影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件

第一節(jié)概述微生物的新陳代謝包括分解代謝和合成代謝，其中又包含著物質(zhì)代謝和能量代謝。分解代謝和合成代謝相輔相成、協(xié)調(diào)統(tǒng)一。通過細胞內(nèi)一整套可塑性極強、極精確的代謝調(diào)節(jié)系統(tǒng)，保證上千種酶準確無誤、有條不紊地進行極其復(fù)雜的生化反應(yīng)。這種極其靈敏的自我控制能力和對環(huán)境的適應(yīng)能力，使胞內(nèi)物質(zhì)代謝具有相對的穩(wěn)定性，既不過量，又不缺乏。而代謝控制育種的目的恰恰與細胞本身的意愿相反，要獲得代謝調(diào)節(jié)機制不完善的高產(chǎn)菌株。據(jù)代謝產(chǎn)物在機體內(nèi)的作用不同，代謝分為初級代謝與次級代謝兩種類型。第一節(jié)概述微生物的新陳代謝包括分解代謝和合成代謝，其中又包一、初級代謝產(chǎn)物和初級代謝初級代謝產(chǎn)生對自身生長和繁殖必需的物質(zhì)，分為：分解代謝體系（包括糖、脂、蛋白質(zhì)等物質(zhì)的降解，獲得能量，并產(chǎn)生5-磷酸核糖、丙酮酸等整個代謝體系的中間產(chǎn)物）、素材性生物合成體系（合成氨基酸、核苷酸等小分子材料）、結(jié)構(gòu)性生物合成體系（用小分子合成裝配蛋白質(zhì)、核酸、多糖、類脂等大分子）。一、初級代謝產(chǎn)物和初級代謝初級代謝產(chǎn)生對自身生長和繁殖必需的影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件二、次級代謝和次級代謝產(chǎn)物1、概念次級代謝產(chǎn)物是生物體本身不需要的產(chǎn)物。以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成次級產(chǎn)物的代謝體系，稱為次級代謝。生物次生代謝產(chǎn)物包括：生物堿類，20000多種；抗生素，50000多種；多酮類，指黃酮類化合物；多酚類，芳香族化合物，10000多種，很多具毒性，又具濃烈芳香味，主要為香料；萜類，大部分為色素，分子量一般較大；毒素類，幾千種，分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜；聚多糖類，木質(zhì)素、纖維素、幾丁質(zhì)等。次生代謝產(chǎn)物具有多樣性，反映了生物的多樣性

。二、次級代謝和次級代謝產(chǎn)物1、概念2、次級代謝的特征(1)生產(chǎn)菌的生長結(jié)束之后才出現(xiàn)很多次級代謝產(chǎn)物的生物合成。產(chǎn)生次級代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)菌的生命活動可以分為兩個時期，即營養(yǎng)生長期和次級代謝產(chǎn)物形成期。次級代謝產(chǎn)物的合成過程一般是在培養(yǎng)液中缺乏某種營養(yǎng)物質(zhì)，菌體的生長受到限制時被啟動的。2、次級代謝的特征

（2）微生物由菌體生長期向次級代謝產(chǎn)物形成期轉(zhuǎn)變時，在形態(tài)學(xué)上和生理學(xué)上會發(fā)生一些變化。如一些產(chǎn)芽孢細菌此時會形成芽孢，真菌和放線菌會形成孢子，菌體的生長速率、分枝狀況和球菌的大小，都是獲得次級代謝產(chǎn)物高產(chǎn)的重要因素。因此有人把次級代謝產(chǎn)物的合成作用看作是細胞分化的伴隨現(xiàn)象。(3)一種微生物的不同菌株能夠產(chǎn)生多種在分子結(jié)構(gòu)上完全不同的次級代謝產(chǎn)物。如灰色鏈霉菌不僅產(chǎn)生鏈霉素，而且還可以用來生產(chǎn)柱晶白霉素、吲哚霉素、灰霉素和灰綠霉素等。同樣，不同種類的微生物亦能夠產(chǎn)生同一種次級代謝產(chǎn)物。如能產(chǎn)生青霉素的微生物包括有點青霉、產(chǎn)黃青霉、土曲霉、構(gòu)巢曲霉、發(fā)癬霉屬的一些真菌以及某些鏈霉菌等。（2）微生物由菌體生長期向次級代謝產(chǎn)物形成期轉(zhuǎn)變時，在形態(tài)（4）一種微生物的次級代謝產(chǎn)物多是一群具有相似結(jié)構(gòu)的化合物。這使工業(yè)上獲得次級代謝產(chǎn)物的分離提純工作比初級代謝產(chǎn)物要困難得多。導(dǎo)致產(chǎn)生多組分產(chǎn)物的主要原因是由于參與次級代謝產(chǎn)物合成的酶對底物的特異性不強，這種特異性既可受到內(nèi)部因素的控制，也可受到外部環(huán)境的影響。因此，在工業(yè)生產(chǎn)上可通過菌種選育和發(fā)酵控制來得到更多的目的產(chǎn)物。（5）微生物的次級代謝產(chǎn)物的合成過程是一類由多基因控制的代謝過程。這些基因不僅位于微生物的染色體中，而且也位于核外的遺傳物質(zhì)(如質(zhì)粒等)中，且在某些次級代謝產(chǎn)物的合成中往往起主導(dǎo)作用。另外，染色體外物質(zhì)可出于外界環(huán)境的影響從細胞中失去，從而造成微生物次級代謝產(chǎn)物的不穩(wěn)定性。（4）一種微生物的次級代謝產(chǎn)物多是一群具有相似結(jié)構(gòu)的化合物。3、微生物次級代謝的作用盡管微生物的次級代謝對于其本身的維持和生長并非是必需的，但從生物進化論角度來看，生物在長期進化過程中形成的任何一種特性對生物本身都是有益的。只是次級代謝作用在微生物的生命活動中僅占次要的地位，因而所受的選擇壓力較小，便造成了次級代謝作用的多樣性和復(fù)雜性。就目前的研究表明，微生物次級代謝的作用有以下幾個方面：3、微生物次級代謝的作用盡管微生物的次級代謝對于其本身的維持（1）一些次級代謝產(chǎn)物具有富集營養(yǎng)物質(zhì)的作用。如大腸桿菌等腸道細菌在缺乏鐵離子的環(huán)境下，會產(chǎn)生一種腸道桿菌素的次級代謝產(chǎn)物，其與鐵離子形成一種絡(luò)合物，把微量鐵離子富集起來，便于細胞吸收利用。（2）次級代謝的啟動有助于清除不平衡生長時積累的有害的低分子量的中間代謝產(chǎn)物，使微生物的生命延續(xù)下去。（3）一些動植物的病原微生物能夠產(chǎn)生一些對寄主細胞有毒的次級代謝物，以利于它們進一步侵入寄主。如水稻葉枯菌產(chǎn)生的四元環(huán)類萜化合物蛇孢菌素、蘇云金桿菌產(chǎn)生的核苷酸類外毒素就是具有這種作用的次級代謝產(chǎn)物。（4）有些次級代謝產(chǎn)物對產(chǎn)生菌本身起著生物調(diào)節(jié)劑作用。（5）應(yīng)該指出的是，對于大多數(shù)微生物產(chǎn)生次級代謝產(chǎn)物的作用是不清楚的，還有待于進一步研究。（1）一些次級代謝產(chǎn)物具有富集營養(yǎng)物質(zhì)的作用。如大腸桿菌等腸4、次級代謝途徑

次級代謝過程都是在初級代謝作用提供前體的基礎(chǔ)上進行轉(zhuǎn)化的代謝過程。因此，人們可以根據(jù)次級代謝產(chǎn)物分子中的主要構(gòu)成與初級代謝的關(guān)系，把次級代謝分為五種基本的類型：(1)糖類衍生物代謝途徑許多次級代謝產(chǎn)物在結(jié)構(gòu)上明顯地與糖類物質(zhì)有關(guān)，它們的前體是葡萄糖，但是它們的結(jié)構(gòu)在次級代謝過程中被修飾和改變了。由這類代謝途徑生物合成的次級代謝產(chǎn)物包括鏈霉素、新霉素和卡那霉素等氨基環(huán)醇類抗生素。4、次級代謝途徑次級代謝過程都是在初級代謝作用提供前體的基卡那霉素卡那霉素影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件(2)多肽類衍生物代謝途徑與糖類物質(zhì)一樣，氨基酸或多肽在其次級代謝過程中，常常被修飾改變成多肽類次級代謝產(chǎn)物。如青霉素的母核就是在氨基己二酸、cys和val結(jié)合而成的異青霉素N的基礎(chǔ)上，經(jīng)過衍生而成的β-內(nèi)酰胺類化合物。在多肽類次級代謝產(chǎn)物中，還包括那些芳香族氨基酸或其他氨基酸的合成途徑中的中間產(chǎn)物被修飾改變后形成的次級代謝產(chǎn)物。

(2)多肽類衍生物代謝途徑影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件(3)聚乙酰和類異戊二烯合成途徑通過聚乙酰途徑產(chǎn)生的各種不同鏈長的聚乙酰中間產(chǎn)物，再經(jīng)過環(huán)化芳香化和其他形式的化學(xué)修飾后，就會形成大量的次級代謝產(chǎn)物。四環(huán)類、大環(huán)內(nèi)酯類、蒽環(huán)類、利福霉素類和聚醚類等抗生素都是經(jīng)過聚乙酰途徑生物合成的。聚乙酰的不同結(jié)構(gòu)來自多聚-β-酮鏈。它最初是由C2化合物乙酸借助于乙酰輔酶A羧化酶的作用合成丙二酰衍生的。然后通過頭尾的反復(fù)縮合、環(huán)化以及脫羧作用等形成了各種生物合成所需要的物質(zhì)。經(jīng)類異戊二烯途徑生物合成的次級代謝產(chǎn)物包括廣泛分布于植物、動物和真菌中的萜類、甾類和類胡蘿卜素等。如由放線菌產(chǎn)生的Geosmin和水稻惡苗病菌產(chǎn)生的赤霉素等。(3)聚乙酰和類異戊二烯合成途徑影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件

