第三章代謝調控理論及應用_第1頁
第三章代謝調控理論及應用_第2頁
第三章代謝調控理論及應用_第3頁
第三章代謝調控理論及應用_第4頁
第三章代謝調控理論及應用_第5頁
已閱讀5頁,還剩26頁未讀 繼續免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

第三章

微生物的代謝調控理論及其在食品

發酵與釀造中的應用微生物自身怎樣代謝與調節?-------代謝調節的部位-------與代謝調節相關的酶-------微生物代謝的協調

誘導作用、分解代謝物的調節、反饋調節、能荷調節代謝控制在發酵工業的應用(本章重點)------菌種遺傳特性的改變------發酵工藝條件的控制------控制細胞膜的滲透性第一節微生物代謝與調節的生化基礎回顧生物化學的基礎知識一、初級代謝和次級代謝合成代謝(同化作用):

分解代謝(異化代謝):

初級代謝:

次級代謝:--------共同構成新陳代謝活動。--------發酵釀造的產品,單一的、混合的,舉例!二、代謝調節的部位生物體的新陳代謝在哪里進行?為什么能夠進行?怎樣進行?細胞像工廠

---------細胞

----------酶

----------自我調節

------精確、合理、經濟、高效自我調節的部位P51,圖3-1微生物代謝過程的自我調節表現在控制營養物質進入細胞,酶與底物的接觸和代謝物的流量等三個環節上。1、通道:細胞膜上2、通量:代謝物的通量,控制酶量和酶活。3、限制其基質有形接近:在真核生物中明顯,基質包括中間產物。微生物代謝過程的自我調節實際上就是酶調節。在酶調節中有酶活性調節與酶合成(酶量)調節兩種方式。調節什么酶?-------反饋調節:反饋抑制(調節酶活性)和反饋阻遏(調節酶合成)關鍵酶(或稱限速酶):三、與代謝調節有關的酶

(一)同工酶

同功酶又稱同工酶,是指能催化相同的生化反應,但酶蛋白分子結構有差異的一類酶,它們催化同一個反應,但是它們的生理性質、理化性質及反應機理卻是不相同的。

(二)別構酶

又稱變構酶,具有變構作用(別構作用)的酶稱為別構酶。

別構酶在結構上的特點:別構效應:

調節物(或效應物)與酶分子中的別構中心(調節中心或控制中心)結合后,誘導出或穩定住酶分子的某種構象,使酶活動中心對底物的結合與催化作用受到影響,從而調節酶的反應速度及代謝過程,此效應稱為酶的“別構效應”。

(三)多功能酶

多功能酶一般是指在結構上只有一條多肽鏈,但具有兩種或兩種以上的催化活力或結合功能的蛋白質。第二節微生物代謝的協調作用合成代謝:分解代謝:

-------共同構成新陳代謝活動

-------精確、合理、經濟、高效-----高度協調微生物基因型是穩定的

-----環境不影響細胞的遺傳結構-----但顯著影響基因表達------影響DNA指導酶的合成-------適應環境------驚人靈活

代謝的協調機制?一、誘導作用酶誘導作用“生物與一種化學物質——誘導物相接觸的結果大大地增加了酶合成的速率”。

誘導作用保證能量和氨基酸不浪費,不把它們用于制造那些無用的酶,但如有需要,可迅速生成這些酶。安慰誘導物:

Jacob-Monod模型:P55,圖3-6為什么誘導作用也稱為去阻遏作用?了解Lac操縱子、ara操縱子。乳糖操縱子的調節機制(一)底物誘導底物是酶合成的最好誘導物。

