代謝控制發(fā)酵復習

1、代謝控制發(fā)酵第一章 緒論第二章 新陳代謝三大特點：條件溫和，與酶催化和調控相關、反應有順序性、靈敏的自我調節(jié)功能代謝控制發(fā)酵：利用遺傳學的方法或其他生物化學的方法，人為的在脫氧核酸核糖（DNA）的分子水平上，改變和控制微生物的代謝，使有用目的產物大量生成、積累的發(fā)酵。代謝控制發(fā)酵有兩種途徑（思路）：控制培養(yǎng)條件和控制遺傳型。第三章 代謝控制發(fā)酵的基本思想酶合成的調控（操縱子學說）：(酶反應終產物如何對酶的合成進行調控？6頁)按操縱子學說，操縱子由細胞中的操縱基因和鄰近的幾個結構基因組成。結構基因能轉錄遺傳信息，合成相應的RNA（mRNA），進而再翻譯合成特定的酶。操縱基因能夠控制結構基因作用的

2、發(fā)揮。細胞中還有一種調節(jié)基因，嫩鞏固產生一種細胞質阻遏物（調節(jié)蛋白），細胞質阻遏物與阻遏物（通常是酶反應的終產物）結合時，由于變構效應，結構改變和操縱基因親和力變大，而使有關的結構基因不能合成mRNA，因此，酶合成受到阻遏。關鍵酶：是參與代謝調節(jié)的酶的總稱。特點：1、關鍵酶并不都是分支點酶 2、生物合成途徑越長，關鍵酶數目越多 3、不同微生物間的關鍵酶所受到調控不同天冬氨酸激酶 （大腸桿菌中3種同功酶 蘇氨酸、蛋氨酸、賴氨酸反饋抑制谷氨酸棒桿菌中，受賴氨酸，蘇氨酸協(xié)同反饋抑制）DAHP合成酶 （大腸桿菌中3種同功酶 酪氨酸，苯丙氨酸，色氨酸反饋抑制變構酶：具有兩個或兩個以上結合部位的蛋白質，當

3、其中一個部位與效應物（小分子物質）結合后，蛋白質構象發(fā)生改變，性能也隨之變化。變構酶的作用程序：專一性的代謝物（變構效應物）與酶蛋白表面的特定部位（變構部位）結合酶分子的構象變化（變構轉換）活性中心的修飾 抑制或促進酶活性動力學特點（3個）1、 S形：意味著存在底物及效應物對反應速度發(fā)生影響的閾值。2、3、脫敏作用：變構酶經特定處理后，不喪失酶活性而失去對變構效應物的敏感性。（1、使變構酶解聚：加熱、加尿素、汞鹽；基因突變：2、誘變育得的抗類似物突變株中多發(fā)生 調節(jié)中心的獨立性）酶活力調節(jié)類型：單功能途徑：終產物抑制、代謝產物激活作用（前體激活、補償激活）多功能途徑：1、 協(xié)作反饋抑制（多價反

4、饋抑制）：當一條代謝途徑中有兩個以上終產物時，兩者同時過剩時，才能協(xié)同抑制第一個酶的活性。 谷氨酸棒桿菌，黃色短桿菌等合成賴氨酸、蘇氨酸、蛋氨酸途徑中，與大腸桿菌不同，天冬氨酸激酶不是同工酶，當三中任意種存在時不受抑制，在賴氨酸和蘇氨酸同時過量時，才發(fā)生反饋抑制。2、 合作反饋抑制：當任何一個終產物單獨過剩時，只部分的的抑制第一個酶的活性，兩者同時過量時，其抑制程度大于各自單獨存在時的和。谷氨酰胺磷酸核糖焦磷酸轉氨酶，受GMP 、IMP等6-羥基嘌呤核苷酸和 ADP、 AMP等6-氨基嘌呤核苷酸的反饋抑制。3、 積累反饋抑制：每一個終產物只單獨地、部分地抑制共同步驟第一個酶，并且各最終產物的抑

5、制作用互不影響。大腸桿菌的谷氨酰胺合成酶受8個總產物的積累反饋抑制。4、 順序反饋抑制：一種終產物的積累，導致前一中間產物的積累，通過后者反饋抑制合成途徑，關鍵酶的活性，使合成終止?？莶菅挎邨U菌等微生物芳香族氨基酸的生物合成途徑5、 同功酶：某一產物過量僅抑制相應酶活，對其他產物沒有影響。大腸桿菌的天冬氨酸族氨基酸合成的調節(jié)酶合成的調控：誘導的類型：同時誘導：誘導物加入后，微生物能同時誘導出幾種酶的合成，主要存在于短的代謝途徑中。順序誘導：先合成能分解底物的酶，再合成分解各中間代謝物的酶達到對復雜代謝途徑的分段調節(jié)。1、協(xié)調阻遏：單功能生物合成途徑中，終產物同時阻遏幾個酶的合成。鼠傷寒沙門氏菌

