第六章 微生物的代谢

第六章微生物的代谢第一节分解代谢第二节合成代谢第三节能量代谢第四节代谢调节与应用

微生物的代谢代谢是活细胞中各种生化反应的总称。代谢分为物质代谢（分解．合成）和能量代谢（产能．耗能）。第一节分解代谢分解代谢指复杂的有机物分子在分解酶系作用下形成简单分子、ATP和还原力(用NAD(P)H2表示)的过程；合成代谢反之。分解酶系=======

复杂有机物=====简单分子+ATP+NAD(P)H2

合成酶系===-----一、细胞外天然多聚物的酶解细胞质膜为半透膜，只有小分子物质才能透过质膜进入细胞，被微生物分解利用。单双糖、氨基酸及其它小分子有机物直接进入细胞。大分子物质（淀粉、纤维素、半纤维素、果胶、脂肪、蛋白质、木质素及核酸等）不能直接进入细胞，必须经胞外酶在细胞外部降解为小分子物质后才能进入细胞。（一）多糖与其它含碳聚合物酶解1、淀粉：直链（热水可溶）．支链淀粉。淀粉酶是一系列与淀粉分解有关酶的总称，包括α－淀粉酶、β－淀粉酶、糖化酶与异淀粉酶。这些酶以不同方式联合作用，催化淀粉转化为G。α酶主要由黑．米曲霉．枯草杆菌产生。β酶主要由黑．米曲霉．根霉，多粘芽孢杆菌产生。异淀粉酶主要由酵母．产气杆菌．产色链霉菌产生。糖化酶主要由根霉．红．黑曲霉产生。（一）多糖与其它含碳聚合物酶解2、纤维素：G，β—1，4键，分子量100万以上。纤维素酶系由E1、E2和E3组成。E1内切型，任意水解内部β—1，4键，产物为寡糖；E2外切型，从非还原性末端开始，逐步水解，产物为纤维二糖；E3βG苷酶，将二糖水解为G。纤维素酶主要由真菌产生，霉菌能力较强。如木、根、黑、青霉等。细菌与放线菌中有些菌种也有较强的分解纤维素能力。（一）多糖与其它含碳聚合物酶解3、半纤维素：植物细胞壁成分。由戍糖(主要为木糖和阿拉伯糖)和已糖(半乳糖与甘露糖)缩合而成。较纤维素易分解。分解微生物种类更多。真菌中的曲霉、青霉及木霉等均能分解半纤维素，分解产物为相应单糖。（一）多糖与其它含碳聚合物酶解4、果胶质：植物细胞间质组分，使细胞壁相连。由半乳糖醛酸单体以α－1．4聚合而成。聚合态半乳糖醛酸称为果胶酸，果胶酸羧基甲基化的产物称果胶。果胶又分为可溶性果胶与不溶性果胶(又称原果胶)，有酸和糖存在时，可形成果冻，影响榨汁。能被多种细菌和真菌分解。霉菌能力最强，如文氏曲霉．黑曲霉等。（一）多糖与其它含碳聚合物酶解原果胶酶

原果胶(不溶解)--------可溶性果胶果胶甲基酯酶可溶果胶+H2O----------------果胶酸+甲醇聚半乳糖醛酸酶果胶酸+H2O----------------半乳糖醛酸蚀果胶梭菌最终产物为丁酸、乙酸、氢及CO2，费新尼亚梭菌最终产物除上述各组分外还有少量丙酮与丁醇。（一）多糖与其它含碳聚合物酶解5、木质素：结构不十分清楚。据研究，由苯环为核心带有丙烷支链的一种或多种芳香族化合物(苯丙烷、松柏醇等)氧化缩合而成的。真菌分解木质素的能力较细菌强。主要是担子菌纲，如干朽菌、多孔菌及伞菌等属的一些种。木质素在土壤中分解缓慢。好气条件下的分解速度较快。（一）多糖与其它含碳聚合物酶解6．其它芳香族化合物：单宁、芳香油。单宁等物质在土壤中分解缓慢，产物为结构简单的苯、酚和芳香酸等。在好气条件下，芳香族化合物在微生物的进一步作用下不断分解，最终形成CO2。（一）多糖与其它含碳聚合物酶解7、脂肪：甘油和脂肪酸的酯。土壤中的脂类主要来自植物残体，少量来自动物与微生物。在脂肪酶作用下，水解为甘油和脂肪酸。甘油按已糖分解途径进一步分解。脂肪酸分解缓慢，通过β—氧化（β碳原子氧化断裂）途径生成乙酰CoA。乙酰CoA进入TCA循环或其它途径完全分解，形成CO2、H2O和ATP。细菌荧光假单胞菌、灵杆菌，真菌白地霉、青霉及曲霉。（二）蛋白质与几丁质1、蛋白质：在蛋白酶与肽酶作用下，蛋白质水解为肽及氨基酸。氨基酸直接进入细胞后参与细胞内的一系列复杂的生化反应。蛋白酶--肽酶

