微生物生理学

1.19世纪70年代以后，伴随人们对酿酒、动植物病害、人类疾病防治和土壤微生物活动等研究，微生物生理学逐步兴盛起来。1905年，哈登和杨发觉磷酸盐对酒精发酵作用；1911年，诺伊贝格开始对酒精发酵作系统研究；20世纪30年代，生物化学进展又推进了人们对微生物代谢研究。

2.随即，克勒伊沃和范尼尔等人从比较生物化学角度，说明了一些微生物相互关系和生理学问题。1933年，克勒伊沃建立了摇床培养技术，造成当代化微生物工业深层培养生理研究和应用。3.同时，同位素、电子显微镜、超速离心、微量快速生物化学分析以及生物化学突变株等技术普遍应用，也推进了微生物生理学研究发展。二、微生物生理学发展过程微生物生理学第1页4.伴随分子生物学发展，微生物生理学研究不停地深入到，细胞中生物化学转化、能量产生和转换；生物大分子结构与功效；分子水平上形态建成、分化及其行为等方面研究方面。

5.近年来，微生物生理学研究扩展到了新或过去不引人注意微生物类群和可更新能源方面，这使人们对分解纤维素微生物和甲烷产生菌生理进行深入考查，并从化能自养菌研究扩展到利用硫杆菌进行微生物浸矿。

6.另外微生物与其它生物之间共生、寄生关系是人们多年来一直注意领域，尤其是共生固氧研究已经有较大进展。能使石油氧化、农药降解和人工合成高分子物质分解微生物，也越来越多地成为人们研究对象。总之，每一新菌属和新现象发觉，都将为微生物生理学研究提供新对象，开辟新领域。

微生物生理学第2页第二节微生物生理学研究中惯用技术和方法1.电子显微镜技术6.层析技术2.DNA分子铺展技术7.电泳技术3.超离心技术8.电位、电势、极谱技术4.光谱技术5.同位素技术微生物生理学第3页微生物生理学第4页微生物生理学研究内容：1.生物化学方面研究微生物代谢、产物合成路径、能量转化等；研究一些特殊类型微生物生理活动。2.硕士物大分子结构与功效说明微生物遗传信息传递与表示方式和规律，研究膜结构和功效；极端环境条件下微生物抗性与敏感性机理及其调整等。3.研究微生物细胞重建、形态发生、分化过程与趋向性研究运动本质、形态发生与分化分子机理及有生物活性细胞结构过程。微生物生理学第5页第三章微生物营养与物质运输第三节营养物质运输调整一、营养物质本身性质细胞膜结构决定了不一样物质透过膜难易程度有差异，物质化学特征包含分子量、溶解性、电负性、极性等都影响营养物进入细胞难易程度。小分子>大分子、脂溶性>水溶性、不带电荷>带电荷物质微生物生理学第6页二、环境条件

1.温度

2.pH3.代谢和呼吸抑制剂

4.通透性诱导物与被运输物质结构类似物。三、载体物质生物合成调整微生物生理学第7页在酶Ⅰ作用下HPr被激活在酶Ⅱ作用下P-HPr将磷酸转移给糖微生物生理学第8页运输机制:是依靠磷酸转移酶系统,即磷酸烯醇式丙酮酸-己糖磷酸转移酶系统.运输步骤:1.热稳载体蛋白(HPr)激活

细胞内高能化合物磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）磷酸基团把HPr激活。酶Ⅰ

PEP+HPr丙酮酸+P-HPrHPr是一个低分子量可溶性蛋白，结合在细胞膜上，含有高能磷酸载体作用。微生物生理学第9页2、糖被磷酸化后运入膜内膜外环境中糖先与外膜表面酶Ⅱ结合，再被转运到内膜表面。这时，糖被P-HPr上磷酸激活，并经过酶Ⅱ作用将糖-磷酸释放到细胞内。酶Ⅱ

P-HPr+糖糖-P+HPr酶Ⅱ是一个结合于细胞膜上蛋白，它对底物含有特异性选择作用，所以细胞膜上可诱导出一系列与底物分子对应酶Ⅱ

。微生物生理学第10页大肠杆菌己糖磷酸运输系统生物合成调整中有两种蛋白在起作用：1.存在于细胞质中活化蛋白A；2.位于细胞膜上转膜调整蛋白MR。外膜内外膜内MRC

