微生物代谢

讨论： 讨论：
微生物的表面积／体积的比值很大，约是同等重量 微生物的表面积／体积的比值很大， 的成人的300000倍，它对微生物有何意义呢？ 的成人的 倍 它对微生物有何意义呢？ 1.扩大了细胞的物质运输、信息传递等能力； 扩大了细胞的物质运输、信息传递等能力； 扩大了细胞的物质运输 2.增加了酶的附着面积和反应场所； 增加了酶的附着面积和反应场所； 增加了酶的附着面积和反应场所 3.增加了细胞核对于细胞质、细胞膜代谢活动的控制； 增加了细胞核对于细胞质、细胞膜代谢活动的控制； 增加了细胞核对于细胞质
（二）、微生物代谢的调节 ）、微生物代谢的调节
2. 酶活性的调节
资料：谷氨酸棒状杆菌能 资料： 够利用葡萄糖， 够利用葡萄糖，经过复杂 的代谢过程形成谷氨酸； 的代谢过程形成谷氨酸； 但当终产物——谷氨酸的 但当终产物——谷氨酸的 合成过量时， 合成过量时，就会抑制谷 氨酸脱氢酶的活性， 氨酸脱氢酶的活性，从而 导致合成途径中断。 导致合成途径中断。当谷 氨酸因消耗而浓度下降时， 氨酸因消耗而浓度下降时， 抑制作用就会被解除， 抑制作用就会被解除，该 合成反应又重新启动。 合成反应又重新启动。
分解葡萄糖的酶是大肠 杆菌细胞内一直存在的 酶 分解乳糖的酶是在乳糖 诱导下合成的酶
环境中无葡萄糖而有乳糖时
大肠杆菌
组成酶与诱导酶的区别： 组成酶与诱导酶的区别： 组成酶 合成时间
在细胞内 一直存在 它的合成只 受基因调控
诱导酶
存在某种物质的 情况下才合成 受基因调控和环 境中诱导物调控
合成条件
基因 基因
（一）、微生物的代谢产物 ）、微生物的代谢产物
1. 初级代谢产物
1. 定义：微生物通过代谢活动所产生的、 定义：微生物通过代谢活动所产生的、 自身生长和繁殖所必需的物质。 自身生长和繁殖所必需的物质。 2. 举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、 举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、 维生素等。 维生素等。 3. 特征： 特征：
内容 生长繁殖 是否必需 不 同 点 产生阶段 种的特异性 分布 例 初级代谢产物 次级代谢产物
是 一直产生 否 细胞内
否 一定阶段 是 细胞内、外 细胞内、
氨基酸、核苷酸、 抗生素、毒素、 氨基酸、核苷酸、 抗生素、毒素、 多糖、 激素、 多糖、维生素等 激素、色素
相同点 均在微生物细胞的调节下，有步骤产生 均在微生物细胞的调节下，
细胞内一直存在) 组成酶 (细胞内一直存在 细胞内一直存在
+
诱导物
诱导酶
小结： 小结：酶合成调节 酶合成调节 调节对象 调节结果 调节本质 基因水平调节， 基因水平调节，控制酶的合成 调节特点 调节意义 间接、 间接、缓慢 既保证代谢需要， 既保证代谢需要，又避免细胞内物质 和能量浪费 诱导酶 细胞内酶的种类增多
问题3 什么是微生物的新陈代谢呢？ 问题3：什么是微生物的新陈代谢呢？
微生物细胞中全部化学反应的总称。 微生物细胞中全部化学反应的总称。
表面积/体积 表面积 体积 比值 老鼠 > 大象 老鼠重 25 克,大象重 4 吨 大象重 表面积/体积 表面积 体积 老鼠是大象的 24 倍 所以, 所以 老鼠的代谢速率大于大象
实例2：亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶， 实例 ：亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所以不
能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖， 能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖，一段时间 合成蔗糖酶， 可以合成蔗糖酶 并利用蔗糖。 后，可以合成蔗糖酶，并利用蔗糖。 实例1，通过调节酶的活性，控制代谢过程； 实例 ，通过调节酶的活性，控制代谢过程； 活性 实例2，通过调节酶的合成 合成， 实例 ，通过调节酶的合成，控制代谢过程 （二）微生物代谢的调节 酶合成的调节 调节的主要方式 酶活性的调节
资料: 资料:在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上 培养大肠杆菌，开始时， 培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能利用 葡萄糖而不能利用乳糖， 葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消 耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。 耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。
环境中同时存在葡萄糖和乳糖时
酶Ⅰ 葡萄糖 酶Ⅱ 乳糖 酶Ⅱ 乳糖 大肠杆菌 大肠杆菌
分析： 分析： （1）谷氨酸属微生物的哪 类代谢产物？ 类代谢产物？分布情况怎 样？ （2）随着反应的持续进行， 随着反应的持续进行， 细胞内谷氨酸积累过多， 细胞内谷氨酸积累过多， 会有什么影响？ 会有什么影响？ （3）反应中酶活性改变的 主要原因是什么？ 主要原因是什么？ （4）与酶合成的调节相比， 与酶合成的调节相比， 酶活性调节的特点是什么？ 酶活性调节的特点是什么？