蛋白质-------肽-------氨基酸蛋白酶是一种胞外酶。因蛋白质而异。真菌较细菌强，且能利用天然蛋白质。大多数细菌不能利用天然蛋白质，只能利用某些变性蛋白及蛋白胨、肽等蛋白质的降解产物，这与大多数细菌能合成肽酶有关。（二）蛋白质与几丁质2、几丁质：真菌细胞壁和某些甲壳动物甲壳成分，多缩氨基葡萄糖，在几丁质酶作用下，形成氨基葡萄糖和乙酸，氨基葡萄糖经脱氨形成氨和葡萄糖。嗜几丁质杆菌和几丁质色杆菌分解能力强，均为好气性无芽孢周毛杆菌。这两种细菌分解几丁质时利用生成的氨和葡萄糖作氮源、碳源及能源。除细菌外，有些放线菌也有几丁质分解能力。（三）核酸、磷脂与植素1、核酸：单核苷酸3，5—磷酸二酯键大分子聚合物。特殊情况下(如营养物质耗尽时)，短期内可通过核酸酶将胞内核酸(如RNA)或其它生物的核酸降解，以维持生命。生长过程中通过核酸酶作用使胞内核酸不断更新。核酸降解产物嘌呤及嘧啶进一步分解为有机酸、NH3及CO2，有机酸与核苷分解产物核糖(C5)进入糖分解途径进一步氧化。（三）核酸、磷脂与植素2、磷脂：细胞质膜成分。死亡细胞磷脂经分解重新利用。卵磷脂是含胆碱的磷酸脂，在卵磷脂酶作用下水解为甘油、脂肪酸和胆碱。胆碱进一步分解形成NH3、CO2及有机酸(醇)。（三）核酸、磷脂与植素3、植素：植物体内的植素是植酸(肌醇六磷酸)钙镁盐。肌醇六磷酸在肌醇六磷酸酶作用下水解为肌醇和磷酸。二、微生物细胞内的分解主要指生命活动中，将有机物大分子经过生物氧化（即一系列连续的氧化还原反应）逐步分解成小分子物质，同时释放出能量的过程。生物氧化形式包括底物与氧结合、脱氢及失去电子；生物氧化过程分脱氢(或电子)、递氢(或电子)和受氢(或电子)；生物氧化功能为产能(ATP)、形成还原力NAD(P)H2和生成小分子中间代谢产物。能量：直接利用．贮在ATP等物质中．放热。（一）（生理学）发酵根据电子受体和电子与碳原子流向的差异，细胞内氧化还原反应分为发酵、有氧和无氧呼吸。（一）（生理学）发酵：厌氧条件，细胞内有机物氧化放出的电子直接交给基质本身未完全氧化的某种中间产物，同时放出能量、产生各种代谢产物。即厌氧条件下，通过电子传递链传递电子，电子受体不是氧或无机物的生物氧化过程。工业发酵：在有氧或无氧条件下通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定微生物产品的过程。如酵母菌菌体生产，抗生素、乙醇发酵等。（一）（生理学）发酵供发酵的有机物质主要是葡萄糖和其它单糖。特定条件下，氨基酸也可以被利用作发酵基质。1、葡萄糖发酵途径：-能厌氧生活，主要是细菌。EMP（糖酵解己糖二磷酸途径）、HMP（己糖一磷酸途径）、ED（2-酮-3-脱氧-6磷酸葡萄糖裂解）和PK（磷酸酮糖裂解）（详见生化及P99）。前3条广泛存在PK仅发现于肠膜明串珠菌和双歧杆菌。对某种微生物来说，细胞内G的厌氧分解以某一途径为主，另一条为辅。少数微生物仅有一条。（一）（生理学）发酵2、G发酵类型：G在细胞厌氧分解时，通过EMP、HMP、ED及PK途径形成多种中间代谢物。不同环境条件下，中间代谢物进一步转化，形成各种不同的发酵产物。按主要产物，可分为不同发酵类型。如酵母菌乙醇发酵与甘油发酵，细菌乳酸发酵，丁酸发酵，丙酮—丁醇发酵，混合酸发酵及丁二醇发酵等。（一）（生理学）发酵乙醇发酵--酵母菌利用EMP途径将G分解为丙酮酸；丙酮酸脱羧酶（以焦磷酸硫胺素(TPP)为辅基）催化脱羧形成乙醛，乙醛在乙醇脱氢酶作用下被还原为乙醇。发酵条件（通气状况、培养基及pH

等）影响很大。如好氧条件，G分解速度降低，停止生成乙醇。重返厌氧，G分解加速，大量产生乙醇。称为“巴斯德效应”。（一）（生理学）发酵Ⅰ型发酵：弱酸性条件，1分子G发酵产生2乙醇和2CO2；为正常酵母菌酒精发酵。Ⅱ型发酵（甘油发酵）：加入适量亚硫酸氢钠，形成大量甘油和少量乙醇。NaHSO3

与乙醛结合形成复合物。磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，形成α-磷酸甘油，在α-磷酸甘油酯酶的催化下，脱去磷酸，生成甘油。NaHSO3过多，会使酵母中毒停止甘油发酵。NaHSO3

仅加至亚适量，仍有部分乙醛可作为受氢体形成乙醇并产生能量，维持菌体生长。（一）（生理学）发酵Ⅲ型发酵：弱碱性(pH7.6)，主产物为甘油，少量乙醇、乙酸和CO2。微碱性环境，乙醛不能作受氢体，在两个乙醛分子间发生岐化反应，1分子乙醛被氧化为乙酸，另1分子乙醛被还原为乙醇。同时，磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，被还原为甘油。不产生ATP，细胞没有足够能量进行正常生理活动，是一种在静息细胞内进行的发酵。该发酵有乙酸产生，累积导致pH下降，使甘油发酵重新回到乙醇发酵。利用该途径生产甘油，需不断调节pH，维持微碱性。（一）（生理学）发酵细菌也能利用EMP和ED途径进行乙醇发酵。如严格厌氧且能在极端酸性条件下生长的胃八叠球菌，兼性厌氧的肠细菌解淀粉欧文氏菌（一）（生理学）发酵乳酸发酵--某些细菌在严格厌氧条件下利用G生成乳酸及少量其它产物的过程。常见乳杆菌、乳链球菌、明串珠菌及双岐杆菌等，多是兼性厌氧细菌。乳酸菌缺少许多生长因子的合成能力，生长中表现出很复杂的营养需求，培养时，需加入一定量动植物组织浸出液或酵母浸出液。（一）（生理学）发酵乳酸CH3C*HOHCOOH含有1个不对称碳原子，发酵可能产生D-型、L-型同分异构体和DL-型。即D-型和L-型乳酸脱氢酶作用于丙酮酸，分别形成D-型和L-型。DL-型的产生，一是细胞内同时含有两种乳酸脱氢酶；二是细胞内仅有L-型乳酸脱氢酶，催化丙酮酸产生L-型乳酸，L-型乳酸的积累诱导消旋酶合成，将L-型转化为D-型，直至两者达到动态平衡。

（一）（生理学）发酵通过EMP和PK途径，生成乳酸的最后一步反应是丙酮酸在乳酸脱氢酶催化下被还原为乳酸。EMP途径的产物只有乳酸。乳酸为唯一产物的乳酵发酵称为“同型乳酸发酵”。-PK途径的产物有乳酸、乙醇和乙酸。产物为乳酸和其它物质的乳酸发酵称为“异型乳酸发酵”。肠膜明串珠菌和双岐杆菌所进行的乳酸发酵属于异型乳酸发酵。

PK途径A

两岐双岐杆菌B明串珠菌（一）（生理学）发酵乳酸脱氢酶是乳酸发酵的关键酶。Mg2存在及细胞内1，6-二磷酸F高时，乳链球菌、双岐杆菌的乳酸脱氢酶活性高。G限量时，1，6-二磷酸果糖浓度低，仅形成少量乳酸；氮源限量时，1，6-二磷酸果糖浓度高,形成大量乳酸。（一）（生理学）发酵混合酸与丁二醇发酵—埃希氏菌属等一些细菌，利用G进行混合酸发酵：G经EMP途径分解为丙酮酸，进一步转化为乳酸、乙酸、甲酸、乙醇、CO2和H2，部分PEP固定1CO2转化为琥珀酸。肠杆菌属中一些细菌，能利用葡萄糖进行丁二醇发酵：形成大量丁二醇和气体，产生少量酸。（二）呼吸细胞内的葡萄糖分解(生物氧化)时，所脱之氢通过电子传递链传给外源氢受体(O2或特定无机氧化物)，并逐步释放化学能，形成ATP的过程称为呼吸。外源氢受体为O2时的呼吸称为有氧呼吸，外源氢受体为特定无机氧化物(NO3-，SO42-，HCO3-)的呼吸称为无氧呼吸。特点：氢受体来自细胞外部，氢通过呼吸链传递。发酵中，氢受体为细胞内源产物，氢不通过呼吸链(或称电子传递链)传递。有氧呼吸、无氧呼吸和发酵过程示意图

