第二章 微生物代謝調(diào)節(jié)機(jī)制和調(diào)節(jié)模式

1、代謝工程代謝工程 Metabolic EngineeringMetabolic Engineering第三章第三章 代謝調(diào)節(jié)機(jī)制和調(diào)節(jié)模式代謝調(diào)節(jié)機(jī)制和調(diào)節(jié)模式代謝調(diào)節(jié)機(jī)制代謝調(diào)節(jié)機(jī)制1酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 2酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制3細(xì)胞膜透性的調(diào)節(jié)細(xì)胞膜透性的調(diào)節(jié) 5能荷的調(diào)節(jié)能荷的調(diào)節(jié) 4微生物代謝途徑的調(diào)節(jié)模式微生物代謝途徑的調(diào)節(jié)模式6生命活動(dòng)是由產(chǎn)能與生物合成中各種代謝途徑組成的生命活動(dòng)是由產(chǎn)能與生物合成中各種代謝途徑組成的代謝網(wǎng)絡(luò)互相協(xié)調(diào)來(lái)維持的。生物要在自然界生存與代謝網(wǎng)絡(luò)互相協(xié)調(diào)來(lái)維持的。生物要在自然界生存與競(jìng)爭(zhēng)，就必須生長(zhǎng)迅速，以便很快適應(yīng)環(huán)境，細(xì)胞必競(jìng)爭(zhēng)

2、，就必須生長(zhǎng)迅速，以便很快適應(yīng)環(huán)境，細(xì)胞必須擁有適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)平衡各種代謝途徑的物流。須擁有適當(dāng)?shù)姆椒▉?lái)平衡各種代謝途徑的物流。為了為了響應(yīng)環(huán)境變化的需要，細(xì)胞能夠?qū)ζ浯x機(jī)構(gòu)作定量響應(yīng)環(huán)境變化的需要，細(xì)胞能夠?qū)ζ浯x機(jī)構(gòu)作定量調(diào)整調(diào)整代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制細(xì)胞只合成本身所需要的中間代謝產(chǎn)物，嚴(yán)格防止氨細(xì)胞只合成本身所需要的中間代謝產(chǎn)物，嚴(yán)格防止氨基酸、核苷酸等中間物質(zhì)的大量積累。當(dāng)氨基酸或核基酸、核苷酸等中間物質(zhì)的大量積累。當(dāng)氨基酸或核苷酸等物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后，細(xì)胞立即停止該物質(zhì)的合成，苷酸等物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞后，細(xì)胞立即停止該物質(zhì)的合成，一直到所供應(yīng)的養(yǎng)料消耗到很低濃度，細(xì)胞

3、才能重新一直到所供應(yīng)的養(yǎng)料消耗到很低濃度，細(xì)胞才能重新開(kāi)始進(jìn)行該物質(zhì)的合成開(kāi)始進(jìn)行該物質(zhì)的合成代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制從細(xì)胞對(duì)能量和化學(xué)物質(zhì)的內(nèi)外交換、增收節(jié)支、協(xié)從細(xì)胞對(duì)能量和化學(xué)物質(zhì)的內(nèi)外交換、增收節(jié)支、協(xié)調(diào)自強(qiáng)的規(guī)律的客觀存在出發(fā)，可以把細(xì)胞作為按特調(diào)自強(qiáng)的規(guī)律的客觀存在出發(fā)，可以把細(xì)胞作為按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)實(shí)體經(jīng)濟(jì)實(shí)體看待。細(xì)胞經(jīng)濟(jì)性可以看待。細(xì)胞經(jīng)濟(jì)性可以以生成細(xì)胞的質(zhì)量與消耗基質(zhì)的質(zhì)量之比值以生成細(xì)胞的質(zhì)量與消耗基質(zhì)的質(zhì)量之比值細(xì)胞細(xì)胞經(jīng)濟(jì)系數(shù)經(jīng)濟(jì)系數(shù)衡量衡量野生型微生物在其所處的環(huán)境中是富有競(jìng)爭(zhēng)能力的，野生型微生物在其所處的環(huán)境中

4、是富有競(jìng)爭(zhēng)能力的，它們的代謝流量在代謝網(wǎng)絡(luò)中的分布及細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行它們的代謝流量在代謝網(wǎng)絡(luò)中的分布及細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況有利于細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝，細(xì)胞經(jīng)狀況有利于細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)系數(shù)大于人為改造的發(fā)酵工業(yè)微生物濟(jì)系數(shù)大于人為改造的發(fā)酵工業(yè)微生物代謝調(diào)節(jié)代謝調(diào)節(jié)一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制原核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位原核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位DNADNA底物底物產(chǎn)物產(chǎn)物底物底物中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物產(chǎn)物產(chǎn)物RNARNA可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或代謝產(chǎn)物的跨膜傳送可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或代謝產(chǎn)物的跨膜傳送 代謝途徑的酶的催化代謝途徑的酶的催化 酶和載體蛋白的合成酶和載體蛋白的合成 一、代謝調(diào)節(jié)

5、機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制原核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位原核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位與細(xì)胞質(zhì)膜密切相關(guān)的調(diào)節(jié)與細(xì)胞質(zhì)膜密切相關(guān)的調(diào)節(jié) 膜的脂質(zhì)（磷脂及其它脂類）的分子結(jié)構(gòu)，以及環(huán)境膜的脂質(zhì)（磷脂及其它脂類）的分子結(jié)構(gòu)，以及環(huán)境條件（如離子強(qiáng)度、溫度、條件（如離子強(qiáng)度、溫度、pH等）對(duì)膜脂質(zhì)理化性等）對(duì)膜脂質(zhì)理化性質(zhì)的影響。質(zhì)的影響。膜蛋白（如酶、載體蛋白、電子傳遞鏈的成員及其它膜蛋白（如酶、載體蛋白、電子傳遞鏈的成員及其它蛋白質(zhì)）的絕對(duì)數(shù)量及其活性的調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)）的絕對(duì)數(shù)量及其活性的調(diào)節(jié)跨膜的電化學(xué)梯度以及跨膜的電化學(xué)梯度以及ATP、ADP、AMP體系及無(wú)體系及無(wú)機(jī)（機(jī)（P）濃度對(duì)溶質(zhì)輸送的調(diào)節(jié)。）濃度對(duì)溶

6、質(zhì)輸送的調(diào)節(jié)。細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)（特別是骨架結(jié)構(gòu)）的部分破壞或變形，細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)（特別是骨架結(jié)構(gòu)）的部分破壞或變形，間接影響到膜對(duì)溶質(zhì)的通透性間接影響到膜對(duì)溶質(zhì)的通透性一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制原核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位原核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位酶分子的數(shù)量及活性的調(diào)節(jié)酶分子的數(shù)量及活性的調(diào)節(jié) 微生物可改變生物合成代謝途徑中的酶量，特別是關(guān)微生物可改變生物合成代謝途徑中的酶量，特別是關(guān)鍵酶合成或降解的相對(duì)速率，進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝流向鍵酶合成或降解的相對(duì)速率，進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝流向可改變酶的活性，特別是關(guān)鍵酶的活性（力）來(lái)調(diào)節(jié)可改變酶的活性，特別是關(guān)鍵酶的活性（力）來(lái)調(diào)節(jié)代謝速度。代謝速度。酶和底物的相對(duì)位置：

7、限制酶與基質(zhì)的有形接觸（代酶和底物的相對(duì)位置：限制酶與基質(zhì)的有形接觸（代謝途徑的區(qū)域化）謝途徑的區(qū)域化） 一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制真核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位真核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或代謝產(chǎn)物的跨膜傳送可溶性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或代謝產(chǎn)物的跨膜傳送 代謝途徑的酶的催化代謝途徑的酶的催化 細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的翻譯細(xì)胞質(zhì)中進(jìn)行的翻譯核中進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄核中進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄 DNADNA底物底物產(chǎn)物產(chǎn)物底物底物中間產(chǎn)物中間產(chǎn)物產(chǎn)物產(chǎn)物RNARNA 細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的跨膜傳送細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)的跨膜傳送一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制代謝途徑 細(xì)胞內(nèi)定位分解代謝酵解PP環(huán)氧化TCA環(huán)呼吸鏈細(xì)

8、胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)線粒體線粒體線粒體合成代謝生物異生作用脂肪酸合成細(xì)胞質(zhì)細(xì)胞質(zhì)一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制細(xì) 胞 器酶 系細(xì)胞核DNA、RNA、NAD的合成，酵解、三羧酸循環(huán)（TCA環(huán)）、戊糖磷酸循環(huán)（PPi）等線粒體TNA、電子傳遞、氧化磷酸化、尿素循環(huán)、脂肪酸氧化、脂肪酸合成（碳鏈延長(zhǎng)）、鐵噗啉生成、轉(zhuǎn)氨作用、蛋白質(zhì)合成、DNA、RNA聚合等溶酶體水解酶類（脂肪酶、酸性磷酸酶、DNA酶、組織蛋白酶等）微粒體蛋白質(zhì)合成、菌物解毒、脂肪酸合成（碳鏈延長(zhǎng)）、粘多糖、膽固醇、磷脂合成等過(guò)氧化物體氧化酶、過(guò)氧化氫酶等高而基體多糖、核蛋白、粘液鹼細(xì)胞質(zhì)EMP途徑、PPi、糖原分解、糖原合成、糖異生、脂肪酸

