢中间产物的反馈激活，指代谢中间产物对该代谢途径的前面的酶起激活作用∙（二）抑制：由于某些物质的存在，降低酶活性的现象。
微生物的代谢可以通过什么方式调节
微生物的代谢可以通过什么方式调节引言：微生物是一类微小的生物体，包括细菌、真菌、病毒等。
微生物的代谢是指微生物体内化学过程的总和，包括营养物质的摄取、分解、合成和转化等。
微生物的代谢方式的调节对于微生物的生长、繁殖以及产生有用的代谢产物具有重要意义。
本文将介绍微生物代谢调节的几种方式。
概述：微生物的代谢调节可以通过包括基因表达调控、信号传导、环境响应、代谢产物反馈调控以及细胞内能量平衡等多种方式来实现。
这些调控方式可以使微生物根据外界环境的变化，调整代谢途径，以适应不同的生存条件。
正文：一、基因表达调控1. 转录调控：微生物的代谢调节最基本的方式是通过转录调控。
微生物通过启动子区域的结构特征和转录因子的结合来调控基因的转录，从而调节酶的合成。
例如，当微生物需要产生某种特定酶时，相关的转录因子被激活并与启动子结合，启动基因的转录。
2. 翻译调控：除了通过转录调控来调节基因的表达外，微生物还可以通过翻译调控来影响蛋白质的合成水平。
这可以通过调控转录后修饰、mRNA稳定性和翻译效率等途径实现。
二、信号传导1. 孤立态信号传导：微生物可以通过发送和接收特定的信号分子来进行细胞间的通信。
这些信号分子可以是激素、激活因子或抑制因子等，它们通过特定的信号传导通路传递信号，从而调节代谢途径的活性。
2. 确定信号：微生物还可以通过环境感知来进行代谢调节。
例如，当微生物感知到特定的环境因素，如温度、pH值、氧气浓度等发生变化时，它们可以通过转导途径来调整代谢途径以适应外界环境的改变。
三、环境响应1. 高温应激响应：高温是微生物生长和代谢的重要限制因素之一。
为了适应高温环境，微生物可以通过调节热休克蛋白表达、膜脂组分改变以及调节酶的热稳定性等途径来进行代谢调节。
2. 氧气响应：氧气是微生物代谢的重要底物和能量供应者。
微生物可以通过调节酶的氧气需求以及调整氧气通透性等途径来适应不同氧气浓度的环境。
四、代谢产物反馈调控1. 酶的反馈抑制：微生物的代谢途径中，常常存在着反馈抑制机制。
微生物的代谢途径和调控机制
微生物的代谢途径和调控机制微生物是一种非常常见而又重要的生物，它们在生态系统中有着重要的作用。
微生物的代谢途径和调控机制是微生物研究中不可忽视的一部分。
本文将从微生物的代谢途径和调控机制两个方面展开论述。
微生物的代谢途径微生物的代谢途径是指微生物在自身体内进行能量代谢的一系列反应，包括有氧呼吸、厌氧呼吸和发酵等。
其中，有氧呼吸是指微生物利用氧气作为终端电子受体，将有机物完全氧化成为二氧化碳和水，并产生能量。
厌氧呼吸则是指微生物在氧气不足的条件下，利用其他物质作为电子受体，将有机物部分氧化，并产生能量。
而发酵则是指微生物在氧气缺乏时，将有机物在不需要外部电子受体的条件下，分解成酸、醇和气体等产物，并产生能量。
微生物的代谢途径对于微生物的生存和繁殖有着至关重要的作用。
不同的微生物对于不同种类物质的代谢能力不同，这也是微生物能够适应不同环境的原因之一。
例如，某些微生物能够代谢硫、铁等金属离子，从而在海洋底部形成硫化物流，而某些细菌则能够将氮气转化为氨，提供生态系统的必需氮源。
微生物的调控机制微生物的代谢途径需要受到调控才能保证生命过程的正常。
微生物的调控机制包括转录调控、翻译调控和代谢调控等。
其中，转录调控是指微生物可以通过正反馈和负反馈机制，调控基因的表达量。
翻译调控则是指微生物可以通过启动子和转录因子等控制RNA的合成和mRNA的稳定性，影响蛋白质的表达量。
而代谢调控则是指微生物通过代谢产物的反馈和前体物的调节，调控酶的活性和基因表达，从而控制代谢途径的进行。
微生物的调控机制不仅对维持其生命活动有着重要的作用，同时也对于人类的健康有着深远的影响。
以大肠杆菌为例，它是肠道中普遍存在的微生物，当体内钙浓度过低时，大肠杆菌就会通过感应系统调控Calcium Transporter (CaT)的表达量，从而增加体内钙的吸收，保证人体的健康。