1、有氧呼吸简称呼吸，最重要最普遍的生物氧化过程。底物所脱之氢经完整呼吸链（RC）又称电子传递链（ETC）传递，最终由O2接受氢形成水，并释放能量(ATP)。第1阶段，G通过EMP、HMP和ED途径分解为2分子丙酮酸；第2阶段，丙酮酸通过三羧酸循环彻底分解，形成CO2和H2O，产生大量ATP。1、有氧呼吸三羧酸循环(TCA)也称柠檬酸循环，是绝大多数异养微生物在有氧条件下彻底分解丙酮酸等有机底物的重要方式，是物质代谢的枢纽，将分解代谢和合成代谢连为一体。TCA主要反应产物为CO2、ATP，也生产一些重要的工业发酵产品。TCA(虚线表示可用于各种生物合成的中间代谢物)

TCA在微生物代谢中的枢纽地位

1、有氧呼吸谷氨酸钠：过去用酸法水解小麦面筋或大豆蛋白，现在用微生物发酵法以G为原料生产。TCA中α—酮戍二酸合成后，下一步反应受阻时，α—酮戍二酸在细胞内大量累积，进而通过转氨作用合成大量谷氨酸，分泌到细胞外部的发酵液中。生产菌种为谷氨酸棒杆菌。1、有氧呼吸柠檬酸：G通过黑曲霉工业发酵。TCA正常运转时，细胞内不积累柠檬酸；在柠檬酸合成的下一步反应处受阻时，柠檬酸在细胞内大量累积，并分泌至细胞外的发酵液中。按理论计算，1分子葡萄糖只能产生2/3分子柠檬酸，相当于100g葡萄糖产生71.1g柠檬酸，而生产上却可得到75～87g柠檬酸。同位素14CO2

研究证明，柠檬酸合成中伴随大量CO2固定，这就是柠檬酸超量合成的原因。

黑曲霉的柠檬酸合成途径A.1967年提出；B.1976年提出粗线代表谷氨酸合成的路线

2、无氧呼吸也称厌氧呼吸，指G等有机底物在厌氧脱氢途径所脱之氢由呼吸链传递给外源氧化态无机物型氢受体(特殊有机受氢体为延胡索酸)的过程。在无氧呼吸的呼吸链末端，氢受体为外源无机氧化物(个别为有机物)，产能效率较低。按呼吸链末端的外源氢受体不同，无氧呼吸分为多种类型。2、无氧呼吸（1）．无机盐呼吸：硝酸盐呼吸（NO-3

→NO-2,NO,N2O,N2）兼性厌氧；硫酸盐（SO2-4→

SO2-3,S3O2-6,S2O2-3,H2S）厌氧；硫呼吸（S0→

HS-,S2-）兼性厌氧或厌氧；铁呼吸（Fe3+→

Fe2+）兼性厌氧或厌氧；碳酸盐呼吸（产乙酸细菌CO2,HCOO-→

CH3COOH产甲烷细菌CO2,HCOO-→

CH4）厌氧。无氧呼吸：无机盐呼吸；有机物呼吸。（2）．有机物呼吸：延胡索酸呼吸（延胡索酸→琥珀酸）兼性厌氧；甘氨酸呼吸（甘氨酸→乙酸）兼性厌氧；氧化三甲胺呼吸（氧化三甲胺→三甲胺）兼性厌氧。

第二节

微生物的合成代谢

合成代谢主要指与细胞结构、生长和生命活动有关的生物大分子物质的合成，包括蛋白质、核酸、多糖及脂类等化合物。微生物合成代谢有许多过程与其他生物是基本相同的，如蛋白质和核酸等合成。本节介绍微生物合成过程的原料、基本路线及微生物特有的部分合成反应。第二节

微生物的合成代谢一、微生物合成代谢的类型与原料二、肽聚糖合成三、次级合成代谢一、合成代谢的类型与原料（一）、合成类型：按照不同的分类依据，可将微生物细胞内的合成反应分为不同类型。一、合成代谢的类型与原料（二）、合成的原料：小分子物质、能量和还原力NAD(P)H2。直接自外界环境吸取，并可以从分解代谢中获得。细胞中的分解代谢是合成代谢的基础，二者密切相关。一、合成代谢的类型与原料还原力--主要指还原型烟酰胺腺嘌呤核苷酸类物质，即NADPH2或NADH2，两者在转氢酶作用下互换。化能异养微生物中，通过发酵或呼吸过程形成。发酵时每个G通过EMP途径生成两个丙酮酸，通过3-磷酸甘油醛脱氢酶作用产生两个NADH2；通过HMP途径降解生成两个丙酮酸，产生6个NADPH2和1个NADH2；通过ED途径生成两个丙酮酸，产生1个NADPH2和1个NADH2。呼吸时每个G分解成CO2，形成8个NADH2和2个NADPH2。一、合成代谢的类型与原料化能自养细菌中1．氢酶催化H2形成NAD(P)H2，大多数氢细菌中都存在可溶性氢酶和颗粒性氢酶，分别催化形成NAD(P)H2和ATP；2．电子逆转，在消耗ATP的前提下，电子通过在电子传递链上的逆转过程(由高电位向低电位流动)产生NAD(P)H2。由于ATP大部分用来形成NAD(P)H2，导致机体在生长过程中要消耗更多基质，故这类细菌生长缓慢。一、合成代谢的类型与原料光合生物－植物、藻类与蓝细菌，有两个光反应中心，水在反应中心Ⅱ中发生光解形成还原力；在其他光合细菌里，只有1个光反应中心，其中的菌绿素通过光激发放出高能电子，该电子经最初电子载体去还原NAD(P)或由外源电子供体提供的电子去还原NAD(P)形成NAD(P)H2。有些光合细菌能利用H2作供氢体，形成NAD(P)H2，但需消耗ATP。硝化细菌的电子传递磷酸化和电子逆转过程FP-黄素蛋白

一、合成代谢的类型与原料小分子前体碳架物质--指直接被机体用来合成细胞物质基本组成成分的前体物(氨基酸、核苷酸及单糖等)。形成这些前体物的小分子碳架主要有12种：乙酰CoA、磷酸二羟丙酮、3-磷酸甘油醛、PEP、丙酮酸、4-磷酸赤藓糖、α-酮戍二酸、琥珀酸、草酰乙酸、5-磷酸核糖、6-磷酸果糖及6-磷酸葡萄糖，可通过单糖酵解途径及呼吸途径由单糖等物质产生。一、合成代谢的类型与原料以这些碳架为前体，在酶的作用下通过一系列反应，合成氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸及多糖等细胞物质。在12种碳架前体中，有些是TCA循环的中间体。若在微生物生长时这些碳架被用于细胞物质合成，则导致TCA中草酰乙酸等中间体不足，造成TCA循环不能正常运转。微生物通过特定回补途径合成草酰乙酸或苹果酸，以补充TCA中中间体的不足。一、合成代谢的类型与原料能量-合成氨基酸、核苷酸等单体及由这些单体聚合成大分子物质时均需要消耗能量。来自发酵、呼吸和光合磷酸化过程形成的ATP和其他高能化合物。碳源和培养基组成不同时，合成同样数量的细胞物质所需能量不同。以氨基酸、葡萄糖和碱基等单体形式提供碳、氮源时，合成1g大肠杆菌细胞所需ATP仅为丙酮酸和无机盐为碳氮源所需ATP的二分之一。以CO2为碳源所需能量远远高于以苹果酸或乳酸为碳源的ATP消耗量。精简的Calvin循环二、肽聚糖合成肽聚糖是绝大多数原核生物细胞壁的独特组分。青霉素、头孢霉素、万古霉素、环丝氨酸、杆菌肽的抗菌作用就是通过阻止肽聚糖合成实现的。-肽聚糖是由“双糖五肽”单体聚合而成的网状大分子。合成过程约有20步，在细胞质、细胞膜、细胞膜外3个部位进行。肽聚糖合成的三个阶段及其主要中间代谢物