AMRC

AG-6-P微生物生理学第11页四、载体物质生理活性调整1.膜电势调整2.胞内磷酸糖调整3.cAMP环化酶与渗透酶共同调整微生物生理学第12页PEPPyrⅠⅠHPrHPr-Pi-PiRPrRPrRPrPasePase-PiACRPr-PiAC无活性有活性无活性有活性乳糖渗透酶与腺苷酸环化酶协调作用微生物生理学第13页第四节代谢产物分泌一、氨基酸分泌干燥菌体内磷脂含量/%菌体外L-谷氨酸量/mg.mL-12.015.42.212.13.11.93.61.2表3-10乳酸发酵短杆菌细胞内磷脂含量与谷氨酸分泌关系微生物生理学第14页谷氨酸发酵控制

生物素：作为催化脂肪酸生物合成最初反应关键酶乙酰CoA辅酶，参加脂肪酸生物合成，进而影响磷酯合成。

当磷酯含量降低到正常时二分之一左右时，细胞发生变形，谷氨酸能够从胞内渗出，积累于发酵液中。生物素过量，则发酵过程菌体大量繁殖，不产或少产谷氨酸，代谢产物中乳酸和琥珀酸显著增多。微生物生理学第15页O=CHNNHHCCHH2CCSH（CH2）4CNHBCCP赖氨酸残基生物素羧基载体蛋白（biotincarboxylcarrierproteinBCCP）生物素O=HOH+H2OATPADPCO2生物素羧化酶-酶O=CNNHHCCHH2CCSH（CH2）4CO=NHO=C-OBCCP-羧基生物素微生物生理学第16页BCCP-羧基生物素在转羧酶作用下，形成丙二酰CoA丙二酰CoA与乙酰CoA缩合并脱羧，生成丁酰CoA，如此重复进行合成高级脂肪酸，再合成磷脂生物素不足时，就抑制了不饱和脂肪酸生成，从而影响了磷脂生成，造成磷脂含量不足，使细胞膜结构不完全，从而提升细胞膜通透性微生物生理学第17页怎样克服生物素过量带来问题

为了控制生物素数量，除了选取菌种必须是生物素缺点型以外，所用原料（主要是玉米浆）每批都要经过摇床实测后确定加入量。当前还有一些办法能够使用。微生物生理学第18页

A、选取油酸缺点型：在大量研究工作中，发觉了这么现象，即培养基中缺乏生物素时，只要加入油酸，就能起到和生物素相同效果。

如上所述，生物素作用在于影响细胞膜中脂肪酸，而油酸加入直接增加了合成磷脂所需不饱和脂肪酸，所以选育油酸缺点型就成为了主要替换伎俩。当选取油酸缺点型时，只要控制油酸亚适量，就能控制细胞膜透性，而与生物素含量无关。微生物生理学第19页B、选取甘油缺点型：试验证实，限量甘油（0.02%）培养，细胞膜磷脂含量只有非甘油缺点型菌株50%。只有甘油加入量起作用，而与生物素以及油酸含量无关。这些现象都能够解释一个问题，那就是因为磷脂是由脂肪酸、甘油、磷酸和R（胆碱、乙醇酸、丝氨酸、肌醇）4部分组成，缺乏其中一个都不可能和成，控制其中之一，都能够控制磷脂含量。图6-4微生物生理学第20页微生物生理学第21页C、温度敏感性变异株：当细菌进行诱变处理后，能够取得温度敏感性变异株。比如在30゜C时生长旺盛，而在较高温度（37゜C

）则不生长，或稍生长，而能大量生成谷氨酸。于是可用这么变异株在富含生物素培养基中，前期进行30゜C培养，当菌生长到达最大时，提升温度至40゜C

，使其大量积累谷氨酸。微生物生理学第22页D、在生物素丰富条件下，添加聚氧乙烯乙二醇棕榈酸（C18）、十七烷酸（C17）、硬脂酸（C16）等饱和脂肪酸酯类或饱和脂肪酸，都能使大量谷氨酸排出于菌体外。