(4)與核苷合成有關(guān)的途徑這類次級代謝產(chǎn)物或是由細胞中現(xiàn)成的核苷酸經(jīng)化學(xué)修飾轉(zhuǎn)變而來，或是通過與核苷酸生物合成相似的過程合成而來。屬于這一類的次級代謝產(chǎn)物有：由玫瑰色螢光假單胞桿菌產(chǎn)生的6-氨基嘌呤、由焦土鏈霉菌產(chǎn)生的焦土霉素，以及由間型諾卡氏菌產(chǎn)生的間型霉素等。(4)與核苷合成有關(guān)的途徑影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件(5)其他類型的代謝途徑很多微生物的次級代謝產(chǎn)物的生物合成途徑很難以上述四種類型歸類。有些次級代謝產(chǎn)物的生物合成途徑是同時按兩條或兩條以上的途徑進行，最后通過組裝而成的。如糖肽類、糖脂類、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素等次級代謝產(chǎn)物都屬于這種類型。(5)其他類型的代謝途徑從生化代謝角度來看，所有微生物的次級代謝產(chǎn)物都是以初級代謝產(chǎn)物為母體衍生出來的。因此，微生物的初級代謝和次級代謝是相互聯(lián)系的，而那些在微生物代謝過程中既可用來合成初級代謝產(chǎn)物，又可用來合成次級代謝產(chǎn)物的化合物被稱之為分叉中間體（見下表）。三、微生物初級代謝和次級代謝的關(guān)系從生化代謝角度來看，所有微生物的次級代謝產(chǎn)物都是以初級代謝產(chǎn)影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件菌種酶活酶產(chǎn)物高產(chǎn)變種中初級代謝途徑的某些酶活菌種酶活酶產(chǎn)物高產(chǎn)變種中初級代謝途徑的某些酶活從遺傳代謝角度來看，初級代謝與次級代謝同樣都受到核內(nèi)DNA的調(diào)節(jié)控制。所不同的是已有證據(jù)表明，少數(shù)次級代謝產(chǎn)物(如次甲霉素)還受到核外遺傳物質(zhì)質(zhì)粒等的控制。微生物的次級代謝作用是在亞活性期進行的，且它與初級代謝中能量的關(guān)系不大。可能與下面幾點有關(guān)：(1)通過活性期末期產(chǎn)生的誘導(dǎo)物或在實驗室中加進誘導(dǎo)物使亞活性期基因解除阻遏而產(chǎn)生次級代謝，(2)在活性期，RNA聚合酶可能只轉(zhuǎn)錄活性期基因，而在亞活性期中的操縱子中的啟動基因在活性期中是被阻遏的。(3)在活性期產(chǎn)生了一些初級代謝產(chǎn)物如乙酰輔酶A和丙二酰輔酶A，開始濃度很低，但由于不斷積累，到了亞活性階段就能誘導(dǎo)出某些酶。從遺傳代謝角度來看，初級代謝與次級代謝同樣都受到核內(nèi)DNA的第二節(jié)初級代謝的調(diào)節(jié)一、酶合成的調(diào)節(jié)（在轉(zhuǎn)錄水平上進行）又稱酶量的調(diào)節(jié)。包含：基因（酶的基因）被轉(zhuǎn)錄成多少mRNA的轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)錄后mRNA轉(zhuǎn)譯出多少蛋白（酶）的過程?；虮磉_調(diào)控在兩個水平上體現(xiàn)：(1)轉(zhuǎn)錄水平上的調(diào)控(transcriptionalregulation);(2)轉(zhuǎn)錄后水平上的調(diào)控(post-transcriptionalregulation);第二節(jié)初級代謝的調(diào)節(jié)一、酶合成的調(diào)節(jié)（在轉(zhuǎn)錄水平上進行1．酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)不受底物影響能夠合成的酶稱為組成酶（如把葡萄糖轉(zhuǎn)化為丙酮酸的那些糖酵解酶)；而那些只有在其底物或結(jié)構(gòu)類似物存在于培養(yǎng)基時才能被合成的酶稱為誘導(dǎo)酶。能夠誘導(dǎo)酶合成的結(jié)構(gòu)類似物稱為誘導(dǎo)物。誘導(dǎo)作用可保證能量和氨基酸不浪費，不把它們用于合成暫時無用的酶；只有在需要時，細胞迅速合成這些酶。根據(jù)酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)機制可將其分為負向控制和正向控制兩種。1．酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)操縱子：原核生物細胞中,功能相關(guān)的基因組成操縱子結(jié)構(gòu),由操縱區(qū)與一個或幾個結(jié)構(gòu)基因聯(lián)合起來,形成一個結(jié)構(gòu)上、功能上協(xié)同作用的整體,受統(tǒng)一調(diào)節(jié)基因和啟動區(qū)的調(diào)控。調(diào)節(jié)基因：可產(chǎn)生阻遏物或激活物蛋白調(diào)節(jié)操縱區(qū)，從而控制結(jié)構(gòu)基因的功能。根據(jù)調(diào)控機制的不同可分為負轉(zhuǎn)錄調(diào)控(negativetranscriptionregulation)和正轉(zhuǎn)錄調(diào)控(Positivetranscriptionregulation)。操縱子：原核生物細胞中,功能相關(guān)的基因組成操縱子結(jié)構(gòu),由操縱負轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)在負轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白(repressor)－－阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。其作用部位是操縱區(qū)。它與操縱區(qū)結(jié)合，轉(zhuǎn)錄受阻。負控誘導(dǎo)系統(tǒng)－－誘導(dǎo)物不存在時，阻遏蛋白與操縱區(qū)相結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄；誘導(dǎo)物存在時，阻遏蛋白與誘導(dǎo)物相結(jié)合，阻遏蛋白與操縱區(qū)分離，結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。負控阻遏系統(tǒng)－－當(dāng)阻遏蛋白與效應(yīng)物結(jié)合時，結(jié)構(gòu)基因不轉(zhuǎn)錄。負轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)在負轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是阻遏蛋白(正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白(activator)，激活蛋白結(jié)合后，RNA聚合酶與DNA的啟動子結(jié)合，轉(zhuǎn)錄才會進行。在正控誘導(dǎo)系統(tǒng)中，誘導(dǎo)物的存在使激活蛋白處于活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄進行。在正控阻遏系統(tǒng)中，效應(yīng)物分子的存在使激活蛋白處于非活性狀態(tài)，轉(zhuǎn)錄不進行。正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)在正轉(zhuǎn)錄調(diào)控系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是激活蛋白(影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件（1）乳糖操縱子-----負控誘導(dǎo)系統(tǒng)大腸桿菌能利用乳糖作為碳源，而利用乳糖作為碳源的酶只有當(dāng)乳糖成為惟一的碳源時才會被合成。大腸桿菌乳糖操縱子(lactoseoperon)包括3個結(jié)構(gòu)基因:Z、Y和A。這三個結(jié)構(gòu)基因被同一個轉(zhuǎn)錄單元lacZYA所編碼，它有一個啟動子Plac。（1）乳糖操縱子-----負控誘導(dǎo)系統(tǒng)大腸桿菌能利用乳糖作為乳糖操縱子的這三個結(jié)構(gòu)蛋白是作為一個多順反子的mRNA一起表達的。lacZYA轉(zhuǎn)錄單元含有一個操縱區(qū)Olac，它位于Plac啟動子5’端的-5至+21之間。當(dāng)阻遏蛋白結(jié)合到操縱區(qū)時，便成為轉(zhuǎn)錄的強抑制物。阻遏蛋白被一個獨立的調(diào)節(jié)基因lacI所編碼，lacI也是乳糖操縱子的一部分;lacI位于Plac的上游。乳糖操縱子的這三個結(jié)構(gòu)蛋白是作為一個多順反子的mRNA一起表乳糖操縱子的編碼產(chǎn)物lacZ編碼β-半乳糖苷酶，它可以將乳糖水解為半乳糖和葡萄糖。lacY編碼半乳糖苷透性酶，它能將乳糖運送透過細菌的細胞壁。lacA編碼硫代半乳糖苷乙酰轉(zhuǎn)移酶。乳糖操縱子的編碼產(chǎn)物lacZ編碼β-半乳糖苷酶，它可以將乳糖阻遏蛋白螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋（helix-turn-helix，HTH），一端是由氨基酸形成的α－螺旋，又稱為識別螺旋；“轉(zhuǎn)角”由3個氨基酸組成；第二個螺旋以疏水相互作用穩(wěn)定第一個螺旋。結(jié)合蛋白與DNA作用力：氫鍵、范德華力等非共價作用。實例：大腸桿菌的Lac、Trp阻遏蛋白。阻遏蛋白螺旋－轉(zhuǎn)角－螺旋（helix-turn-helix操縱序列存在反向重復(fù)對稱，正好與由四個相同亞基組成的阻遏蛋白的內(nèi)部對稱相匹配。當(dāng)乳糖缺乏時，阻遏蛋白占據(jù)了操縱序列的結(jié)合位點，RNA聚合酶不能與啟動子結(jié)合。乳糖阻抑物阻礙了幾乎全部的lacZYA的轉(zhuǎn)錄而使之保持很低的轉(zhuǎn)錄水平。操縱序列存在反向重復(fù)對稱，正好與由四個相同亞基組成的阻遏蛋白影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件乳糖操縱子誘導(dǎo)表達的機理將乳糖加入細胞中后，細胞本身所含的低量的透性酶使它能吸收乳糖，β-半乳糖苷酶則催化一些乳糖轉(zhuǎn)化為異乳糖。乳糖操縱子誘導(dǎo)表達的機理將乳糖加入細胞中后，細胞本身所含的低異乳糖可以作為誘導(dǎo)物結(jié)合到阻遏蛋白上。從而引起阻遏蛋白四聚體構(gòu)象的變化，從而降低其對乳糖操縱序列的親和力，阻遏蛋白從操縱序列上脫離下來，聚合酶迅速開始lacZYA基因的轉(zhuǎn)錄。因此，加入乳糖或合成誘導(dǎo)物如異丙基-β-D-硫代半乳糖苷(IPTG)能非常迅速地刺激乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。異乳糖可以作為誘導(dǎo)物結(jié)合到阻遏蛋白上。從而引起阻遏蛋白四聚體調(diào)節(jié)基因操縱區(qū)乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacAmRNA

阻遏蛋白（有活性）基因關(guān)閉啟動子ORPLacZLacYLacA調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動子OR

阻遏蛋白（無活性）基因表達mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)B、乳糖酶的誘導(dǎo)異乳糖

阻遏蛋白（有活性）乳

糖

操

縱

子

的

負

調(diào)