总结微生物的代谢途径和调控机制是微生物研究中的重要内容。
通过对微生物的代谢途径和调控机制的研究，不仅可以更好地了解微生物对环境的适应性和生命活动的本质，同时也可以为生物技术和人类健康等方面提供有益的参考和支持。
微生物代谢调节
微生物代谢调节—酶活性调节摘要：微生物生命活动的调节主要有两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节。
酶活性的调节是指生物通过改变已有酶的催化活性来调节代谢速率。
微生物的各种代谢及其代谢产物由酶控制，而酶又由基因控制，这样就形成了基因决定酶，酶决定代谢途径，代谢途径决定代谢产物；反过来，代谢产物又可以反馈调节酶合成或活性及其基因的表达。
本文主要讲解酶活性调节的机理及应用。
关键词：酶活性调节；变构调节；修饰调节；激活作用；抑制作用1酶活性调节在微生物代谢过程中酶活性的调节普遍存在，酶活性的变化最终反映到相应化学反应速率的变化上。
酶活性调节是指一定数量的酶，通过改变分子构象或分子结构，来调节其催化反应速率的调节机制。
1.1酶活性调节机制1.1.1变构调节变构调节指某些末端代谢产物与某些酶蛋白活性中心以外的某部位可逆地结合，使酶构象改变，从而影响底物与酶活性中心结合，进而改变酶的催化活性[1]。
其原理在于一些酶除了活性中心以外，还含有所谓的别构中心，该中心能够结合一些特殊的配体分子。
当变构中心结合配体以后，酶构象发生改变，从而影响到活性中心与底物的亲和力，并最终导致酶活性发生变化[2]。
变构调节中变构酶至关重要，它是指能够进行变构调节的酶。
变构酶多为寡聚酶，含有两个或多个亚基。
其分子中包括两个中心：一个是与底物结合、催化底物反应的活性中心；另一个是与调节物结合、调节反应速度的变构中心。
两个中心可能位于同一亚基上，也可能位于不同亚基上。
在后一种情况中，存在变构中心的亚基称为调节亚基。
变构酶是通过酶分子本身构象变化来改变酶的活性[3]。
起抑制作用的变构效应物称为变构抑制剂，起激活作用的变构效应物称为变构激活剂。
许多变构酶具有多个变构中心，能够与不同的变构效应物结合。
1.1.2修饰调节修饰调节也称为共价修饰，是指酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性[4]。
在共价修饰过程中，酶无活性（或低活性）与有活性（或高活性）两种形式的互变，这两种互变由两种催化不可逆反应的酶所催化，后者又受激素调控。
[理学]3微生物代谢调节的基本类型及应用
![[理学]3微生物代谢调节的基本类型及应用](https://img.taocdn.com/s3/m/186fd9ea05087632311212f9.png)
在微生物代谢调节中比较常见的是反馈调节，尤 其是末端产物对酶活性的反馈抑制，抑制剂与调节亚 基结合引起变构酶的酶构象发生变化，使催化亚基的 活性中心不再能与底物结合，酶的催化性能随之消失。 调节酶的抑制剂通常是代谢终产物或其结构类似物， 起抑制酶活性的作用。 变构酶经特定处理后，不丧失酶活性而失去对变 构效应物的敏感性，称为脱敏作用。为变构酶编码的 结构基因的突变可引起脱敏作用，如诱变育得的抗结 构类似物突变株中多发生这种变化。在氨基酸和核苷 酸发酵育种上，现已作为突破微生物代谢控制的一个 重要手段来利用。此外，利用加热、加尿素或汞盐等 物理或化学因素处理变构酶后，也可以产生脱敏作用。
图 1 利用营养缺陷型菌株（直线式代谢途径）生产目的产物“….” 表示营养陷突变位置；“≠” 表示解除反馈调节
图1 所示是某菌的D缺陷型菌株。末端产物E对代 谢途径中的第一个酶有反馈抑制，由于菌株失去了将 C转化为D的能力，使得末端产物E得不到积累，考虑 到末端产物对于维持菌体生长之必需，因此，只要在 培养基中适量添加E，就可以在菌体正常生长的同时， 大量积累C产物，即目的产物。
2019/1/29
21
2.