最典型的例子:大腸桿菌利用乳糖誘導合成β-半乳糖苷酶的過程。(二)產物誘導某些分解代謝酶受代謝途徑中在其前或其后的酶反應物的誘導。

舉例:色氨酸的分解。

色氨酸經甲酰犬尿氨酸(色氨酸加氧酶催化),犬尿氨酸(甲酰酶催化)和鄰氨基苯甲酸(尿氨酸酶催化)分解為兒茶酚。整個代謝途徑中酶的合成都受犬尿氨酸的誘導。

二、分解代謝物的調節微生物先利用哪一個基質?------現有的最佳基質(通常是葡萄糖)----協調機制之一(一)分解代謝物效應葡萄糖效應:分解代謝物的阻遏作用:所有可迅速代謝的能源都阻遏異化另一被緩慢利用的能源所需酶的形成,故稱這一現象為分解代謝物的阻遏作用。分解代謝的阻遏結果,細胞總是先利用維持最迅速生長的基質。但是,代謝物的阻遏作用也調節碳源代謝的速率。即使在單一種碳源上生長,產生ATP所需的酶的水平是由分解代謝阻遏作用調節的。(二)環狀單磷酸腺苷(cAMP)cAMP的作用:細菌中都含有cAMP。它不是任何已知代謝途徑的中間體,它在細胞內的唯一生理作用是一種調節作用。cAMP的濃度(生成量):大體上講,緩慢利用的碳源比迅速利用的碳源細胞內cAMP的濃度更高。例如大腸桿菌利用葡萄糖代謝細胞內cAMP濃度降低1000倍。cAMP調節作用機制: cAMP與一特殊的蛋白(cAMP結合蛋白,有叫分解代謝物激活蛋白)結合(蛋白質—cAMP復合物),并連接在啟動基因上(P),增加此基因對RNA聚合酶的親和力,從而提高轉錄的頻率,促進了酶的大量合成。CAMP與ATP的關系:cAMP在細胞內的濃度與供給ATP量的多少成反比。實際上是由酶的水平決定,是分解代謝調節的結果。

三、反饋調節

降解性酶主要是由誘導作用和分解物的調節作用控制調節。生物合成酶是由反饋調節控制的。反饋調節2個類型(機制):

反饋抑制和反饋阻遏-----都是調節途徑終點產物的生產速率來配合大分子合成的速率。

反饋抑制:調節酶活反饋阻遏:調節酶量反饋抑制:

是指一生物合成途徑的最終代謝物抑制那一途徑的前面第一或第二個酶的作用。反饋阻遏:是由途徑終點產物或其衍生物執行的。也就是說,當代謝的最終產物大量存在時并達到一定濃度時,它就會同細胞中早巳存在的阻遏物結合起來共同發揮作用,阻止了一個或幾個反應步驟中酶的合成,從而抑制了產物的形成。

微生物細胞的代謝調節是通過調節酶的量和酶的活力來實現的,在調節酶的量的方面可分為酶的誘導、分解阻遏和反饋阻遏。在調節酶的活力方面主要是反饋抑制,酶反饋抑制與工業微生物發酵產物積累關系密切。反饋抑制的幾種模式:1、協同反饋抑制:2、合作反饋抑制:3、積累反饋調節:4、順序反饋抑制:四、能荷調節調節劑分子:

是代謝庫中往返于幾個代謝途徑之間的重要代謝物,它們或將兩個途徑偶聯,或激活途徑的酶或抑制途徑的酶,由此協調著各種代謝功能。

調節劑分子多數為小分子物質。如NAD/NADPH,或ATP、ADP、AMP或其他核苷酸。能荷調節:

