代謝控制發(fā)酵

1、代謝控制發(fā)酵復(fù)習(xí)題1名詞解釋代謝控制發(fā)酵：所謂代謝控制發(fā)酵就是利用遺傳學(xué)的方法或其他生物化學(xué)的方法，人為地在脫氧核糖核苷酸的分子水平上，改變和控制微生物的代謝，使有用目的產(chǎn)物大量生成、積累發(fā)酵。關(guān)鍵酶：參與代謝調(diào)節(jié)的酶的總稱。作為一個(gè)反應(yīng)鏈的限速因子，對(duì)整個(gè)反應(yīng)起限速作用。變構(gòu)酶：有些酶在專一性的變構(gòu)效應(yīng)物的誘導(dǎo)下，結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使催化活性改變，稱為變構(gòu)酶。誘導(dǎo)酶：誘導(dǎo)酶是在環(huán)境中有誘導(dǎo)物（通常是酶的底物）存在的情況下，由誘導(dǎo)物誘導(dǎo)而生成的酶。調(diào)節(jié)子：就是指接受同一調(diào)節(jié)基因所發(fā)出信號(hào)的許多操縱子。溫度敏感突變株：通過(guò)誘變可以得到在低溫下生長(zhǎng)，而在高溫下卻不能生長(zhǎng)繁殖的突變株。碳分解代謝物阻遏：

2、可被迅速利用的碳源抑制作用于含碳底物的酶的合成，就稱為碳分解代謝阻遏。 氮分解代謝物阻遏：可被迅速利用的氮源抑制作用于含氮底物的酶的合成，就稱為氮分解代謝阻遏。營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變菌株：原菌株由于發(fā)生基因突變，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(zhì)的能力，必須在培養(yǎng)基中外源補(bǔ)加該營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)才能生長(zhǎng)的突變菌株。滲漏突變株：由于遺傳性障礙的不完全缺陷，使它的某一種酶的活性下降而不是完全喪失。因此，滲漏突變菌株能少量的合成某一種代謝最終產(chǎn)物，能在基本培養(yǎng)基上進(jìn)行少量的生長(zhǎng)。代謝互鎖：從生物合成途徑來(lái)看，似乎是受一種完全無(wú)關(guān)的終產(chǎn)物的控制，它只是在較高濃度下才發(fā)生，而受這種抑制（阻遏）作用是部

3、分性的，不完全的。平衡合成：底物A經(jīng)分支合成途徑生成兩種終產(chǎn)物E與G，由于a酶活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于b酶，結(jié)果優(yōu)先合成E。E過(guò)量后就會(huì)抑制a酶，使代謝轉(zhuǎn)向合成G。G過(guò)量后，就會(huì)拮抗或逆轉(zhuǎn)E的反饋抑制作用，結(jié)果代謝流轉(zhuǎn)向又合成E，如此循環(huán)。（P45圖）優(yōu)先合成：底物A經(jīng)分支合成途徑生成兩種終產(chǎn)物E和G，由于a酶的活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于b酶的活性，結(jié)果優(yōu)先合成E。E合成達(dá)到一定濃度時(shí)，就會(huì)抑制a酶，使代謝轉(zhuǎn)向合成G。G合成達(dá)到一定濃度時(shí)就會(huì)對(duì)c酶產(chǎn)生抑制作用。代謝工程：指通過(guò)某些生化反應(yīng)的修飾來(lái)定向改善細(xì)胞的特性或利用重組DNA技術(shù)來(lái)創(chuàng)造新的化合物。流量控制系數(shù)：?jiǎn)挝幻傅淖兓克鸬哪骋环种Х€(wěn)態(tài)代謝流量的變化，用來(lái)