控mRNAZmRNAYmRNAA調(diào)節(jié)基因操縱區(qū)乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacAmRNA影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件圖9－11乳糖操縱子結(jié)構(gòu)基因依次表達圖9－11乳糖（2）負控阻遏系統(tǒng)——色氨酸操縱子色氨酸操縱子包括色氨酸合成途經(jīng)中相關(guān)的5個結(jié)構(gòu)基因，編碼一個轉(zhuǎn)錄單元，即從色氨酸啟動子Ptrp、操縱基因位點Otrp和向下游轉(zhuǎn)錄出7kb的轉(zhuǎn)錄物。（2）負控阻遏系統(tǒng)——色氨酸操縱子色氨酸操縱子包括色氨酸合成色氨酸阻抑物色氨酸操縱子中產(chǎn)生阻遏蛋白的基因是trpR，阻遏蛋白是含有兩個亞基的二聚體,可與色氨酸操縱子的操縱區(qū)特異性相互作用。操縱區(qū)的部分對稱序列與色氨酸啟動子在-21和+3堿基之間重疊。中心結(jié)合區(qū)是18個堿基的回文結(jié)構(gòu)。只有當(dāng)色氨酸結(jié)合到阻遏蛋白上時，阻遏蛋白才處于正確的構(gòu)象，與色氨酸操縱區(qū)相互作用，將轉(zhuǎn)錄的起始減少了大約70倍。色氨酸阻抑物色氨酸操縱子中產(chǎn)生阻遏蛋白的基因是trpR，阻遏當(dāng)合成產(chǎn)物積累時，阻遏蛋白被合成產(chǎn)物激活而與操縱基因結(jié)合輔阻遏物（合成產(chǎn)物）阻遏蛋白當(dāng)合成產(chǎn)物減少時，合成產(chǎn)物脫離阻遏蛋白而使阻遏蛋白失活。轉(zhuǎn)錄酶使結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄，蛋白質(zhì)酶合成使合成代謝開始色氨酸操縱子：色氨酸積累時色氨酸合成減弱色氨酸缺乏時色氨酸合成加強色氨酸＝合成產(chǎn)物＝輔阻遏物當(dāng)合成產(chǎn)物積累時，阻遏蛋白被輔阻遏物（合成產(chǎn)物）阻遏蛋白當(dāng)合影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件弱化子如果在操縱基因和trpE基因編碼序列之間的一段序列缺失，會導(dǎo)致基本轉(zhuǎn)錄水平和活化(解阻抑)--轉(zhuǎn)錄水平的上升。該段序列稱為弱化子，它位于trpE起始密碼子前面162bp的轉(zhuǎn)錄前導(dǎo)序列的123～150位。弱化子是一個不依賴ρ因子的終止子區(qū)域，在一小段富含GC的回文結(jié)構(gòu)之后是8個連續(xù)的U殘基。如果這段序列能在RNA轉(zhuǎn)錄物中形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)，就可以作為一個高效的轉(zhuǎn)錄終止子，因而只有140bp的轉(zhuǎn)錄物被合成。弱化子如果在操縱基因和trpE基因編碼序列之間的一段序列缺失影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件前導(dǎo)RNA結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子RNA的前導(dǎo)序列含有4個序列互補區(qū)，能形成不同的堿基配對的RNA結(jié)構(gòu)。它們被稱為序列1、2、3和4。弱化子發(fā)夾結(jié)構(gòu)是序列3和4配對的產(chǎn)物(3:4結(jié)構(gòu))。序列1和2也是互補的，能形成另一個發(fā)夾結(jié)構(gòu)1:2。然而序列2還和序列3互補。如果序列2和3形成2:3發(fā)夾結(jié)構(gòu)，3:4弱化子發(fā)夾結(jié)構(gòu)就不能形成，轉(zhuǎn)錄就不會終止。在正常情況下，1:2和3:4發(fā)夾結(jié)構(gòu)的形成在能量上是有利的。前導(dǎo)RNA結(jié)構(gòu)色氨酸操縱子RNA的前導(dǎo)序列含有4個序列互補區(qū)影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件弱化作用大腸桿菌中，翻譯在mRNA邊轉(zhuǎn)錄時邊進行。色氨酸前導(dǎo)肽編碼序列的3‘端與互補序列1重疊，兩個色氨酸密碼子都在序列1內(nèi)，終止密碼子在序列1和2之間。由于色氨酸(色氨酸操縱子的最終產(chǎn)物)是翻譯過程中所必需的，因此細胞對它的含量很敏感，它決定了在mRNA中終止子(3:4)發(fā)夾結(jié)構(gòu)是否形成。弱化作用大腸桿菌中，翻譯在mRNA邊轉(zhuǎn)錄時邊進行。色氨酸前導(dǎo)在色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄進行的過程中，RNA聚合酶在序列2的末端停滯直到核糖體開始翻譯前導(dǎo)肽（即當(dāng)前導(dǎo)肽開始翻譯時，RNA聚合酶才又繼續(xù)沿DNA模板鏈前進合成RNA）。在色氨酸含量很高的情況下，核糖體迅速在兩個色氨酸密碼子處插入色氨酸，這樣翻譯可直達前肽導(dǎo)末端。核糖體封閉了序列2，當(dāng)RNA聚合酶把3區(qū)和4區(qū)轉(zhuǎn)錄出來時，3:4發(fā)夾得以形成，當(dāng)RNA聚合酶到達終止序列時，由于3:4發(fā)夾使轉(zhuǎn)錄可能被終止。這一過程被稱為弱化作用。在色氨酸操縱子轉(zhuǎn)錄進行的過程中，RNA聚合酶在序列2的末端停圖9－20弱化作用模型圖9－20弱化作用模型如果色氨酸缺乏時，翻譯過程中將缺少其氨酰－tRNA，核糖體將在兩個色氨酸密碼子上滯留，封閉了序列1。這使得序列2能自由地與序列3形成發(fā)夾結(jié)構(gòu)（即抗終止子）。終止子(3:4)發(fā)夾結(jié)構(gòu)不能形成，轉(zhuǎn)錄繼續(xù)到trpE及其下游。因此終產(chǎn)物色氨酸含量的高低決定了轉(zhuǎn)錄是提早終止(弱化)，還是繼續(xù)轉(zhuǎn)錄完整個操縱子。如果色氨酸缺乏時，翻譯過程中將缺少其氨酰－tRNA，核糖體將弱化的重要性依靠弱化作用，色氨酸的存在就使色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄被抑制了10倍。與色氨酸阻抑物的作用(70倍)合在一起，這就意味著色氨酸水平對色氨酸操縱子的表達施加了700倍的調(diào)節(jié)效果。在六種與氨基酸的生物合成相關(guān)的操縱子中有弱化作用。例如his操縱子含有編碼一個有連續(xù)7個組氨酸密碼子的多肽的前導(dǎo)序列。弱化的重要性依靠弱化作用，色氨酸的存在就使色氨酸操縱子的轉(zhuǎn)錄（3）正向控制調(diào)節(jié)在正向控制調(diào)節(jié)體系中，調(diào)節(jié)基因編碼的蛋白質(zhì)只有在與誘導(dǎo)物結(jié)合的狀態(tài)下，才能與操縱基因結(jié)合而使結(jié)構(gòu)基因處于轉(zhuǎn)錄狀態(tài)，否則，就不能合成酶。大腸桿菌的阿拉伯糖發(fā)酵的代謝調(diào)控是最早發(fā)現(xiàn)而且研究得最為深入的一種正向控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。（3）正向控制調(diào)節(jié)影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件細菌應(yīng)急反應(yīng)當(dāng)細菌發(fā)現(xiàn)它們自己生長在饑餓的條件下，缺乏維持蛋白質(zhì)合成的氨基酸時，它們將大部分活性區(qū)域都關(guān)閉掉。此就稱為嚴緊反應(yīng)(strigentresponse)，這是它們抵御不良條件，保存自己的一種機制。嚴緊反應(yīng)導(dǎo)致兩種特殊核苷酸積聚：(1)ppGpp—四磷酸鳥苷（在G的5'和3'位點各附著兩個磷酸）;(2)pppGpp—五磷酸鳥苷（鳥苷5'一三磷酸-3'二磷酸）。人們最初發(fā)現(xiàn)細菌在氨基酸饑餓時，出現(xiàn)兩種特殊的核苷酸，其電泳的遷移率和一般的核酸不同，感到很奇怪，就稱之為“魔斑Ⅰ”和“魔斑Ⅱ”，后來發(fā)現(xiàn)魔斑Ⅰ便是ppGpp，魔斑Ⅱ是pppGpp。細菌應(yīng)急反應(yīng)當(dāng)細菌發(fā)現(xiàn)它們自己生長在饑餓的條件下，缺乏維持蛋ppGpp是一系列反應(yīng)的效應(yīng)物，包括抑制轉(zhuǎn)錄。（1）rRNA操縱子的啟動子其轉(zhuǎn)錄起始被嚴緊反應(yīng)特異抑制了。嚴緊調(diào)節(jié)的啟動子發(fā)生突變能消除嚴緊控制，表明此效應(yīng)需要和特異啟動子順序相互作用；（2）很多或大部分模板的轉(zhuǎn)錄延伸階段被ppGpp縮短了，此是RNA聚合酶停頓的增加而引起的。此效應(yīng)反應(yīng)了在細胞內(nèi)加入ppGpp時轉(zhuǎn)錄效率普遍下降。ppGpp是一系列反應(yīng)的效應(yīng)物，包括抑制轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因表達的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是生物最經(jīng)濟的調(diào)控方式――用不著某種蛋白質(zhì)，其mRNA由于用不著就不必轉(zhuǎn)錄。轉(zhuǎn)錄生成mRNA以后，再在翻譯或翻譯后水平進行"微調(diào)"，是對轉(zhuǎn)錄調(diào)控的補充，它使基因表達的調(diào)控更加適應(yīng)生物本身的需求和外界條件的變化。轉(zhuǎn)錄后調(diào)控基因表達的轉(zhuǎn)錄調(diào)控是生物最經(jīng)濟的調(diào)控方式――用不著翻譯起始的調(diào)控遺傳信息翻譯成多肽鏈起始于mRNA上的核糖體結(jié)合位點(RBS)。所謂RBS，是指起始密碼子AUG上游的一段非翻譯區(qū)。在RBS中有SD(Shine-Dalgarno)序列，長度一般為5個核苷酸，富含G、A，該序列與核糖體16SrRNA的3‘端互補配對，促使核糖體結(jié)合到mRNA上，有利于翻譯的起始。RBS的結(jié)合強度取決于SD序列的結(jié)構(gòu)及其與起始密碼AUG之間的距離。SD與AUG之間相距一般以4-10個核苷酸為佳，9個核苷酸最佳。翻譯起始的調(diào)控遺傳信息翻譯成多肽鏈起始于mRNA上的核糖體結(jié)mRNA的二級結(jié)構(gòu)是翻譯起始調(diào)控的重要因素。mRNA5’端合適的空間結(jié)構(gòu)有利于核糖體的30S亞基與之相結(jié)合。SD序列的微小變化，往往會導(dǎo)致表達效率上百倍甚至上千倍的差異，這是由于核苷酸的變化改變了形成mRNA5’端二級結(jié)構(gòu)的自由能，影響了核糖體30S亞基與mRNA的結(jié)合，從而造成了蛋白質(zhì)合成效率上的差異。mRNA的二級結(jié)構(gòu)是翻譯起始調(diào)控的重要因素。mRNA5’端mRNA的穩(wěn)定性mRNA的穩(wěn)定性也是影響翻譯效率的一個很重要的因素，基因的表達量與mRNA的半衰期成正比例關(guān)系。同一種微生物細胞中不同蛋白質(zhì)的mRNA的穩(wěn)定性相差很大，例如大腸桿菌的mRNA功能性半衰期的差異可在40秒至20分鐘之間，對不同基因的表達量起調(diào)控作用。mRNA的穩(wěn)定性mRNA的穩(wěn)定性也是影響翻譯效率的一個很重要稀有密碼子對翻譯的影響在不同種類的生物中，各種tRNA的含量是有很大區(qū)別的，特別是原核生物尤為顯著。由于不同tRNA含量上的差異很大，產(chǎn)生了對密碼子的偏愛性，對應(yīng)的tRNA豐富或稀少的密碼子，分別稱為偏愛密碼子(biasedcodons)或稀有密碼子(rarecodons)。含稀有密碼子多的基因必然表達效率低。微生物利用稀有密碼子進行轉(zhuǎn)錄后調(diào)控主要反映在對同一操縱子中不同基因表達量的控制。稀有密碼子對翻譯的影響在不同種類的生物中，各種tRNA的含量重疊基因?qū)Ψg的影響trp操縱子由5個基因(trpE、D、C、B、A)組成，在正常情況下，操縱子中5個基因產(chǎn)物是等量的，但trpE突變后，其鄰近的trpD產(chǎn)量比下游的trpBA產(chǎn)量要低得多。研究trpE和trpD以及trpB和trpA兩對基因中核苷酸序列與翻譯偶聯(lián)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)trpE基因的終止密碼子和trpD基因的起始密碼子共用一個核苷酸。重疊基因?qū)Ψg的影響trp操縱子由5個基因(trpE、D、CtrpE--蘇氨酸--苯丙氨酸--終止

