微生物工程教案

教案课程名称微生物工程授课教师陈国忠职称讲师院（系、部）生命科学学院教研室工程教研室授课对象生物科学本0901-0905学年学期第1学期9鲁东大学教务处编写说明1、每项内容都要填写,“教学过程”部分要具体填写,空格不够用时可自行扩充;2、A4纸双面打印（或手写）;3、一次课为一个教案,每门课按学期统一用一个封面左侧装订,封面和本说明双面打印;4、讲课类型指:理论课、讨论课、试验或实习课、习题课等;5、所讲课程教案每轮次必需更新。讲课题目微生物生长和代谢讲课类型理论首次讲课时间年10课时2教学目标1．掌握分解代谢物调整、反馈调整等多种调整方法;2．掌握微生物人工代谢调整应用实例,了解调整机理。关键与难点分解代谢物调整、反馈调整等多种调整方法教学手段与方法教学模式:启发讲解与学生讨论相结合。教学手段:板书。教学过程:（包含讲课思绪、过程设计、讲解关键点及各部分具体内容、时间分配等）讲课过程:代谢调整与控制Metabolicregulationandcontrol微生物经过快速开启或关闭蛋白质合成和相关代谢路径、平衡各代谢流和反应速率来适应外界环境改变。微生物之所以能广泛同化多个无机物和有机物,能在pH、温度改变较大环境下生长,是因为它代谢调整机制起作用。研究微生物代谢调整机制,是为了加以控制、改造微生物,为人类生产生活服务。（一）微生物代谢调整部位site1.原核生物代谢调整部位关键有3个代谢调整部位:（1）与细胞膜相关调整膜脂质membranelipid分子结构膜蛋白数量和活性numberandactivityofmembraneprotein跨膜电化学梯度electrochemicalgradient细胞壁结构structureofcellwall对细胞膜渗透性影响（2）酶数量和活性调整调整反应路径中酶,尤其是关键酶合成和降解改变已经存在酶,尤其是关键酶活力（3）酶与底物相对位置多酶复合体:酶反应在一定空间范围内按特定次序进行。2.真核生物代谢调整部位同上。特点:细胞器多样,使得酶展现出更显著区域化特点,加上酶与底物分隔、跨膜运输载体数量和活性等,都会成为代谢调整部位。（二）酶活性Activity调整1.酶活性调整方法酶活性调整方法能够分为变构调整、可逆共价修饰、酶原激活等。（1）变构调整allostericmodulation概念:酶分子非催化部位（调整部位）与一些化合物可逆非共价结合后发生构象改变,进而改变酶活性状态,称为酶变构调整。含有这种调整作用酶称为变构酶allostericenzyme。能使酶分子发生变构作用物质称为效应物effector,分为正positive效应物和负negative效应物。变构酶分子上有和底物结合及催化底物活性部位,也有和效应物结合调整部位,二者能够相互影响,经过构象改变,产生协同效应。变构酶经过特定处理后,不丧失酶活性而失去对变构效应勿敏感性,称为脱敏作用。比如用汞盐处理,0~5℃（2）可逆共价修饰reversiblecovalentmodification共价修饰是指蛋白质分子中一个或多个氨基酸残基与一化学基团共价连接或解开,使其活性改变作用。这种因为共价修饰引发酶活性改变酶称为共价调整酶。共价调整酶特点:某代谢产物浓度相对小改变就能诱发由它控制共价调整酶激活或失活。（3）酶原激活proenzymeactivation微生物体内合成酶有时不含有生物活性,经水解构象发生改变,形成活性部位,称为酶原激活。特点:无活性变成活性状态是不可逆irreversible。2.酶活性调整方法激活——抑制activation——inhibition激活剂activator——抑制剂inhibitor（1）只有一个终产物路径（无分支路径调整方法）简单反馈抑制feedbackinhibition:终产物抑制该反应序列第一个专一性酶。前体precursor激活:反应序列某一后面反应受前面某中间代谢产物激活。赔偿compensation激活:假如某一化合物利用取决于另一反应序列运行,那么这个化合物就能激活这个反应序列第一个酶。（2）多个终产物路径（分支路径）调整方法多价抑制（协同反馈抑制concertedfeedbackinhibition）:分支路径任何一个终产物都不能单独抑制公共路径第一个酶反应,只有当两个或多个终产物同时过剩时,它们才协同抑制第一个酶反应。