代谢控制发酵

1、代谢控制发酵复习题1名词解释 代谢控制发酵：所谓代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人 为地在脱氧核糖核苷酸的分子水平上， 改变和控制微生物的代谢， 使有用目的产物大量生成、 积累发酵。关键酶：参与代谢调节的酶的总称。作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速 作用。变构酶：有些酶在专一性的变构效应物的诱导下，结构发生变化，使催化活性改变， 称为变构酶。诱导酶：诱导酶是在环境中有诱导物(通常是酶的底物)存在的情况下，由诱导物诱 导而生成的酶。调节子：就是指接受同一调节基因所发出信号的许多操纵子。 温度敏感突变株：通过诱变可以得到在低温下生长，而在高温下却不能生长繁殖的突 变株

2、。碳分解代谢物阻遏：可被迅速利用的碳源抑制作用于含碳底物的酶的合成，就称为碳 分解代谢阻遏。氮分解代谢物阻遏：可被迅速利用的氮源抑制作用于含氮底物的酶的合成，就称为氮 分解代谢阻遏。营养缺陷型突变菌株：原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷， 从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养基中外源补加该营养物质才能生长的突变菌 株。渗漏突变株：由于遗传性障碍的不完全缺陷，使它的某一种酶的活性下降而不是完全 丧失。 因此，渗漏突变菌株能少量的合成某一种代谢最终产物， 能在基本培养基上进行少量 的生长。代谢互锁：从生物合成途径来看，似乎是受一种完全无关的终产物的控制，它只是在 较高浓度下

3、才发生，而受这种抑制(阻遏)作用是部分性的，不完全的。平衡合成：底物 A 经分支合成途径生成两种终产物 E 与 G ，由于 a 酶活性远远大于 b 酶，结果优先合成 E。E过量后就会抑制a酶，使代谢转向合成 G。G过量后，就会拮抗或 逆转E的反馈抑制作用，结果代谢流转向又合成E,如此循环。(P45图)优先合成：底物 A经分支合成途径生成两种终产物E和G,由于a酶的活性远远大于b酶的活性，结果优先合成 E。E合成达到一定浓度时，就会抑制a酶，使代谢转向合成 G。G 合成达到一定浓度时就会对 c 酶产生抑制作用。代谢工程： 指通过某些生化反应的修饰来定向改善细胞的特性或利用重组DNA 技术来创造新

4、的化合物。流量控制系数：单位酶的变化量所引起的某一分支稳态代谢流量的变化，用来衡量某 一步酶反应对整个反应体系的控制程度。能荷： (ATP)+1/2(ADP)/(ATP)+(ADP)+(AMP) 分叉中间体：糖代谢中间体既可以用来合成初级代谢产物，也可以用来合成次级代谢 产物，这种中间体叫做分叉中间体。质粒产物：有一部分代谢产物的形成取决于由质粒遗传信息所产生的酶所控制的代谢 途径，这类物质称为质粒产物。2微生物细胞的代谢调节内容包括哪些？( 1)通过控制基因的酶生物合成的控制机制。 诱导促进酶的合成 阻遏一一抑制酶的合成（终产物阻遏、分解代谢物阻遏）（2）酶活性的空子机制 终产物抑制或激活

5、通过辅酶水平的活性调节 酶原的活化 潜在酶的活化（ 3）通过细胞渗透性的控制 调节酶（变构酶、同工酶、多功能酶） 静态酶：一般与代谢调节关系不大。 指酶原、非活性型或抑制剂结合的酶。 3氨基酸代谢中，关键酶具有什么样的特点？（ 1）与氨基酸生物合成途径分支点有关系的分支点酶可以成为关键酶，但关键酶不都 是分支点酶。（ 2）关键酶的关键效果也只是在特定的氨基酸生物合成过程中成立。（ 3）在每个氨基酸的生物合成途径中，都有一种以上的关键酶。（ 4）关键酶所受的反馈调节因菌而异。 4变构酶的动力学性质、构象、脱敏作用分别是什么？ 动力学性质：变构酶的反应速度与底物浓度的关系曲线呈 S 形，而一般的酶