9、合成（從頭合成）、嘌呤嘧啶分解、氨基酸合成等質(zhì)膜ATP酶、腺苷酸環(huán)化酶等（cAMP環(huán)化酶）真核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位真核微生物細(xì)胞代謝調(diào)節(jié)部位在真核微生物細(xì)胞中，存在酶體系的區(qū)域化，酶與底在真核微生物細(xì)胞中，存在酶體系的區(qū)域化，酶與底物的分隔，使酶反應(yīng)的調(diào)節(jié)更復(fù)雜化、多樣化。酶反物的分隔，使酶反應(yīng)的調(diào)節(jié)更復(fù)雜化、多樣化。酶反應(yīng)系列的總速度不僅取決于相鄰兩區(qū)域中的調(diào)節(jié)酶，應(yīng)系列的總速度不僅取決于相鄰兩區(qū)域中的調(diào)節(jié)酶，底物的濃度，調(diào)節(jié)酶的活力，而且更取決于代謝中間底物的濃度，調(diào)節(jié)酶的活力，而且更取決于代謝中間產(chǎn)物的跨膜的交換速度。而這種交換速度是借助于載產(chǎn)物的跨膜的交換速度。而這種交換速度是借助于

10、載體（蛋白質(zhì)），所以，這些載體的絕對(duì)數(shù)量及活性也體（蛋白質(zhì)），所以，這些載體的絕對(duì)數(shù)量及活性也成為代謝調(diào)節(jié)的部位成為代謝調(diào)節(jié)的部位一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制基因表達(dá)基因表達(dá) 原 核 生 物 真 核 生 物1.沒(méi)有分化的細(xì)胞核和核膜，其DNA不受RNA與蛋白質(zhì)結(jié)合的控制，其基因調(diào)控比較簡(jiǎn)單。不同染色體數(shù)目為12.沒(méi)有膜分隔，轉(zhuǎn)錄、翻譯相偶聯(lián)，結(jié)構(gòu)基因與mRNA是共線的3.原核生物有關(guān)功能的基因連鎖分布，組成多順?lè)醋觤RNA，整個(gè)系統(tǒng)處于一個(gè)啟動(dòng)區(qū)域的控制下，即以操縱子進(jìn)行轉(zhuǎn)錄調(diào)控4.原核生物細(xì)胞中染色體常與染色體外的遺傳成分（質(zhì)粒）共存，并同步各自復(fù)制。大部分DNA處于非結(jié)合狀態(tài)，不存在染

11、色質(zhì)結(jié)構(gòu)5.原核生物除了重復(fù)的rRNA和tRNA基因和少數(shù)特異性短序外，很少含重復(fù)序列，所以基因組80%以上都進(jìn)行功能性表達(dá)1.DNA、RNA染色體蛋白在細(xì)胞核中，由核膜將核質(zhì)和胞質(zhì)分開(kāi)，不同染色體數(shù)目大于12.真核生物基因的轉(zhuǎn)錄在核，轉(zhuǎn)錄在胞質(zhì)中。基因在核內(nèi)形成前體mRNA與胞質(zhì)成熟的mRNA不共線3.真核生物中功能相關(guān)的基因（稱因基簇）常距很遠(yuǎn)，甚至位于不同的染色體上，其mRNA通常是單順?lè)醋?。除轉(zhuǎn)錄調(diào)控外，轉(zhuǎn)錄后的加工，和翻譯后修飾也很重要。4.真核生物細(xì)胞中組蛋白對(duì)DNA轉(zhuǎn)錄起著非常特異（專一性）性的抑制作用，而非組蛋白卻能解除此種抑制。5.真核生物DNA分子量龐大，并且DNA有相當(dāng)一

12、部分由若干核苷酸序列重復(fù)，所以DNAP的相當(dāng)大一部堿基序列不翻譯一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制v酶水平的調(diào)節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)v細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)細(xì)胞水平的調(diào)節(jié)v激素水平的調(diào)節(jié)激素水平的調(diào)節(jié)v神經(jīng)水平的調(diào)節(jié)神經(jīng)水平的調(diào)節(jié)一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制v酶合成的調(diào)節(jié)酶合成的調(diào)節(jié)v酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)v能荷的調(diào)節(jié)能荷的調(diào)節(jié)v細(xì)胞膜透性的調(diào)節(jié)細(xì)胞膜透性的調(diào)節(jié) 酶、細(xì)胞水平調(diào)節(jié)酶、細(xì)胞水平調(diào)節(jié) 變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié)酶的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)酶的結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)（快調(diào)）（快調(diào)） 酶促化學(xué)修飾調(diào)節(jié)酶促化學(xué)修飾調(diào)節(jié)細(xì)胞水平細(xì)胞水平 的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 誘導(dǎo)誘導(dǎo) 酶蛋白的合成酶蛋白的合成 酶的數(shù)量調(diào)節(jié)酶的數(shù)量調(diào)節(jié) 阻遏阻遏 （慢調(diào)慢調(diào)） 酶蛋

13、白的降解酶蛋白的降解一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制一、代謝調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 v酶的誘導(dǎo)負(fù)向控制（如乳糖對(duì)酶的誘導(dǎo)負(fù)向控制（如乳糖對(duì)-半乳糖苷酶）與正向半乳糖苷酶）與正向控制控制v終產(chǎn)物阻遏作用和弱化調(diào)節(jié)終產(chǎn)物阻遏作用和弱化調(diào)節(jié)v分解代謝物阻遏（如葡萄糖對(duì)分解代謝物阻遏（如葡萄糖對(duì)-半乳糖苷酶的阻遏）半乳糖苷酶的阻遏）v轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 微生物細(xì)胞并不是任何空間、時(shí)間內(nèi)合成它們所能合微生物細(xì)胞并不是任何空間、時(shí)間內(nèi)合成它們所能合成的各種酶。在一定生理?xiàng)l件下，微生物細(xì)胞只在有成的各種酶。在一定生理?xiàng)l件下，微生物細(xì)胞只在有限空間內(nèi)合成

14、它們當(dāng)時(shí)所需的酶。盡管指導(dǎo)酶系合成限空間內(nèi)合成它們當(dāng)時(shí)所需的酶。盡管指導(dǎo)酶系合成的基因是穩(wěn)定的，但微生物在改變其成分和代謝狀況的基因是穩(wěn)定的，但微生物在改變其成分和代謝狀況來(lái)響應(yīng)環(huán)境的變化方向具有驚人的靈活性，環(huán)境并不來(lái)響應(yīng)環(huán)境的變化方向具有驚人的靈活性，環(huán)境并不影響遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，卻能顯著左右基因的表達(dá)。能影響遺傳物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，卻能顯著左右基因的表達(dá)。能否合成某個(gè)酶首先取決于微生物內(nèi)因，即有無(wú)合成此否合成某個(gè)酶首先取決于微生物內(nèi)因，即有無(wú)合成此酶的基因。環(huán)境外因只影響基因表達(dá)的水平。酶的基因。環(huán)境外因只影響基因表達(dá)的水平。酶合成酶合成的調(diào)節(jié)說(shuō)到底就是基因的轉(zhuǎn)錄（的調(diào)節(jié)說(shuō)到底就是基因的轉(zhuǎn)錄（DN

15、AmRNA）和）和轉(zhuǎn)譯轉(zhuǎn)譯(mRNA蛋白質(zhì)蛋白質(zhì))水平的調(diào)節(jié)水平的調(diào)節(jié)酶合成的誘導(dǎo)作用酶合成的誘導(dǎo)作用誘導(dǎo)作用（酶合成的誘導(dǎo)作用）誘導(dǎo)作用（酶合成的誘導(dǎo)作用）是指培養(yǎng)基中某種基質(zhì)與微生物接觸而增加（誘導(dǎo)）是指培養(yǎng)基中某種基質(zhì)與微生物接觸而增加（誘導(dǎo)）細(xì)胞中相應(yīng)酶的合成速率。誘導(dǎo)的生理作用是可以保細(xì)胞中相應(yīng)酶的合成速率。誘導(dǎo)的生理作用是可以保證能量與氨基酸不浪費(fèi)，不把它們用于合成那些暫時(shí)證能量與氨基酸不浪費(fèi)，不把它們用于合成那些暫時(shí)無(wú)用的酶上，只有在需要時(shí)細(xì)胞才迅速合成它們無(wú)用的酶上，只有在需要時(shí)細(xì)胞才迅速合成它們.能引能引起誘導(dǎo)作用的化合物稱為起誘導(dǎo)作用的化合物稱為誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物（Inducer