(G为葡萄糖，○G为N-乙酰葡糖胺，□M为N-乙酰胞壁酸)（一）在细胞质中合成“单糖五肽”1．合成N-G和N-M：G＋ATP→G-

6-

P＋ADP；G-

6-

P→F-

6-

P；F-

6-

P＋Gln

→

Glu＋G胺-

6-

PG胺-

6-

P＋乙酰CoA

→

CoA＋N-

乙酰G胺-

6-

PN-

乙酰G胺-

6-

P→N-

乙酰G胺-

1-

PN-乙酰G胺-

1-

P＋UTP→

PPi＋N-

乙酰G胺-

UDPN-

乙酰G胺-

UDP＋PEP＋NADPH2→N-M-

UDP＋Pi＋NADP（一）在细胞质中合成“单糖五肽”2．合成“Park”核苷酸（单糖五肽）：金葡N-M-UDP＋ATP＋L-ALa

→N-M(ALa)-UDP+

Pi+ADPN-M(ALa)-UDP＋ATP＋D-Glu→N-M(ALa-Glu)-UDP+

Pi+ADP

N-M(ALa-Glu)-UDP+ATP＋L-Lys

→N-M(ALa-Glu-

Lys)-UDP+

Pi+ADPN-M(ALa-Glu-Lys)-UDP+

ATP＋D-

ALa-ALa

→N-M(ALa-Glu-Lys-ALa-ALa)-UDP+

Pi+ADP（二）在细胞膜中合成肽聚糖单体细胞膜疏水，单糖五肽亲水。要使其进入质膜，在膜上合成肽聚糖单体(双糖五肽-甘氨酸五肽桥复合体)，最后将单体插入到膜外的细胞壁生长点处，必须通过细菌萜醇（类脂）作载体。细菌萜醇（CH3C=CHC(CH3)H(CH2CH=CHCH-CH3)9CH2CH=CHCH(CH3)OH）通过与N-M的两个磷酸基相接，使单糖五肽和单体具有很强的疏水性，顺利通过疏水性很强的细胞膜转移到膜外。参与细菌磷壁酸、脂多糖，细菌和真菌纤维素，真菌几丁质和甘露聚糖等合成。细菌质膜上的双糖五肽合成见图6—46质膜上合成肽聚糖单体，(4)(5)可被万古霉素杆菌肽抑制

（三）在细胞膜外连接“编织成肽聚糖网”单体合成后经类脂载体运至膜外活跃合成肽聚糖的部位，由“自溶素酶”解开壁肽聚糖网，原有的肽聚糖分子成为新合成分子的引物，使肽聚糖单体发生转糖基和转肽作用。转糖基作用指肽聚糖单体的N-G与壁引物上的N-M之间通过β-1，4键连接，使多糖链横向延伸1个双糖单位。转肽作用指两条糖链上的短肽在转肽酶作用下通过甘氨酸五肽桥相连接。

肽聚糖网形成中的转糖基和转肽作用(E为转肽酶)抑制机理环丝氨酸(恶唑霉素)抑制丙氨酸二肽合成。万古霉素杆菌肽抑制肽聚糖单体合成的(4)(5)。青霉素抑制转肽酶，导致两个肽聚糖单体的短肽链不能通过甘氨酸五肽桥交联，合成的肽聚糖网无纵向连接“桥”，形成缺乏正常强度的缺损细胞壁及异常细胞或球质体。在低渗透压环境中，这些异常细胞极易破裂而死亡。青霉素能阻止肽聚糖网形成，对处于生长繁殖旺盛期的细菌具有明显的抑制作用，对已形成的细胞则无抑制作用。三、次级合成代谢次级代谢是存在于某些微生物内通过支路代谢进行的特殊类型，其合成产物称次生代谢产物。如抗生素、生长刺激素、色素及毒素等。次级代谢产物大多不是本身生活所需的物质，与人类有着密切关系。代谢类型、途径、产物因种而异；代谢受阻不影响生命；一般生长后期进行；对环境条件敏感。

初级代谢和次级代谢的联系（一）毒素微生物产生的对人和动植物有毒害作用的物质称为毒素。1．细菌毒素2．真菌毒素。1．细菌毒素一类由某些细菌分泌的，对其它生物（通常是近缘的）致死的物质。外毒素：生成后分泌到体外的毒素。主要由革兰阳性产生，本质是蛋白质，抗原性强，伤害大。不稳定，易失活。用0．3－0．4％甲醛39－40处理20－30天，可去毒，保持抗原性，成为类毒素，作疫苗。1．细菌毒素内毒素：细胞壁组成成分，菌体裂解或死亡后游离出来。主要由G阴产生。主要成分是脂多糖。对热比较稳定，抗原性弱，毒力较低。发烧，糖代谢紊乱，脏器出血，中毒性休克。一定条件下，具有抗感染、辐射、肿瘤及增强单核巨噬细胞系统的作用。2．真菌毒素存在于粮食、食品、饲料中，由真菌产生，能够引起人和温血动物病理变化或生理变态的次级代谢产物。无传染性流行，有地方性，季节性，特定菌相；产生细胞毒性，三致。以霉菌为主。黄曲霉毒素（B1G1M1等12种）、赭青霉素（A7种）、杂色曲霉（10多种，能转成B1）、单端孢霉素类（40多种，镰刀菌属）2．真菌毒素食品工业中－－控制原料质量：包括提前控制。淘汰产毒菌株：特别是酿造业。以纯种代替自然曲。适当添加防腐剂、采取消毒措施。（二）激素