表面活性剂、高级饱和脂肪酸作用，不在于它表面效果，而是在不饱和脂肪酸合成过程中，作为抗代谢物含有抑制作用，对生物素或油酸又拮抗作用，阻遏脂肪酸生物合成，于是磷脂形成降低，膜透性加大，有利于谷氨酸向外渗漏。微生物生理学第23页E、在生物素丰富时，培养中途假如添加青霉素、头孢霉素C，能够使谷氨酸生成。青霉素作用机制与控制生物素、控制油酸或添加表面活性剂以及控制甘油机制都不一样。

添加青霉素是抑制细菌细胞壁后期合成，对细胞壁糖肽生物合成系统起作用。这是因为青霉素取代合成糖肽底物而和酶活性中心结合，使网状结构连接不起来，结果形成不完全细胞壁。没有细胞壁保护细胞膜因为膜内外渗透压差，是细胞膜受到机械损伤，失去了作为渗透障碍物作用，从而使谷氨酸排出。另一个解释是：青霉素虽不能抑制磷脂合成，但能造成磷脂向胞外分泌。表6-5微生物生理学第24页微生物生理学第25页CH2OHOCH2OHOOOCH3-CH-C=ONHCCH3HC=ONHCH-OOC（CH2）2C=OC=ONHC(CH2)4HOHNHC=OCH3NHC=OCH3L-AlaD-GluNH3+NHCCH3HC=OL-LysD-Ala（Gly）5NAMNAG肽聚糖结构NH微生物生理学第26页二、核苷酸分泌核苷酸不轻易分泌到细胞外。Mn2+对产氨短杆菌核苷酸分泌起关键作用。Mn2+可引发细胞形态改变，在肌苷-磷酸（IMP）发酵中，控制Mn2+限量，造成细胞膨胀，呈不规则型，膜产生异常，膜通透性被破坏，IMP、Hx和R-5-P都分泌于体外；当Mn2+过量时，菌体呈小球状，抑制这些物质分泌。微生物生理学第27页三、胞外酶分泌微生物生理学第28页第四章异养微生物生物氧化第五章自养微生物生物氧化第六章微生物合成代谢微生物生理学第29页一、微生物代谢过程中自我调整☆微生物代谢调整系统特点：准确、可塑性强，细胞水平代谢调整能力超出高等生物。成因：细胞体积小，所处环境多变。举例：大肠杆菌细胞中存在2500种蛋白质，其中上千种是催化正常新陈代谢酶。每个细菌细胞体积只能容纳10万个蛋白质分子，所以每种酶平均分配不到100个分子。怎样处理合成与使用效率经济关系？处理方式：组成酶（constitutiveenzyme）经常以高浓度存在，其它酶都是诱导酶（inducibleenzyme），在底物或其类似物存在时才合成，诱导酶总量占细胞总蛋白含量10%。第七章微生物代谢调整微生物生理学第30页Plac微生物生理学第31页工业发酵目标：大量积累人们所需要微生物代谢产物。代谢人工控制：人为地打破微生物代谢控制体系，使代谢朝着人们希望方向进行。人工控制代谢伎俩：改变微生物遗传特征(遗传学方法）；控制发酵条件（生物化学方法）；改变细胞膜透性；微生物生理学第32页第一节代谢调整部位一、控制营养物质透过细胞膜进入细胞二、经过酶定位控制酶与底物接触三、控制代谢物流向: 微生物生理学第33页一、细胞（及细胞器）膜1）细胞膜既是溶质进出细胞主要屏障，有是养分吸收和分泌通道。经过对透性酶本身合成控制以及ATP供给，能够调整基质输入。中间产物透性，能够经过控制环境条原因，影响膜双分子层中磷脂和细菌细胞壁肽聚糖形成来调整。2）真核微生物膜亲密相关调整有：环境条件对膜脂理化性质影响；膜蛋白质绝对数量及其活性调整；跨膜电化学梯度以及ATP、ADP、AMP体系及无机磷浓度对溶质输送调整。细胞壁结构部分破坏或变形，间接影响到膜对溶质通透性。微生物生理学第34页1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞

如：只有当速效碳源或氮源耗尽时，微生物才合成迟效碳源或氮源运输系统与分解该物质酶系统。微生物生理学第35页二、酶本身1.调整酶生成量基因水平调整2.调整酶活性分子水平调整微生物生理学第36页1)可逆反应路径由同种酶催化，可由不一样辅基或辅酶控制代谢物流向：如:两种Glu脱氢酶：以NADP为辅基Glu合成以NAD为辅基Glu分解

2)经过调整酶活性或酶合成量。关键酶:

某一代谢路径中第一个酶或分支点后第一个酶。

①粗调：调整酶合成量 ②细调：调整现有酶分子活性

3)经过调整产能代谢速率。

控制代谢物流向：(经过酶促反应速度来调整)微生物生理学第37页三、酶与底物相对位置及间隔情况1）真核微生物酶定位在对应细胞器上；细胞器各自行使某种特异功效；2）原核微生物在细胞内划分区域集中某类酶行使功效：与呼吸产能代谢相关酶位于膜上；蛋白质合成酶和移位酶位于核糖体上；同核苷酸吸收相关酶在G-菌周质区。微生物生理学第38页第二节酶活性调整经过改变现成酶分子活性来调整新陈代谢速率方式。是酶分子水平上调整，属于精细调整。（一）调整方式：包含两个方面：1、酶活性激活：在代谢路径中后面反应可被较前面反应产物所促进现象；常见于分解代谢路径。如：粗糙脉孢霉异柠檬酸脱氢酶活性受柠檬酸促进2、酶活性抑制：包含：竞争性抑制和反馈抑制。反馈：指反应链中一些中间代谢产物或终产物对该路径关键酶活性影响。凡使反应速度加紧称正反馈；凡使反应速度减慢称负反馈（反馈抑制）；反馈抑制——主要表现在某代谢路径末端产物过量时可反过来直接抑制该路径中第一个酶活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成路径中。特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除微生物生理学第39页如：天门冬氨酸转氨甲酰酶受ATP激活，受CTP抑制（终产物）。大肠杆菌糖代谢过程中，许多酶都有激活剂和抑制剂（表3-1）。共同控制糖代谢。微生物生理学第40页微生物生理学第41页微生物生理学第42页微生物生理学第43页二、酶活性调整方式1.终产物抑制与激活2.底物水平抑制与激活3.辅助因子调整4.酶原激活5.潜在酶激活微生物生理学第44页1.无分支路径调整方式（1）前馈作用（feedforword）指是在代谢路径中前面底物对其后某一催化反应酶又作用。该作用能够是对酶活性抑制或激活。（2）终产物抑制反馈抑制——主要表现在某代谢路径末端产物过量时可反过来直接抑制该路径中第一个酶活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成路径中。（3）赔偿性激活分支代谢路径中，当某一终产物合成需要两种前体时，另一前体物大量存在可能激活受终产物抑制酶活性。微生物生理学第45页1.协同反馈抑制——concertedfeedbackinhibition定义：分支代谢路径中几个末端产物同时过量时才能抑制共同路径中第一个酶一个反馈调整方式。举例：谷氨酸棒杆菌（Corynebacteriumglutamicum）多粘芽孢杆菌（Bacilluspolymyxa）天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸协同反馈抑制和阻遏。二、分支代谢路径调整方式微生物生理学第46页

天冬氨酸 E,R

4-磷酸天冬氨酸

E 天冬氨酸半醛 E,R E二氢吡啶二羧酸 同型丝氨酸 同型丝氨酸磷酸

E,R R O-琥珀酰同型丝氨酸 苏氨酸

E,R六氢吡啶二羧酸 胱硫醚 2-酮丁酸

R

二氨基庚二酸 同型半胱氨酸

R

赖氨酸 甲硫氨酸 异亮氨酸

天冬氨酸族

（谷氨酸棒杆菌）微生物生理学第47页2.积累反馈抑制——cumulativefeedbackinhibition定义：每一分支路径末端产物按一定百分比单独抑制共同路径中前面酶，所以当几个末端产物共同存在时它们抑制作用是积累，各末端产物之间既无协同效应，亦无拮抗作用。微生物生理学第48页3.合作反馈抑制——cooperativefeedbackinhibition定义：两种末端产物同时存在时，共同反馈抑制作用大于二者单独作用之和。举例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP（和IMP）合作反馈抑制，二者共同存在时，能够完全抑制该酶活性。而二者单独过量时，分别抑制其活性70%和10%。微生物生理学第49页（5）次序反馈抑制——sequential