16、），它可），它可以是基質(zhì)、基質(zhì)的衍生物，甚至是產(chǎn)物。一般來(lái)說(shuō)酶以是基質(zhì)、基質(zhì)的衍生物，甚至是產(chǎn)物。一般來(lái)說(shuō)酶基質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似物常常是很好的誘導(dǎo)物，它們不能作基質(zhì)的結(jié)構(gòu)類似物常常是很好的誘導(dǎo)物，它們不能作為基質(zhì)被酶轉(zhuǎn)化為基質(zhì)被酶轉(zhuǎn)化二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 誘導(dǎo)機(jī)制誘導(dǎo)機(jī)制 操縱子操縱子是是DNA上的一段區(qū)域，它包括共轉(zhuǎn)錄到一條上的一段區(qū)域，它包括共轉(zhuǎn)錄到一條mRNA上的上的多個(gè)多個(gè)結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因和這些基因轉(zhuǎn)錄所需的順式作用序列，這些序列包和這些基因轉(zhuǎn)錄所需的順式作用序列，這些序列包括括啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列、調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的和轉(zhuǎn)錄調(diào)控有關(guān)的操縱序列操縱序列；因?yàn)橐粋€(gè)操

17、；因?yàn)橐粋€(gè)操縱子的所有結(jié)構(gòu)基因均由同一啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄并受相同調(diào)控元件縱子的所有結(jié)構(gòu)基因均由同一啟動(dòng)子起始轉(zhuǎn)錄并受相同調(diào)控元件的調(diào)節(jié)，所以從結(jié)構(gòu)上可以將它們看作同一個(gè)整體的調(diào)節(jié)，所以從結(jié)構(gòu)上可以將它們看作同一個(gè)整體二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因編碼調(diào)節(jié)（阻遏）蛋白，有兩種調(diào)節(jié)蛋白編碼調(diào)節(jié)（阻遏）蛋白，有兩種調(diào)節(jié)蛋白 負(fù)作用調(diào)節(jié)蛋白負(fù)作用調(diào)節(jié)蛋白，結(jié)合，結(jié)合DNA阻斷操縱子轉(zhuǎn)錄，此種阻斷操縱子轉(zhuǎn)錄，此種調(diào)節(jié)蛋白也稱為調(diào)節(jié)蛋白也稱為阻遏物阻遏物正作用調(diào)節(jié)蛋白正作用調(diào)節(jié)蛋白，結(jié)合，結(jié)合DNA啟動(dòng)操縱子轉(zhuǎn)錄，此種啟動(dòng)操縱子轉(zhuǎn)錄，此種調(diào)節(jié)蛋白也稱為調(diào)節(jié)蛋白也稱為

18、激活因子激活因子與阻遏物或激活因子結(jié)合，從而啟動(dòng)操縱子轉(zhuǎn)錄的效與阻遏物或激活因子結(jié)合，從而啟動(dòng)操縱子轉(zhuǎn)錄的效應(yīng)物稱作該操作子的應(yīng)物稱作該操作子的誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物與阻遏物結(jié)合而阻斷轉(zhuǎn)錄的效應(yīng)物稱為與阻遏物結(jié)合而阻斷轉(zhuǎn)錄的效應(yīng)物稱為輔阻遏物輔阻遏物二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 調(diào)節(jié)基因調(diào)節(jié)基因阻遏物阻遏物誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物基因誘導(dǎo)基因誘導(dǎo)基因阻遏基因阻遏阻遏物阻遏物輔阻遏物輔阻遏物二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 操縱序列操縱序列操縱序列：操縱序列：操縱子中一個(gè)成員，它能控制決定蛋白質(zhì)操縱子中一個(gè)成員，它能控制決定蛋白質(zhì)（酶）的氨基酸順序的一整套結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，而操（酶）的氨基酸順序的一

19、整套結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄，而操縱基因可受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏物所阻遏，許多情況縱基因可受調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏物所阻遏，許多情況下，單個(gè)操縱基因可以控制一個(gè)或一個(gè)以上（多個(gè)）下，單個(gè)操縱基因可以控制一個(gè)或一個(gè)以上（多個(gè)）結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因結(jié)構(gòu)基因：結(jié)構(gòu)基因：操縱基因鄰近（一般在下游處）存在一個(gè)操縱基因鄰近（一般在下游處）存在一個(gè)或多個(gè)基因，它編碼不起調(diào)控轉(zhuǎn)錄作用的蛋白質(zhì)，如或多個(gè)基因，它編碼不起調(diào)控轉(zhuǎn)錄作用的蛋白質(zhì)，如酶、膜蛋白和核糖體等。一部分結(jié)構(gòu)基因的酶、膜蛋白和核糖體等。一部分結(jié)構(gòu)基因的RNA合合成速度精確地被控制，但許多結(jié)構(gòu)基因以一種（或多成

20、速度精確地被控制，但許多結(jié)構(gòu)基因以一種（或多或少）不變的速度持續(xù)地轉(zhuǎn)錄或少）不變的速度持續(xù)地轉(zhuǎn)錄DNA上的遺傳信息，上的遺傳信息，生成相應(yīng)的信使生成相應(yīng)的信使RNA（mRNA）進(jìn)而轉(zhuǎn)譯成特定的）進(jìn)而轉(zhuǎn)譯成特定的酶（蛋白質(zhì)）酶（蛋白質(zhì)）二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列啟動(dòng)序列：?jiǎn)?dòng)序列：含有兩個(gè)和含有兩個(gè)和RNA多聚酶結(jié)合的順序，一多聚酶結(jié)合的順序，一個(gè)集中在個(gè)集中在RNA多聚酶起始位置前約多聚酶起始位置前約10個(gè)堿基對(duì)，另個(gè)堿基對(duì)，另一個(gè)則集中在這個(gè)位置前一個(gè)則集中在這個(gè)位置前35個(gè)堿基對(duì)，當(dāng)個(gè)堿基對(duì)，當(dāng)RNA多聚多聚酶與啟動(dòng)子接觸并結(jié)合上去，酶與啟動(dòng)子接觸并結(jié)合上去

21、，mRNA合成即開(kāi)始合成即開(kāi)始阻遏物與操縱序列結(jié)合，則阻遏物與操縱序列結(jié)合，則RNA聚合酶就不能向前聚合酶就不能向前移動(dòng)，也就不能轉(zhuǎn)錄出結(jié)構(gòu)基因的移動(dòng)，也就不能轉(zhuǎn)錄出結(jié)構(gòu)基因的mRNA二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 DNA與蛋白結(jié)合與蛋白結(jié)合二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 阻遏物操縱子的操縱基因上，阻礙阻遏物操縱子的操縱基因上，阻礙RNA多聚酶通過(guò)操多聚酶通過(guò)操縱基因而關(guān)閉操縱子的轉(zhuǎn)錄；而激活物常結(jié)合于啟動(dòng)子縱基因而關(guān)閉操縱子的轉(zhuǎn)錄；而激活物常結(jié)合于啟動(dòng)子-35區(qū)上游，與區(qū)上游，與RNA多聚酶作用，促使操縱子轉(zhuǎn)錄多聚酶作用，促使操縱子轉(zhuǎn)錄DNA結(jié)合蛋白：結(jié)合蛋白：螺旋螺旋轉(zhuǎn)

22、角轉(zhuǎn)角螺旋、鋅指結(jié)構(gòu)、螺旋、鋅指結(jié)構(gòu)、亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈螺旋螺旋- -轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)角- -螺旋螺旋鋅指結(jié)構(gòu)鋅指結(jié)構(gòu)亮氨酸拉鏈亮氨酸拉鏈正、負(fù)調(diào)控正、負(fù)調(diào)控凡是某一細(xì)胞成分的存在使某種細(xì)胞功能能夠?qū)崿F(xiàn)，凡是某一細(xì)胞成分的存在使某種細(xì)胞功能能夠?qū)崿F(xiàn)，而這一成分的消失或失活使這一功能不能實(shí)現(xiàn)，這種而這一成分的消失或失活使這一功能不能實(shí)現(xiàn)，這種調(diào)控就屬于調(diào)控就屬于正調(diào)控正調(diào)控；凡是某一細(xì)胞成分的存在使某種；凡是某一細(xì)胞成分的存在使某種細(xì)胞功能不能實(shí)現(xiàn)，而這一成分的消失或失活使這一細(xì)胞功能不能實(shí)現(xiàn)，而這一成分的消失或失活使這一功能得以實(shí)現(xiàn)，這種調(diào)控就屬于功能得以實(shí)現(xiàn)，這種調(diào)控就屬于負(fù)調(diào)控負(fù)調(diào)控按照這個(gè)定義，