小结： 小结：酶活性调节 a.酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶）的 酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶） 酶活性调节的对象是酶 催化能力；调节的结果是酶量发生变化； 催化能力；调节的结果是酶量发生变化； b.酶活性调节的机制（本质）——通过酶与代 酶活性调节的机制（本质） 酶活性调节的机制 通过酶与代 谢过程产生物质的可逆性结合进行调节； 谢过程产生物质的可逆性结合进行调节； c.酶活性调节的特点：快速、精确； 酶活性调节的特点：快速、精确； 酶活性调节的特点 d.酶活性调节的意义：避免代谢产物积累过多。 酶活性调节的意义：避免代谢产物积累过多。 酶活性调节的意义
实例1： 黄 实例 ：黄色短杆菌合成赖氨酸的途径 色 短 杆 菌 合 成 赖 氨 酸 的 途 径
实例2： 实例 ：谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径 如何使细胞内的谷氨酸不会抑制 谷氨酸脱氢酶的活性？ 谷氨酸脱氢酶的活性？ （细胞内谷氨酸浓度下降） 细胞内谷氨酸浓度下降） 如何使细胞内的谷氨酸浓度下降？ 如何使细胞内的谷氨酸浓度下降？ （将细胞内谷氨酸透出细胞） 将细胞内谷氨酸透出细胞） 如何细胞内谷氨酸通过细胞膜 到达细胞外？ 到达细胞外？ （改变细胞膜的透性） 改变细胞膜的透性）
第五章 微生物与发酵工程
第二节 微生物的营养、代谢与生长
二、微生物的代谢 问题1 生物区别与非生物最本质的特征是什么？ 问题1：生物区别与非生物最本质的特征是什么？
新陈代谢
问题2：什么叫生物的新陈代谢？ 问题2 什么叫生物的新陈代谢？
活细胞中全部有序的化学反应的总称。 活细胞中全部有序的化学反应的总称。
细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、 细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确 控制代谢的正常进行。 控制代谢的正常进行。
（三）微生物代谢的人工控制 最大限度积累对人 人工控制微生物代谢的目的—— 人工控制微生物代谢的目的—— 类有用的代谢产物 ：(1) 氨酸的合成 ,有 有 黄色短 杆菌 合成 积累赖氨酸 (2) (3) 合成 的菌 氨酸
（二）、微生物代谢的调节 ）、微生物代谢的调节
1. 酶合成的调节
微生物细胞内酶的种类：
组成酶：微生物细胞内一直存在， 组成酶：微生物细胞内一直存在，合成只受遗传 物质控制。如与能量产生有关的酶，与基因的复 物质控制。如与能量产生有关的酶， 制和表达有关的酶。 制和表达有关的酶。 诱导酶： 诱导酶：在环境中存在某种物质的情况下才能够 合成的酶。如亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶， 合成的酶。如亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所 以不能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖， 以不能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖， 一段时间后，可合成蔗糖酶，并利用蔗糖。 一段时间后，可合成蔗糖酶，并利用蔗糖。 酶合成的调节既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物 酶合成的调节既保证了代谢的需要， 质和能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力。 质和能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力。
3.微生物的生命活动受什么调节呢？ 微生物的生命活动受什么调节呢？ 微生物的生命活动受什么调节呢
实例1：大肠杆菌合成异亮氨酸的调节。 实例 ：大肠杆菌合成异亮氨酸的调节。
苏氨酸脱氢酶 苏氨酸 a—酮丁酸 酮丁酸 异亮氨酸 当异亮氨酸积累过量，会抑制苏氨酸脱氢酶的活 当异亮氨酸积累过量，会抑制苏氨酸脱氢酶的活 异亮氨酸合成停止。 性，异亮氨酸合成停止。
人工控制微生物代谢的措施—— 人工控制微生物代谢的措施——
（1）改变微生物遗传特性（诱变育种、基 改变微生物遗传特性（诱变育种、 因工程育种）， ），选育优良菌种 因工程育种），选育优良菌种 a. 诱变选育出的不能合成高丝氨酸脱氢酶 的黄色短杆菌 b. 青霉素 20 g/ml 85000 g/ml （2）控制发酵条件（氧气、温度、PH值等） 控制发酵条件（氧气、温度、PH值等） 值等
(1)判断初级和次级代谢产物的主要依据是 (1)判断初级和次级代谢产物的主要依据是 微生物生命活动是否必需。 微生物生命活动是否必需。如乳酸是乳酸 菌无氧呼吸的产物，是始终产生的， 菌无氧呼吸的产物，是始终产生的，但其 并非是乳酸菌生命活动所必需的， 并非是乳酸菌生命活动所必需的，因此乳 酸是乳酸菌的次级代谢产物。同样道理， 酸是乳酸菌的次级代谢产物。同样道理， 酒精为酵母菌的次级代谢产物。 酒精为酵母菌的次级代谢产物。 (2)抗生素是真菌产生的一种次级代谢产物， (2)抗生素是真菌产生的一种次级代谢产物， 抗生素是真菌产生的一种次级代谢产物 有杀菌、抑菌作用，但它与抗毒素(抗体) 有杀菌、抑菌作用，但它与抗毒素(抗体)、 干扰素(淋巴因子)是完全不同的。 干扰素(淋巴因子)是完全不同的。
2、控制初级代谢产物产生的 、 基因和控制次级代谢产物产生的基 因在微生物细胞内存在的位置？ 因在微生物细胞内存在的位置？
控制初级代谢产物产生的基因一般 位于拟核DNA上，控制次级代谢产物 位于拟核 上 产生的基因一般位于质粒DNA上。 产生的基因一般位于质粒 上
提 问
1.植物生命活动调节的基本形式是什么？ 植物生命活动调节的基本形式是什么？ 植物生命活动调节的基本形式是什么 激素调节） （激素调节） 2.人和高等动物生命活动调节的基本形式是什么？ 人和高等动物生命活动调节的基本形式是什么？ 人和高等动物生命活动调节的基本形式是什么 神经调节和体液调节） （神经调节和体液调节）