增效性抑制（合作cooperation反馈抑制）:任何一个终产物单独过量时,只部分抑制第一个酶活性,终产物同时过量存在时,抑制作用加强。积累反馈抑制:每一个终产物单独、部分抑制公共路径第一个酶,不存在协作和对抗,它们抑制作用是积累。次序反馈抑制:终产物抑制中间代谢产物转化,造成中间代谢产物积累,抑制第一个酶。赔偿性逆转:一个分支终产物能完全抑制共同路径第一个酶,但另一分支前体却是同一个酶激活剂,起到抑制效应对抗物作用。同工酶抑制:公共路径中第一步反应由两个或多个同工酶催化,而分支路径终产物则抑制其中一个同工酶。（3）代谢路径横向调整代谢互锁interlock:分支路径上游某个酶受到另一条分支路径终产物,甚至是与本分支路径几乎不相关代谢中间物抑制或激活,使酶活力受到调整。辅助底物和终产物对另一分支路径调整:一分支路径第一个酶受另一分支路径辅助底物抑制和终产物激活。（三）酶合成enzymesynthesis调整酶生物合成受基因和代谢物双重控制。酶活性调整效果是快速而正确,酶合成调整因为包含蛋白质合成,调整作用比较迟缓。酶合成调整包含诱导induction和阻遏repression2种类型。1.酶合成诱导作用微生物细胞内存在2大类酶:组成酶constitutiveenzyme和诱导酶inducibleenzyme。组成酶合成不依靠环境改变;诱导酶是微生物适应环境中诱导物而产生酶。诱导方法可归为2大类:协同诱导和次序诱导。协同诱导:底物可同时诱导出本身降解所需要全部酶。次序诱导:底物降解所需要酶并不是同时被诱导合成,而是先合成一部分,伴随反应进行,再不停合成其她酶。从经济角度看,依据需要诱导合成必需酶,能够避免核苷酸、氨基酸和能量浪费。2.酶合成阻遏作用代谢过程中,当细胞内某种代谢产物积累到一定程度时,能够反馈阻遏该产物合成路径中前面某种酶合成。分解代谢物阻遏catabolicrepression一个轻易被微生物分解利用生长底物阻碍微生物对其她生长底物利用现象。如葡萄糖和乳糖——大肠杆菌二次生长现象。终产物阻遏和弱化当微生物细胞能够从环境中取得一些合成用单体物质时,就会停止或减弱对应酶合成。3.酶合成调整方法（1）单个终产物生物合成路径简单终产物阻遏:终产物过量时,路径中全部酶均被阻遏。可被阻遏酶产物诱导作用:终产物阻遏只施加在路径中第一个酶上,这个酶所催化产物促进其下游酶诱导合成。（2）多个终产物生物合成路径同工酶isozyme阻遏repression:共同路径从A到B反应由2个同工酶催化,二者分别受到一个分支终产物阻遏。多价阻遏multivalentrepression:单个终产物过量并不能阻遏公共路径中第一个酶合成,只有多个终产物都过量时,才能阻遏。催化2条不一样合成路径共用酶系阻遏:催化两条不一样合成路径共用酶系阻遏必需在2条路径终产物均过量时才发生。（3）分解代谢路径分解代谢物阻遏:一个轻易被微生物利用化合物阻碍了另外较难被微生物利用物质降解。起始底物诱导作用:起始底物能诱导其本身降解路径酶合成。中间产物诱导作用汇流降解代谢路径中诱导多功效路径诱导（四）细胞膜渗透性cellmembranepermeability调整微生物细胞能经过对细胞膜结构和功效自动调整来适应环境条件在一定范围内改变,以维持生命活动。细胞膜选择性透性与工业发酵亲密相关:原料中营养物质要进入细胞,目产物要分泌到细胞外。微生物能够经过改变细胞膜选择性透性来调整细胞代谢。1.膜脂质组成调整膜脂质流动性关键取决于磷脂。脂肪酸长度和双键数量影响相变温度。2.膜蛋白对膜透性调整膜周围蛋白质;膜内蛋白质载体蛋白3.细胞壁结构对膜透性影响细胞壁结构改变,影响膜结构和输送性能。比如:谷氨酸发酵中,加入青霉素能够引发谷氨酸分泌。（五）能荷energycharge调整能荷是指细胞中ATP、ADP、AMP系统中可供利用高能磷酸键量度,所以也成为腺苷酸调整。ATP、ADP、AMP三者所含能量依次递减,细胞或线粒体内三者含量不一样,表明细胞或线粒体能量状态不一样。能量状态通常见能荷表示:依靠能荷对生成和消耗ATP反应调整,微生物能够维持恒定能量状态