23、阻遏物對(duì)操縱子的作用為負(fù)調(diào)控，這按照這個(gè)定義，阻遏物對(duì)操縱子的作用為負(fù)調(diào)控，這是由于其活性狀態(tài)抑制了操縱子的轉(zhuǎn)錄；相反，激活是由于其活性狀態(tài)抑制了操縱子的轉(zhuǎn)錄；相反，激活因子對(duì)操縱子的作用為正調(diào)控，原因是其活性狀態(tài)能因子對(duì)操縱子的作用為正調(diào)控，原因是其活性狀態(tài)能夠開(kāi)啟它所控制的操縱子基因的轉(zhuǎn)錄夠開(kāi)啟它所控制的操縱子基因的轉(zhuǎn)錄二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 正、負(fù)調(diào)控正、負(fù)調(diào)控負(fù)調(diào)控負(fù)調(diào)控正調(diào)控正調(diào)控誘誘導(dǎo)導(dǎo)阻阻遏遏二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 負(fù)調(diào)控（乳糖操縱子）負(fù)調(diào)控（乳糖操縱子）二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 正調(diào)控（麥芽糖操縱子）正調(diào)控（麥芽糖操縱子）二、

24、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 正、負(fù)調(diào)控（阿拉伯糖操縱子）正、負(fù)調(diào)控（阿拉伯糖操縱子）負(fù)調(diào)控負(fù)調(diào)控正調(diào)控正調(diào)控二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 誘導(dǎo)物的種類誘導(dǎo)物的種類二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 誘導(dǎo)調(diào)節(jié)的克服誘導(dǎo)調(diào)節(jié)的克服 只有需要時(shí)才合成所需的酶是微生物應(yīng)有的、正常的只有需要時(shí)才合成所需的酶是微生物應(yīng)有的、正常的調(diào)節(jié)機(jī)制。采用誘變方法，借強(qiáng)力因素誘變，引起突調(diào)節(jié)機(jī)制。采用誘變方法，借強(qiáng)力因素誘變，引起突變，消除誘導(dǎo)酶合成所必需依賴誘導(dǎo)物這種障礙，如變，消除誘導(dǎo)酶合成所必需依賴誘導(dǎo)物這種障礙，如突變不是發(fā)生在結(jié)構(gòu)基因上，而是發(fā)生在調(diào)節(jié)基因或突變不是發(fā)生在結(jié)構(gòu)基因

25、上，而是發(fā)生在調(diào)節(jié)基因或操縱基因上，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏物（阻遏操縱基因上，從而導(dǎo)致調(diào)節(jié)基因編碼的阻遏物（阻遏蛋白）無(wú)活性，或操縱基因?qū)钚宰瓒粑锏挠H和力衰蛋白）無(wú)活性，或操縱基因?qū)钚宰瓒粑锏挠H和力衰退，則無(wú)需誘導(dǎo)物便能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶，這種突變作用稱退，則無(wú)需誘導(dǎo)物便能產(chǎn)生誘導(dǎo)酶，這種突變作用稱為調(diào)節(jié)性或組成型突變，具有這種特性的菌株稱為為調(diào)節(jié)性或組成型突變，具有這種特性的菌株稱為組組成型突變株成型突變株二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 組成型突變株篩選組成型突變株篩選在誘導(dǎo)物為限制性基質(zhì)的恒化器中篩選在誘導(dǎo)物為限制性基質(zhì)的恒化器中篩選將菌株輪番在有、無(wú)誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)將菌株輪

26、番在有、無(wú)誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)使用誘導(dǎo)性能很差的基質(zhì)，如苯使用誘導(dǎo)性能很差的基質(zhì)，如苯-半乳糖苷半乳糖苷使用阻礙誘導(dǎo)作用的抑制劑使用阻礙誘導(dǎo)作用的抑制劑提高篩選效率的方法，組成型突變株的富集提高篩選效率的方法，組成型突變株的富集 二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 酶合成的阻遏和弱化酶合成的阻遏和弱化二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 色氨酸操縱子色氨酸操縱子阻遏阻遏弱化子弱化子二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 在在TrpE基因起始密碼前有一個(gè)長(zhǎng)基因起始密碼前有一個(gè)長(zhǎng)162bp的的mRNA片段被稱為前片段被稱為前導(dǎo)區(qū)，在前導(dǎo)區(qū)中堿基序列為導(dǎo)區(qū)，在前導(dǎo)區(qū)中堿基序列為12315

27、0位的區(qū)域，當(dāng)位的區(qū)域，當(dāng)mRNA合成起始以后，除非培養(yǎng)基中完全沒(méi)有色氨酸，否則轉(zhuǎn)錄總在這合成起始以后，除非培養(yǎng)基中完全沒(méi)有色氨酸，否則轉(zhuǎn)錄總在這一區(qū)域終止。產(chǎn)生一個(gè)只有一區(qū)域終止。產(chǎn)生一個(gè)只有140個(gè)核苷酸的個(gè)核苷酸的RNA分子，它編碼一分子，它編碼一條末端有多個(gè)色氨酸的多肽鏈（前導(dǎo)鏈）。若將此區(qū)域缺失后，條末端有多個(gè)色氨酸的多肽鏈（前導(dǎo)鏈）。若將此區(qū)域缺失后，trp基因表達(dá)可提高基因表達(dá)可提高6000倍。這個(gè)前導(dǎo)區(qū)域稱為弱化區(qū)域，這個(gè)倍。這個(gè)前導(dǎo)區(qū)域稱為弱化區(qū)域，這個(gè)前導(dǎo)肽稱為前導(dǎo)肽稱為弱化子弱化子弱化子弱化子二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 酶合成的阻遏和弱化酶合成的阻遏和弱化二

28、、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 高色氨酸時(shí)高色氨酸時(shí)低色氨酸時(shí)低色氨酸時(shí)阻遏和弱化的協(xié)調(diào)阻遏和弱化的協(xié)調(diào)二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 野生型細(xì)胞中同時(shí)存在著有活性和無(wú)活性的阻遏物。野生型細(xì)胞中同時(shí)存在著有活性和無(wú)活性的阻遏物。阻遏物從有活性到無(wú)活性的轉(zhuǎn)變速度極低阻遏物從有活性到無(wú)活性的轉(zhuǎn)變速度極低，需要有一，需要有一個(gè)能更快地做出反應(yīng)的系統(tǒng)（弱化子）來(lái)維持適當(dāng)氨個(gè)能更快地做出反應(yīng)的系統(tǒng)（弱化子）來(lái)維持適當(dāng)氨基酸的水平基酸的水平當(dāng)有大量外源色氨酸存在時(shí)，通過(guò)阻遏體系阻止非必當(dāng)有大量外源色氨酸存在時(shí)，通過(guò)阻遏體系阻止非必須的先導(dǎo)須的先導(dǎo)mRNA合成，使合成更加經(jīng)濟(jì)合成，使合成更

29、加經(jīng)濟(jì)His操縱子中，沒(méi)有阻遏體系，只有弱化子調(diào)節(jié)。操縱子中，沒(méi)有阻遏體系，只有弱化子調(diào)節(jié)。弱弱化子的調(diào)節(jié)作用是控制轉(zhuǎn)錄的終止，控制轉(zhuǎn)錄精細(xì)化子的調(diào)節(jié)作用是控制轉(zhuǎn)錄的終止，控制轉(zhuǎn)錄精細(xì)，是阻遏調(diào)控體系的次級(jí)調(diào)節(jié)是阻遏調(diào)控體系的次級(jí)調(diào)節(jié)分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏是指當(dāng)細(xì)胞內(nèi)具有一優(yōu)先利用的營(yíng)養(yǎng)是指當(dāng)細(xì)胞內(nèi)具有一優(yōu)先利用的營(yíng)養(yǎng)物（通常是，但并不總是葡萄糖）時(shí)，其分解產(chǎn)物對(duì)物（通常是，但并不總是葡萄糖）時(shí)，其分解產(chǎn)物對(duì)分解利用其它（難利用）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所需的酶系合成起分解利用其它（難利用）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所需的酶系合成起阻遏作用。后來(lái)研究發(fā)

30、現(xiàn)，分解代謝物阻遏并不僅限阻遏作用。后來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，分解代謝物阻遏并不僅限于碳源，能被優(yōu)先利用的氮源，如銨離子，谷氨酰胺于碳源，能被優(yōu)先利用的氮源，如銨離子，谷氨酰胺也阻遏降解其它含氮代謝的酶系也阻遏降解其它含氮代謝的酶系阻遏機(jī)制對(duì)微生物是很有利的，只要有一個(gè)容易同化阻遏機(jī)制對(duì)微生物是很有利的，只要有一個(gè)容易同化的底物存在，的底物存在，細(xì)胞就不必耗費(fèi)能量去合成效率較低的細(xì)胞就不必耗費(fèi)能量去合成效率較低的途徑中的酶系，而使其代謝作用能更多地用于產(chǎn)生細(xì)途徑中的酶系，而使其代謝作用能更多地用于產(chǎn)生細(xì)胞生長(zhǎng)所必需的組分胞生長(zhǎng)所必需的組分分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制