ACU----UUC----UGA----UGG--CUAUG----GCU

甲硫氨酸--丙氨酸---trpD由于trpE的終止密碼子與trpD的起始密碼重疊，trpE翻譯終止時核糖體立即處在起始環(huán)境中，這種重疊的密碼保證了同一核糖體對兩個連續(xù)基因進行翻譯的機制。偶聯(lián)翻譯是保證兩個基因產(chǎn)物在數(shù)量上相等的重要手段。trpE--蘇氨酸--苯丙氨酸--終止反義RNA調(diào)控RNA既具有催化功能(即Ribozyme)，還具有調(diào)節(jié)基因表達的功能。這種調(diào)節(jié)RNA被稱為反義RNA(antisenseRNA)，它具有能與另一“靶”RNA互補結(jié)合的堿基序列。反義RNA能專一性地結(jié)合到mRNA并阻止其活性的事實具有很大的潛在實用性。反義RNA已經(jīng)成為一種研究工具。如果有人需要研究某一特定基因的作用。能與這個基因的mRNA相結(jié)合的反義RNA可以被構(gòu)建出來并導(dǎo)入到細胞中，它可阻止基因表達。反義RNA調(diào)控RNA既具有催化功能(即Ribozyme)，還翻譯的阻遏調(diào)控

轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一般都是蛋白質(zhì)或某些小分子物質(zhì)對基因轉(zhuǎn)錄的阻遏或激活，而在翻譯水平上也發(fā)現(xiàn)了類似的蛋白質(zhì)阻遏作用。

翻譯的阻遏調(diào)控轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控一般都是蛋白質(zhì)或某些小分子物質(zhì)ppGpp對核糖體蛋白質(zhì)合成的影響

即在氨基酸短缺的情況下，首先被停止合成的是rRNA。而核糖體是由rRNA和核糖體蛋白質(zhì)構(gòu)成，是翻譯遺傳密碼的唯一場所，rRNA的量驟然下降，核糖體蛋白質(zhì)失去了結(jié)合的對象而成為多余的了。由于某些核糖體蛋白mRNA的部分二級結(jié)構(gòu)和rRNA的部分二級結(jié)構(gòu)相似，當(dāng)rRNA短缺時，多余的核糖體蛋白質(zhì)與本身的mRNA結(jié)合，從而阻斷本身的翻譯，同時也阻斷同一多順反子的mRNA下游其他核糖體蛋白質(zhì)編碼區(qū)的翻譯，使核糖體蛋白質(zhì)的合成和rRNA的合成幾乎同時停止。rRNA的合成是轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控，而核糖體蛋白質(zhì)的合成則是翻譯水平的調(diào)控。ppGpp對核糖體蛋白質(zhì)合成的影響即在氨基酸短缺的情況下，細菌蛋白質(zhì)的分泌調(diào)控能分泌到胞外的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為分泌蛋白。由于發(fā)現(xiàn)這些分泌蛋白質(zhì)N末端都含有一段由15～30個疏水氨基酸殘基組成的信號肽(signalpeptide)，所以近年來，人們提出了一種信號肽假說來解釋這些分泌蛋白質(zhì)的分泌。原核細胞信號序列的發(fā)現(xiàn)要比真核細胞的晚得多。

細菌蛋白質(zhì)的分泌調(diào)控能分泌到胞外的蛋白質(zhì)統(tǒng)稱為分泌蛋白。由于2、分解物的阻遏調(diào)節(jié)將大腸桿菌培養(yǎng)在含有兩種碳源（如葡萄糖和乳糖）的培養(yǎng)基里，便出現(xiàn)兩次旺盛的生長期，這稱為二次生長。其特征是兩個對數(shù)生長期之間夾有一段明顯的停滯期。微生物在頭一個生長期內(nèi)利用葡萄糖，在第二個生長期內(nèi)利用乳糖。在這種情況下，即使有誘導(dǎo)物存在，如果葡萄糖不耗竭，分解乳糖的酶是不會合成的。典型的例子是葡萄糖分解代謝物對生長在含葡萄糖的培養(yǎng)基中的大腸桿菌的β-半乳糖苷酶的阻遏作用。開始以為這種分解代謝物的阻遏作用只限于葡萄糖，因而稱為葡萄糖效應(yīng)?，F(xiàn)已弄清楚，其他可被迅速利用的碳源或氮源等也具有這種效應(yīng)。因此把葡萄糖效應(yīng)稱為分解代謝物阻遏作用更為貼切。2、分解物的阻遏調(diào)節(jié)將大腸桿菌培養(yǎng)在含有兩種碳源（如葡萄糖和影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件分解代謝物的阻遏從分子水平看，可能是由于分解代謝物抑制腺苷酸環(huán)化酶的活性，使cAMP的合成不足造成的。因為cAMP可促進可誘導(dǎo)酶的大量合成，它是大腸桿菌可誘導(dǎo)的操縱子轉(zhuǎn)錄mRNA所必須的。另外當(dāng)細胞在可迅速代謝的底物中生長時，cAMP的胞內(nèi)濃度是低的；反之，當(dāng)細胞在緩慢代謝的底物上生長時，cAMP胞內(nèi)濃度就高。分解代謝物的阻遏從分子水平看，可能是由于分解代謝物抑制腺苷酸影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件RLacZLacYLacAmRNA基因表達CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCAPOCAP結(jié)合部位RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)mRNAZmRNAYmRNAARLacZLacYLacAmRNA基因表達C3、終產(chǎn)物的反饋阻遏調(diào)節(jié)反饋阻遏是終產(chǎn)物阻止整個代謝途徑酶合成的作用，它與終產(chǎn)物的反饋抑制一起調(diào)節(jié)代謝途徑終產(chǎn)物的生產(chǎn)速率。因為，如果在微生物代謝系統(tǒng)中僅是反饋阻遏的單獨作用，代謝還將繼續(xù)，直至先前存在的酶由于細胞生長而被稀釋為止，而終產(chǎn)物的反饋抑制作用可彌補這種不足，使某一代謝途徑的運行立即終止，所以這兩種作用相輔相成，它們的聯(lián)合作用可使細胞生物合成途徑達到高效調(diào)節(jié)。終產(chǎn)物的反饋阻遏是作用在轉(zhuǎn)錄水平上的。其作用機制可用下圖解釋。由調(diào)節(jié)基因R生成的阻遏蛋白是無活性的，但輔阻遏物(一般為生物合成途徑的終產(chǎn)物)可激活它。活化的阻遏物能與操縱基因0結(jié)合，從而阻止RNA聚合酶對結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。有時，輔阻遏物不是終產(chǎn)物本身，而是其衍生物。3、終產(chǎn)物的反饋阻遏調(diào)節(jié)反饋阻遏是終產(chǎn)物阻止整個代謝途徑酶合影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件二、酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)：一定數(shù)量的酶通過其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率，主要是生化水平的調(diào)節(jié)。有變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價調(diào)節(jié)兩種機制。二、酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)：一定數(shù)量的酶通過其分子構(gòu)象或分變構(gòu)調(diào)節(jié)很多寡聚酶，當(dāng)它們的亞基上的配體結(jié)合部位與配體非共價可逆結(jié)合時，將發(fā)生構(gòu)象變化并影響同一酶分子上的其它亞基上的空活性部位的親和力，這一現(xiàn)象稱為酶的變構(gòu)調(diào)節(jié)（allostericregulation）。酶的變構(gòu)效應(yīng)包括涉及酶與底物結(jié)合時催化部位和催化部位之間的相互作用即同促效應(yīng)，和涉及酶與調(diào)節(jié)物結(jié)合時調(diào)節(jié)部位與活性部位之間的相互作用即異促效應(yīng)。具有這種調(diào)節(jié)作用的酶稱為變構(gòu)酶（allosericenzyme）。變構(gòu)調(diào)節(jié)很多寡聚酶，當(dāng)它們的亞基上的配體結(jié)合部位與配體非共價凡能使酶分子發(fā)生變構(gòu)作用的物質(zhì)稱為效應(yīng)物（effector）或變構(gòu)劑。因變構(gòu)導(dǎo)致酶活性增加的物質(zhì)稱為正效應(yīng)物（positiveeffector）或變構(gòu)激活劑，反之稱為負效應(yīng)物（negativeeffector）或變構(gòu)抑制劑。凡能使酶分子發(fā)生變構(gòu)作用的物質(zhì)稱為效應(yīng)物（effector）當(dāng)變構(gòu)酶的一個亞基與其配體（底物或變構(gòu)劑）結(jié)合后，能夠通過改變相鄰亞基的構(gòu)象而使其對配體的親和力發(fā)生改變，這種效應(yīng)就稱為變構(gòu)酶的協(xié)同效應(yīng)。變構(gòu)劑一般以反饋方式對代謝途徑的起始關(guān)鍵酶進行調(diào)節(jié)，常見的為負反饋調(diào)節(jié)。ABCDPE1E2E3En當(dāng)變構(gòu)酶的一個亞基與其配體（底物或變構(gòu)劑）結(jié)合后，能夠通過改典型的別構(gòu)酶－天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase）ATCase的一個最有效的抑制劑是代謝途徑的終產(chǎn)物胞嘧啶三磷酸（CTP），而ATP是酶的激活劑。在E.coli中ATCase催化由氨甲酰磷酸和天冬氨酸生成氨甲酰天冬氨酸。典型的別構(gòu)酶－天冬氨酸轉(zhuǎn)氨甲酰酶（ATCase）ATCaN-氨基甲酰磷酸與天冬氨酸的結(jié)合是協(xié)同的，協(xié)同結(jié)合使底物濃度只在一個很窄的范圍內(nèi)開啟N-氨甲酰天冬氨酸的合成。底物分子本身對別構(gòu)酶的調(diào)節(jié)作用稱為同促效應(yīng)。變構(gòu)激活變構(gòu)抑制V0[S]底物敏感區(qū)N-氨基甲酰磷酸與天冬氨酸的結(jié)合是協(xié)同的，協(xié)同結(jié)合使底物濃度CTP在不影響酶的Vmax的情況下，通過降低酶與底物的親和性來抑制ATCase；ATP可增強酶與底物的親和性，也不影響Vmax。這種非底物分子的調(diào)節(jié)物對酶的調(diào)節(jié)作用，稱為異促效應(yīng)。別構(gòu)激活別構(gòu)抑制V0[S]底物敏感區(qū)CTP在不影響酶的Vmax的情況下，通過降低酶與底物的親和性變構(gòu)酶的基本性質(zhì)變構(gòu)酶一般是寡聚酶，通過次級鍵由多亞基構(gòu)成。因變構(gòu)酶有協(xié)同效應(yīng)，故其[S]對v的動力學(xué)曲線不符合米氏方程。效應(yīng)物可分為K型和V型兩種類型。變構(gòu)酶經(jīng)加熱或化學(xué)試劑處理，可引起變構(gòu)酶解離，失去調(diào)節(jié)活性，稱為脫敏作用。變構(gòu)酶的基本性質(zhì)變構(gòu)酶一般是寡聚酶，通過次級鍵由多亞基構(gòu)成。多亞基調(diào)節(jié)亞基催化亞基協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)激活劑別構(gòu)抑制劑正協(xié)同負協(xié)同Back多亞基調(diào)節(jié)亞基催化亞基協(xié)同效應(yīng)別構(gòu)激活劑正協(xié)同負協(xié)同Back意義在很小的濃度（底物、調(diào)節(jié)物）范圍內(nèi)嚴格控制酶活力，因此是生物代謝中許多代謝途徑的關(guān)鍵酶。別構(gòu)激活別構(gòu)抑制V0[S]底物敏感區(qū)2米氏曲線1負協(xié)同3正協(xié)同321V0[S]VBack意義在很小的濃度（底物、調(diào)節(jié)物）范圍內(nèi)嚴格控制酶活力，因此是變構(gòu)模型齊變模型（WMC）變構(gòu)酶的所有亞基，或全部呈堅固緊密的，不利于結(jié)合底物的“T”狀態(tài)，或者全部是松散的，有利于結(jié)合底物的"R"狀態(tài)，這兩種狀態(tài)間的轉(zhuǎn)變對于每個亞基都是同時的，齊步發(fā)生的。"T"狀態(tài)中亞基的排列是對稱的，變成"R"狀態(tài)后亞基的排列仍然是對稱的。變構(gòu)模型齊變模型（WMC）序變模型（KNF）酶分子中的亞基結(jié)合小分子物質(zhì)（底物或調(diào)節(jié)物）后，亞基構(gòu)象逐個地依次變化，因此亞基有各種可能的構(gòu)象狀態(tài)。