4、衡量某一步酶反應(yīng)對(duì)整個(gè)反應(yīng)體系的控制程度。彈性系數(shù)：酶促反應(yīng)的速率對(duì)代謝物濃度的敏感性，即濃度對(duì)V的影響。用來(lái)判斷酶是否是關(guān)鍵酶，小于1，各酶的總和為1，越大此酶約關(guān)鍵。 能荷：(ATP)+1/2(ADP)/(ATP)+(ADP)+(AMP)分叉中間體：糖代謝中間體既可以用來(lái)合成初級(jí)代謝產(chǎn)物，也可以用來(lái)合成次級(jí)代謝產(chǎn)物，這種中間體叫做分叉中間體。質(zhì)粒產(chǎn)物：有一部分代謝產(chǎn)物的形成取決于由質(zhì)粒遺傳信息所產(chǎn)生的酶所控制的代謝途徑，這類物質(zhì)稱為質(zhì)粒產(chǎn)物。代謝網(wǎng)絡(luò)：由分解合成代謝及膜運(yùn)轉(zhuǎn)體系有機(jī)構(gòu)成，既包括物質(zhì)代謝又包括能量代謝。節(jié)點(diǎn)：代謝網(wǎng)絡(luò)中處于交叉點(diǎn)的物質(zhì)。擬穩(wěn)態(tài)：能量和物質(zhì)代謝處于平衡狀態(tài)。瓶頸

5、過(guò)程：影響代謝流的最后一步。2微生物細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)內(nèi)容包括哪些？（1）通過(guò)控制基因的酶生物合成的控制機(jī)制。誘導(dǎo)促進(jìn)酶的合成阻遏抑制酶的合成（終產(chǎn)物阻遏、分解代謝物阻遏）（2）酶活性的控制機(jī)制終產(chǎn)物抑制或激活通過(guò)輔酶水平的活性調(diào)節(jié)酶原的活化潛在酶的活化（3）通過(guò)細(xì)胞滲透性的控制調(diào)節(jié)酶（變構(gòu)酶、同功酶、多功能酶）靜態(tài)酶：一般與代謝調(diào)節(jié)關(guān)系不大。指酶原、非活性型或抑制劑結(jié)合的酶。3氨基酸代謝中，關(guān)鍵酶具有什么樣的特點(diǎn)？（1）與氨基酸生物合成途徑分支點(diǎn)有關(guān)系的分支點(diǎn)酶可以成為關(guān)鍵酶，但關(guān)鍵酶不都是分支點(diǎn)酶。（2）關(guān)鍵酶的關(guān)鍵效果也只是在特定的氨基酸生物合成過(guò)程中成立。（3）在每個(gè)氨基酸的生物合成途徑中

6、，都有一種以上的關(guān)鍵酶。生物合成途徑越長(zhǎng)，關(guān)鍵酶數(shù)目越多。（4）關(guān)鍵酶所受的反饋調(diào)節(jié)因菌而異。4變構(gòu)酶的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)、構(gòu)象、脫敏作用分別是什么？動(dòng)力學(xué)性質(zhì)：變構(gòu)酶的反應(yīng)速度與底物濃度的關(guān)系曲線呈S形，而一般的酶的反應(yīng)都呈雙曲線形。（1）S形曲線表示在其關(guān)系式中作為變數(shù)的底物濃度是一n（n>1）次冪加進(jìn)去的，也說(shuō)明底物之間有協(xié)同作用。（2）變構(gòu)酶的S形動(dòng)力學(xué)意味著存在底物及效應(yīng)物對(duì)反應(yīng)速度發(fā)生影響的閾值。構(gòu)象：（1）變構(gòu)酶一般是具有多亞基四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)。（2）變構(gòu)酶存在著兩種構(gòu)象狀態(tài)，即R狀態(tài)（催化狀態(tài)或松弛態(tài)）和T狀態(tài)（也稱抑制狀態(tài)或緊張態(tài)）。（3）添加底物、激活劑或抑制劑可以使R狀態(tài)和