31、 菌種菌種受分解代謝物阻遏的酶或酶系受分解代謝物阻遏的酶或酶系引起阻遏的物質(zhì)引起阻遏的物質(zhì)大腸桿菌大腸桿菌乳糖操縱子，半乳糖操縱子，阿拉伯乳糖操縱子，半乳糖操縱子，阿拉伯糖操縱子，油酸酶，組氨酸的降解糖操縱子，油酸酶，組氨酸的降解易利用的碳源，葡萄糖，易利用的碳源，葡萄糖，葡萄糖酸，葡萄糖酸，6-6-P-P-葡萄糖酸葡萄糖酸枯草桿菌枯草桿菌蔗糖酶蔗糖酶孢子形成酶系孢子形成酶系易利用的碳源易利用的碳源易利用的碳源與氮源易利用的碳源與氮源根酶菌屬與固根酶菌屬與固氮細(xì)菌氮細(xì)菌氮固定酶系氮固定酶系易利用的氮源，尤其是氮易利用的氮源，尤其是氮離子離子假單孢菌屬假單孢菌屬葡萄糖氧化葡萄糖氧化琥珀酸琥珀酸酵

32、母酵母麥芽糖酶麥芽糖酶精氨酸酶精氨酸酶易利用的碳源易利用的碳源易利用的碳源與氮源易利用的碳源與氮源構(gòu)巢曲霉構(gòu)巢曲霉Pro,ArgPro,Arg酰胺酶酰胺酶易利用的碳源與氮源易利易利用的碳源與氮源易利用的氮源用的氮源粗糙鏈孢酶粗糙鏈孢酶轉(zhuǎn)化酶轉(zhuǎn)化酶葡萄糖、甘露糖、果糖、葡萄糖、甘露糖、果糖、木糖木糖嗜熱芽孢桿菌嗜熱芽孢桿菌-淀粉酶淀粉酶果糖果糖綠色木霉綠色木霉纖維素酶纖維素酶葡萄糖、甘油、淀粉、纖葡萄糖、甘油、淀粉、纖維二糖維二糖節(jié)芽孢桿菌節(jié)芽孢桿菌亞甲基羧化酶亞甲基羧化酶乙酸乙酸分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 分解代謝物阻遏的引起，并不是葡萄糖本身，而是一

33、分解代謝物阻遏的引起，并不是葡萄糖本身，而是一種共同的代謝產(chǎn)物種共同的代謝產(chǎn)物cAMP可解除分解代謝物的阻遏可解除分解代謝物的阻遏分解代謝物阻遏的實(shí)質(zhì)是由于細(xì)胞內(nèi)缺少了分解代謝物阻遏的實(shí)質(zhì)是由于細(xì)胞內(nèi)缺少了cAMP大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)了分解代謝物阻遏作用是發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)了分解代謝物阻遏作用是發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平上，平上，cAMP在乳糖操縱子等操縱子中的作用，是調(diào)在乳糖操縱子等操縱子中的作用，是調(diào)節(jié)節(jié)mRNA的生成的生成分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 cAMPcAMP在乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄中的作用在乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄中的作用分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制

34、二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 轉(zhuǎn)錄開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)錄開(kāi)始時(shí)，cAMP先與先與CAP或結(jié)合生成或結(jié)合生成cAMP-CAP復(fù)合物復(fù)合物CAP-cAMP復(fù)合物再與啟動(dòng)基因的復(fù)合物再與啟動(dòng)基因的CAP結(jié)合位點(diǎn)結(jié)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，從而激活了位點(diǎn)，進(jìn)而促進(jìn)合，從而激活了位點(diǎn)，進(jìn)而促進(jìn)RNA多聚酶與它的多聚酶與它的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，使轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)RNA多聚酶進(jìn)入多聚酶進(jìn)入RNA多聚酶位點(diǎn)向前漂移多聚酶位點(diǎn)向前漂移當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時(shí)，當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時(shí)，RNA多聚酶進(jìn)入操縱基因多聚酶進(jìn)入操縱基因O位點(diǎn)位點(diǎn)內(nèi)的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)內(nèi)的轉(zhuǎn)錄起始點(diǎn)cAMP在乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄中是通過(guò)在乳糖操縱子轉(zhuǎn)錄中是通過(guò)CAP-cAMP復(fù)合復(fù)合物與

35、物與DNA結(jié)合時(shí)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的，這種調(diào)控是正調(diào)控結(jié)合時(shí)促進(jìn)轉(zhuǎn)錄的，這種調(diào)控是正調(diào)控分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 葡萄糖如何調(diào)節(jié)葡萄糖如何調(diào)節(jié)cAMPcAMP? ?分解代謝物阻遏分解代謝物阻遏二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 分解代謝物阻遏的克服分解代謝物阻遏的克服生產(chǎn)培養(yǎng)基內(nèi)不使用阻遏性碳源，將有利于對(duì)分解代生產(chǎn)培養(yǎng)基內(nèi)不使用阻遏性碳源，將有利于對(duì)分解代謝物阻遏敏感酶的生產(chǎn)；或采用流加補(bǔ)糖策略謝物阻遏敏感酶的生產(chǎn)；或采用流加補(bǔ)糖策略可利用一種不能代謝的誘導(dǎo)物的類似物，或緩慢補(bǔ)入可利用一種不能代謝的誘導(dǎo)物的類似物，或緩慢補(bǔ)入誘導(dǎo)物或使用只能緩慢代謝的誘

36、導(dǎo)物的衍生物來(lái)增加誘導(dǎo)物或使用只能緩慢代謝的誘導(dǎo)物的衍生物來(lái)增加酶的生產(chǎn)酶的生產(chǎn)選育耐（抗）分解代謝阻遏的突變株選育耐（抗）分解代謝阻遏的突變株 轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制二、酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)，通過(guò)不同方式的拼接可產(chǎn)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工和轉(zhuǎn)運(yùn)調(diào)節(jié)，通過(guò)不同方式的拼接可產(chǎn)生不同的生不同的mRNA，從而產(chǎn)生多種多樣的蛋白質(zhì)，從而產(chǎn)生多種多樣的蛋白質(zhì)翻譯水平的調(diào)節(jié)主要是控制翻譯水平的調(diào)節(jié)主要是控制mRNA的穩(wěn)定性和的穩(wěn)定性和mRNA翻譯的起始頻率翻譯的起始頻率翻譯后水平的調(diào)節(jié)主要控制多肽鏈的加工和折疊，產(chǎn)生翻譯后水平的調(diào)節(jié)主要控制多肽鏈的加工和折疊，產(chǎn)生不同功能

37、活性的蛋白質(zhì)不同功能活性的蛋白質(zhì)三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)是指一定數(shù)量的酶，通過(guò)其分子結(jié)構(gòu)的是指一定數(shù)量的酶，通過(guò)其分子結(jié)構(gòu)的改變來(lái)調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率改變來(lái)調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率調(diào)節(jié)酶活性比調(diào)節(jié)酶的合成迅速、及時(shí)而有效，這是調(diào)節(jié)酶活性比調(diào)節(jié)酶的合成迅速、及時(shí)而有效，這是微生物饑餓情況下的一種經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式微生物饑餓情況下的一種經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)方式通過(guò)改變代謝途徑中一個(gè)或幾個(gè)關(guān)鍵酶的活性，以影通過(guò)改變代謝途徑中一個(gè)或幾個(gè)關(guān)鍵酶的活性，以影響代謝途徑中各中間化合物的流量，這種活性調(diào)節(jié)通響代謝途徑中各中間化合物的流量，這種活性調(diào)節(jié)通常由一個(gè)特異的小分子代謝物（終產(chǎn)物

38、等變構(gòu)效應(yīng)物）常由一個(gè)特異的小分子代謝物（終產(chǎn)物等變構(gòu)效應(yīng)物）與酶的可逆性結(jié)合來(lái)進(jìn)行與酶的可逆性結(jié)合來(lái)進(jìn)行這些小分子化合物存在于細(xì)胞內(nèi)，由細(xì)胞產(chǎn)生，通過(guò)這些小分子化合物存在于細(xì)胞內(nèi)，由細(xì)胞產(chǎn)生，通過(guò)它們調(diào)節(jié)酶反應(yīng)速率、激活或抑制關(guān)鍵酶，從而有效它們調(diào)節(jié)酶反應(yīng)速率、激活或抑制關(guān)鍵酶，從而有效地控制各種代謝過(guò)程地控制各種代謝過(guò)程三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 酶活性調(diào)節(jié)的影響因素酶活性調(diào)節(jié)的影響因素底物和產(chǎn)物的性質(zhì)和濃度底物和產(chǎn)物的性質(zhì)和濃度環(huán)境因子（如濃度、壓力、環(huán)境因子（如濃度、壓力、pH、離子強(qiáng)度和輔助因子、離子強(qiáng)度和輔助因子等）以及其它酶的存在都有可能激活或抑制酶的活性等）以及其