feedbackinhibition

一个终产物积累,造成前一中间产物积累，经过后者反馈抑制合成路径关键酶活性，使合成终止。举例：枯草芽孢杆菌芳香族氨基酸合成调整微生物生理学第50页5.同功酶调整——isoenzyme定义：催化相同生化反应，而酶分子结构有差异一组酶。意义：在一个分支代谢路径中，假如在分支点以前一个较早反应是由几个同功酶催化时，则分支代谢几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用。———某一产物过量仅抑制对应酶活，对其它产物没影响。举例：大肠杆菌天冬氨酸族氨基酸合成调整微生物生理学第51页微生物生理学第52页天冬氨酸族

天冬氨酸

E,R IIII E,R 4-磷酸天冬氨酸

E 天冬氨酸半醛 E,R III E二氢吡啶二羧酸 同型丝氨酸 同型丝氨酸磷酸

E,R R O-琥珀酰同型丝氨酸 苏氨酸

E,R六氢吡啶二羧酸 胱硫醚 2-酮丁酸

R

二氨基庚二酸 同型半胱氨酸

R

赖氨酸 甲硫氨酸 异亮氨酸微生物生理学第53页（1）平衡合成

在黄色短杆菌（Brevibacteriumflavus）中天冬氨酸合成

PEP Py 草酰乙酸 乙酰CoA Asp

柠檬酸

ATP CO23.代谢路径横向调整微生物生理学第54页（2）代谢互锁表面完全不相关两条路径之间调整。这种作用普通在高浓度下才显示，且为部分抑制。Asp Asp-p Asa DAP Lys，二氢吡啶二 羧酸合成酶

Hse Thr IlePy 异丙基 Leu

苹果酸微生物生理学第55页(三)酶活力调整机制变构酶理论：变构酶为一个变构蛋白，酶分子空间构象改变影响酶活。其上含有两个以上立体专一性不一样接收部位，一个是活性中心，另一个是调整中心。活性位点:与底物结合变构位点:与抑制剂结合,构象改变,不能与底物结合与激活剂结合,构象改变,促进与底物结合微生物生理学第56页变构酶微生物生理学第57页依据变构酶蛋白作用，能够把它们分为两类:(1)非酶变构蛋白酶主要包含调整蛋白和受控载体蛋白。调整蛋白即由调整基因编码在操纵子表示中起调整作用蛋白，其本身没有催化活性，不过它们能够控制对应酶活性，或影响酶与蛋白质合成。有些载体蛋白也是变构蛋白，如乳糖透性酶。（2）变构酶微生物生理学第58页2.共价修饰调整理论（1）可逆性共价修饰（2）不可逆共价修饰3.其它调整方式（1）缔合与解离（2）竞争性抑制微生物生理学第59页第二节酶合成调整经过调整酶合成量进而调整代谢速率调整机制，是基因水平上调整，属于粗放调整，间接而迟缓。（一）酶合成调整类型1.诱导(induction)：是酶促分解底物或产物诱使微生物细胞合成份解代谢路径中相关酶过程。微生物经过诱导作用而产生酶称为诱导酶（为适应外来底物或其结构类似物而暂时合成酶类）。举例：E.coli在含乳糖培养基中合成β-半乳糖苷酶和半乳糖苷渗透酶等。

诱导物(inducer)：底物或结构类似物，如：异丙基-β-D-硫代半乳糖苷（IPTG，isopropylthiogalactoside）。

★诱导作用类型：同时诱导：诱导物加入后，微生物能同时诱导出几个酶合成，主要存在于短代谢路径中。

次序诱导：先合成能分解底物酶，再合成份解各中间代谢物酶到达对复杂代谢路径分段调整。微生物生理学第60页组成酶（固有酶）：不依赖底物或底物结构类似物存在而合成酶。如：EMP路径一些酶。诱导酶：依赖于底物或底物结构类似物存在而合成酶。如：乳糖酶。（一）酶合成调整类型-2微生物生理学第61页2.阻遏（repression）：

