代謝工程2015(共10頁(yè))

1、代謝工程2015第一章節(jié)點(diǎn)、柔性節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)、弱剛性節(jié)點(diǎn)、依賴型代謝網(wǎng)絡(luò)、獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)、代謝流分析、彈性系數(shù)、流量控制(kngzh)系數(shù)。1、節(jié)點(diǎn)(ji din)：網(wǎng)絡(luò)分流(fn li)處的代謝產(chǎn)物稱為節(jié)點(diǎn)。2、柔性節(jié)點(diǎn)：是指由節(jié)點(diǎn)流向各分支的代謝流量分割率隨代謝要求發(fā)生相應(yīng)的變化，去除產(chǎn)物的反饋抑制后，該分支的代謝流量分割率大大增加。3、強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)：是指由節(jié)點(diǎn)流向某一分支或某些分支的代謝流量分割率是難以改變的，這是由產(chǎn)物的反饋抑制及對(duì)另一分支酶的反式激活的相互作用所致。4、弱剛性節(jié)點(diǎn)：是指介于前兩者之間，由該節(jié)點(diǎn)流向各分支的代謝流中有一個(gè)是占主導(dǎo)地位的，其酶活較高或?qū)?jié)點(diǎn)代謝的親和力較大，

2、且無反饋抑制，通過削弱主導(dǎo)分支的酶量或酶活可增加產(chǎn)物的產(chǎn)率。（柔性及弱剛性節(jié)點(diǎn)是代謝設(shè)計(jì)的主要對(duì)象）5、依賴型代謝網(wǎng)絡(luò)：如果代謝網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)同等重要，即對(duì)產(chǎn)物的產(chǎn)量具有相近的影響，則這類代謝網(wǎng)絡(luò)稱為依賴型代謝網(wǎng)絡(luò)。獨(dú)立型代謝網(wǎng)絡(luò)：如果代謝網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點(diǎn)不集中，則可以通過對(duì)代謝的修飾影響目的產(chǎn)物的產(chǎn)量，這類網(wǎng)絡(luò)為獨(dú)立型網(wǎng)絡(luò)。6、代謝流分析：代謝流分析是代謝分析的一個(gè)重要手段。它假定細(xì)胞內(nèi)的物質(zhì)、能量處于擬穩(wěn)態(tài)，通過測(cè)定胞外物質(zhì)濃度，再根據(jù)物料平衡計(jì)算細(xì)胞內(nèi)的代謝流。（放射性標(biāo)記、同位素示蹤技術(shù)）7、彈性系數(shù)和流量控制系數(shù)是代謝控制分析研究的兩個(gè)主要指標(biāo)。彈性系數(shù)揭示代謝物濃度變化對(duì)反應(yīng)速率的影響程

3、度。流量控制系數(shù)則為單位酶變化量引起的某分支穩(wěn)態(tài)代謝流量的變化，用來衡量某一步酶反應(yīng)對(duì)整個(gè)反應(yīng)體系的控制程度。這兩個(gè)系數(shù)相互關(guān)聯(lián)，可直接或間接測(cè)定。代謝工程要解決的主要問題、典型目標(biāo)及主要應(yīng)用方向要解決的主要問題：改變某些途徑中的碳架物質(zhì)流量或改變碳架物質(zhì)在不同途徑中的流量分布。典型目標(biāo)是修飾初級(jí)次級(jí)代謝，將碳架物質(zhì)流導(dǎo)入目的產(chǎn)物的理想載流途徑以獲得產(chǎn)物的最大轉(zhuǎn)化率。應(yīng)用方向：（1）提高細(xì)胞現(xiàn)存代謝途徑中天然產(chǎn)物的產(chǎn)量；(2) 改造細(xì)胞現(xiàn)存的代謝途徑，使其合成新產(chǎn)物，這種新產(chǎn)物可以是中間代謝產(chǎn)物或修飾型的最終產(chǎn)物；(3)對(duì)不同細(xì)胞的代謝途徑進(jìn)行擬合，構(gòu)建全新的代謝通路，從而產(chǎn)生細(xì)胞自身不能合成