7、T狀態(tài)這兩種構(gòu)象狀態(tài)之間發(fā)生平衡移動(dòng)。（4）變構(gòu)酶蛋白質(zhì)分子具有對(duì)稱性，當(dāng)酶的狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，分子對(duì)稱性仍維持不變。脫敏作用：（1）變構(gòu)酶經(jīng)特定處理后，不喪失酶活性而失去對(duì)變構(gòu)效應(yīng)物的敏感性，稱為脫敏作用。說(shuō)明了變構(gòu)酶活性中心的獨(dú)立性。（2）脫敏方法：利用汞鹽、對(duì)氯汞苯甲酸（PCMB）處理，05低溫處理，以及諸如冷水、尿素或蛋白酶等處理方法。（3）原理是變構(gòu)酶解聚、基因突變。5幾種酶活力調(diào)節(jié)類型的比較：協(xié)作反饋抑制、合作反饋抑制、積累反饋抑制。（1）協(xié)作反饋抑制，又稱多價(jià)反饋抑制。當(dāng)一條代謝途徑中有兩個(gè)以上終產(chǎn)物時(shí)，任何一個(gè)終產(chǎn)物都不能單獨(dú)抑制途徑第一個(gè)共同的酶反應(yīng)，但當(dāng)兩者同時(shí)過(guò)剩時(shí)，他們協(xié)

8、同抑制第一個(gè)酶反應(yīng)。（2）合作反饋抑制，也稱增效反饋抑制。當(dāng)任何一個(gè)終產(chǎn)物單獨(dú)過(guò)剩時(shí)，只是部分的反饋抑制第一個(gè)酶的活性，只有當(dāng)G、E兩個(gè)終產(chǎn)物都過(guò)剩存在時(shí)，才能引起強(qiáng)烈抑制，其抑制程度大于各自單獨(dú)存在的和。（3）積累反饋抑制。在積累反饋抑制中，每一個(gè)最終產(chǎn)物只單獨(dú)地、部分地抑制共同步驟第一個(gè)酶，并且各最終產(chǎn)物的抑制作用互不影響。所以幾個(gè)共同產(chǎn)物同時(shí)存在時(shí)，他們的抑制作用是積累的。6酶的誘導(dǎo)的方式及模式圖。（P22） 方式：順序誘導(dǎo)、協(xié)同誘導(dǎo) 模式圖：7分解代謝物阻遏的定義及模式圖。所謂分解代謝物阻遏是指當(dāng)細(xì)胞內(nèi)具有一優(yōu)先利用的營(yíng)養(yǎng)物（通常是，但并不總是葡萄糖）時(shí)，其分解產(chǎn)物對(duì)分解利用其它（難利

9、用）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所需的酶系合成起阻遏作用。 CAMP受體蛋白CRP與CAMP結(jié)合成復(fù)合物，介導(dǎo)RNA聚合酶與啟動(dòng)子結(jié)合。調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏物與O區(qū)結(jié)合；在誘導(dǎo)物存在時(shí)，誘導(dǎo)物與阻遏物結(jié)合，使之失活，與O區(qū)分離。以上兩步共同作用使結(jié)構(gòu)基因順利表達(dá)。8酶活力調(diào)控和分解代謝物阻遏的實(shí)質(zhì)是什么？酶活力調(diào)控的實(shí)質(zhì)是變構(gòu)酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)。分解代謝物阻遏的實(shí)質(zhì)是由于細(xì)胞內(nèi)缺少了環(huán)腺甘酸（cAMP）。9葡萄糖如何調(diào)節(jié)cAMP的水平的？（1）可能是由于葡萄糖分解過(guò)程中的某種中間產(chǎn)物抑制了細(xì)胞內(nèi)cAMP的形成。（2）可能是這種中間產(chǎn)物激活了（cAMP）的分解。10終產(chǎn)物阻遏模式圖。11反饋?zhàn)瓒襞c反饋抑制的比較。反饋?zhàn)瓒舴?/p>