序變模型（KNF）酶活性的共價調(diào)節(jié)共價調(diào)節(jié)即利用蛋白質(zhì)共價結(jié)構(gòu)的變化調(diào)節(jié)酶的活性，包括不可逆共價變化（酶原激活）和可逆共價變化（如磷酸化）兩種形式。酶活性的共價調(diào)節(jié)共價調(diào)節(jié)即利用蛋白質(zhì)共價結(jié)構(gòu)的變化調(diào)節(jié)酶的活不可逆共價調(diào)節(jié)——酶原的激活處于無活性狀態(tài)的酶的前體物質(zhì)就稱為酶原。酶原在一定條件下轉(zhuǎn)化為有活性的酶的過程稱為酶原的激活。酶原的激活過程通常伴有酶蛋白一級結(jié)構(gòu)的改變。酶原分子一級結(jié)構(gòu)的改變導(dǎo)致了酶原分子空間結(jié)構(gòu)的改變，使催化活性中心得以形成，故使其從無活性的酶原形式轉(zhuǎn)變?yōu)橛谢钚缘拿?。舉例：消化系統(tǒng)糜蛋白酶原的激活。不可逆共價調(diào)節(jié)——酶原的激活處于無活性狀態(tài)的酶的前體物質(zhì)就稱消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活胰蛋白酶消化系統(tǒng)蛋白酶原的激活胰蛋白酶可逆共價調(diào)控酶蛋白分子中的某些基團可以在其他酶的催化下發(fā)生可逆共價修飾，從而導(dǎo)致酶活性的改變，稱為可逆共價修飾調(diào)節(jié)。

共價調(diào)節(jié)酶的兩個主要特點：

1、通過可逆的共價修飾調(diào)節(jié)酶活性；

2、導(dǎo)致級聯(lián)式放大反應(yīng)?？赡婀矁r調(diào)控酶蛋白分子中的某些基團可以在其他酶的催化下發(fā)生可共價修飾的主要方式是磷酸化和脫磷酸化。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)－npi蛋白激酶蛋白磷酸酶共價修飾的主要方式是磷酸化和脫磷酸化。蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)－npi蛋磷酸化酶激酶通過磷酸化作用使無活性的磷酸化酶b轉(zhuǎn)化為有活性的磷酸化酶a。磷酸化酶激酶通過磷酸化作用使無活性的磷酸化酶b轉(zhuǎn)化為有活性的酶活性的調(diào)節(jié)主要是受到反饋抑制的控制。所謂反饋抑制是指生化反應(yīng)途徑中的終產(chǎn)物(包括分支途徑的終產(chǎn)物)與酶的變構(gòu)部分結(jié)合，干擾了酶與底物的接觸而使其失去催化功能，它是一種快速的控制機制。這種抑制作用常常是對一系列酶中的第一個酶最為敏感，而阻遏作用則往往是對途徑中的所有酶的合成都敏感。酶活性的調(diào)節(jié)主要是受到反饋抑制的控制。所謂反饋抑制是指生化反氨基酸生物合成中的反饋抑制氨基酸生物合成中的反饋抑制1、協(xié)同反饋抑制由兩個或兩個以上的終產(chǎn)物所控制的系統(tǒng)。這只有在所有的終產(chǎn)物都過量時才能使代謝途徑中的第一個酶受到抑制。這種協(xié)同作用對于反饋阻遏來講同樣起作用，只不過是它對所有的酶都敏感。1、協(xié)同反饋抑制由兩個或兩個以上的終產(chǎn)物所控制的系統(tǒng)。這只有天冬氨酸激酶天冬氨酸半縮醛高絲氨酸蘇氨酸天冬酰胺賴氨酸反饋抑制反潰抑制天冬氨酸激酶天冬氨酸半縮醛高絲氨酸蘇氨酸天冬酰胺賴氨酸反饋抑2、合（協(xié)）作反饋抑制協(xié)作反饋抑制與協(xié)同反饋控制相似，只不過是每個終產(chǎn)物都能獨立地發(fā)揮較弱的控制作用。因此，當(dāng)所有的終產(chǎn)物都過量時，才共同地增強了抑制或阻遏作用。當(dāng)其中一個終產(chǎn)物過量時，立即控制過量終產(chǎn)物的分支點后的代謝，因而出現(xiàn)有效的控制。由于一個終產(chǎn)物的抑制作用而大大地減少了中間體量，這些中間體轉(zhuǎn)化成代謝中仍然需要的其他產(chǎn)物。2、合（協(xié)）作反饋抑制協(xié)作反饋抑制與協(xié)同反饋控制相似，只不過3、累積反饋抑制在代謝途徑中的某一個終產(chǎn)物對該系統(tǒng)中的第一個酶的抑制作用并不是100％有效，其抑制活性僅占所有的各種終產(chǎn)物總和的一定的百分比。D和F對酶的抑制作用各為50％，只有兩個終產(chǎn)物都過量時，才完全抑制。與協(xié)作反饋控制一樣，每個終產(chǎn)物必須能立即控制代謝途徑的分支點后的代謝，當(dāng)產(chǎn)物過量時，作為共用的中間體B能從代謝途徑中轉(zhuǎn)移出去，而不再增加過量的產(chǎn)物。3、累積反饋抑制在代謝途徑中的某一個終產(chǎn)物對該系統(tǒng)中的第一個4、順序反饋抑制

在代謝途徑中各個產(chǎn)物均能立即控制代謝分支點以后的酶催化產(chǎn)物生成的活力。中間產(chǎn)物C能夠控制分支途徑中的第一個酶a的活性，終產(chǎn)物氨基酸I和Ⅱ分別能控制分支點后酶d和酶g的活性。因此，當(dāng)胞內(nèi)終產(chǎn)物濃度增高，會出現(xiàn)酶d和酶g的活性下降，這樣就使中間產(chǎn)物C濃度增高，而C濃度的增高會抑制酶a的活性，從而使整個代謝途徑處于平衡狀態(tài)。4、順序反饋抑制在代謝途徑中各個產(chǎn)物均能立即控制代謝分支點5、同功酶同功酶是幾種在一個細胞內(nèi)催化同一反應(yīng)的酶。它們通用催化分支途徑中的頭一個反應(yīng)。不同的同功酶將分別受到不同終產(chǎn)物的控制。這種調(diào)節(jié)方式的典型例子是大腸桿菌天冬氨酸族氨基酸的合成。有三種天冬氨酸激酶催化該途徑的頭一個反應(yīng)，這三種同功酶分別受賴氨酸、蘇氨酸和甲硫氨酸的反饋調(diào)節(jié)。5、同功酶同功酶是幾種在一個細胞內(nèi)催化同一反應(yīng)的酶。它們通用三、細胞膜透性的調(diào)節(jié)