4、的新產(chǎn)物；(4)優(yōu)化細(xì)胞的生物學(xué)特性，如：生長(zhǎng)速率、極端環(huán)境條件和耐受性等。概述微生物代謝網(wǎng)絡(luò)理論代謝(dixi)網(wǎng)絡(luò)理論把細(xì)胞的生化反應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)(wnglu)整體而不是孤立地考慮。細(xì)胞代謝的網(wǎng)絡(luò)由上萬(wàn)種酶催化的系列反應(yīng)系統(tǒng)、膜傳遞系統(tǒng)、信號(hào)傳遞系統(tǒng)組成，并且既受精密調(diào)節(jié)，又彼此互相協(xié)調(diào)。各種代謝都不是孤立進(jìn)行(jnxng)的，而是相互作用、相互轉(zhuǎn)化、相互制約的一套完整、統(tǒng)一、靈敏的調(diào)節(jié)系統(tǒng)。闡述代謝工程研究方法和技術(shù)主要的三大常用手段(1)檢測(cè)技術(shù) 常規(guī)的化學(xué)和生物化學(xué)檢測(cè)手段都可用于代謝工程的研究。這包括：體內(nèi)確定代謝流的物料平衡和同位素標(biāo)記示蹤方法；表征酶促反應(yīng)進(jìn)程和性質(zhì)的酶促反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分

5、析方法;測(cè)定同位素富集和關(guān)鍵代謝物相對(duì)分子質(zhì)量分布的光譜學(xué)方法(核磁共振、質(zhì)譜、液相色譜分析和氣相色譜分析等)；生物傳感器技術(shù)。根據(jù)這些檢測(cè)信息可以判斷和描述代謝流的基本狀態(tài)，并為細(xì)胞的代謝流及其控制分析提供翔實(shí)可靠的原始數(shù)據(jù)。(2) 分析技術(shù) 在獲得大量生化反應(yīng)基本數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用化學(xué)計(jì)量學(xué)、分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和化學(xué) 工程學(xué)的研究方法并結(jié)合先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以進(jìn)一步闡明細(xì)胞代謝網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)特征與控制機(jī)理，以確定代謝改造的思路。這些分析手段包括能準(zhǔn)確測(cè)定細(xì)胞內(nèi)代謝網(wǎng)絡(luò)流的穩(wěn)態(tài)法、展示代謝流控制過程的擾動(dòng)法、簡(jiǎn)化復(fù)雜代等提出的的組合法以及代謝網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化技術(shù)等。(3) 基因操作技術(shù)在代謝工程中，代謝網(wǎng)

6、絡(luò)的操作實(shí)質(zhì)上可以歸結(jié)為基因水平上的操作。這個(gè)過程涉及幾乎所有的分子生物學(xué)和分子遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如基因和基因簇的克隆、表達(dá)、調(diào)控，DNA 的雜交檢測(cè)與序列分析，外源DNA的轉(zhuǎn)化， 基因的體內(nèi)同源重組與敲除，整合型重組DNA 在細(xì)胞內(nèi)的穩(wěn)定維持等。代謝工程技術(shù)得以廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要前提就是外源基因在所有生物物種（包括人體）中轉(zhuǎn)化和表達(dá)的可行性，而這種可行性又在很大程度上依賴于各種載體和基因表達(dá)調(diào)控元件的開發(fā)。論述代謝改造常用三大思路及代謝設(shè)計(jì)原理代謝工程研究的重點(diǎn)在于改造代謝網(wǎng)絡(luò)，以便生產(chǎn)特定目的代謝產(chǎn)物或具有過量生產(chǎn)能力的工程菌應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。根據(jù)微生物的不同代謝特性，常采用改變代謝流、擴(kuò)展代

7、謝途徑和構(gòu)建新的代謝途徑三種方法。(1)改變代謝途徑方法：一是加速限速反應(yīng)，即增加限速酶的表達(dá)量，來提高產(chǎn)物產(chǎn)率。然而限速酶反應(yīng)的改變可能會(huì)給整個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)帶來負(fù)面影響。二是改變分支代謝途徑流向，即提高代謝分支點(diǎn)某一分支代謝途徑酶活力，使其在與其它的分支代謝途徑的競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)，從而提高目的代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。(2)擴(kuò)展代謝途徑：在宿主菌中克隆和表達(dá)特定外源基因，從而延伸代謝途徑，以生產(chǎn)新的代謝產(chǎn)物和提高產(chǎn)率。擴(kuò)展代謝途徑還可使宿主菌能夠利用自身的酶或酶系消耗原來不消耗的底物。(3)轉(zhuǎn)移或構(gòu)建(u jin)新的代謝途徑：通過轉(zhuǎn)移代謝途徑、構(gòu)建(u jin)新的代謝途徑等方法來實(shí)現(xiàn)。代謝(dixi)設(shè)