6、的反应都呈双曲线形。（1） S形曲线表示在其关系式中作为变数的底物浓度是一n（ n>1）次幕加进去的，也 说明底物之间有协同作用。（ 2）变构酶的 S 形动力学意味着存在底物及效应物对反应速度发生影响的阈值。构象：（ 1）变构酶一般是具有多亚基四级结构的蛋白质。（ 2）变构酶存在着两种构象状态，即 R 状态（催化状态或松弛态）和 T 状态（也称抑 制状态或紧张态） 。（ 3）添加底物、 激活剂或抑制剂可以使 R 状态和 T 状态这两种构象状态之间发生平衡 移动。（ 4）变构酶蛋白质分子具有对称性， 当酶的状态发生改变时， 分子对称性仍维持不变。 脱敏作用：（ 1）变构酶经特定处理后，不丧

7、失酶活性而失去对变构效应物的敏感性，称为脱敏作 用。（2）脱敏方法：利用汞盐、对氯汞苯甲酸（ PCMB ）处理，05C低温处理，以及诸如 冷水、尿素或蛋白酶等处理方法。（ 3）是变构酶解聚、基因突变。 5几种酶活力调节类型的比较：协作反馈抑制、合作反馈抑制、积累反馈抑制。（1）协作反馈抑制，又称多价反馈抑制。当一条代谢途径中有两个以上终产物时，任 何一个终产物都不能单独抑制途径第一个共同的酶反应，但当两者同时过剩时， 他们协同抑制第一个酶反应。（ 2）合作反馈抑制，也称增效反馈抑制。当任何一个终产物单独过剩时，只是部分的 反馈抑制第一个酶的活性，只有当 G、 E 两个终产物都过剩存在时，才能引

8、起强烈抑制，其 抑制程度大于各自单独存在的和。（ 3）积累反馈抑制。在积累反馈抑制中，每一个最终产物只单独地、部分地抑制共同步骤第一个酶， 并且各最终产物的抑制作用互不影响。 所以几个共同产物同时存在时， 他们的抑制作用是积累的。6. 酶的诱导的定义、方式及模式图。（P22）7 分解代谢物阻遏的定义及模式图。所谓分解代谢物阻遏是指当细胞内具有一优先利用的营养物（通常是，但并不总是葡萄糖）时，其分解产物对分解利用其它（难利用）营养物质所需的酶系合成起阻遏作用。酶活力调控的实质是变构酶的变构调节。分解代谢物阻遏的实质是由于细胞内缺少了环腺甘酸（CAMP）。9葡萄糖如何调节 CAMP的水平的？（1）

9、 可能是由于葡萄糖分解过程中的某种中间产物抑制了细胞内CAMP的形成。（2）可能是这种中间产物激活了（ CAMP ）的分解。ATP腺晋酸环化I龜+一磷酸二酯酶15:-AMPcAMP向胞外分泌10.终产物阻遏模式图。（P22）11反馈阻遏与反馈抑制的比较。（P30表）12.几种调节机制的比较。13改变细胞膜的透性可以采取那些措施？（1）通过控制基因的酶生物合成的控制机制 诱导一一促进酶的合成 阻遏一一抑制酶的合成，包括终产物阻遏、分解代谢产物阻遏（2）酶活性的控制机制 终产物抑制或激活 通过辅酶水平的调节 酶原的活化 潜在酶的活化( 3)通过细胞渗透性的控制14青霉素、磷霉素、 D 环丝氨酸、衣

10、霉素、杆菌肽影响细胞壁合成的作用机理。(1)青霉素头孢霉素等B -内酰胺类抗生素，它们的作用抑制肽聚糖链交联过程的转肽作用， 导致细胞壁合成受阻。( 2)磷霉素是 PEP 的结构类似物，它能与 UDP-N- 乙酰氨基葡萄糖 -3- 烯醇式丙酮酸转移酶 的一个半胱氨酸残基共价结合，干扰了 UDP-N- 乙酰胞壁酸合成。( 3) D- 环丝氨酸是 DAla 的结构类似物， 它能竞争性地抑制 Ala 消旋酶的 D-Ala-D-Ala 合成 酶，它对 Ala 消旋酶和亲水性比 D-Ala 和 L-Ala 都要大， 因此它阻遏了 L-AlaD-Ala消旋反应和 D-Ala-D-Ala 添加到 UDP-N