是妨碍代谢过程中包含关键酶在内一系列酶合成现象，从而更彻底地控制和降低末端产物合成。★阻遏作用类型：①末端产物阻遏（end-productrepression）：因为终产物过量积累而造成生物合成路径中酶合成阻遏现象，经常发生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等这些主要结构元件生物合成时候。比如过量精氨酸阻遏了参加合成精氨酸许多酶合成。微生物生理学第62页②分解代谢物阻遏（cataboliterepression）：当微生物在含有两种能够分解底物培养基中生长时，利用快那种分解底物会阻遏利用慢底物相关酶合成现象。最早发觉于大肠杆菌生长在含葡萄糖和乳糖培养基时,故又称葡萄糖效应。分解代谢物阻遏造成出现“二次生长（diauxicgrowth）”.

直接作用者是优先利用碳源中间代谢物——实质是：因代谢反应链中一些中间代谢物或末端代谢物过量积累而阻遏代谢中一些酶合成现象。微生物生理学第63页2.分解代谢物阻遏CataboliteRepression

：1）二次生长现象及其机制：

分解葡萄糖酶——

组成酶（固有酶）分解乳糖酶——诱导酶，受葡萄糖分解代谢产物调控。

Figure9.TheDiauxicGrowthCurveofE.coligrowninlimitingconcentrationsofamixtureofglucoseandlactose

微生物生理学第64页3.酶合成调整机制操纵子学说概述：1、操纵子（operon）：是基因表示和控制一个完整单元，其中包含结构基因，调整基因，操作子和开启子。①结构基因(structuralgenes)：是决定某一多肽DNA模板，可依据其上碱基次序转录出对应mRNA，然后再可经过核糖体转译出对应酶;（编码蛋白质DNA序列）

②开启子(promoter)：能被依赖于DNARNA聚合酶所识别碱基次序，是RNA聚合酶结合部位和转录起点；（在许多情况下还包含促进这一过程调整蛋白结合位点。）③操纵子（operator）：位于开启基因和结构基因之间一段碱基次序，是阻遏蛋白结合位点，能经过与阻遏物相结合来决定结构基因转录是否能进行；④调整基因（regulatorgene）：用于编码组成型调整蛋白基因，普通远离操纵子,但在原核生物中,能够位于操纵子旁边,编码调整蛋白。微生物生理学第65页Structureofatypicaloperon

微生物生理学第66页3、阻遏物（repressor）与阻遏物蛋白（aporepresseor）——二者都是由调整基因编码产生特异性调整蛋白(regulatorypotein)

；它俩是一类低分子量变构蛋白，有两个结合位点，一个与操纵基因结合，另一位点可与效应物结合；当调整蛋白与效应物结合后，就发生变构作用，变构后与操纵基因结合能力可提升或下降。（有活性——可与O结合；无活性——不与O结合）阻遏物:能在没有诱导物时与操纵基因结合调整蛋白；阻遏物蛋白:只能在有辅阻遏物存在时才能与操纵基因结合。微生物生理学第67页三、酶诱导和阻遏调整方式1.单个终产物生物合成路径

（1）简单终产物阻遏

（2）可被阻遏酶产物诱导作用2.多个终产物生物合成路径

（1）多个单功效酶简单终产物阻遏

（2）多功效酶多价阻遏

（3）催化两条不一样路径共用酶系阻遏微生物生理学第68页3.分解代谢路径

（1）分解代谢物阻遏

（2）起始底物诱导作用

（3）降解代谢路径中间产物所引发诱导作用

（4）汇流降解代谢路径

（5）多功效路径诱导微生物生理学第69页四、酶合成调整分子机制1.诱导作用分子机制

（1）正调控和负调控

（2）协同诱导和次序诱导

2.分解代谢物阻遏分子机制

3.末端代谢产物阻遏分子机制和弱化调整机制微生物生理学第70页微生物生理学第71页1.终产物阻遏：(endproductrepression):（反馈阻遏)即在合成代谢中，终产物阻遏该路径全部酶合成。为基因表示控制。如：色氨酸(Try)合成调控(正调整)Figure5.GeneticorganizationoftheTrpoperonanditscontrolelements