39、它酶的存在都有可能激活或抑制酶的活性激活：激活：在激活劑的作用下，使原來(lái)無(wú)活性酶轉(zhuǎn)變的有在激活劑的作用下，使原來(lái)無(wú)活性酶轉(zhuǎn)變的有活性或使原來(lái)活性低的酶提高。這種現(xiàn)象稱為激活或活性或使原來(lái)活性低的酶提高。這種現(xiàn)象稱為激活或活化。凡能提高酶活性的物質(zhì)稱為激活劑活化。凡能提高酶活性的物質(zhì)稱為激活劑抑制：抑制：由于某些物質(zhì)的存在，降低酶活性，稱為抑制。由于某些物質(zhì)的存在，降低酶活性，稱為抑制。抑制可以是不可逆的，也可以是可逆的，即當(dāng)抑制劑抑制可以是不可逆的，也可以是可逆的，即當(dāng)抑制劑除去后酶活性又恢復(fù)，在代謝調(diào)節(jié)過(guò)程中所發(fā)生的抑除去后酶活性又恢復(fù)，在代謝調(diào)節(jié)過(guò)程中所發(fā)生的抑制現(xiàn)象主要是可逆的，而且大多

40、屬于反饋抑制制現(xiàn)象主要是可逆的，而且大多屬于反饋抑制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 酶活性調(diào)節(jié)類型酶活性調(diào)節(jié)類型別構(gòu)（變構(gòu)）調(diào)節(jié)別構(gòu)（變構(gòu)）調(diào)節(jié)（其核心是酶分子構(gòu)象的改變）（其核心是酶分子構(gòu)象的改變）酶分子的共價(jià)修飾酶分子的共價(jià)修飾（其核心是酶分子結(jié)構(gòu)的改變）（其核心是酶分子結(jié)構(gòu)的改變）三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 變構(gòu)效應(yīng)變構(gòu)效應(yīng)是指一種小分子物質(zhì)與一種蛋白質(zhì)分子發(fā)生可是指一種小分子物質(zhì)與一種蛋白質(zhì)分子發(fā)生可逆的相互作用，導(dǎo)致這種蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，從而逆的相互作用，導(dǎo)致這種蛋白質(zhì)的構(gòu)象發(fā)生改變，從而改變這種蛋白質(zhì)與第三種分子的相互作用改變這種蛋白質(zhì)與第三種分子的相互

41、作用變構(gòu)蛋白質(zhì)是表現(xiàn)變構(gòu)效應(yīng)的蛋白（例如阻遏蛋白），變構(gòu)蛋白質(zhì)是表現(xiàn)變構(gòu)效應(yīng)的蛋白（例如阻遏蛋白），具有變構(gòu)作用的酶稱為具有變構(gòu)作用的酶稱為變構(gòu)酶變構(gòu)酶由于效應(yīng)物的結(jié)合使酶活性升高者，稱為由于效應(yīng)物的結(jié)合使酶活性升高者，稱為正效應(yīng)物或變正效應(yīng)物或變構(gòu)激活劑構(gòu)激活劑相反，使酶的活性降低者，稱為相反，使酶的活性降低者，稱為負(fù)效應(yīng)物或變構(gòu)抑制劑負(fù)效應(yīng)物或變構(gòu)抑制劑變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié) 三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 有活性有活性變構(gòu)抑制劑變構(gòu)抑制劑 低活性低活性 無(wú)活性無(wú)活性變構(gòu)激活劑變構(gòu)激活劑高活性高活性C R C變構(gòu)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié) 三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 變構(gòu)酶含多個(gè)亞基的

42、四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（一般為四聚變構(gòu)酶含多個(gè)亞基的四級(jí)結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)（一般為四聚體），亞基的結(jié)構(gòu)和功能可以相同，也可以不同體），亞基的結(jié)構(gòu)和功能可以相同，也可以不同變構(gòu)酶分子中含有兩個(gè)中心，即催化中心和調(diào)節(jié)中心，變構(gòu)酶分子中含有兩個(gè)中心，即催化中心和調(diào)節(jié)中心，它們?cè)诳臻g上是分開(kāi)的，可以在不同的亞基上，也可以它們?cè)诳臻g上是分開(kāi)的，可以在不同的亞基上，也可以在同一亞基的不同部位上在同一亞基的不同部位上每個(gè)變構(gòu)酶的分子可以結(jié)合一個(gè)或多個(gè)配體（底物或效每個(gè)變構(gòu)酶的分子可以結(jié)合一個(gè)或多個(gè)配體（底物或效應(yīng)物）理論上結(jié)合底物的最大數(shù)目與催化中心的數(shù)目相應(yīng)物）理論上結(jié)合底物的最大數(shù)目與催化中心的數(shù)目相等。結(jié)合效應(yīng)物

43、的最大數(shù)目應(yīng)與調(diào)節(jié)中心的數(shù)目相等等。結(jié)合效應(yīng)物的最大數(shù)目應(yīng)與調(diào)節(jié)中心的數(shù)目相等配體和酶蛋白的不同部位（或亞基）結(jié)合時(shí)，可在底配體和酶蛋白的不同部位（或亞基）結(jié)合時(shí)，可在底物物底物，效應(yīng)物底物，效應(yīng)物底物和效應(yīng)物底物和效應(yīng)物效應(yīng)物之間效應(yīng)物之間發(fā)生協(xié)同反應(yīng)，此效應(yīng)可以是促進(jìn)（正協(xié)同）或阻抑的發(fā)生協(xié)同反應(yīng)，此效應(yīng)可以是促進(jìn)（正協(xié)同）或阻抑的（負(fù)協(xié)同）（負(fù)協(xié)同）變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 一個(gè)效應(yīng)物分子與變構(gòu)酶的變構(gòu)中心結(jié)合后對(duì)第二個(gè)分一個(gè)效應(yīng)物分子與變構(gòu)酶的變構(gòu)中心結(jié)合后對(duì)第二個(gè)分子結(jié)合的影響稱為子結(jié)合的影響稱為協(xié)同效應(yīng)協(xié)同效應(yīng)有些變構(gòu)酶與調(diào)節(jié)物結(jié)合后

44、，本身的構(gòu)象發(fā)生改變，這有些變構(gòu)酶與調(diào)節(jié)物結(jié)合后，本身的構(gòu)象發(fā)生改變，這種新的構(gòu)象有利于后續(xù)的底物分子或調(diào)節(jié)物的結(jié)合，這種新的構(gòu)象有利于后續(xù)的底物分子或調(diào)節(jié)物的結(jié)合，這些變構(gòu)酶稱為具些變構(gòu)酶稱為具正協(xié)同效應(yīng)正協(xié)同效應(yīng)的變構(gòu)酶的變構(gòu)酶這種變構(gòu)酶的這種變構(gòu)酶的V-S曲線為曲線為S型而不是簡(jiǎn)單的雙曲線。酶型而不是簡(jiǎn)單的雙曲線。酶具有具有S型曲線的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，對(duì)于較小底物濃度的變化，型曲線的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)，對(duì)于較小底物濃度的變化，酶反應(yīng)速度可作出靈敏應(yīng)答酶反應(yīng)速度可作出靈敏應(yīng)答當(dāng)?shù)孜餄舛裙潭〞r(shí)，變構(gòu)抑制劑濃度與酶反應(yīng)速度之間當(dāng)?shù)孜餄舛裙潭〞r(shí)，變構(gòu)抑制劑濃度與酶反應(yīng)速度之間的關(guān)系也呈的關(guān)系也呈S形曲線，這是

45、變構(gòu)蛋白的基本性質(zhì)形曲線，這是變構(gòu)蛋白的基本性質(zhì)變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 變構(gòu)酶的變構(gòu)酶的S形動(dòng)力學(xué)曲線意味著存在底物及效應(yīng)物對(duì)反形動(dòng)力學(xué)曲線意味著存在底物及效應(yīng)物對(duì)反應(yīng)速度發(fā)生影響的閾值。它表示當(dāng)?shù)孜锘蛐?yīng)物達(dá)到一應(yīng)速度發(fā)生影響的閾值。它表示當(dāng)?shù)孜锘蛐?yīng)物達(dá)到一定水平之前，酶反應(yīng)非常遲緩或不呈現(xiàn)效應(yīng)物效果，但定水平之前，酶反應(yīng)非常遲緩或不呈現(xiàn)效應(yīng)物效果，但當(dāng)超過(guò)該水平時(shí)，或反應(yīng)急速轉(zhuǎn)快（底物），或呈現(xiàn)由當(dāng)超過(guò)該水平時(shí)，或反應(yīng)急速轉(zhuǎn)快（底物），或呈現(xiàn)由效應(yīng)物引起的變化，這在代謝控制上具有很大的生理意效應(yīng)物引起的變化，這在代謝控制上具有很大的生理意