10、饋抑制控制對(duì)象酶的生物合成酶的生物活性控制量終產(chǎn)物濃度終產(chǎn)物濃度控制水平DNARNA酶蛋白酶蛋白構(gòu)象的變化控制裝置終產(chǎn)物與阻遏蛋白親和力終產(chǎn)物與變構(gòu)部位親和力控制裝置的動(dòng)作阻遏蛋白與操控基因結(jié)合，不能合成mRNA通過(guò)變構(gòu)效應(yīng)，酶的結(jié)構(gòu)變化形成的控制開、關(guān)控制控制酶活性大小反應(yīng)遲緩、粗的控制迅速、精確的控制代謝途徑無(wú)定向代謝途徑和合成代謝途徑分支點(diǎn)等無(wú)定向代謝途徑和合成代謝途徑分支點(diǎn)等細(xì)胞經(jīng)濟(jì)高分子化合物（酶蛋白）低分子化合物（酶反應(yīng)生成物）12幾種調(diào)節(jié)機(jī)制的比較。機(jī)制變構(gòu)蛋白效應(yīng)物單獨(dú)作用結(jié)合后作用生理結(jié)果終產(chǎn)物抑制反應(yīng)途徑的第一個(gè)酶終產(chǎn)物正常發(fā)揮酶的活性活性降低調(diào)節(jié)終產(chǎn)物合成（小分子）酶的誘

11、導(dǎo)阻遏蛋白誘導(dǎo)物結(jié)合在操縱基因上，阻止酶的合成將阻遏蛋白從操縱基因上替換下來(lái)酶只有在機(jī)制存在的培養(yǎng)基上才能存在分解代謝產(chǎn)物阻遏CRPCAMP不能結(jié)合在啟動(dòng)基上結(jié)合在啟動(dòng)基上促進(jìn)轉(zhuǎn)錄讓細(xì)胞使用更為有利的碳源，調(diào)節(jié)分解代謝速率終產(chǎn)物阻遏阻遏蛋白終產(chǎn)物不能結(jié)合在操縱基因上，酶合成正常酶不能合成調(diào)節(jié)酶合成（大分子）13改變細(xì)胞膜的透性可以采取那些措施？（1）控制脂膜的生物合成。選育生物素缺陷株、油酸缺陷株或甘油缺陷株，并限制添加量添加表面活性劑（2）膜蛋白合成缺陷或阻遏合成膜蛋白（3）細(xì)胞壁對(duì)膜通透性的影響（添加抗生素磷霉素、D環(huán)絲氨酸、衣霉素、桿菌肽、青霉素）（4）胞膜所處的生理環(huán)境改變14青霉素、

12、磷霉素、D環(huán)絲氨酸、衣霉素、桿菌肽影響細(xì)胞壁合成的作用機(jī)理。（1）青霉素頭孢霉素轉(zhuǎn)肽酶抑制劑。（2）磷霉素是PEP的結(jié)構(gòu)類似物干擾了UDP-N-乙酰胞壁酸合成。（3）D-環(huán)絲氨酸是DAla的結(jié)構(gòu)類似物競(jìng)爭(zhēng)性地抑制Ala消旋酶D-Ala-D-Ala合成酶。（4）桿菌肽使ACL-P不能循環(huán)返回。（5）衣霉素可抑制合成細(xì)菌細(xì)胞壁的肽聚糖和胞壁酸的合成。15代謝控制發(fā)酵：8個(gè)思想及主要措施（1）切斷支路代謝（2）解除菌體自身的反饋調(diào)節(jié)（3）增加前體物的合成（4）去除終產(chǎn)物（5）特殊調(diào)節(jié)機(jī)制的利用（6）條件突變株的應(yīng)用（7）選育不生成副產(chǎn)物的菌株（8）選育生產(chǎn)代謝拮抗物質(zhì)的菌株16能荷對(duì)糖代謝是如何調(diào)節(jié)