刺激动、植物生长或性器官发育的物质。如吲哚乙酸、赤霉素等。水稻恶苗病菌藤仓赤霉是产生赤霉素的唯一真菌。已知赤霉素共有GA1、GA2、GA3（主要成分）等15种，以GA3、GA4和GA7作用较强。赤霉素是现知效能最高的植物生长素。能强化植物生长，持久反复开花，中断休眠状态，影响叶片形状与大小，促进形成层的活性，改变枝条、叶柄及叶片的向地性，改变性别表现，影响植物生长发育。（三）色素各种天然色素，使菌呈现不同颜色。有胞外色素、胞内色素、沉淀色素（膜或鞘）、光合色素与呼吸色素。紫色红曲霉产生六种红曲菌素，红、紫、黄各2种。其中红色最稳定，耐光、热、不受金属离子、氧化还原影响，着色力强，对人体无害，酿制红豆腐乳。（四）抗生素微生物产生的、具特异性抗菌作用的一类化学物质的总称。20世纪40年代初青霉素首先用于医疗，已发现的抗生素有两千多种，可医用的达数十种，用于医疗、植保、家畜饲养和食品保鲜等方面。抗生素生产已成为规模最大的现代化发酵工业。1、抗生素与产生菌半数以上抗生素由放线菌产生；真菌与细菌。放线菌抗生素两千多种，主要由链霉菌属产生。链霉素由链霉胍、链霉糖和N-甲基－葡萄糖胺组成。链霉素经化学反应被还原生成双氢链霉素，两者对结核病均有很好的疗效。但长期使用会伤害神经，引起听觉失灵及不能控制身体平衡。瓦克斯曼获1952年诺贝尔医学与生理学奖。卡那、庆大、新生霉素结构与链霉素相似。四环素、金霉素(即氯四环素)、地霉素(即氧四环素)。金、地霉素一般起抑菌作用。1、抗生素与产生菌真菌抗生素有数百种，主要是点青霉和产黄青霉产生的青霉素，荨麻青霉和灰黄青霉产生的灰黄霉素。灰黄霉素抗真菌（皮肤病与灰指甲病），对细菌无效。青霉素抗G+菌有效，对G-菌作用很弱，对人的副作用小，有过敏反应。1、抗生素与产生菌青霉素是一类群化合物，不同青霉素的侧链R各异。常用青霉素G，R为苯甲基。低浓度抑菌，高浓度杀菌。有的细菌产生青霉素酶，使酰胺环开裂而失去作用。苯甲基青霉素钠盐0.6μg为一个单位，1mg苯甲基青霉素钠盐等于1，667个单位。细菌抗生素多是多肽类化合物。如短杆菌的短杆菌素S，枯草芽孢杆菌的枯草杆菌肽，多粘芽孢杆菌的多粘菌素等，对动物有毒性，只限外用。2、抗菌机制与抗菌谱抗生素能抑制的微生物种类叫抗菌谱。抗菌机制是干扰生物主要合成途径。影响壁合成；破坏膜结构，吸收受阻，物质外泄；抑制蛋白质合成，如氯霉素与核糖体结合，阻碍mRNA与核糖体结合；干扰核酸合成如丝裂霉素与DNA两链互补碱基形成交联，影响两链分开，阻碍复制进行。第三节微生物的能量代谢能量代谢是代谢核心。中心任务，是将多种形式的初级能源转化为通用能源ATP。化合物自由能原子结合键化学键能。生物细胞内，有机物分解(生物氧化)为放能反应，生物大分子合成为吸能反应。合成反应所需能量由放能反应提供，最通用的是ATP和酰基辅酶A(RCo～CoA)。两者可以互相转变，故能量代谢的实质是ATP的形成与利用。

第三节微生物的能量代谢微生物可利用的初级能源为日光、还原态无机物、有机物。分别称为光能营养菌、化能自养菌、化能异养菌。一、光能微生物的能量代谢光能营养型生物：产氧真核生物为藻类、绿色植物；产氧原核生物为蓝细菌。不产氧原核生物为光合细菌、嗜盐菌。蓝细菌（与绿色植物．藻类共有）非循环光合磷酸化：PSⅠ含cha吸收P700红光，电子经Fe-S、Fd，传给NADP+，形成可还原CO2的NADPH＋H+。

PSⅡ含chb吸收P680蓝光，电子经Phc/e（藻兰蛋白/藻红蛋白）、Q、Cytb/f、Pc（质体兰素)，产生ATP蓝细菌的非环式电子传递途径图----Q醌·Phc-藻蓝蛋白；Phe-藻红蛋白；Aphc-别藻蓝素；PQ-质体醌；

Pc-质体蓝素(Pla-stocyanin)；Chl-叶绿素；f-细胞色素；Fd-铁氧还蛋白；Fp-黄素蛋白（Fe-S---b563---PQ）一、光能微生物的能量代谢光合细菌--红螺菌目，不能利用H2O作为还原CO2的供氢体，只能以H2，H2S或有机物（脂肪酸、醇类等）作为供氢体，故在光合过程中无O2产出，行不产氧光合作用（循环式光合磷酸化－原始光合作用，可净化污水）。所含菌绿素和类胡罗卜素的量与比例不同，使菌体呈红橙、绿、紫及褐等不同颜色。典型深层(缺氧)淡水与海水水生菌。一、光能微生物的能量代谢循环式光合磷酸化（下图）：红光或红外线照射菌绿素Bchl（P870）形成激发态，释放电子，通过脱镁菌绿素Bph、辅酶Q、细胞色素bc1、铁硫蛋白、细胞色素c2，重新传给菌绿素。在这个过程中，建立了质子动势和1个ATP。如果有ATP供应，还能使外源电子供体（H2S、Fe2+等）逆电子流产生还原力。即外源电子经细胞色素c2、铁硫蛋白、细胞色素bc1，到辅酶Q，形成NADPH2。从而使光合磷酸化与固定CO2的开尔文循环相联接。一、光能微生物的能量代谢嗜盐菌科盐杆菌属嗜盐细菌：高浓度饱和盐溶液(3.5～5.0mol/LNaCl)栖息，其酶在2mol/L盐浓度中才能保持活性与稳定性。兼性光能菌，异养型(从氨基酸得到碳架与还原力)。产能特征：膜上具有红膜和紫膜。红膜含红色类胡萝卜素、细胞色素、黄素蛋白等，O2充足时，进行氧化磷酸化，获得能量和中间产物。紫膜由细菌视紫红质（蛋白质，以紫色的视黄醛为辅基，占75％）和类脂（占25％）组成，O2不足时，若光照适宜，则合成紫膜，形成ATP。紫膜呈斑片状独立分布，D约0.5微米，S达50％。一、光能微生物的能量代谢紫膜光介导ATP（最简单的光合磷酸化）：紫膜吸收光能，视黄醛由反式转变为顺式，产生质子，释放到膜外，使紫膜内外形成一个质子梯度差，即质子动势，驱使H+通过ATP酶和孔道进入膜内，重新传给反式视黄醛，达到质子平衡，同时产生ATP。二、化能自养微生物的能量代谢化能自养菌（专性、非专性）是一类从无机物的氧化中得到能量(ATP)和还原力(NADH2或NADPH2)，再通过卡尔文循环，同化CO2的微生物。非专性化能自养菌大多好氧，也有厌氧和兼性厌氧的种类。二、化能自养微生物的能量代谢专性化能自养菌氧化无机物时，产生的电子通过ETC传给氧，其产能过程需要氧，严格好氧。专性化能自养菌不吸收利用有机物，但能不同程度地同化有机物，如HMP途径沟通糖类进入TCA，通过有缺陷的TCA获得中间产物，进而将其转化为细胞物质。化能自养菌吸收的有机物不是作为能源；并且数量有限，也不能代替CO2作为主要碳源。化能自养菌ETC组成及无机底物脱氢后电子进入ETC部位

二、化能自养微生物的能量代谢化能自养菌：氢细菌、硝化细菌、硫化细菌和铁细菌。化能自养菌通过氧化无机物获得能量，供其生长。产生ATP的主要途径为电子传递磷酸化，底物水平磷酸化也存在于APS(磷酸腺苷酸)等途径中。