46、義，因?yàn)樵谏項(xiàng)l件下，底物濃度的變化一般較小義，因?yàn)樵谏項(xiàng)l件下，底物濃度的變化一般較小變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 有些變構(gòu)酶與一分子底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合后，構(gòu)象發(fā)生改有些變構(gòu)酶與一分子底物或調(diào)節(jié)物結(jié)合后，構(gòu)象發(fā)生改變，這種新的構(gòu)象不利于后續(xù)底物分子或調(diào)節(jié)物結(jié)合。變，這種新的構(gòu)象不利于后續(xù)底物分子或調(diào)節(jié)物結(jié)合。這些變構(gòu)酶稱為具這些變構(gòu)酶稱為具負(fù)協(xié)同效應(yīng)負(fù)協(xié)同效應(yīng)的變構(gòu)酶，即酶的反應(yīng)速的變構(gòu)酶，即酶的反應(yīng)速度對(duì)外界環(huán)境中底物濃度的變化不敏感度對(duì)外界環(huán)境中底物濃度的變化不敏感這對(duì)于那些和多條代謝途徑有聯(lián)系的酶促反應(yīng)來(lái)說(shuō)，保這對(duì)于那些和多條代謝途徑有聯(lián)系的酶

47、促反應(yīng)來(lái)說(shuō)，保證其恒定地、正常地工作是十分重要的，因?yàn)樗粫?huì)受證其恒定地、正常地工作是十分重要的，因?yàn)樗粫?huì)受到其它反應(yīng)的快慢而明顯地變化到其它反應(yīng)的快慢而明顯地變化如磷酸甘油醛脫氫酶，它需要如磷酸甘油醛脫氫酶，它需要 NAD+，而，而NAD+和許多和許多脫氫酶的反應(yīng)有關(guān)；細(xì)胞中脫氫酶的反應(yīng)有關(guān)；細(xì)胞中NAD+的濃度常可能發(fā)生較的濃度?？赡馨l(fā)生較大的變化，而磷酸甘油醛脫氫酶卻始終可以不受大的干大的變化，而磷酸甘油醛脫氫酶卻始終可以不受大的干擾而保持較穩(wěn)定水平擾而保持較穩(wěn)定水平變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 多數(shù)變構(gòu)酶是具有正協(xié)同效應(yīng)和負(fù)協(xié)同效應(yīng)的變構(gòu)酶

48、，多數(shù)變構(gòu)酶是具有正協(xié)同效應(yīng)和負(fù)協(xié)同效應(yīng)的變構(gòu)酶，它們既受底物分子的調(diào)節(jié)，又受底物以外的其它小分子它們既受底物分子的調(diào)節(jié)，又受底物以外的其它小分子（如終產(chǎn)物）的調(diào)節(jié)（如終產(chǎn)物）的調(diào)節(jié)變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性變構(gòu)酶結(jié)構(gòu)和特性變構(gòu)酶多處于合成代謝途徑上，大多數(shù)發(fā)生在氨基酸和變構(gòu)酶多處于合成代謝途徑上，大多數(shù)發(fā)生在氨基酸和核苷酸生物合成途徑上，而且一般在代謝途徑的第一步核苷酸生物合成途徑上，而且一般在代謝途徑的第一步或處于代謝途徑的分支點(diǎn)上，多受最終產(chǎn)物的反饋抑制；或處于代謝途徑的分支點(diǎn)上，多受最終產(chǎn)物的反饋抑制；但其只有在終產(chǎn)物過(guò)量的條件下，才受到抑制（閾值以但其只有在終產(chǎn)物過(guò)量的條件下，才受到抑制（閾值

49、以上），并能為其第一步反應(yīng)底物所激活；當(dāng)顯著提高底上），并能為其第一步反應(yīng)底物所激活；當(dāng)顯著提高底物濃度時(shí)，看不到抑制作用；終產(chǎn)物在結(jié)構(gòu)上與底物無(wú)物濃度時(shí)，看不到抑制作用；終產(chǎn)物在結(jié)構(gòu)上與底物無(wú)相似性相似性中間產(chǎn)物不影響調(diào)節(jié)酶的活性中間產(chǎn)物不影響調(diào)節(jié)酶的活性變構(gòu)酶后面酶的活性對(duì)最終產(chǎn)物是不敏感的變構(gòu)酶后面酶的活性對(duì)最終產(chǎn)物是不敏感的通過(guò)通過(guò)變構(gòu)酶與負(fù)效應(yīng)物非共價(jià)結(jié)合而引起的變構(gòu)作用，變構(gòu)酶與負(fù)效應(yīng)物非共價(jià)結(jié)合而引起的變構(gòu)作用，對(duì)酶活性的控制是一種對(duì)酶活性的控制是一種快速、敏感和高效的細(xì)調(diào)方式快速、敏感和高效的細(xì)調(diào)方式三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 變構(gòu)調(diào)節(jié)的意義變構(gòu)調(diào)節(jié)的意義脫敏作用

50、脫敏作用：變構(gòu)酶經(jīng)特定處理后，可以不喪失酶活性而變構(gòu)酶經(jīng)特定處理后，可以不喪失酶活性而失去對(duì)變構(gòu)效應(yīng)物的敏感性，人們將變構(gòu)酶經(jīng)特定處理失去對(duì)變構(gòu)效應(yīng)物的敏感性，人們將變構(gòu)酶經(jīng)特定處理后不喪失酶活性而失去對(duì)變構(gòu)效應(yīng)物的敏感性的現(xiàn)象后不喪失酶活性而失去對(duì)變構(gòu)效應(yīng)物的敏感性的現(xiàn)象可以通過(guò)各種方法使變構(gòu)酶脫敏可以通過(guò)各種方法使變構(gòu)酶脫敏利用汞鹽、對(duì)氯汞苯甲酸（利用汞鹽、對(duì)氯汞苯甲酸（PCMB）處理）處理05低溫處理低溫處理諸如冷水、尿素或蛋白酶處理等諸如冷水、尿素或蛋白酶處理等為變構(gòu)酶編碼的結(jié)構(gòu)基因發(fā)生突變亦可引起脫敏作用，為變構(gòu)酶編碼的結(jié)構(gòu)基因發(fā)生突變亦可引起脫敏作用，如抗類似物突變株中多發(fā)生這種變

51、化如抗類似物突變株中多發(fā)生這種變化脫敏作用現(xiàn)象表明了變構(gòu)中心的獨(dú)立性脫敏作用現(xiàn)象表明了變構(gòu)中心的獨(dú)立性三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 脫敏作用脫敏作用三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾調(diào)節(jié)共價(jià)修飾共價(jià)修飾是酶蛋白質(zhì)分子中的一個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基與是酶蛋白質(zhì)分子中的一個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基與一化學(xué)基團(tuán)共價(jià)連接或解離，使其活性改變（導(dǎo)致調(diào)節(jié)一化學(xué)基團(tuán)共價(jià)連接或解離，使其活性改變（導(dǎo)致調(diào)節(jié)酶活化或抑制）以控制代謝的速度和方向，這是一種快酶活化或抑制）以控制代謝的速度和方向，這是一種快速、靈敏、高效的細(xì)調(diào)方式。從酶蛋白質(zhì)中除去或加入速、靈敏、高效的細(xì)調(diào)方式。從酶蛋白質(zhì)中

52、除去或加入小化學(xué)基因可以是磷酸基、甲基、乙基、腺苷?；』瘜W(xué)基因可以是磷酸基、甲基、乙基、腺苷?；鞍踪|(zhì)共價(jià)結(jié)合部位，一般為絲氨酸殘基的蛋白質(zhì)共價(jià)結(jié)合部位，一般為絲氨酸殘基的-CH2OH，由共價(jià)修飾引起酶活性改變的酶叫由共價(jià)修飾引起酶活性改變的酶叫共價(jià)調(diào)節(jié)酶共價(jià)調(diào)節(jié)酶。共價(jià)修。共價(jià)修飾作用可分為飾作用可分為可逆可逆的和的和不可逆不可逆的的三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 可逆共價(jià)修飾可逆共價(jià)修飾細(xì)胞中有些酶存在細(xì)胞中有些酶存在活性活性和和非活性非活性兩狀態(tài)，兩者可以通過(guò)兩狀態(tài)，兩者可以通過(guò)另一種酶催化作共價(jià)修飾（共價(jià)調(diào)節(jié)酶）互相轉(zhuǎn)換另一種酶催化作共價(jià)修飾（共價(jià)調(diào)節(jié)酶）互相轉(zhuǎn)換這些酶它們