微生物生理学第72页TheTryptophanOperon微生物生理学第73页

细菌主要代谢调整机制机制变构蛋白效应物变构蛋白活性生理结果末端产物反馈抑制路径第一酶末端产物催化路径第一酶催化活性降低调整小分子合成酶诱导/负调控阻遏物诱导物结合到染色体上酶合成出现诱导物，酶合成酶诱导/正向控制阻遏物-激活剂诱导物与染色体结合促进酶合成诱导物，酶合成分解代谢物阻遏CRP蛋白cAMP不能与染色体结合阻止酶合成利用有利碳源末端代谢产物反馈阻遏阻遏物末端产物不能与染色体结合阻止酶合成调整生物合成微生物生理学第74页五、反馈抑制与反馈阻遏比较项目反馈抑制反馈阻遏控制对象酶活性酶生物合成控制量终产物浓度终产物浓度控制水平酶蛋白构象改变DNA-mRNA-酶蛋白控制伎俩终产物与变构部位亲和力终产物与阻遏蛋白亲和力控制效应经过变构效应，酶结构改变阻遏蛋白与操纵基因结合，不能合成mRNA控制结果控制酶活性大小酶合成是否反应快速、准确控制迟缓、粗略控制代谢路径无定向代谢路径和合成代谢分支点等无定向代谢路径和合成代谢分支点等细胞经济低分子化合物（酶反应生成物）高分子化合物（酶蛋白）微生物生理学第75页能荷（Energycharge）:三磷酸腺苷(ATP)是为许多反应提供能量高能磷酸化物,细胞中ATP、ADP和AMP含量处于相对平衡状态——细胞中能量状态能荷（Energycharge）来表示细胞中能量状态。能荷（EC）可用下式来表示：

系统中只有ATP时，EC值为1；只有AMP时，EC值等于0。一、产能代谢调整：能荷调整第四节代谢调控微生物生理学第76页概念：有氧条件下，发酵作用受抑制现象（或氧对发酵抑制现象）。意义：合理利用能源通风对酵母代谢影响通风（有氧呼吸）缺氧（发酵）酒精生成量耗糖量/单位时间细胞繁殖低（靠近零）少旺盛高多很弱至消失巴斯德效应(ThePasteureffect)现象：微生物生理学第77页巴斯德效应（Pasteureffect）机理巴斯德在研究酵母酒精发酵时发觉：厌氧条件下酵母菌进行酒精发酵，葡萄糖消耗速度很快；而在有氧条件下，酵母菌进行呼吸作用，糖消耗速度较低，酒精产量也降低。呼吸抑制发酵作用现象巴斯德效应本质是能荷调整。微生物生理学第78页能荷不但能调整分解代谢形成ATP酶活性，也能调整合成代谢利用ATP酶活性。细胞能荷可调整酶活性高能荷抑制高能荷抑制异柠檬酸脱氢酶和磷酸果糖激酶等柠檬酸和ATP都是磷酸果糖激酶活性抑制剂，从而限制了葡萄糖利用速度。有氧条件下，大量合成ATP，细胞能荷增加异柠檬酸脱氢酶受到ATP抑制，造成柠檬酸积累微生物生理学第79页在厌氧条件下，酵母菌无法经过呼吸链产生ATP，细胞能荷较低。ADP和AMP激活磷酸果糖激酶，使利用葡萄糖生产酒精速度加紧。微生物生理学第80页

通氧[ATP][柠檬酸]能荷异柠檬酸脱氢酶活性磷酸果糖激酶活性[6—磷酸葡萄糖]基团移位吸收葡萄糖速率微生物生理学第81页二、细胞渗透性调控提升细胞渗透性主要方法：