8、計(jì)原理一、在現(xiàn)存代謝途徑中改變目的產(chǎn)物代謝流增加目的產(chǎn)物代謝流從以下方面入手：1、增加限速酶編碼基因的拷貝數(shù)2、強(qiáng)化以啟動(dòng)子為主的關(guān)鍵基因的表達(dá)系統(tǒng)3、提高目標(biāo)途徑激活因子的合成速率4、滅活目標(biāo)途徑抑制因子的編碼基因5、阻斷與目標(biāo)途徑相竟?fàn)幍拇x途徑6、改變分支代謝途徑流向7、構(gòu)建代謝旁路大腸桿菌糖代謝未端產(chǎn)物乙酸能抑制菌體的生長(zhǎng)，應(yīng)用代謝工程的方法將枯草芽孢桿菌的乙酰乳酸合成酶基因克隆到大腸桿菌中，構(gòu)建新的代謝旁路，結(jié)果能明顯的降低細(xì)胞中的乙酸濃度，使乙酸始終處于較低的水平。8、改變能量代謝途徑 將血紅蛋白基因?qū)氪竽c桿菌或鏈霉菌中，不僅在限氧條件下可以提高宿主細(xì)胞的生長(zhǎng)速率，而且也可以促進(jìn)

9、蛋白和抗生素的合成。血紅蛋白的作用在于在限氧條件下提高了ATP的產(chǎn)生效率。二、在現(xiàn)存途徑中改變物流的性質(zhì)指使手原有途徑更換初始底物或中間產(chǎn)物，以達(dá)到獲得新產(chǎn)物的目的?？梢酝ㄟ^以下兩種方法：1、利用酶對(duì)前體庫(kù)分子結(jié)構(gòu)的寬容性 如利用酶的相對(duì)專一性，投入非理想型初始底物參與代謝轉(zhuǎn)化反應(yīng)，就可以進(jìn)而合成細(xì)胞原不存在的化合物。2、通過修飾酶分子以拓展底物識(shí)別范圍修飾酶分子的結(jié)構(gòu)域功能域，以擴(kuò)大酶分子對(duì)底物的識(shí)別范圍和催化范圍。三、在現(xiàn)存途徑基礎(chǔ)了擴(kuò)展代謝途徑 在宿主菌中克隆、表達(dá)特定外源基因可以延伸代謝途徑，從而生產(chǎn)新的代謝產(chǎn)物、提高產(chǎn)率。四、利用已有途徑轉(zhuǎn)移或構(gòu)建新的代謝途徑 在明確了已有的生物合成

10、途徑、相關(guān)基因以及各步反應(yīng)的分子機(jī)制后，通過相似途徑的比較，可以利用多基因間的協(xié)同作用構(gòu)建新的代謝途徑。1、轉(zhuǎn)移多步途徑以構(gòu)建雜合代謝網(wǎng)絡(luò) 相關(guān)的基因如果以基因簇的形式存在，往往能更便利。2、修補(bǔ)完善細(xì)胞內(nèi)部分支途徑，以合成新的代謝產(chǎn)物物流限制作用的克服措施代謝途徑存在著固有的限速步驟，它們控制著流經(jīng)代謝途徑的代謝物流，其主要特征表現(xiàn)在：限速步驟的反應(yīng)速度很低，整個(gè)系統(tǒng)的代謝物流取決于催化該反應(yīng)步驟的酶活性；限速步驟直接受制于該步驟酶活性和酶蛋白(dnbi)合成的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)(tioji)方法：(a) 等量提高(t go)所有酶的量（不能提高轉(zhuǎn)化率）； (b) 提高限速酶的量（鑒別出具有高的流量

11、控制系數(shù)的酶比超表達(dá)個(gè)別酶往往能獲得更好的結(jié)果）。載流途徑、代謝主流的變動(dòng)性和選擇性載流途徑：代謝主流流經(jīng)的代謝途徑為主要載流途徑，簡(jiǎn)稱載流途徑。在代謝工程領(lǐng)域，是指碳流在代謝網(wǎng)絡(luò)中通過的主要途徑，即生產(chǎn)所需產(chǎn)物期間讓碳流相對(duì)集中流向產(chǎn)物合成的途徑。代謝主流的變動(dòng)性和選擇性：微生物的代謝主流處于不斷變化之中，其方向、流量甚至代謝主流的載流途徑都可能發(fā)生變化。這就是微生物代謝主流的變動(dòng)性和代謝主流對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)途徑的選擇性。這種變動(dòng)和選擇的根據(jù)在于微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，選擇的原因是微生物所處的環(huán)境條件的變化。代謝壓力外源質(zhì)粒的導(dǎo)入、重組基因的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)對(duì)宿主細(xì)胞代謝造成的影響。1、外源質(zhì)?？稍斐傻乃?/p>