53、由于小化學(xué)基團(tuán)（磷酸基、甲基、乙基、腺這些酶它們由于小化學(xué)基團(tuán)（磷酸基、甲基、乙基、腺苷?；龋?duì)其酶蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行共價(jià)修飾，使其結(jié)構(gòu)苷?；龋?duì)其酶蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行共價(jià)修飾，使其結(jié)構(gòu)在活性在活性非活性轉(zhuǎn)變。已知有多種類型的可逆共價(jià)修非活性轉(zhuǎn)變。已知有多種類型的可逆共價(jià)修飾蛋白（酶）：飾蛋白（酶）：磷酸化磷酸化/去磷酸化去磷酸化 乙?；阴；?去乙?；ヒ阴；?腺苷?；佘挣；?去腺苷?；ハ佘挣；蜍挣；蜍挣；?去尿苷?；ツ蜍挣；谆谆?去甲基化去甲基化 S-S/SH 相互轉(zhuǎn)換相互轉(zhuǎn)換EOH EO-PO3 ATP ADP 蛋白激酶蛋白激酶H2O 蛋白磷酸酶蛋白磷酸酶 Pi EE三、酶

54、活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 可逆共價(jià)修飾可逆共價(jià)修飾 酶類 低活性狀態(tài) 高活性狀態(tài) 生物功能 來(lái)源糖原合成酶（去磷酸化）酶（磷酸化）酶 糖原代謝真核細(xì)胞糖原磷酸化酶（磷酸化）酶（去磷酸化）酶真核細(xì)胞磷酸化酶 激酶（磷酸化）酶（去磷酸化）酶哺乳動(dòng)物丙酮酸脫氫酶（去磷酸化）酶（磷酸化）酶真核細(xì)胞乙酰COr羧化酶（乙?；ㄒ阴；┟钢舅岬暮铣烧婧思?xì)胞谷氨酰胺合成酶（腺苷?；┟福ㄈハ佘挣；┟腹劝彼嵩谠S多合成反應(yīng)中起N的給體作用原核細(xì)胞黃嘌呤氧化酶（SH化）酶（SS化）酶哺乳動(dòng)物磷酸化磷酸化去磷酸化去磷酸化三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 可逆共價(jià)修飾可逆共價(jià)修飾寡聚酶的解聚和聚

55、合寡聚酶的解聚和聚合是一種特殊的可逆共價(jià)修飾調(diào)節(jié)是一種特殊的可逆共價(jià)修飾調(diào)節(jié)大多數(shù)寡聚酶隨著酶的聚合、解聚，酶的活性也往往發(fā)大多數(shù)寡聚酶隨著酶的聚合、解聚，酶的活性也往往發(fā)生改變，如乙酰輔酶生改變，如乙酰輔酶A羧化酶由四個(gè)亞基組成，是脂肪酸羧化酶由四個(gè)亞基組成，是脂肪酸合成途徑中的第一個(gè)酶，它催化乙酰輔酶合成途徑中的第一個(gè)酶，它催化乙酰輔酶A羧化為丙二酰羧化為丙二酰輔酶輔酶 A；該酶可被檸檬酸激活，但被軟脂酰輔酶；該酶可被檸檬酸激活，但被軟脂酰輔酶A抑制抑制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 可逆共價(jià)修飾可逆共價(jià)修飾可逆共價(jià)修飾意義可逆共價(jià)修飾意義因酶構(gòu)型的轉(zhuǎn)換是由酶催化的，故可在很短時(shí)

56、間內(nèi)經(jīng)信因酶構(gòu)型的轉(zhuǎn)換是由酶催化的，故可在很短時(shí)間內(nèi)經(jīng)信號(hào)啟動(dòng)，觸發(fā)生成大量有活性的酶（或改變酶的活性）號(hào)啟動(dòng)，觸發(fā)生成大量有活性的酶（或改變酶的活性）有效控制細(xì)胞的生理代謝有效控制細(xì)胞的生理代謝這種修飾作用可更容易控制酶的活性的響應(yīng)代謝環(huán)境的這種修飾作用可更容易控制酶的活性的響應(yīng)代謝環(huán)境的變化，這系統(tǒng)有能隨時(shí)響應(yīng)的特性，經(jīng)常處于活化與鈍變化，這系統(tǒng)有能隨時(shí)響應(yīng)的特性，經(jīng)常處于活化與鈍化狀態(tài)之間的來(lái)回變換化狀態(tài)之間的來(lái)回變換三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 不可逆共價(jià)修飾不可逆共價(jià)修飾酶活性調(diào)節(jié)的另一種方式是通過(guò)專一性蛋白酶的水解作酶活性調(diào)節(jié)的另一種方式是通過(guò)專一性蛋白酶的水解作用來(lái)實(shí)

57、現(xiàn)的用來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如消化系統(tǒng)中的各種蛋白酶，以無(wú)活性的如消化系統(tǒng)中的各種蛋白酶，以無(wú)活性的前體形式合成和分泌，然后輸送到特定的部位，當(dāng)功能前體形式合成和分泌，然后輸送到特定的部位，當(dāng)功能需要時(shí)，經(jīng)特異性蛋白酶的作用轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿付行枰獣r(shí)，經(jīng)特異性蛋白酶的作用轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿付惺蛊涔δ堋４送?，還有執(zhí)行防御功能的酶原使其功能。此外，還有執(zhí)行防御功能的酶原不具催化活性的酶的前體稱為不具催化活性的酶的前體稱為酶原酶原，某種物質(zhì)作用于酶，某種物質(zhì)作用于酶原使之轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過(guò)程稱為原使之轉(zhuǎn)變成有活性的酶的過(guò)程稱為酶原激活酶原激活酶原被激活的機(jī)制與上述變構(gòu)酶調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)不酶原被激活的機(jī)制與上

58、述變構(gòu)酶調(diào)節(jié)、共價(jià)修飾調(diào)節(jié)不同，這種激活機(jī)制不需要能量供應(yīng)；同時(shí)這種激活作用同，這種激活機(jī)制不需要能量供應(yīng)；同時(shí)這種激活作用在酶的在酶的“一生一生”中只能進(jìn)行一次中只能進(jìn)行一次三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 不可逆共價(jià)修飾不可逆共價(jià)修飾胰凝乳蛋白酶原激活胰凝乳蛋白酶原激活三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制 共價(jià)調(diào)節(jié)酶的特點(diǎn)共價(jià)調(diào)節(jié)酶的特點(diǎn)作用方式：作用方式：酶都具有兩種形式即無(wú)活性（低活性）和有酶都具有兩種形式即無(wú)活性（低活性）和有活性（高活性）活性（高活性）作用本質(zhì)：作用本質(zhì)：與別構(gòu)調(diào)節(jié)不同，是酶分子共價(jià)鍵發(fā)生了改與別構(gòu)調(diào)節(jié)不同，是酶分子共價(jià)鍵發(fā)生了改變，即酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改

59、變，而別構(gòu)酶中酶分子只發(fā)變，即酶的一級(jí)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，而別構(gòu)酶中酶分子只發(fā)生非共價(jià)鍵的改變，即構(gòu)象的改變生非共價(jià)鍵的改變，即構(gòu)象的改變作用能耗：作用能耗：所需酶分子比生物合成酶要少，在酶分子發(fā)所需酶分子比生物合成酶要少，在酶分子發(fā)生磷酸化等修飾作用反應(yīng)中，一般每個(gè)亞基只消耗一個(gè)生磷酸化等修飾作用反應(yīng)中，一般每個(gè)亞基只消耗一個(gè)分子分子ATP，比一亞基生物合成所需的，比一亞基生物合成所需的ATP少很多少很多作用效率：作用效率：共價(jià)調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié)信號(hào)具有共價(jià)調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié)信號(hào)具有級(jí)聯(lián)式的級(jí)聯(lián)式的放大效放大效應(yīng)，其催化效率比別構(gòu)酶調(diào)節(jié)要高很多應(yīng)，其催化效率比別構(gòu)酶調(diào)節(jié)要高很多三、酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制三、酶活性的

60、調(diào)節(jié)機(jī)制 共價(jià)調(diào)節(jié)酶的特點(diǎn)共價(jià)調(diào)節(jié)酶的特點(diǎn)化學(xué)修飾的級(jí)聯(lián)式的調(diào)節(jié)化學(xué)修飾的級(jí)聯(lián)式的調(diào)節(jié)能荷能荷是一個(gè)表示細(xì)胞能量狀態(tài)的參數(shù)，是細(xì)胞中所含腺是一個(gè)表示細(xì)胞能量狀態(tài)的參數(shù)，是細(xì)胞中所含腺苷酸中含有相當(dāng)于苷酸中含有相當(dāng)于ATP的數(shù)量百分比，其表示式為：的數(shù)量百分比，其表示式為： 能荷（能荷（EC）=（ATP+0.5ADP）/（ATP+ADP+AMP）100%當(dāng)細(xì)胞中腺苷酸全部是當(dāng)細(xì)胞中腺苷酸全部是ATP，能荷為，能荷為1當(dāng)細(xì)胞中腺苷酸全部是當(dāng)細(xì)胞中腺苷酸全部是ADP，能荷為，能荷為0.5當(dāng)細(xì)胞中腺苷酸全部是當(dāng)細(xì)胞中腺苷酸全部是AMP，能荷為，能荷為0當(dāng)細(xì)胞或線粒體中三種核苷酸同時(shí)并存時(shí)，能荷大小隨當(dāng)