細胞膜是細胞與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的屏障，細胞從外界環(huán)境中吸收營養(yǎng)物質(zhì)或?qū)⒓毎麅?nèi)代謝產(chǎn)物分泌至細胞外，都要經(jīng)過細胞膜輸送。細胞借助其膜透性高低的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)其代謝調(diào)節(jié)。三、細胞膜透性的調(diào)節(jié)細胞膜是細胞與外界環(huán)境進行物質(zhì)交換的屏第三節(jié)次級代謝的調(diào)節(jié)次級代謝也受到反饋抑制和反饋阻遏控制，同時也受到初級代謝的控制?？股厣锖铣蓵r，抗生素本身積累就起反饋調(diào)節(jié)作用；另一方面，初級代謝產(chǎn)物作為抗生素合成的前體，受到反饋調(diào)節(jié)時，也影響抗生素的合成。對抗生素產(chǎn)生菌，初級代謝階段為菌體生長期，抗生素合成酶在生長期是阻遏的；次級代謝階段是抗生素合成期，菌體生長停止，對抗生素敏感性下降，解除了阻遏，合成酶大量形成，相應(yīng)產(chǎn)生抗生素。如果基因突變使得菌體在初級代謝的生長期就能大量合成抗生素的關(guān)鍵酶，使產(chǎn)抗期提前到生長期，就可大大延長產(chǎn)抗期，縮短發(fā)酵周期。如棒曲霉素產(chǎn)生菌Penicilliumpatulum就篩選到一個突變株，在生長期就開始合成前體物關(guān)鍵酶—6-水楊酸甲酯合成酶，從而能合成前體物——6-水楊酸甲酯，使抗生素的合成由原來的產(chǎn)生期提前到生長期開始。第三節(jié)次級代謝的調(diào)節(jié)次級代謝也受到反饋抑制和反饋阻遏控菌體生長期受阻抑的抗生素合成酶菌體生長期受阻抑的抗生素合成酶一、次級代謝產(chǎn)物的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)有兩種方式：（1）誘導(dǎo)物刺激影響初級代謝造成代謝流的改變大量合成次級代謝產(chǎn)物；（2）誘導(dǎo)物次生代謝酶的合成大量生產(chǎn)次生代謝物。例如：色氨酸對麥角堿合成的促進作用；蛋氨酸誘導(dǎo)頭孢霉素C的合成；甘露聚糖誘導(dǎo)甘露糖鏈霉素酶的產(chǎn)生，從而轉(zhuǎn)化甘露糖鏈霉素為鏈霉素，提高鏈霉素的產(chǎn)量。一、次級代謝產(chǎn)物的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)有兩種方式：具有工業(yè)重要性的酶誘導(dǎo)物具有工業(yè)重要性的酶誘導(dǎo)物參與抗生素生物合成調(diào)節(jié)的誘導(dǎo)物參與抗生素生物合成調(diào)節(jié)的誘導(dǎo)物影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成課件二、次級代謝產(chǎn)物碳源分解調(diào)節(jié)次級代謝存在分解代謝物阻遏，碳源分解調(diào)節(jié)磷、氮可能具有協(xié)同效應(yīng)。機制可能如下：一、可能與菌體生長速率控制抗生素合成有關(guān)，菌體生長最好的碳源能抑制抗生素的合成，在低生長率的情況下可減少葡萄糖的干擾作用；二、可能與分解代謝產(chǎn)物的堆積濃度有關(guān)。乳糖被水解為可利用單糖的速度正好符合青霉菌在生產(chǎn)期合成抗生素的需要，不會有分解產(chǎn)物如丙酮酸的堆積。而葡萄糖則快速分解利用，造成丙酮酸的堆積，減少抗生素的產(chǎn)量。二、次級代謝產(chǎn)物碳源分解調(diào)節(jié)次級代謝存在分解代謝物阻遏，碳源抗生素生物合成的碳源分解調(diào)節(jié)抗生素生物合成的碳源分解調(diào)節(jié)三、次級代謝產(chǎn)物氮源分解代謝含氮底物的酶（蛋白酶、硝酸還原酶、酰胺酶、組氨酸酶和脲酶）的合成受快速利用氮源，尤其是氨的阻遏。機制：銨根離子影響pH值和電化學(xué)的質(zhì)子梯度，改變能量代謝，同時還影響細胞壁物質(zhì)和膜結(jié)構(gòu)的功能；影響谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脫氫酶的合成；高度磷酸化的核苷，如ppGpp和pppGpp（魔斑）可能通過級聯(lián)機制調(diào)節(jié)次級代謝，而ppGpp等受氨基酸過量的負控制調(diào)節(jié)（嚴謹控制）。三、次級代謝產(chǎn)物氮源分解代謝含氮底物的酶（蛋白酶、硝酸還原酶次生代謝產(chǎn)物氮代謝調(diào)節(jié)次生代謝產(chǎn)物氮代謝調(diào)節(jié)四、次級代謝反饋調(diào)節(jié)（一）次級代謝自身產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)加入外源抗生素抑制產(chǎn)生該抗生素的能力。規(guī)律：抑制特定產(chǎn)生菌合成抗生素所需濃度與生產(chǎn)水平具有相關(guān)性，一般產(chǎn)生菌的產(chǎn)量高，對自身抗生素的耐受力強，反之則越敏感。機制：抗生素產(chǎn)生菌合成抗生素的能力，取決于產(chǎn)生菌反饋控制的能力。次生產(chǎn)物反饋調(diào)節(jié)機制很復(fù)雜。四、次級代謝反饋調(diào)節(jié)（一）次級代謝自身產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)（二）分支代謝中初級代謝物的反饋調(diào)節(jié)對次級代謝的影響1、次級途徑和初級途徑具有共同的分叉中間體，由分叉中間體產(chǎn)生的初級代謝終產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)可能影響次級代謝產(chǎn)物的合成。（二）分支代謝中初級代謝物的反饋調(diào)節(jié)對次級代謝的影響1、次級賴氨酸對青霉素生物合成的反饋調(diào)節(jié)α-酮戊二酸+乙酰輔酶A↓同型檸檬酸合成酶高檸檬酸↓↓

L-α-氨基己二酸（α-AA）↙↘

δ-腺苷-AAL-α-AA-L-半胱氨酸↓↓VAL摻入↓↓

L-賴氨酸青霉素G賴氨酸對青霉素生物合成的反饋調(diào)節(jié)產(chǎn)生次生代謝物的支路途徑產(chǎn)生次生代謝物的支路途徑2、在抗生素生物合成途徑中，初級代謝的終產(chǎn)物作為前體合成次生產(chǎn)物。由于這些終產(chǎn)物是受初級代謝反饋調(diào)節(jié)的，因而也必然影響到后面的抗生素合成，外源前體也將導(dǎo)致反饋調(diào)節(jié)。在抗生素發(fā)酵過程中,加入前體可顯著增產(chǎn),但是加入濃度過高,會對菌體產(chǎn)生毒性。如青霉素G側(cè)鏈前體—苯乙酸的濃度超過0.1%時，就會抑制青霉素的生長發(fā)育。2、在抗生素生物合成途徑中，初級代謝的終產(chǎn)物作為前體合成次生Val對青霉素生物合成的反饋調(diào)節(jié)

α-酮戊二酸+乙酰輔酶A︱————————↓同型檸檬酸合成酶︱高檸檬酸︱↓︱↓︱L-α-氨基己二酸（α-AA）︱↙↘︱δ-腺苷-AAL-α-AA-L-半胱氨酸︱↓↓VAL摻入︱↓↓︱————L-賴氨酸青霉素GVal對青霉素生物合成的反饋調(diào)節(jié)VAL對乙酰羥羧酸合成的反饋調(diào)節(jié)葡萄糖丙酮酸CO2焦磷酸硫胺素乙酸焦磷酸硫胺素乙酰羥羧酸合成酶α-乙酰-α-羥丙酸α-酮異戊二酸VAL青霉素LEUVAL對乙酰羥羧酸合成的反饋調(diào)節(jié)葡萄糖丙酮酸CO2焦磷酸硫胺發(fā)酵過程中所用的一些前體物質(zhì)發(fā)酵過程中所用的一些前體物質(zhì)五、磷酸鹽的調(diào)節(jié)過量磷酸鹽對四環(huán)類、氨基糖苷類和多烯大環(huán)內(nèi)酯類等32種抗生素的生物合成產(chǎn)生阻抑作用。在工業(yè)生產(chǎn)中，磷酸鹽常常被控制在亞適量（適合菌體生長的濃度以下）。當(dāng)磷酸鹽為0.3—300mmol/L時，促進菌體生長；≥10mmol/L，阻遏許多抗生素的產(chǎn)生。磷酸鹽濃度高低還調(diào)節(jié)發(fā)酵合成期出現(xiàn)的早晚，磷酸鹽接近耗盡后，才開始進入合成期。起始濃度高，拖延合成期。磷酸鹽還能使處于非生長狀態(tài)的、產(chǎn)抗生素的菌體逆轉(zhuǎn)成生長狀態(tài)的、不產(chǎn)抗生素的菌體。五、磷酸鹽的調(diào)節(jié)過量磷酸鹽對四環(huán)類、氨基糖苷類和多烯大環(huán)內(nèi)酯1、磷酸鹽促進初級代謝，控制DNA、RNA和蛋白質(zhì)的合成，也控制糖代謝、細胞呼吸和胞內(nèi)ATP水平。磷酸鹽過量，合成代謝增強，細胞處于平衡生長，抑制次級代謝。磷酸鹽不足時，細胞不平衡生長，次級代謝被激活。2、磷酸鹽濃度增大磷酸戊糖途徑代謝活性降低，EMP途徑大幅度提高。因此，高濃度磷酸鹽將導(dǎo)致戊糖途徑的抗生素合成受到抑制。3、磷酸鹽抑制次級代謝產(chǎn)物合成的誘導(dǎo)物和合成。如色氨酸是麥角堿的前體和誘導(dǎo)物，磷酸鹽一直色氨酸的生成來抑制麥角堿的生物合成。1、磷酸鹽促進初級代謝，控制DNA、RNA和蛋白質(zhì)的合成，也4、磷酸鹽抑制次級代謝產(chǎn)物前體的合成。如磷酸鹽以及ATP抑制PEP羧化酶活性，從而影響草酰乙酸的合成。而草酰乙酸為羧基的供體，對乙酰輔酶A羧化生成丙二酰輔酶A和甲基丙二酰輔酶A有重要影響。而乙酰輔酶A羧化反應(yīng)產(chǎn)物是氨基糖苷類抗生素合成的前體。因而磷酸鹽對這類抗生素的合成有影響。5、磷酸鹽抑制或阻遏磷酸酯酶。磷酸酯酶使四環(huán)素、紫霉素、新霉素等合成中的某些磷酸化的中間產(chǎn)物去磷酸化。6、磷酸鹽對ATP的調(diào)節(jié)。磷酸鹽可能通過調(diào)節(jié)胞內(nèi)效應(yīng)物cAMP、ATP等來控制抗生素合成基因的表達。4、磷酸鹽抑制次級代謝產(chǎn)物前體的合成。如磷酸鹽以及ATP抑制合成抗生素的正常磷酸鹽濃度合成抗生素的正常磷酸鹽濃度六、細胞膜透性的調(diào)節(jié)細胞膜的通透性是代謝調(diào)節(jié)的重要方面，影響細胞外的營養(yǎng)物質(zhì)進入細胞內(nèi)，從而影響產(chǎn)物的合成，造成產(chǎn)量的下降；影響合成代謝的產(chǎn)物分泌到細胞外，產(chǎn)生反饋調(diào)節(jié)作用，影響發(fā)酵產(chǎn)物的生產(chǎn)量。六、細胞膜透性的調(diào)節(jié)細胞膜的通透性是代謝調(diào)節(jié)的重要方面，影響第四節(jié)代謝調(diào)節(jié)控制育種