12、主細(xì)胞生長(zhǎng)速率下降。2、僅32秒瞬間厭氧狀態(tài)就會(huì)造成大腸桿菌副產(chǎn)物的積累和重組蛋白產(chǎn)量下降。3、乙酸的積累造成目標(biāo)蛋白產(chǎn)量下降和生物量降低4、高CO2造成 TCA（三羧酸循環(huán)）途徑碳流量的減少，造成乙酸積累和生物量下降上述研究證明了外界環(huán)境擾動(dòng)會(huì)帶來的代謝流量分布的不同。也指出了可以通過控制碳代謝流操縱生產(chǎn)過程的觀點(diǎn)。但目前還沒有見到通過調(diào)節(jié)代謝壓力操縱生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用的報(bào)導(dǎo)。第二章松弛時(shí)間近似一級(jí)反應(yīng)過程的特征時(shí)間。當(dāng)某反應(yīng)的松弛時(shí)間比系統(tǒng)松弛時(shí)間長(zhǎng)很多時(shí)，認(rèn)為該反應(yīng)過程是凍結(jié)的。如果一個(gè)反應(yīng)的松弛時(shí)間是整個(gè)系統(tǒng)的1/3，那么認(rèn)為該反應(yīng)是處于擬穩(wěn)態(tài)。通過忽略在系統(tǒng)反應(yīng)松弛時(shí)間之外的反應(yīng)和代謝途

13、徑可顯著簡(jiǎn)化代謝過程。微生物細(xì)胞供能反應(yīng)的類型有哪些糖酵解：末端產(chǎn)物為丙酮酸發(fā)酵TCA循環(huán)和氧化磷酸化回補(bǔ)途徑用于氨基酸合成(hchng)的轉(zhuǎn)氨途徑脂類、有機(jī)酸和氨基酸的分解代謝來源于HMP或PP途徑的氨基酸和核酸(h sun)生物合成的前體物質(zhì)5-磷酸核糖和4-磷酸赤蘚糖是氨基酸和核酸生物合成(hchng)的前體物質(zhì)EMP途徑中的三個(gè)代謝物：3-磷酸甘油醛，3-磷酸甘油酸和磷酸烯醇式丙酮酸在高的比生長(zhǎng)速率下，PP途徑活性增加的原因，舉例說明細(xì)胞對(duì)PP途徑生成的NADPH和代謝物需求的增加，尤其是RNA生物合成對(duì)5-磷酸核糖需求的增加6-磷酸葡糖脫氫酶受NADPH/NADP+的比值來調(diào)節(jié)磷酸果

14、糖激酶則是一個(gè)復(fù)雜的別構(gòu)酶，稱為分析復(fù)雜代謝途徑的一個(gè)中心點(diǎn)。該酶會(huì)受到高濃度ATP的抑制，高的ATP濃度會(huì)使該酶與底物果糖-6-磷酸的結(jié)合曲線從雙曲線形變?yōu)镾型。而檸檬酸就是通過加強(qiáng)ATP的抑制效應(yīng)來抑制磷酸果糖激酶的活性，從而使糖酵解過程減慢。受調(diào)節(jié)物2,6-二磷酸果糖的促進(jìn)。與該物質(zhì)的結(jié)合會(huì)導(dǎo)致酶對(duì)6-磷酸果糖的親和力極大增加。因磷酸果糖激酶是糖酵解作用的限速酶，因此，對(duì)此酶的調(diào)節(jié)是調(diào)節(jié)酵解作用的關(guān)鍵步驟。細(xì)菌乙醇代謝途徑與酵母乙醇代謝途徑的差別第三章原核生物細(xì)胞酶合成調(diào)節(jié)的機(jī)制主要分哪幾種，并簡(jiǎn)要(jinyo)說明1.酶的誘導(dǎo)(yudo)負(fù)向控制（如乳糖對(duì)-半乳糖苷酶）與正向(zhn