6、中的3個亮氨酸生物合成酶都受終產物亮氨酸的反饋阻遏。2、多價阻遏：通過幾個終產物，共同協(xié)調活動，阻遏某一酶的生物合成。異亮氨酸、纈氨酸生物合成酶系為異亮氨酸、纈氨酸、亮氨酸、泛酸，3、積累阻遏：大腸桿菌的氨甲酰磷酸合成酶的合成，受嘧啶和精氨酸的部分的阻遏，受尿嘧啶和精氨酸反饋阻遏的百分數，不管第二個阻遏物存在與否，都是一樣的，分解代謝物阻遏：當細胞具有一優(yōu)先利用底物（通常是，但并不總是葡萄糖）時，很多其他分解途徑受到阻遏。實質：由于細胞內缺少了環(huán)腺甘酸（cAMP）。大腸桿菌的分解代謝物阻遏作用機制：1、 具有一個CRP基因編碼一種調節(jié)蛋白，稱為cAMP受體蛋白（CPR或是CAP）。2、 轉錄起

7、始前，cAMP須先與CRP結合成CRP-cAMP復合物，再與啟動基因（P）結合。3、 cAMP與CRP結合，使轉錄起始（CRP起正作用）因而分解代謝物阻遏。4、 細胞內的cAMP水平在某些方面反映出細胞內能量的狀態(tài)（28）5、 喪失腺苷酸環(huán)化酶的突變株，不能在受阻遏的碳源（甘油，乳糖，蔗糖）上生長，但與CRP缺陷的突變株不同，外源性加入cAMP還是有效的。反饋阻遏和反饋抑制的的比較;(30頁)滲漏突變株的應用：滲漏突變型（概念）：指遺傳性障礙不完全的缺陷型。解除菌體自身的反饋調節(jié)：1)選育抗腺嘌呤及鳥嘌呤結構類似物突變株(2)選育抗腺嘌呤或黃嘌呤突變株(3)選育抗磺胺類藥物突變株(4)選育抗A

8、TP結構類似物的抗生素的菌株（選育抗類似物突變株、酶特性的利用、營養(yǎng)缺陷型回復突變株的應用）抗類似物突變株：(代謝拮抗物抗性突變株) 是指一種對反饋抑制不敏感或對阻遏有抗性的組成型突變株，或兼而有之的突變株。因為反饋抑制或阻遏，或兩者引起的自動調節(jié)作用已被削弱或解除，所以能合成較多的最終產物。（34頁）為什么要用目的產物的結構類似物來選育抗類似物突變株?首先分析分析下代謝拮抗物的作用機理：正常的合成代謝的最終產物對于有關酶的合成具有阻遏作用，對于合成途徑的第一個酶具有反饋抑制作用。這是由于它能與阻遏蛋白以及變構酶相結合的緣故。由于這種結合是可逆的，所以當代謝最終產物例如某一氨基酸滲入蛋白質而在

9、細胞中濃度降低時，它就不在與阻遏物以及變構酶相結合，這時有關的酶的合成以及它們的催化作用便又可繼續(xù)進行。代謝拮抗物由于與代謝終產物結構相似，所以同樣能與阻遏物以及變構酶相結合，可是它們往往不能代替正常的氨基酸而合成為蛋白質，也就是說它們在細胞中的濃度不會降低，因此與阻遏物以及變構酶的結合是不可逆。這使得有關酶不可逆地停止了合成，或是酶的催化作用不可逆地被抑制。一個菌株是怎樣會成為代謝拮抗物的抗性菌株？答案：一個可能的途徑是變構酶結構基因發(fā)生突變，使變構酶調節(jié)部位不再能與代謝拮抗物相結合，而其活性中心卻不變。（抗反饋突變型）另一個可能的途徑是調節(jié)基因，發(fā)生改變，使阻遏物不能再與代謝拮抗物結合，這

10、種突變型也將是一個代謝拮抗物的抗性突變株，同時也是一個抗阻遏突變型。結構類似物抗性菌株和它們積累并分泌的代謝終產物：（37頁）目標產物結構類似物賴氨酸 S-（2氨基乙基）-L半胱氨酸-(AEC)蘇氨酸a-氨基-b-羥基戊酸（AHV)精氨酸D-精氨酸苯丙氨酸對氟苯丙氨酸選育精氨酸產生菌過程：（39頁）精氨酸產生菌育種(谷氨酸棒桿菌抗結構類似物變異株)。由于精氨酸的生物合成要受精氨酸本身的反饋抑制和反饋阻遏，要積累像精氨酸這樣非支路代謝途徑構終產物，主要采用抗精氨酸類似物突變株，如D-精氨酸抗性，刀豆氨酸抗性突變株，以解除精氨酸自身的反饋調節(jié)，使精氨酸得以積累。營養(yǎng)缺陷型就是指原菌株由于發(fā)生基因突