13、的？ 當(dāng)生物體內(nèi)生物合成或其他需能反應(yīng)加強(qiáng)時(shí)，細(xì)胞內(nèi)ATP分解生成ADP或AMP。一旦ATP減少，ADP或AMP增加，即能荷降低，就會(huì)激活某些催化糖類分解的酶或解除ATP對(duì)這些酶的抑制（如糖原磷酸化酶、磷酸果糖激酶、檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶等），并抑制糖原合成的酶（如糖原合成酶、果糖1,6二磷酸酯酶等），從而加速糖酵解、TCA循環(huán)產(chǎn)生能量，通過(guò)氧化磷酸化作用生成ATP。當(dāng)能荷高時(shí)，即細(xì)胞內(nèi)能量水平高時(shí)，AMP、ADP都轉(zhuǎn)變成ATP。ATP增加，就會(huì)抑制糖原降解、糖酵解和TCA循環(huán)的關(guān)鍵酶，如糖原磷酸化酶、磷酸果糖激酶、檸檬酸合成酶、異檸檬酸脫氫酶，并激活糖類合成的酶，如糖原合成酶和果糖1，

14、6二磷酸酯酶，從而抑制糖的分解，加速糖原的合成。17生物素如何調(diào)節(jié)糖代謝過(guò)程？（1）對(duì)糖代謝速率的調(diào)節(jié)。生物素充分時(shí)，解糖速度顯著提高，比丙酮酸進(jìn)一步氧化速度提升得快，造成乳酸積累。（2）對(duì)CO2固定反應(yīng)的影響。生物素是丙酮酸羧化酶的輔酶。（3）對(duì)乙醛酸循環(huán)的影響。乙醛酸循環(huán)的關(guān)鍵酶異檸檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸的阻遏，為醋酸所誘導(dǎo)。總之，生物素限量，造成異檸檬酸裂解酶幾乎沒(méi)有，琥珀酸氧化力弱，蘋果酸或草酰乙酸的脫羧反應(yīng)停滯，CO 固定反應(yīng)加強(qiáng)，乙醛酸循環(huán)微弱。同時(shí)，又由于完全氧化能力降低，ATP降低，蛋白質(zhì)合成活動(dòng)停滯，從而在NH4、環(huán)境條件適宜的情況下，大量積累谷氨酸。反之，生物素過(guò)量，造

15、成琥珀酸氧化力強(qiáng)，蘋果酸、草酰乙酸脫羧反應(yīng)活躍，傾向于完全氧化，ATP增加，蛋白質(zhì)合成加劇，谷氨酸劇減。18脂代謝與糖代謝的關(guān)系是怎樣的？（1）運(yùn)送乙?；?）限速反應(yīng)。脂肪酸合成是以乙酰CoA為引物，通過(guò)對(duì)脂肪酸合成起限速作用的反應(yīng)進(jìn)行的。（3）能荷調(diào)節(jié)（ATP水平）。ATP水平高時(shí)，存在于線粒體中的異檸檬酸脫氫酶活性受抑制，檸檬酸得以積累。檸檬酸透過(guò)線粒體膜，進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，在細(xì)胞質(zhì)中合成乙酰CoA，被利用于脂肪酸的生物合成。當(dāng)ATP水平低時(shí)，在線粒體內(nèi)積累AMP，異檸檬酸脫氫酶活性明顯增加，結(jié)果導(dǎo)致TCA循環(huán)整體活性提高，檸檬酸被氧化，幾乎看不到檸檬酸從線粒體向細(xì)胞質(zhì)游離，脂肪酸不再合成。1

16、9單核苷酸的合成途徑有哪兩條？肌苷和5 肌苷酸分別通過(guò)什么途徑合成？單核苷酸的合成途徑：（1）全合成途徑，也稱為“從無(wú)到有途徑”，由磷酸戊糖先同尚未完成的嘌呤或嘧啶環(huán)結(jié)合，在這未完成的環(huán)上逐漸加上必要的部分，然后閉合成環(huán)。（2）補(bǔ)救途徑，也稱分段合成，由食物中取得完整的嘌呤或嘧啶與戊糖、磷酸，通過(guò)酶的作用直接合成單核苷酸。肌苷以全合成為主，5 肌苷酸以補(bǔ)救途徑為主。20什么是補(bǔ)救途徑？補(bǔ)救途徑的模式圖及反應(yīng)式。補(bǔ)救途徑：也稱分段合成或短路合成。微生物可從培養(yǎng)基中取得完整的嘌呤或嘧啶，與戊糖、磷酸通過(guò)酶的作用直接合成單核苷酸。當(dāng)全合成途徑受阻時(shí)，微生物可通過(guò)此途徑來(lái)合成核苷酸，所以稱為補(bǔ)救途徑。