15、xin)控制。2.終產(chǎn)物阻遏作用和弱化調(diào)節(jié)。3.分解代謝物阻遏（如葡萄糖對(duì)-半乳糖苷酶的阻遏）。4.轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)。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)）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)無用的酶上，只有在需要時(shí)細(xì)胞才迅速合成它們。終產(chǎn)物阻遏作用和弱化調(diào)節(jié)沒有阻遏體系，似乎只有弱化作用也可以調(diào)節(jié)色氨酸酶系的合成。目前認(rèn)為當(dāng)有大量外源色氨酸存在時(shí)，通過阻遏體系阻止非必須的先導(dǎo)mRNA合成，使合成更加經(jīng)濟(jì)。分解代謝物阻遏所謂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)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

16、（難利用）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)所需的酶系合成起阻遏作用。 轉(zhuǎn)錄后的調(diào)節(jié)翻譯水平的調(diào)控：（1）mRNA 的穩(wěn)定性（2）翻譯(fny)起始的概率（3）蛋白質(zhì)合成(hchng)速率微生物細(xì)胞酶活性的調(diào)節(jié)機(jī)制有哪些(nxi)，請(qǐng)簡(jiǎn)要說明。主要有:（1）別構(gòu)（變構(gòu)）調(diào)節(jié)理論（其核心是酶分子構(gòu)象的改變）（2）酶分子的化學(xué)修飾理論（其核心是酶分子結(jié)構(gòu)的改變）（3）其它調(diào)節(jié)機(jī)制別構(gòu)（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。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)作用的酶稱為變構(gòu)酶。變構(gòu)酶的反應(yīng)速度與底物濃度（或

17、變構(gòu)抑制劑的濃度）的關(guān)系曲線呈S型，有協(xié)同性；當(dāng)?shù)孜锘蛐?yīng)物濃度極低時(shí)，酶反應(yīng)速度的變化極微小，這是因?yàn)樾?yīng)物濃度極低時(shí)，不具有協(xié)同性，當(dāng)效應(yīng)物濃度超過某個(gè)水平（閾值）時(shí)酶反應(yīng)速度急劇增大（減小）。即存在著底物或效應(yīng)物對(duì)反應(yīng)速度發(fā)生影響的閾值。這在代謝控制上具有很大的生理意義。乳糖操縱子的誘導(dǎo)原理，實(shí)踐中，啟動(dòng)乳糖啟動(dòng)子表達(dá)為什么可選用IPTG作誘導(dǎo)物？1、組成型表達(dá)：在個(gè)體發(fā)育的任一階段都能在大多數(shù)細(xì)胞中持續(xù)進(jìn)行的基因表達(dá)，無論表達(dá)的水平高或低，它受環(huán)境因素的影響較少、或變化很小。 且基因表達(dá)產(chǎn)物通常是對(duì)生命過程必需的、必不可少的，這類基因通常被稱為持家基因（housekeeping gen

18、e）。2、誘導(dǎo)（induction）：在特定的環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)基因被激活，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物增加。這類基因稱為可誘導(dǎo)基因。 可誘導(dǎo)基因在特定環(huán)境中表達(dá)增強(qiáng)的過程，稱為誘導(dǎo) (induction)。3、阻遏（repression）：在特定環(huán)境信號(hào)刺激下，相應(yīng)基因被抑制，從而使基因的表達(dá)產(chǎn)物減少。這類基因稱為可阻遏基因?？勺瓒艋虮磉_(dá)產(chǎn)物水平降低的過程稱為阻遏 (repression)。4、協(xié)調(diào)表達(dá)：在一定機(jī)制控制下，功能上相關(guān)的一組基因，無論其為何種表達(dá)方式，均需協(xié)調(diào)一致、共同表達(dá)，使各表達(dá)產(chǎn)物的分子比例適當(dāng)，從而正常發(fā)揮功能。這種現(xiàn)象稱為協(xié)調(diào)表達(dá) (coordinate expressi

19、on)，這種調(diào)節(jié)稱為協(xié)調(diào)調(diào)節(jié) (coordinate regulation)能誘導(dǎo)酶的合成，但又不被分解的分子,稱為安慰誘導(dǎo)物（gratuitous inducer）。由于乳糖雖可誘導(dǎo)酶的合成，但又隨之分解，產(chǎn)生很多復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)問題，因此人們常用安慰誘導(dǎo)物來進(jìn)行各種實(shí)驗(yàn)。某些誘導(dǎo)物與自然的-半乳糖苷相似，且不能被酶分解，比如異丙基-D-硫代半乳糖苷，（isopropylthiogalactoside,IPTG）不被細(xì)菌分解性質(zhì)穩(wěn)定，它的濃度在實(shí)驗(yàn)中不會(huì)改變。復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)問題，便于研究。IPTG能在缺乏lacY（乳糖通透酶）基因下而有效地被運(yùn)送。半乳糖苷鍵中用硫代替了氧，失去了 水解活性，但硫代