11、變，致使合成途徑中某一步驟發(fā)生缺陷，從而喪失了合成某些物質的能力，必須在培養(yǎng)基中外源補加該營養(yǎng)物質才能生長的突變型菌株。 營養(yǎng)缺陷型回復突變株的應用有利用價值工業(yè)常用：因為當其中某一結構基因發(fā)生突變后，該結構基因所編碼的酶就因結構的改變而失活，而經過第二次突變（回復突變）后，該酶的活性中心結構可以復原，而調節(jié)部位的結構常常沒有恢復。增加前體物的合成1、 切斷除目的產物外的其他控制共用酶的終產物分支合成途徑。2、 設法解除目的產物自身合成的反饋調節(jié)外，也應設法解除對其前體物合成的調節(jié)。3、 因為在生物合成途徑中分支點的分解途徑的代謝流增強，使分支點處的中間產物增多，導致目的產物的積累增加。4、

12、利用基因工程技術，將生物合成途徑中的關鍵酶基因克隆島多拷貝載體上，使其大量擴增，從而也就增加了目的產物的前體合成，這是最直接的提高目的的產物產量的方法。去除終產物改變細胞膜滲透性的方法（PPT）平衡合成的利用（平衡合成（例子，現象判斷 45頁） 代謝互鎖的利用代謝互鎖：從生物合成途徑來看，似乎是受一種完全無關的終產物的控制，它只是在較高濃度下才發(fā)生而且這種抑制（阻遏）作用是部分性的，不完全的。（例子 45頁）溫度敏感性突變：通過誘變可以得到在低溫下生長，而在高溫下卻不能生長繁殖的突變株。代謝控制發(fā)酵的基本條件：（菌種、培養(yǎng)基原料、環(huán)境、分離精致）營養(yǎng)缺陷型菌株的分離：步驟誘變處理、中間培養(yǎng)、淘

13、汰野生型、缺陷型的檢出和鑒定等步驟。梯度平板培養(yǎng)法：即先在培養(yǎng)皿中加入10ml完全固體培養(yǎng)基，斜傾培養(yǎng)皿，使培養(yǎng)基剛好可以流到另一端，然后放平培養(yǎng)皿，再倒入10ml含有一定濃度藥物完全培養(yǎng)基，完全抑制野生型菌株生長的最低藥物濃度平板。（即為藥物梯度平板）?？顾幮酝蛔冎暝鯓舆x育（72）能荷調節(jié)（概念243）能荷：是一個表示細胞能量狀態(tài)的參數。是細胞中所含腺苷酸中含有相當于ATP的數量百分比。脂代謝的調節(jié)以及與糖代謝的相互關系：1、 運送乙?；?、 限速反應3、 能荷調節(jié)（ATP水平）谷氨酸棒桿菌、黃色短桿菌等中的天冬氨酸族氨基酸的代謝調節(jié)機制主要包括以下幾個方面：（290）1、 關鍵酶2、 優(yōu)先

14、合成3、 代謝互鎖4、 平衡合成5、 協(xié)同反饋抑制賴氨酸發(fā)酵：2921、 切斷或減弱支路2、 解除反饋調節(jié)3、 解除代謝互鎖4、 改善膜的通透性5、 增加前體物的合成6、 選育溫度敏感突變株合作終產物抑制即使同時添加多種同類核苷酸，其抑制作用也不超過各同類核苷酸單獨添加時之和，但是果同時添加屬于不同類型的兩種嘌呤核苷酸（GMP+AMP或IMP+ADP ），抑制作用就會相乘性的提高。（核苷酸中常見）抗生素產生菌的幾種主要代謝調節(jié)機制（6種）1、 誘導調節(jié)2、 反饋調節(jié)3、 碳分解代謝產物調節(jié)4、 氮分解代謝產物調節(jié)5、 磷酸鹽的調節(jié)6、 細胞膜透性的調節(jié)青霉素發(fā)酵的代謝控制育種：（411）一、 青霉素和頭孢霉素合成的調節(jié)方式 -內酰胺類抗生素：同一的前體：半胱氨酸、纈氨酸、a氨基已二酸以及苯乙酸1.碳源分解代謝控制 關鍵酶：?；D移酶（阻遏）2.賴氨酸的反饋調節(jié)（共同前體）3.蛋氨酸對頭孢霉素C形成的促進作用二、選育青霉素產生菌的方