二、化能自养微生物的能量代谢1、氢细菌：氧化H2获得能量同化CO2的细菌。氧化氢仅是一种生理特性。现已按形态与生理特征将氢细菌分别归入假单胞菌属、副球菌属及诺卡氏菌属等属。大多数氢细菌为革兰氏阳性菌、好氧，少数厌氧或兼性厌氧。在化能自养菌中，氢细菌生长速度最快，细胞得率高。

二、化能自养微生物的能量代谢按6∶2∶1消耗H2、O2及CO2，合成菌体生长所需碳架。4H2氧化过程中放出的能量能合成足够的ATP，用于合成反应及其它耗能过程。含两种与H2氧化有关的酶。一种为不需NAD+的颗粒状氢化酶，是含6个铁原子和不稳定硫的铁硫蛋白，分子量≤90，000。结合在细胞质膜或膜壁间隙。另一种是需要NAD+的可溶性氢化酶，是一种寡聚铁硫黄素蛋白，分子量约200，000，含有几个［2Fe2-S］、[4Fe4-S]中心和FMN，酶呈自由态溶于细胞质中。二、化能自养微生物的能量代谢颗粒状氢化酶能催化H2的氧化反应颗粒状氢化酶----

H2-------------2H++2e该酶位于质膜上，在氧化

H2并通过ETC传递电子的过程中驱动H+跨膜移动(向膜外释放2H+)，造成质子浓度的跨膜梯度，为ATP合成提供动力。H2氧化放出的电子经ETC传给O2，在传递过程中形成3ATP。可溶性氢化酶催化H2氧化形成NADH2。生成的NADH2主要用于还原CO2的生物合成

氢细菌两种类型氢化酶的功能及电子传递系统

二、化能自养微生物的能量代谢2、硝化细菌：亚硝化细菌(亚硝化单胞菌属亚硝化螺菌属亚硝化球菌属等)--氨氧化为亚硝酸盐；硝化细菌(硝化杆菌硝化球菌)--亚硝酸盐氧化为硝酸盐。均属硝化杆菌科。硝化细菌:专性好氧G+，以氧为最终电子受体，多数为无机营养型。细胞具有复杂的膜内褶结构，有利于增加细胞的代谢能力。硝化细菌对自然界氮循环影响极大，在自然界分布广泛，陆地及水域皆有分布。

二、化能自养微生物的能量代谢3、硫细菌：能利用S0、S2-及S2O3-3等硫化物氧化释放的能量生长的细菌。分为光能自养型和化能自养型。化能自养型硫细菌称为硫化细菌，主要包括硫杆菌属、硫化叶菌属及硫小杆菌属等6属。多数硫化细菌为专性化能自养，专性好氧，少数为兼性化能自养与兼性厌氧。硫杆菌能利用一种或多种硫化物作能源。硫化物被氧化成硫酸盐和产生ATP的过程

①、②和③分别代表电子传递链上产生ATP的位点二、化能自养微生物的能量代谢硫杆菌的能量代谢过程：先将硫代硫酸盐裂解为元素硫和亚硫酸盐，然后将其氧化为硫酸盐。元素硫被硫氧化酶(一种铁硫黄素蛋白)和细胞色素氧化为亚硫酸盐，放出的电子通过ETC时产生4个ATP。亚硫酸盐的氧化有两条途径，一是直接氧化为硫酸盐，即SO32-在亚硫酸盐细胞色素C还原酶和末端色素系统催化下形成SO42-，产生1个ATP；二是通过APS(磷酸腺苷硫酸)途径氧化。APS途径的反应为二、化能自养微生物的能量代谢还原酶

2SO23-+2AMPAPS------>2APS+4e(1)1111111ADP硫酸化酶``2APS+2Pi-------------->2SO2+

4+2ADP(2)````腺苷酸激酶

2ADP----------->ATP+AMP(3)(1)放出4个电子通过ETC传递产生4ATP，(2)、(3)偶联，通过底物水平磷酸化产生1个ATP。即一个SO32-直接氧化SO42-时产生1个ATP，通过APS途径氧化时共产生2.5ATP，其中通过电子传递磷酸化产生2ATP，通过底物水平磷酸化产生0.5ATP。二、化能自养微生物的能量代谢4、铁细菌：将Fe2+氧化为Fe3+，利用氧化过程产生的ATP和还原力同化CO2进行自养生长的细菌。硫杆菌属中的氧化亚铁硫杆菌不仅能氧化元素硫和还原性硫化物，还具有铁细菌的生理功能。亚铁杆菌等属中有许多菌属于铁细菌。产能氧化反应为Fe2++H++1/4O2--->Fe3++1/2H2O+167KJ二、化能自养微生物的能量代谢低pH环境，氧化Fe2+。已在氧化铁的呼吸链中发现了一种新的含铜蛋白质(RC)，RC与几种细胞色素C及a1构成ETC，其中RC和一种细胞色素C位于壁膜间隙，其它细胞色素C及a1分别位于细胞膜的外表面(细胞壁侧)和内表面(细胞质侧)，电子沿ETC传递至胞内O2时释放能量，形成ATP。其机理为：电子传至ETC末端时消耗细胞膜内的H+，造成膜内外H+浓度差；质子浓度差驱动ATP酶合成ATP。三、化能异养微生物的能量代谢

ATP是生物细胞内的通用能源，

ATP形成按能量来源分为两种方式，光合磷酸化（光能微生物）和氧化磷酸化（化能微生物）。按照有无电子传递链，氧化磷酸化分为底物水平磷酸化和电子传递磷酸化。

1、底物水平磷酸化通过转移底物在生物氧化过程中形成的高能化合物的高能磷酸键，直接形成ATP的过程。几种重要反应：---丙酮酸激酶

--------PEP+ADP-----------ATP+丙酮酸磷酸甘油酸1，3-二磷酸甘油酸+ADP----ATP+3-磷酸甘油酸

--------------------------------激酶乙酶激酶

-------乙酰磷酸+ADP------------ATP+乙酸

1、底物水平磷酸化底物水平磷酸化的特点：底物在生物氧化中脱下的电子或氢不经过电子传递链传递，而是通过酶促反应直接交给底物自身的氧化产物，同时将释放出的能量(一般通过高能磷酸键)交给ADP，形成ATP。底物水平磷酸化是微生物在发酵中产生ATP的唯一方式。在呼吸过程中，处于次要地位。2、电子传递（呼吸水平）磷酸化EP：底物在生物氧化过程中放出的电子通过ETC传给氧或其他氧化物(如NO3-1)，同时形成ATP的过程。

电子传递磷酸化的核心“元件”为电子传递链(ETC)、呼吸链(RC)。ETC由若个氢和电子传递体按氧化还原电位高低顺序排列而成，相当于一段由有机物分子连接而成的“生物导线”，电子在该导线上流动时作功，形成ATP。ETC主要有醌及醌衍生物、细胞色素、铁硫蛋白及黄素蛋白4类化合物。