外因控制：通過培養(yǎng)條件來解除反饋調(diào)節(jié)而使生物合成的途徑朝著人們所希望的方向進行——代謝控制發(fā)酵。內(nèi)因控制：通過定向選育某些特定的突變型，以達到大量積累有益產(chǎn)物的目的——代謝控制育種。

代謝調(diào)節(jié)控制育種：改變代謝通路，降低支路代謝終產(chǎn)物的產(chǎn)生或者切斷支路代謝途徑及提高細胞膜的透性，使代謝流向目的產(chǎn)物積累方向進行。第四節(jié)代謝調(diào)節(jié)控制育種外因控制：通過培養(yǎng)一、選育組成型突變株組成型突變株是指操縱基因或者調(diào)節(jié)基因突變引起酶合成誘導(dǎo)機制失靈，菌株不經(jīng)誘導(dǎo)也能合成酶、或不受終產(chǎn)物阻遏的調(diào)節(jié)突變型?？梢岳靡恍┮淄荚椿騼r廉易得的碳源為基質(zhì)生產(chǎn)所需要的酶類。1、限量誘導(dǎo)物恒化培養(yǎng)將野生型菌種誘變，然后移接到低濃度誘導(dǎo)物（如乳糖，對野生型菌株不發(fā)生誘導(dǎo)作用，不能生長）的恒化器中連續(xù)培養(yǎng)。突變菌株由于不經(jīng)誘導(dǎo)即可產(chǎn)生誘導(dǎo)酶而利用底物，很快生長成為組成型菌株。如在低濃度乳糖恒化器上連續(xù)培養(yǎng)大腸桿菌，篩選組成型突變株。一、選育組成型突變株組成型突變株是指操縱基因或者調(diào)節(jié)基因突變2、循環(huán)培養(yǎng)要解除誘導(dǎo)的菌株，移接到含有誘導(dǎo)物和不含誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基上交替連續(xù)循環(huán)培養(yǎng)。由于組成型突變株在2個培養(yǎng)基上都能產(chǎn)酶，生長逐漸占優(yōu)勢。如將誘變處理的誘導(dǎo)型野生株先在含葡萄糖的培養(yǎng)，野生株和組成型突變株都能生長；而再將培養(yǎng)物移接到含誘導(dǎo)物（如乳糖等）培養(yǎng)基培養(yǎng)，組成型突變株立即生長，誘導(dǎo)型野生株要經(jīng)一段停留時間（合成誘導(dǎo)酶）才開始生長。可逐漸淘汰誘導(dǎo)型野生株，得到組成型突變株。2、循環(huán)培養(yǎng)3、利用鑒別性培養(yǎng)基將誘變孢子涂布在以甘油為唯一碳源的平板上，培養(yǎng)后長出菌落。然后往菌落上噴霧ONPG（O-硝基苯酚-β-D-半乳糖苷），組成型突變株在無誘導(dǎo)物時仍能產(chǎn)生產(chǎn)生β-半乳糖苷酶，將無色ONPG水解，放出黃色的O-硝基苯酚。因而，組成型突變株菌落為黃色，誘導(dǎo)型為白色，很容易挑選。4、篩選將誘變處理后的菌體移接到含有誘導(dǎo)能力低，但能作為良好碳源的誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，突變體能良好生長，野生型不能生長。如利用苯-β-半乳糖（PG）篩選β-半乳糖苷酶組成型突變株。3、利用鑒別性培養(yǎng)基二、抗分解調(diào)節(jié)突變株的選育抗分解調(diào)節(jié)突變是指抗分解阻遏和抗分解抑制的突變，主要有碳源分解調(diào)節(jié)、氮源分解調(diào)節(jié)和磷酸鹽分解調(diào)節(jié)?？狗纸庹{(diào)節(jié)突變株，就是篩選合成酶的產(chǎn)生不受碳、氮、磷的代謝阻遏或抑制的突變株，使抗生素能提前到菌體生長期開始合成。二、抗分解調(diào)節(jié)突變株的選育抗分解調(diào)節(jié)突變是指抗分解阻遏和抗分（一）解除碳源調(diào)節(jié)突變株的選育1、循環(huán)培養(yǎng)法將誘變處理的菌體移接到快速利用碳源和慢速利用碳源培養(yǎng)基上交替培養(yǎng)，可以篩選到突變株。如大腸桿菌先在葡萄糖培養(yǎng)基上培養(yǎng)，再轉(zhuǎn)移到乳糖等遲效碳源培養(yǎng)基上培養(yǎng)，野生型出現(xiàn)生長延緩期，而突變株由于解除了阻遏，在含乳糖等培養(yǎng)基上能快速形成菌落。2、鑒別性培養(yǎng)基要篩選抗乳糖分解阻遏的菌株，將誘變后的菌體分離在含有葡萄糖的平板上，長出菌落后，噴上ONPG，抗分解阻遏的菌落黃色（無乳糖等誘導(dǎo)物也能產(chǎn)生β-半乳糖苷酶），野生型為白色。3、采用特殊氮源用葡萄糖（阻遏合成組氨酸酶）為碳源，以組氨酸為唯一氮源配制培養(yǎng)基，連續(xù)移接誘變處理的產(chǎn)氣桿菌，突變株可以產(chǎn)生組氨酸酶，能迅速生長長成菌落，因而可以選出不受葡萄糖阻遏的組氨酸酶突變株。（一）解除碳源調(diào)節(jié)突變株的選育1、循環(huán)培養(yǎng)法將誘變處4、采用葡萄糖結(jié)構(gòu)類似物2-脫氧葡萄糖（2-dG）、3-O-甲基葡萄糖（3-mG）為葡萄糖結(jié)構(gòu)類似物，抗這些物質(zhì)的菌株，常常是分解阻遏脫敏的突變株。2-dG和3-mG結(jié)構(gòu)與葡萄糖相似，不能用作碳源同化利用，也不阻抑微生物生長，但能和葡萄糖一樣阻遏誘導(dǎo)酶的合成，因而可以用含2-dG和3-mG的瓊脂平板篩選抗分解阻遏的突變株。4、采用葡萄糖結(jié)構(gòu)類似物（1）篩選方法將誘變處理的微生物涂布在含氮源、無機鹽、生長因子、低濃度2-dG或3-mG（0.01%）及一種必須經(jīng)相應(yīng)誘導(dǎo)酶水解才利用的生長碳源。由于平板中含有的2-dG或3-mG會阻遏誘導(dǎo)酶的合成，對分解阻遏敏感的野生型菌株不能同化利用培養(yǎng)基中的碳源，只有抗2-dG或3-mG的突變株才能在平板上生長并形成菌落。如淀粉誘導(dǎo)桔林油脂酵母合成α-淀粉酶，由于2-dG會阻遏酶的誘導(dǎo)合成，所以將誘變處理的菌株涂布含玉米淀粉、酵母膏、蛋白胨及0.01%2-dG的平板上，培養(yǎng)后野生型菌株不能合成α-淀粉酶，不能在這樣的平板上生長；抗2-dG突變株能生長形成菌落，并在菌落周圍形成透明圈。這樣的例子很多。（1）篩選方法將誘變處理的微生物涂布在含氮源、無機鹽（2）抗性突變株的性質(zhì)在2-dG或3-mG平板上生長的菌株大部分是抗分解阻遏的突變株，在去除阻遏物的培養(yǎng)基中酶活力往往高于野生型菌株。應(yīng)用2-dG或3-mG不僅可以定向選育分解阻遏脫敏突變株，也可有效地分離到高產(chǎn)菌株。（2）抗性突變株的性質(zhì)（二）解除氮源分解調(diào)節(jié)突變株的選育高濃度的氨基酸會抑制芽孢的形成，也阻遏蛋白酶的合成，因此，篩選芽孢桿菌中耐氨基酸菌株，是提高蛋白酶產(chǎn)量的一種有效方法。如將蠟狀芽孢桿菌誘變處理，培養(yǎng)在9種含量各為1.5mg/ml的氨基酸和10mg/ml水解蛋白的培養(yǎng)基中，挑取能在高濃度下生長的菌落，經(jīng)培養(yǎng)獲得蛋白酶的高產(chǎn)菌株。（二）解除氮源分解調(diào)節(jié)突變株的選育高濃度的氨基酸會抑制芽孢的（三）解除磷酸鹽調(diào)節(jié)突變株的選育灰色鏈霉菌誘變處理接種發(fā)酵培養(yǎng)基平板培養(yǎng)到菌落可見含10mM磷酸鈉不含磷酸鈉ⅠⅡ.....

瓊脂塊移入檢測平板觀察抑菌圈底部不放濾紙底部加浸潤250mM磷酸鹽的濾紙脫敏突變株（大抑菌圈）切下瓊脂塊繼續(xù)培養(yǎng)4天（三）解除磷酸鹽調(diào)節(jié)突變株的選育灰色鏈霉菌誘變處理接種發(fā)酵培三、營養(yǎng)缺陷型在代謝調(diào)節(jié)育種中的應(yīng)用