20、半乳糖苷和同源的氧代化合物與酶位點(diǎn)的親和力相同，IPTG雖不為-半乳糖苷酶所識(shí)別，但它是lac基因簇十分有效的誘導(dǎo)物。第四章次級(jí)(c j)代謝與初級(jí)代謝關(guān)系存在(cnzi)范圍及產(chǎn)物類型不同對(duì)產(chǎn)生(chnshng)者自身的重要性不同同微生物生長(zhǎng)過程的關(guān)系明顯不同對(duì)環(huán)境條件變化的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同相關(guān)酶的專一性不同某些機(jī)體內(nèi)存在的二種既有聯(lián)系又有區(qū)別的代謝類型次級(jí)代謝的特點(diǎn)與生理功能1）次級(jí)代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生與微生物的生長(zhǎng)不呈平行關(guān)系。2）次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，并受初級(jí)代謝的調(diào)節(jié)。3） 次級(jí)代謝酶系對(duì)底物要求的專一性不強(qiáng)4）次級(jí)代謝產(chǎn)物種類繁多、結(jié)構(gòu)特殊5）次級(jí)代謝酶

21、在細(xì)胞中具有特定的位置和結(jié)構(gòu)。次級(jí)代謝可維持初級(jí)代謝的平衡次級(jí)代謝產(chǎn)物是貯藏物質(zhì)的一種形式使菌體在生存競(jìng)爭(zhēng)中占優(yōu)勢(shì)與細(xì)胞的分化有關(guān)第五章應(yīng)激反應(yīng)系統(tǒng)細(xì)菌在動(dòng)態(tài)多變的環(huán)境中(溫度,pH,壓力,氧化,營(yíng)養(yǎng),以及各種化學(xué)物質(zhì)刺激等),細(xì)菌存在一個(gè)整體調(diào)控網(wǎng)絡(luò)可以快速調(diào)節(jié)大量基因表達(dá)來快速適應(yīng)這種環(huán)境變化,這種調(diào)控網(wǎng)絡(luò)被稱為stress response系統(tǒng).stress response systems在細(xì)菌中高度相似的,有一些在真核細(xì)胞和古菌中也是保守的(如熱休克反應(yīng)).不同菌間,激活stress response 條件不一樣細(xì)菌緊縮響應(yīng)當(dāng)細(xì)菌處于一種或數(shù)種氨基酸全面匱乏的“氨基酸饑餓”狀態(tài)時(shí)，總

22、之是在營(yíng)養(yǎng)不良條件下生長(zhǎng)時(shí)，為了響應(yīng)這種困難環(huán)境，細(xì)菌必須迅速地關(guān)閉許多生理活動(dòng)，停止包括各種RNA（特別是rRNA）在內(nèi)的幾乎全部生物化學(xué)反應(yīng)過程，只保持維持生命最低限量的需要。RNA合成速度下降1020倍，使RNA合成水平降到正常狀態(tài)的510%，mRNA總合成量減少3倍，蛋白質(zhì)降解速度提高，碳水化合物、脂類合成均明顯減少等。這一系列響應(yīng)稱為stringent response或stringent controlppGpp 的生理功能a) 它們是細(xì)菌細(xì)胞緊縮控制(kngzh)（反應(yīng)）的信號(hào)或稱警報(bào)素（alarmone）,當(dāng)細(xì)胞處于氨基酸缺乏(quf)時(shí)，它們的水平升高。b) ppGpp與RNA聚合酶結(jié)合，使后者構(gòu)型發(fā)生改變，從而識(shí)別不同(b tn)的啟動(dòng)子，改變基因轉(zhuǎn)錄的效率或關(guān)閉、或減弱、或增加。在大腸桿菌中，ppGpp抑制6sRNA聚合酶活性，于是rRNA操縱子不能表達(dá)抑制rRNA的合成。c) ppGpp與啟動(dòng)子結(jié)合，使后者不再與RNA聚合酶結(jié)合，導(dǎo)致基因被關(guān)閉。d) pp