2、电子传递（呼吸水平）磷酸化泛醌(辅酶Q)--一类小分子非蛋白脂溶性氢载体。功能为传递氢，收集呼吸链中各种辅酶或辅基传出的氢还原力[NAD(P)2］，将它们传递给细胞色素系统。在ETC中，醌的含量较其他组分多10～15倍。

2、电子传递（呼吸水平）磷酸化NAD与NADPNAD与NADP分别为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸及烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸。某些脱氢酶含有NAD+或NADP+形式的辅酶，能从还原性底物上脱出1个氢离子(H+)和2个电子，变为还原态NAD(P)H+H+。

2、电子传递（呼吸水平）磷酸化黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和黄素腺嘌呤单核苷酸(FMN)FAD和FMN是黄素蛋白(FP)脱氢酶的辅基，它们的活性基团为异咯嗪结构。

2、电子传递（呼吸水平）磷酸化铁硫蛋白(Fe-S)

传递电子的氧化还原载体。这类小分子蛋白的辅基中含有铁硫。Fe-S蛋白存在于呼吸链中，每次仅能传递1个电子，电子的传递是通过铁的氧化还原过程Fe3*+e→Fe2*完成的。2、电子传递（呼吸水平）磷酸化细胞色素系统--细胞色素是一类含铁卟啉的血红蛋白，主要存在于好氧微生物中。细胞色素系统位于呼吸链的末端，传递电子，不传递氢。从泛醌接受电子，同时将同等数目的H+推到线粒体膜外(真核)或细胞膜(原核)外环境中。细胞色素能通过分子中心Fe3*与Fe2*之间化合价的变化传递电子。按吸收光谱和氧化还原电位不同将细胞色素分为多种类型，如Cyta、Cytb、Cytc、Cytaa3等，均以血红素作辅基。2、电子传递（呼吸水平）磷酸化ETC最末端能被直接氧化的细胞色素称为细胞色素氧化酶。Cytaa3就是许多微生物的细胞色素氧化酶，能催化4个电子还原氧的反应，激活氧分子。O2+4Fe2+→2O2-+4Fe2、电子传递（呼吸水平）磷酸化-ETC的组成、排列及在细胞内的定位随生物种类而异。真核生物ETC位于线粒体膜上，原核生物ETC位于细胞质膜上；真核与原核的ETC组成不同。

2、电子传递（呼吸水平）磷酸化真核生物ETC--目前只发现两条ETC，由4个复合体组成。第1条ETC的组成为：NADH脱氢酶复合体(I)→CoQ→细胞色素b、c复合体(Ⅲ)→细胞色素C→细胞色素a、a3复合体(IV)→O2；第2条ETC：琥珀酸脱氢酶复合体(Ⅱ)→CoQ→(Ⅲ)→Cytc→(IV)→O2。A.第一条电子传递链的电子传递；B.线粒体呼吸链的构成2、电子传递（呼吸水平）磷酸化原核生物(大肠杆菌)的ETC--细菌呼吸链无Cytc，而且ETC的组成因细菌种类和培养条件不同而改变。大肠杆菌的ETC呈叉状，故有两种细胞色素氧化酶，分别为Cytd和Cyto。大肠杆菌在通气良好时，电子经CoQ、Cytb556和Cyto(途径a)传递给O2；供氧不足时，电子经CoQ、Cytb558和Cytd(途径b)传递给O2；厌氧时，大肠杆菌的ETC见图。有氧时大肠杆菌的呼吸链(上面是通气良好时，下面是供氧不足时)厌氧时大肠杆菌的ETC

暂时没有找到2、电子传递（呼吸水平）磷酸化细菌ETC特点：ETC位于细胞质膜上；电子供体多样，NADH2外，还有H2、甲酸等；膜上许多脱氢酶(氢酶等)直接将电子传到ETC上；ETC组成及电子或氢载体含量因种及培养而改变；ETC有直链与支链之分；电子受体除O2还有其它外源物质(NO1-3，SO2-4及延胡索酸等)。2、电子传递（呼吸水平）磷酸化ETC中氢与电子载体按还原电位由小到大排列。电子传递中在ETC3个部位释放出的能量足以驱动ATP形成。当电子从NADH2经ETC传递给O2时，其电位由-0.32V变为+0.82V，电位改变：△E′0=0.82-(-0.32)=1.14V

△G0′=nF△E′0=-2×96×1.14=-218.9kJ，即2个电子经ETC传递释放的能量为-218.9KJ，其中产生3个ATP，即以高能化合物贮存的能量为30.5×3=91.5KJ，能量利用率(91.5/218.9)为42%，其余能量以其他方式被利用或以热放出。ETC中电子传递的能量与电位变化2、电子传递（呼吸水平）磷酸化电子传递磷酸化的效率--真核线粒体中，每2e沿第1条ETC传递时可形成3ATP，沿第2条ETC传递时形成2ATP。即两条ETC产生ATP的能力(或称之电子传递磷酸化的效率)不同。通常把每2e传递到最终电子受体形成的ATP的多少用P/2e表示。若最终电子受体为O2，每传递2e需消耗1个氧原子，故有氧呼吸中的P/2e也可用P/O表示。P/2e或P/O均表示电子传递磷酸化的效率。在真核生物的线粒体中，第1条ETC的P/2e=3，第2条ETC的P/2e=2；在好氧性细菌中，NADH2经ETC传递电子时P/2e=3，大肠杆菌的P/2e约为2。2、电子传递（呼吸水平）磷酸化电子传递磷酸化的机制--ETC在传递氢或电子的过程中产生ATP，其机制可用英国学者P.Mitchell在1961年提出的化学渗透学说解释。该学说认为，细胞(原核生物)或线粒体(真核生物)膜内底物氧化脱下的氢，经ETC上酶系作用转化为2H+，不断排至细胞或线粒体膜外，造成膜内外质子梯度差；质子沿质子梯度差从膜外进入膜内时释放能量，利用释放的能量通过ATP酶合成ATP，同时消除膜内外质子梯度差。

呼吸链与氧化磷酸化偶联示意(Z为一种假想的氢载体；右侧贯穿膜的灯泡状结构为由多个蛋白亚基构成、并有一中间空道的ATP酶，FMN黄素单核苷酸)2、电子传递（呼吸水平）磷酸化按照化学渗透学说，生物通用能源ATP是由质子沿质子梯度差跨膜迁移产生的。因此，可将质子梯度差理解为一个高水位的水源，ATP酶犹如一台水轮发电机，ATP则是由该发电机发出的电流。

2、电子传递（呼吸水平）磷酸化ETC生理作用常受到一些化合物的影响。抑制电子在ETC上传递，如抗霉素、氰化钾等抑制电子传递到电子受体氧；解偶联，如2，4－二硝基酚，不影响电子在ETC传递，却使电子传递中放出的能量不能偶联ATP形成，导致能量以热的形式放出；抑制能量转移，如寡霉素，鲁塔霉素等不影响ETC中氢或电子载体的作用，但阻止能量转移到ADP上，它们是一种抑制电子传递中高能中间体或高能物质形成的化学成分。第四节微生物的代谢调节与应用一、代谢调节特点二、代谢调节机制三、代谢调节应用一、代谢调节特点系统成套，可塑性强，极其精确。体积小，环境恶劣，细胞水平调节能力超过动、植物。较高浓度80－89％的组成酶（固有酶，受基因控制，与底物、底物结构类似物及环境条件无关，主要调节初级代谢）和较低浓度10％左右的诱导酶。二、代谢调节机制酶合成量酶活性细胞膜透性