1.限制培养基中生物素浓度在1-5mg/L，能够控制细胞膜中脂质合成，从而控制代谢物产量。

2.经过诱变育种方法，筛选细胞透性突变株，如工程构建和筛选生产菌株生物素缺点型、油酸、甘油缺点型。

3.添加表面活性剂或脂溶剂如棕榈酸、十七烷酸、硬脂酸、土温80等表面活性剂。

4.添加青霉素。

5.控制Mn2+、Zn2+浓度，干扰细胞膜或细胞壁形成。微生物生理学第82页

分支路径——①

赖氨酸发酵:谷氨酸棒杆菌Hom–1、应用营养缺点型菌株解除正常反馈调整三、菌种遗传特征改变微生物生理学第83页

分支路径——②肌苷酸发酵

（IMP合成路径代谢调控）微生物生理学第84页1.2抗反馈控制突变株应用★抗反馈控制突变株——是指对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性，或二者兼有之菌株。★抗反馈控制突变株能够从终产物结构类似物抗性突变株和营养缺点性回复突变株中取得。★取得方法及其原理：微生物生理学第85页目标产物结构类似物赖氨酸S-（2氨基乙基）-L半胱氨酸-(AEC)苏氨酸-氨基--羟基戊酸（AHV)异亮氨酸乙硫氨酸精氨酸D-精氨酸苯丙氨酸对氟苯丙氨酸微生物生理学第86页1.3选育组成型突变株和超产突变株

假如调整基因发生突变，以至产生无效阻遏物而不能和操纵基因结合，或操纵基因突变，从而造成结构基因不受控制转录，酶生成将不再需要诱导剂或不再被末端产物或分解代谢物阻遏，这么突变株称为组成型突变株。少数情况下，组成型突变株可产生大量、比亲本高多酶，这种突变株称为超产突变株。微生物生理学第87页4.抗性突变株应用（1）抗生素抗性突变。（2）抗噬菌体菌株选育。（3）条件抗性突变（4）敏感突变5.增加结构基因数目增加发酵产品结构基因数目能够提升发酵产物产量。微生物生理学第88页四、发酵工艺条件控制1.控制培养基成份2.控制发酵条件微生物生理学第89页★当发酵液处于碱性条件下，酵母乙醇发酵会改为甘油发酵。原因：该条件下产生乙醛不能作为正常受氢体，结果2分子乙醛间发生歧化反应，生成1分子乙醇和1分子乙酸；CH3CHO+H2O+NAD+CH3COOH+NADH+H+CH3CHO+NADH+H+CH3CH2OH+NAD+

此时也由磷酸二羟丙酮担任受氢体接收3-磷酸甘油醛脱下氢而生成

-磷酸甘油，后者经-磷酸甘油酯酶催化，生成甘油。2葡萄糖2甘油+乙醇+乙酸+2CO2微生物生理学第90页

DABCEF（二）生物化学方法1.添加前体绕过反馈控制点：亦能使某种代谢产物大量产生(-)(-)(-)2.添加诱导剂：从提升诱导酶合成量来说，最好诱导剂往往不是该酶底物，而是底物衍生物，3.发酵与分离过程耦合：4.控制发酵培养基成份：微生物生理学第91页第八章微生物次级代谢及其调整次生代谢物（secondarymetabolite）:指一些微生物生长到稳定时前后，以结构简单、代谢路径明确、产量较大初生代谢物为前体，经过复杂次生代谢路径所合成各种结构复杂化合物。种类：抗生素、色素、毒素、生物碱、信息素（pheromone),生长促进剂、生物药品素。微生物生理学第92页二、Gaden对发酵三分类与Pirt方程：〖一类发酵〗

产物形成和菌体生长相偶联xpXP时间X或者P

微生物生理学第93页1.生长偶联型dP/dt=αdX/dtπ=αµP-----产物浓度α---系数π---产物形成比率π=dP/dt/X微生物生理学第94页〖二类发酵〗

产物形成和菌体生长部分偶联xp时间X或者PXP2.混合生长偶联型微生物生理学第95页dP/dt=αdX/dt+βXπ=αµ+β如：PHB生产包含了非产物生物量和产物生物量dX/dt=dR/dt+dP/dtdR/dt=µmaxR[N/(Ks+N)]微生物生理学第96页〖三类发酵〗

产物形成和菌体生长非偶联偶联xp3.非生长偶联型时间X或者PXPdP/dt=βXπ=β微生物生理学第97页〖Pirt方程〗

π＝αμ

+β

α

=0、β

≠0：可表示一类发酵

α

≠0、β

=0：可表示二类发酵

α

≠0、β

≠0：可表示三类发酵微生物生理学第98页第一节次级代谢与次级代谢产物一、次级代谢产物类型1.依据产物作用分类（1）抗生素（2）激素（3）维生素（4）毒素（5）生物碱（6）色素微生物生理学第99页2.依据产物主要成份及其与初级代谢关系分