11、- 乙酰胞壁酸 - 三肽的合成。( 4)杆菌肽 A 是由 12 个氨基酸组成的多肽抗生素，其分子中的 L- 半脱氨酸的硫基和 L- 异 亮氨酸的羧基反应形成一个噻唑环，在这两个氨基酸的N 之间能够獒合二价金属离子( Zn2+ 、Ca2+ 、Mg2+ 等)而 ACL-P-P 可与鏊和的金属离子结合，于是三者形成复合物， 因此 ACL 脱磷酸使 ACL-P 不能循环返回。15代谢控制发酵： 8 个思想及主要措施( 1 )切断之路代谢( 2)解除菌体自身的反馈调节( 3)增加前体物的合成( 4)去除终产物( 5)特殊调节机制的利用( 6)条件突变株的应用( 7)选育不生成副产物的菌株( 8)选育生产

12、代谢拮抗物质的菌株16能荷对糖代谢是如何调节的？当生物体内生物合成或其他需能反应加强时，细胞内 ATP 分解生成 ADP 或 AMP 。一 旦 ATP 减少， ADP 或 AMP 增加， 即能荷降低， 就会激活某些催化糖类分解的酶或解除 ATP 对这些酶的抑制(如糖原磷酸化酶、磷酸果糖激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶等)，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) ，从而加速糖酵解、 TCA 循环产生的能量，通过氧化磷酸化作用生成ATP。当能荷高时，即细胞内能量水平高时，AMP 、 ADP 都转变成 ATP。 ATP 增加，就会抑制糖原降解、糖酵解和 TCA 循环的关键酶

13、，如糖原磷酸化酶、磷酸果糖激酶、柠檬酸合成 酶、异柠檬酸脱氢酶，并激活糖类合成的酶，如糖原合成酶和果糖1 ， 6二磷酸酯酶，从而抑制糖的分解，加速糖原的合成。17生物素如何调节糖代谢过程？ 生物素限量，造成异柠檬酸裂解酶几乎没有，琥珀酸氧化力弱，苹果酸或草酰乙酸的脱羧反应停滞， CO 2 固定反应加强，乙醛酸循环微弱。同时，又由于完全氧化能力降低，ATP 降低，蛋白质合成活动停滞，从而在 NH 4 适宜，环境条件适宜的情况下，大量积累谷氨酸。反之，生物素过量，造成琥珀酸氧化力强，苹果酸、草酰乙酸脱羧反应活跃，倾向于 完全氧化， ATP 增加，蛋白质合成加剧，谷氨酸剧减。18脂代谢与糖代谢的关系

14、是怎样的？(1 )甘油磷酸二羟丙酮糖异生(2)植物及微生物：脂肪酸 乙酰CoA琥珀酸糖异生(3)动物：奇数碳脂肪酸T丙酰CoA琥珀酰CoA糖异生(4 )糖T磷酸二羟丙酮T甘油T甘油脂(5)糖T乙酰CoA脂肪酸19单核苷酸的合成途径有哪两条？肌苷和 5, 肌苷酸分别通过什么途径合成？ 单核苷酸的合成途径： ( 1)全合成途径，也称为“从无到有途径” ，由磷酸戊糖先同尚 未完成的嘌呤或嘧啶环结合，在这未完成的环上逐渐加上必要的部分，然后闭合成环。(2)补救途径， 也称分段合成，由食物中取得完整的嘌呤或嘧啶和戊糖、磷酸， 通过酶的作用直 接合成单核苷酸。20什么是补救途径？补救途径的模式图及反应式。