（一）酶合成调节酶合成调节是通过控制酶的合成量调节代谢速率的调节机制。这是一种在基因表达水平上的调节。凡能促进酶生物合成的调节称为诱导，阻碍酶生物合成的调节称为阻遏。通过酶合成量调节代谢速率是一种间接而缓慢的方式，可称之为“粗调”，其优点是通过阻止酶的过量合成降低代谢速率，节约用于生物合成的原料和能量。（一）酶合成调节1、诱导：细胞适应外来底物或底物结构类似物而临时合成的酶。能促进诱导酶产生的物质称为诱导物。底物、难以代谢的底物结构类似物及底物前体均可作为诱导物。E.coli产生的β-半乳糖苷酶和半乳糖苷渗透酶由乳糖诱导产生。乳糖的结构类似物异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)的诱导效应远高于乳糖。加入IPTG，β-半乳糖苷酶活力突然提高1000倍。

（一）酶合成调节酶合成诱导：协同诱导、顺序诱导。协同诱导指一种底物能同时诱导几种酶的合成。如将乳糖加入到E.coli培养基中，细胞同时合成β-半乳糖苷透过酶、β-半乳糖苷酶和半乳糖苷转乙酰酶。顺序诱导指先合成分解底物的酶，再依次合成分解各中间产物的酶，达到对复杂代谢途径的分段调节。（一）酶合成调节2、阻遏--代谢过程中，当某途径的末端产物过量时，阻碍该代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的生物合成，彻底控制代谢和末端产物合成。阻遏：末端代谢产物阻遏、分解代谢产物阻遏。末端产物阻遏：在直线反应途径中，末端产物阻遏代谢途径中各种酶的合成。在分支代谢途径中，每种末端产物专一阻遏各自对应的分支途径中酶的合成；分支点以前的“公共酶”仅受所有分支途径末端产物的共同阻遏（多价阻遏作用），所有末端产物同时累积，才能阻遏“公共酶”合成。（一）酶合成调节分解代谢物阻遏：同时存在两种底物时，容易利用的底物分解过程中产生的中间代谢物或末端代谢物过量累积，阻遏代谢途径中其它酶（难于利用的底物）的合成。E.coli在含乳糖和葡萄糖培养基上，优先利用葡萄糖，至葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，形成“二次生长现象”。即G存在时阻遏了分解乳糖酶系的合成，此现象又称G效应。（一）酶合成调节3、酶合成调节机制－操纵子学说：操纵子由启动基因、操纵基因、结构基因和调节基因组成。启动基因P是一段能被RNA多聚酶识别的碱基序列，既是RNA聚合酶结合部位，也是转录起始点；操纵基因O是位于启动基因和结构基因之间的一段碱基序列，能与阻遏物(调节蛋白)相结合，以此决定结构基因的转录是否能进行；结构基因S是决定某一多肽的DNA模板，可转录mRAN，再通过核糖体翻译合成相应的酶蛋白。调节基因R是编码调节蛋白的碱基序列，位于操纵子内，或位于基因组的其它部位。（一）酶合成调节操纵子分为诱导型、阻遏型操纵子。在诱导物(一种效应物)存在时才发生转录、翻译、合成诱导酶的操纵子称为诱导型操纵子。在缺乏辅阻遏物(一种效应物)时才发生转录、翻译的操纵子称为阻遏型操纵子。阻遏型操纵子编码酶的合成，只有通过去阻遏作用才能启动。精氨酸、组氨酸和色氨酸合成的操纵子就属于阻遏型。（一）酶合成调节酶合成的负向诱导调节-：在没有诱导物存在时，调节基因R编码产生的阻遏蛋白与操纵基因O相结合，使附着于启动基因P上的RNA聚合酶不能通过，从而阻止了RNA聚合酶对结构基因S的转录；当诱导物存在时，阻遏蛋白因受诱导物作用而构型发生变化，失去与操纵基因的结合能力，从操纵基因上解脱下来，使RNA聚合酶能对结构基因进行转录，进而翻译成酶蛋白。

（一）酶合成调节终产物反馈阻遏：指终产物阻止整个代谢途径酶合成的作用，它与终产物的反馈抑制（酶活性）一起调节代谢途径终产物的合成速率。如果在微生物代谢系统中仅有反馈阻遏的单独作用，代谢还将继续，直至先前存在的酶由于细胞生长而被稀释为止；终产物的反馈抑制可弥补这种不足，使某一代谢途径的运行立即停止，这两种调节联合作用可使细胞生物合成途径达到高效调节。（一）酶合成调节终产物的反馈阻遏在转录水平上进行，终产物为辅阻遏物，它可激活由调节基因R生成的无活性阻遏蛋白。辅阻遏物与阻遏蛋白结合形成活化阻遏物，它能与操纵基因O结合，阻止RNA聚合酶对结构基因S的转录。除终产物外，终产物的衍生物也可以作为辅阻遏物。（二）酶活性调节通过中间代谢产物或终产物改变已有酶分子的活性，进而控制代谢速率。激活、抑制。调节效果迅速而灵敏。酶激活指酶在特定物质作用下，从无活性变为有活性或活性提高的过程。抑制反之。酶活性抑制主要是反馈抑制，即某代谢途径的终产物过量合成时，直接抑制该途径中第1个酶的活性，使整个反应过程减慢或停止，避免终产物过度积累。（二）酶活性调节直线代谢途径反馈抑制。分支代谢途径反馈抑制（-同功酶调节

协同反馈抑制-协作反馈抑制累积反馈抑制-顺序反馈抑制-）。

（二）酶活性调节直线代谢途径的反馈抑制较为简单，异亮氨酸合成的反馈抑制就是一例。落千丈苏氨酸脱氨酶

苏氨酸------------->α-酮丁酸→→→→异亮氨酸（二）酶活性调节-分支代谢途径的反馈抑制较为复杂，主要有5种。同功（工）酶调节--指能催化同一生化反应但酶蛋白分子结构不同的一类酶。在1个分支代谢途径中，如果分支点以前的一个反应是由几个同功酶催化，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。如A→B的反应由3个同功酶a、b、c催化，它们分别受最终产物E、H、G抑制，某一终产物过量时仅能抑制相应同功酶的活性，而不影响其他几种终产物的合成。

（二）酶活性调节协同反馈抑制--指分支代谢途径中的几个终产物同时过量时才能抑制共同途径的第1个酶的调节方式。（二）酶活性调节协作反馈抑制--也称增效反馈抑制，指两种终产物同时存在时的反馈抑制效果远大于一种终产物过量时的反馈抑制作用。协作反馈抑制与协同反馈抑制相似，其特点是每个终产物都能独立地发挥较弱的反馈抑制作用。当其中1种终产