影响酶合成（酶分子数）的调节模式 （共 10 种）
① 单个终产物的生物合成途径的调节模 式（共 2 种）
②多个终产物的生物合成途径的调节模 式（共 3 种）
③ 分解代谢途径的调节模式（5 种）
2019/1/29
22
①单个终产物的生物合成途径的调 节模式（共 2 种，第 1 种）
2019/1/29
14
②多个终端产物的（有分支的）途径的 调节模式（第 3 种）
2019/1/29
15
②多个终端产物的（有分支的）途径 的调节模式（第 3 种, 实例）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
已阅。
签字：
年月日
本单元教学总结（教学的主要经验、效果、存在的问题、改进措施等）
将微生物代谢途径酶的反馈抑制和阻遏的概念和比较讲透彻，再讲解微生物代谢途径的调节模式可收到举一反三，事倍功半的效果。
第四章 微生物代谢途径的调节方式(模式)
第三节微生物代谢途径的酶合成调节方式的教学方案
授课题目：微生物代谢的酶合成调节方式及实例
教研室主任意见：
已阅。
签字：பைடு நூலகம்
年月日
本单元教学总结（教学的主要经验、效果、存在的问题、改进措施等）
将微生物代谢途径酶的反馈抑制和阻遏的概念和比较讲透彻，再讲解微生物代谢途径的调节模式可收到举一反三，事倍功半的效果。
二、了解和掌握反馈抑制酶活性的调节方式与实例。
教学内容提要及时间分配
1、反馈抑制与阻遏的概念—————————————————————----10分钟
2、反馈抑制与反馈阻遏的比较———————————————————-----20分钟
3、酶活性的调节方式包括：（1）无分支途径的酶活性调节及实例（终产物的简
多价阻遏及实例-------------------------------------------———————25分钟
3．分解代谢途径的调节（分解代谢阻遏、起始底物的诱导、降解代谢途径
的中间产物的诱导作用及实例 ----------—————————————————30分钟
4．催化两条不同合成途径的共同酶系的阻遏及实例。————————————10分钟
授课对象：四年制本科班
授课时间：2007年4月30日
授课教师：高年发
教学目标及基本要求
一、了解和掌握微生物代谢的酶合成调节方式及实例
教学内容提要及时间分配
1．单个终产物的生物合成途径的调节（简单终产物
阻遏、被阻遏酶的产物的诱导）与实例；——————————————— 15分钟
2．多个终产物的生物合成途径的调节（同功酶阻遏、多功能酶的
2、采用启发方法讲授：流降解代谢途径的诱导。
3、结合实际生活，深入浅出，讲授酶合成和酶活性调节的区别。
教学手段（挂图、幻灯、多媒体⋯⋯等）
板书、画图及多媒体。
使用的教材及参考资料
1、《工业微生物生理与遗传育种学》，中国轻工业出版社，陶文沂主编，第一版，1997年
2、《现代工业发酵调控学》，化学工业出版社，储炬 李友荣编著，第一版，2002年版
教学重点及难点
教学重点：微生物代谢途径酶的反馈抑制和阻遏的比较；多个终端产物的途径的调节方式
难点： 协同反馈抑制、合作反馈抑制和累积反馈抑制。
教学方法
1、温故知新方法讲授：酶合成和酶活性调节的分子机制中提到终产物或效应物的调节作用，引出微生物代谢途径的主要调节方式——反馈抑制和反馈阻遏。
2、采用启发方法讲授：协同反馈抑制、合作反馈抑制、累积反馈抑制。
单反馈抑制、前体激活和补偿激活）；————————————————-----15分钟
（2）分支代谢途径的酶活性调节及实例（协同反馈抑制、合作反馈抑制、累积
反馈抑制、终产物抑制的补偿性逆转、顺序反馈抑制和同功酶的调节）；--------35分钟
（3）代谢途径的横向调节（代谢互锁、优先合成和平缓合成）；-----------— 10分钟
5．流降解代谢途径的诱导及实例。—————————————————---10分钟
教学重点及难点
教学重点：多个终产物的生物合成途径的调节（同功酶阻遏、多功能酶的多价阻遏）。
难点：催化两条不同合成途径的共同酶系的阻遏。
教学方法
1．温故知新方法讲授：微生物代谢途酶活性的调节方式提到终产物或效应物的调节作用，引出微生物代谢途径的酶合成的调节方式。
3、结合实际生活，深入浅出，讲授酶合成的反馈阻遏与酶活性的反馈抑制的本质区别。
教学手段（挂图、幻灯、多媒体⋯⋯等）
板书、画图及多媒体。
使用的教材及参考资料
1、《工业微生物生理与遗传育种学》，中国轻工业出版社，陶文沂主编，第一版，1997年
2、《现代工业发酵调控学》，化学工业出版社，储炬 李友荣编著，第一版，2002年版
第四章 微生物代谢途径的调节方式(模式)
第一节反馈抑制和阻遏
第二节微生物代谢途径的酶活性调节教学方案
授课题目：微生物代谢的反馈抑制与阻遏以及酶活性的调节方式
授课对象：四年制本科班
授课时间：2007年4月23日
授课教师：高年发
教学目标及基本要求
一、了解和掌握微生物代谢途径的主要调节方式——反馈抑制和阻遏的概念与它们的比较。