15、补救途径： 也称分段合成或短路合成。 微生物可从培养基中取得完整的嘌呤或嘧啶， 和 戊糖、 磷酸通过酶的作用直接合成单核苷酸。 当全合成途径受阻时， 微生物可通过此途径来 合成核苷酸，所以称为补救途径。(1)核苷磷酸化酶 碱基+核糖 1磷酸( R1P) 核苷 +Pi( 2)核苷酸焦磷酸化酶碱基 +PRPP 5 , 核苷酸 +PPi(3)核苷酸磷酸激酶核苷 +ATP 5 , 核苷酸 +ADP21抗生素的合成分为哪几个时期？ 生长期(营养期)和生产期(抗生素分泌期)22谷氨酸的分泌机制是什么？(1) 当谷氨酸产生菌增殖时，细胞壁膜扩增和形成间体时，细胞伸长2 倍长度时，再 加上缺乏生物素等条件影响

16、， 停止谷氨酸产生菌分裂， 谷氨酸用于合成蛋白质或其它代谢系 统停止，细胞内谷氨酸库大量增加， 再加上谷氨酸产生菌不发生自溶， 细胞仍有活力， 将葡 萄糖通过其生物合成途径， 源源不断地生物合成谷氨酸， 为从细胞内 细胞外分泌谷氨酸 提供必要的充分条件。(2) 通过控制生物素、油酸、甘油的亚适量或表面活性剂等，使谷氨酸产生菌的细胞 合成不完全， 使其磷脂含量降低为正常细胞的二分之一左右， 或通过添加青霉素等破坏细胞 壁合成， 从而导致细胞膜的渗漏， 使谷氨酸大量向细胞外分泌， 排出的谷氨酸可达总游离氨 基酸的 92%左右。23什么是代谢工程？代谢途径中节点类型分为哪几种？ 代谢工程： Bail

17、ey 于 1991 年提出，指通过某些生化反应的修饰来定向改善细胞的特性 或利用重组 DNA 技术来创造新的化合物。节点类型：刚性节点、柔性节点、半柔性节点。24增强 CO 2 固定反应、增强能量代谢、改变细胞膜渗透性、减弱HMP 途径和减弱 TCA循环途径的具体措施分别是什么？25试论述赖氨酸发酵的代谢控制育种。 1切断或减弱支路代谢。 在赖氨酸发酵育种上，选育营养缺陷型或渗漏突变株，即切断或减弱合成蛋氨酸和苏氨酸的分支途径，可达到积累赖氨酸的目的。2解除反馈调节： 从葡萄糖到赖氨酸这条途径中， 有三个关键酶起限速反应作用。分 别是磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶 （PC）、天冬氨酸激酶（AK ）和二

18、氢吡啶二羧酸合成酶 （DDP 合成酶或称PS）。其中PC受Asp的反馈抑制，AK受Lys和Thr的协同反馈抑制，PS受亮 氨酸的代谢互锁作用。（1）天冬氨酸激酶反馈调节的解除（ AK 脱敏）。所谓脱敏，就是使该酶抗反馈抑 制和反馈阻遏。（ 2）磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的脱敏与激活3 解除代谢互锁。赖氨酸生物合成途径的第一个酶DDP 合成酶的合成受亮氨酸（ Leu ）阻遏。（1） 选育亮氨酸缺陷突变株通过在培养基中添加 Leu 可以解除 Leu 对 DDP 合成酶的阻遏。（ 2）选育抗亮氨酸结构类似物突变株（ 3）选育亮氨酸温度敏感突变株（ 4）选育对苯醌或喹啉衍生物敏感的突变株（ 5）此外，还可以选育萘乙酸缺陷突变株和亮氨酸温度敏感突变株4. 优先合成的变换（PS酶的活性低于高丝氨酸脱氢酶的活性）（ 1）选育该丝氨酸渗漏突变菌株（2）选育 Thr、 Met 渗漏突变株5. 改善膜的通透性一方面可以使产物易于提取， 另一方面可以降低产物在菌体内的浓度， 从而使产 物达不到足以引起反馈抑制或阻遏作用的浓度。6. 增加前体物的合成（ 1）选育丙氨酸缺陷型一是在丙氨酸脱氢酶的作用下由丙酮酸氨基化生成；二是在丙酮酸一L氨基酸转氨酶的作用下，又丙酮酸生成；三是在天冬氨酸B 脱羧酶的作用下由天冬氨酸脱羧生成。（ 2）选育抗天冬氨酸结构类似物突变