細胞內ATP、ADP、AMP之間的比例實際上是在不斷的變動的,細胞通過改變這三者的比例來調節其代謝活動,稱為能荷調節或腺苷酸調節。能荷既調節分解酶活性,也調節合成酶的活性。舉例:巴斯德效應(Pasteureffect)。呼吸抑制發酵的現象。P62.酵母菌通過EMP途徑進行葡萄糖的乙醇發酵。EMP途徑中己糖激酶(HK)、磷酸果糖激酶(PFK)和丙酮酸激酶(PK)是三個關鍵酶,調節這些酶的話件可以影響EMP途徑進行。HK催化葡萄糖(G)磷酸化生成葡萄糖—6—磷酸(G—6-P);G—6-P的生成可以降低細胞內G的濃度,間接促進了G的載體運輸;但HK受G—6—P的反饋抑制。PFK活性受許多代謝物影響,如ATP、檸檬酸和異檸檬酸抑制其酶活性,而ADP、AMP、無機磷和果糖—1,6—二磷酸促進其活性。解釋巴斯德效應:(1)當氧供應充足時,生成大量ATP。當滲出線粒體以后,就對PFK產生抑制作用。(2)無機磷和ADP對PFK和HK有激活作用,當氧供應充足時,由于ADP和無機磷進入線粒體,從而降低了PFK和HK的酶活性。(3)由于PFK的酶活性下降,造成G—6—P的積累,又由于磷酸己糖異構酶活性很強,于是F-6—P逆轉為G—6-P。但是,G—6-P對HK有反饋抑制作用,間接造成葡萄糖輸入細胞的速率降低,這樣也就降低了葡萄糖的消耗速度。

因此,由于氧的存在使PFK活性降低,PFK活性下降影響了細胞對糖的分解利用和酵解產物乙醇的生成,這就是所謂呼吸抑制發酵的巴斯德效應。這里,有ATP、ADP、AMP和Pi的能荷所起的重要調節作用,也有其他代謝物的參與。第三節

代謝控制在工業發酵中的應用代謝控制發酵:

人為地在DNA分子水平上改變和控制微生物的代謝活動,使目的產物大量生成、積累。

實現代謝控制發酵的方法:(P62,三種)1、控制發酵條件。2、改變菌種的遺傳特性。通過物理、化學、生物(基因工程)的方法選育遺傳特性發生改變的優良菌株。典型的是,營養缺陷型菌株、抗反饋調節菌株、基因工程菌等。3、改變細胞膜的滲透性(實質是在改變菌種的遺傳特性基礎上控制發酵條件)。一、發酵工藝條件的控制發酵工藝條件:--------底物(各種營養物質、不同碳、氮源)--------pH--------溫度--------溶解氧--------生長素對發酵產物的影響:表3-2,3-3,P63

二、菌種遺傳特性的改變三個方面:1、抗反饋突變菌株的篩選2、營養缺陷型菌株的篩選,------雙重營養缺陷型菌株,既抗反饋,又營養缺陷型菌株的篩選3、基因工程菌(基因重組技術篩選新菌株)分別舉例說明:表3-4,3-5,圖3-9天冬氨酸黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑

甲硫氨酸蘇氨酸賴氨酸中間產物Ⅰ天冬氨酸激酶中間產物Ⅱ抑制高絲氨酸高絲氨酸脫氫酶回本章目錄抑制黃色短桿菌生產賴氨酸天冬氨酸中間產物Ⅰ中間產物Ⅱ高絲氨酸甲硫氨酸蘇氨酸賴氨酸天冬氨酸激酶高絲氨酸脫氫酶+利用誘變育種等方法,選育不能合成高絲氨酸脫氫酶的菌種用于生產.微生物代謝調控——改變遺傳特性天冬氨酸人工控制黃色短桿菌的代謝過程生產賴氨酸中間產物Ⅰ天冬氨酸激酶中間產物Ⅱ甲硫氨酸蘇氨酸高絲氨酸高絲氨酸脫氫酶不能合成可以大量積累賴氨酸人工誘變的菌種不能產生回本章目錄蘇氨酸、甲硫氨酸雙重營養缺陷型

三、控制細胞膜的滲透性采用生理學或遺傳學的方法,改變細胞膜的滲透性。1、生理學的方法谷氨酸發酵生產生物素的濃度控制在亞適量。原因?添加青霉素的方法,細胞壁合成缺損,細胞膜在壓力下,物質容易滲漏。2、遺傳學的方法篩選營養缺陷型菌株。例如,谷氨酸生產菌的油酸營養缺陷型菌株。控制油

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論