營養(yǎng)缺陷型菌株常常會使發(fā)生障礙前一步的中間代謝產(chǎn)物得到積累，可以在發(fā)酵中用來積累有用的代謝產(chǎn)物。在營養(yǎng)缺陷型突變株中，由于生物合成途徑中某一步發(fā)生障礙，合成反應(yīng)不能完成，從而解除了終產(chǎn)物反饋阻抑。外加限量需要的營養(yǎng)物質(zhì)，克服生長障礙，使終產(chǎn)物不至于積累到引起反饋調(diào)節(jié)的濃度，從而有利于中間產(chǎn)物或另一途徑某種終產(chǎn)物的積累。利用營養(yǎng)缺陷型協(xié)助解除代謝反饋調(diào)節(jié)機制，已經(jīng)在氨基酸、核苷酸等初級代謝和抗生素次級代謝發(fā)酵中得到應(yīng)用。三、營養(yǎng)缺陷型在代謝調(diào)節(jié)育種中的應(yīng)用營養(yǎng)缺陷型菌株常常（一）在初級代謝調(diào)節(jié)育種中的應(yīng)用在工業(yè)微生物育種中，可利用營養(yǎng)缺陷型來阻斷代謝流或切斷支路代謝，使代謝途徑朝著有益產(chǎn)物合成方向進行；還可通過營養(yǎng)缺陷型解除協(xié)同反饋效應(yīng)，降低產(chǎn)物數(shù)量，以積累支路代謝中某一末斷產(chǎn)物。1、直線式合成途徑營養(yǎng)缺陷型突變株不能積累終產(chǎn)物，只能積累中間產(chǎn)物。（一）在初級代謝調(diào)節(jié)育種中的應(yīng)用在工業(yè)微生物育種中，可利用營如谷氨酸棒狀桿菌的精氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株進行鳥氨酸發(fā)酵。供應(yīng)亞適量的精氨酸和瓜氨酸，使菌體既高速生長，又不引起反饋調(diào)節(jié)。谷氨酸N-乙酰谷氨酸激酶N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸半醛N-2-乙酰鳥氨酸鳥氨酸//氨基酸甲酰轉(zhuǎn)移酶瓜氨酸精氨酰琥珀酸精氨酸如谷氨酸棒狀桿菌的精氨酸營養(yǎng)缺陷型突變株進行鳥氨酸發(fā)酵。供應(yīng)2、分支式生物合成途徑營養(yǎng)缺陷型突變導(dǎo)致協(xié)同反饋調(diào)節(jié)某一分支途徑的代謝阻斷，使這一分支途徑的終產(chǎn)物不能合成。若控制供應(yīng)適量的這一終產(chǎn)物，滿足微生物生長，將使合成代謝流向另一分支途徑，有利于另一終產(chǎn)物的大量合成。例一、谷氨酸棒桿菌生物素缺陷型切斷了乙酰輔酶A到脂肪酸的代謝途徑，代謝只能向谷氨酸合成方向進行，使谷氨酸產(chǎn)量大幅度增加。例二、硫胺素缺陷型在α-酮戊二酸與硫胺素之間的反應(yīng)發(fā)生阻斷，也使谷氨酸的產(chǎn)量大幅度增加。2、分支式生物合成途徑葡萄糖乙酰輔酶A

檸檬酸α-酮戊二酸L-谷氨酸硫胺素////生物素脂肪酸葡萄糖乙酰輔酶A檸檬酸α-酮戊二酸L-谷氨酸硫胺素/例三、北京棒桿菌高絲氨酸缺陷型菌株生產(chǎn)賴氨酸，為高絲氨酸脫氫酶基因突變，導(dǎo)致合成高絲氨酸的代謝途徑阻斷，消除了蘇氨酸和賴氨酸對天冬氨酰激酶的協(xié)同反饋抑制，使代謝流完全流向賴氨酸方向，使賴氨酸產(chǎn)量大幅度提高。天冬氨酸激酶天冬氨酸半縮醛=高絲氨酸蘇氨酸天冬酰胺賴氨酸=例三、北京棒桿菌高絲氨酸缺陷型菌株生產(chǎn)賴氨酸，為高絲氨酸脫氫（二）在次級代謝調(diào)節(jié)育種中的應(yīng)用在初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物的分支代謝途徑中，營養(yǎng)缺陷型切斷初級代謝支路，能使抗生素增產(chǎn)。（二）在次級代謝調(diào)節(jié)育種中的應(yīng)用在初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物初級代謝途徑障礙突變導(dǎo)致次級代謝物高產(chǎn)初級代謝途徑障礙突變導(dǎo)致次級代謝物高產(chǎn)提高抗生素生產(chǎn)能力的營養(yǎng)缺陷型變株提高抗生素生產(chǎn)能力的營養(yǎng)缺陷型變株四、滲漏缺陷型在代謝調(diào)節(jié)育種中的應(yīng)用滲漏缺陷型酶活力下降而不完全喪失，能在基本培養(yǎng)基上少量生長。把大量營養(yǎng)缺陷型菌株接種基本培養(yǎng)基平板上，挑選生長特別慢、很小的菌落而獲得。利用滲漏缺陷型既能少量合成代謝終產(chǎn)物，又不造成反饋抑制的現(xiàn)象，能篩選到抗反饋調(diào)節(jié)突變株。利用滲漏型曾經(jīng)育成天門冬氨酰轉(zhuǎn)甲酰酶活力提高500倍的菌株。四、滲漏缺陷型在代謝調(diào)節(jié)育種中的應(yīng)用滲漏缺陷型酶活力下降而不五、抗反饋調(diào)節(jié)突變株的選育抗反饋調(diào)節(jié)突變株是一種解除合成代謝反饋調(diào)節(jié)機制的突變型菌株，所需產(chǎn)物不斷積累，不會因其濃度超量而終止生產(chǎn)。包括抗反饋突變型——由于結(jié)構(gòu)基因突變而使變構(gòu)酶成為不能和代謝終產(chǎn)物結(jié)相合，失去了反饋抑制的突變；以及抗阻遏突變型——由于調(diào)節(jié)基因突變引起調(diào)節(jié)蛋白不能與代謝終產(chǎn)物結(jié)合而失去阻遏作用；組成型突變——操縱基因突變不能與阻遏蛋白結(jié)合。在實際應(yīng)用中，抗反饋調(diào)節(jié)突變株的選育可以通過以下幾個方面進行：從遺傳上解除反饋調(diào)節(jié)，如各種抗性和耐性育種，回復(fù)突變子的應(yīng)用等；截流或減少終產(chǎn)物堆積，如借助營養(yǎng)缺陷型或采用滲漏缺陷型；移去終產(chǎn)物，如借助膜透性的突變。五、抗反饋調(diào)節(jié)突變株的選育抗反饋調(diào)節(jié)突變株是一種解除合成代謝（一）回復(fù)突變引起的抗反饋調(diào)節(jié)突變株1、初級代謝途徑障礙性回復(fù)突變型根據(jù)原養(yǎng)型營養(yǎng)缺陷型原養(yǎng)型選育途徑進行。原養(yǎng)型的恢復(fù)，是由于原位點以外反饋調(diào)節(jié)變構(gòu)酶的調(diào)節(jié)中心發(fā)生突變造成的。如AMP和GMP（鳥苷酸）的合成通過一個共同的前體肌苷酸（次黃嘌呤核苷酸），次黃嘌呤脫氫酶受GMP反饋抑制。從谷氨酸棒桿菌中篩選到一株ade-，由于③處阻斷，能積累肌苷酸；但不能積累鳥苷酸。如果篩選到雙重營養(yǎng)缺陷型（ade-、xan-），肌苷酸積累更多。再誘變處理，得到一個黃嘌呤回復(fù)突變株（ade-、xan+），使②處代謝流疏通，但次黃嘌呤脫氫酶基因突變使酶的調(diào)節(jié)位點結(jié)構(gòu)改變而失去和終產(chǎn)物結(jié)合的能力，具有抗反饋調(diào)節(jié)的特性?；钚灾行恼粘：偷孜锝Y(jié)合，恢復(fù)了催化位點的功能。這樣既能積累IMP，又能積累GMP。（一）回復(fù)突變引起的抗反饋調(diào)節(jié)突變株1、初級代謝途徑障礙性回5-磷酸核糖焦磷酸次黃嘌呤核苷酸（肌苷酸）（IMP）=琥珀酸腺核苷酸SAMP腺核苷酸AMP黃嘌呤核苷酸XMP鳥核苷酸GMP

xan-

ade-①②③=（ade-、xan+）ade-能積累肌苷酸（ade-、xan-）肌苷酸積累更多（ade-、xan+）既能積累IMP，又能積累GMP（解除了GMP對IMPDHE的反饋調(diào)節(jié)）=5-磷酸核糖焦磷酸次黃嘌呤核苷酸（肌苷酸）（IMP）=琥珀酸2、次級代謝途徑障礙性回復(fù)突變可采取原養(yǎng)型營養(yǎng)缺陷型原養(yǎng)型的選育途徑進行，獲得增產(chǎn)。如先誘變金霉素產(chǎn)生菌，得到5個營養(yǎng)缺陷型菌株，再經(jīng)誘變，在相同的基本培養(yǎng)基上篩選，得到甲硫氨酸缺陷型回復(fù)突變株，88%金霉素產(chǎn)量比親株增加1.2-3.2倍。也可采取原養(yǎng)型零變株回復(fù)突變型的篩選策略。零變株失去了產(chǎn)量的代謝障礙突變。如將一株不產(chǎn)金霉素的綠色鏈霉菌的缺陷型誘發(fā)回復(fù)突變?yōu)樵B(yǎng)型菌株，使金霉素產(chǎn)量比親株提高6倍。2、次級代謝途徑障礙性回復(fù)突變（二）耐自身產(chǎn)物突變株選育大多數(shù)抗生素合成的水平，往往受抗生素本身的反饋調(diào)節(jié)；一個高產(chǎn)菌株的生產(chǎn)能力與耐自身抗生素的濃度是成正相關(guān)的。如金黃鏈霉菌耐自身代謝產(chǎn)物Aurodox（N-甲基黃色霉素）育種。（二）耐自身產(chǎn)物突變株選育大多數(shù)抗生素合成的水平，往往受抗生uvuvSRSRSRSRS.goldiniensis的產(chǎn)量和自我抗性uvuvSRSRSRSRS.goldiniensis的產(chǎn)量除耐自身產(chǎn)物以外，還可考慮與以下情況結(jié)合進行：（1）抗Mg2+突變Mg2+可能提高鈍化酶的活性，同時抑制所產(chǎn)抗生素與菌體的結(jié)合，從而限制體外抗生素進入細胞，有助于解除反饋抑制。如在卡那霉素、新霉素、鏈霉素等培養(yǎng)基中加入5-20mMMg2+能顯著提高產(chǎn)生菌的自身耐受性。（2）篩選高活性鈍化酶的變株，其自身耐受性也會提高。除耐自身產(chǎn)物以外，還可考慮與以下情況結(jié)合進行：（三）抗終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似物突變株的選育結(jié)構(gòu)類似物（代謝拮抗物）是指那些結(jié)構(gòu)上與代謝終產(chǎn)物（氨基酸、嘌呤、維生素等）相似的物質(zhì)。它們和終產(chǎn)物一樣能和變構(gòu)酶的調(diào)節(jié)蛋白結(jié)合，起共阻遏物的作用，引起反饋阻抑。終產(chǎn)物和酶結(jié)合是可逆的，而類似物引起的阻抑酶活性不會恢復(fù)，引起“假反饋阻抑”。它在細胞中的濃度是不變的，對微生物具有致死或抑菌作用。在含有結(jié)構(gòu)類似物的培養(yǎng)基中，野生型細胞不能生長，抗結(jié)構(gòu)類似物突變株則能生長，而且不再受代謝終產(chǎn)物的反饋阻遏和抑制。這種解除機制對結(jié)構(gòu)類似物和代謝終產(chǎn)物都是有效的。結(jié)構(gòu)類似物可作為一種選擇性標記，篩選抗反饋調(diào)節(jié)突變株。（三）抗終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)類似物突變株的選育結(jié)構(gòu)類似物（代謝拮抗物）篩選過量合成末端代謝產(chǎn)物的抗性突變株的結(jié)構(gòu)類似