17、（1）核苷磷酸化酶 堿基+核糖1磷酸（R1P）核苷+Pi（2）核苷酸焦磷酸化酶 堿基+PRPP5核苷酸+PPi（3）核苷酸磷酸激酶 核苷+ATP5核苷酸+ADP21抗生素的合成分為哪幾個(gè)時(shí)期？生長(zhǎng)期（營(yíng)養(yǎng)期）和生產(chǎn)期（抗生素分泌期）22谷氨酸的分泌機(jī)制是什么？滲漏模型、載體逆轉(zhuǎn)模型、分泌載體模型23什么是代謝工程？代謝途徑中節(jié)點(diǎn)類型分為哪幾種？代謝工程：指通過(guò)某些生化反應(yīng)的修飾來(lái)定向改善細(xì)胞的特性或利用重組DNA技術(shù)來(lái)創(chuàng)造新的化合物。節(jié)點(diǎn)類型：剛性節(jié)點(diǎn)、柔性節(jié)點(diǎn)、半柔性節(jié)點(diǎn)。24增強(qiáng)CO 固定反應(yīng)、增強(qiáng)能量代謝、改變細(xì)胞膜滲透性、減弱HMP途徑和減弱TCA循環(huán)途徑的具體措施分別是什么？增強(qiáng)CO

18、 固定反應(yīng)：a、選育氟丙酮酸敏感突變株b、選育丙氨酸缺陷滲漏突變株c、選育丙酮酸溫度敏感突變株d、選育天冬氨酸缺陷突變株和天冬氨酸滲漏突變株e、加大生物素用量，激活丙酮酸羧化酶f、擴(kuò)增PEP和丙酮酸羧化酶基因增強(qiáng)能量代謝：a、選育呼吸抑制劑突變株b、選育ADP磷酸化抑制劑突變株c、選育抑制能量代謝的抗生素抗性突變株減弱HMP途徑：a、選育莽草酸缺陷突變株b、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、輔酶Q、葉酸缺陷突變株c、抗核苷酸類抗生素突變株。減弱TCA循環(huán)途徑：氟丙酮酸敏感突變株25試論述色氨酸發(fā)酵的代謝控制育種。 （1）合成途徑PEP：磷磷酸烯醇式丙酮酸EP：4磷酸赤蘚糖DAHP：3脫氧D阿拉伯糖型庚

19、酮糖酸7磷酸CA：分支酸AS：氨茴酸合成酶TS：Trp合成酶PPA：預(yù)苯酸CM：分支酸變位酶PT：PPA脫水酶PD：PPA脫氫酶Tyr：酪氨酸Phe：苯丙氨酸Trp：色氨酸 （2）調(diào)節(jié)機(jī)制谷氨酸棒狀桿菌 DS：受Tyr+Phe協(xié)作反饋抑制，Trp存在能增強(qiáng)抑制CM：Tyr（I）、Phe（I、R）、Trp(激活)，三者平衡合成比例AS：Trp（I、R）PD：Tyr（I）PT：Phe（I）、Trp（I）、Tyr（激活），Tyr、Phe合成達(dá)到平衡（3）育種思路發(fā)出菌株選擇：谷氨酸棒狀桿菌切斷支路代謝：Ppa缺陷株、Tyr缺陷株、Phe缺陷株解除自身反饋調(diào)節(jié)選育Trp結(jié)構(gòu)類似物（S甲基色氨酸（5MT）增加前體物：減少PEP和EP支路代謝（硫辛酸缺陷株、硫胺素缺陷株）、解除Tyr和Phe對(duì)DS的反饋調(diào)節(jié)（結(jié)構(gòu)類似物抗性）、提高分支酸濃度切斷進(jìn)一步代謝：Trp酶缺失突變株、Trp脫羧酶缺失突變株基