江漢湖第三版06第六章.微生物的代謝和發(fā)酵2

第六章微生物的代謝

Chapter6Microbialmetabolization代謝概論微生物的能量代謝和呼吸作用微生物的物質(zhì)代謝微生物的次級代謝及次級代謝產(chǎn)物微生物代謝的調(diào)節(jié)內(nèi)容提要

第一節(jié)微生物的能量代謝代謝(metabolism)是細胞內(nèi)發(fā)生的各種化學反響的總稱。包括:物質(zhì)代謝和能量代謝兩局部.物質(zhì)代謝由分解代謝和合成代謝兩個過程組成分解代謝酶系復雜分子〔有機物)簡單分子合成代謝酶系

一、代謝概論分解代謝〔catabolism〕分解代謝指細胞將大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)，并在這個過程中產(chǎn)生能量。一般可將分解代謝分為三個階段：寺地首行是糖、脂肪和蛋白質(zhì)經(jīng)過分解代謝生成乙酰輔酶A中的乙?；?；接著乙酰輔酶A進入三羧酸循環(huán)脫氫，生成CO2并使NAD+和FAD復原成NADH+H+、FADH2；第三階段是NADH+H+、FADH2中的氫經(jīng)呼吸鏈將電子傳遞給氧生成水，氧化過程中釋放出來的能量用于ATP合成。合成代謝〔anabolism〕合成代謝指細胞利用小分子物質(zhì)合成復雜大分子的過程，并在這個過程中消耗能量。合成代謝所利用的小分子物質(zhì)來源于分解代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或環(huán)境中的小分子營養(yǎng)物。在代謝過程中，微生物通過分解作用〔光合作用〕產(chǎn)生化學能。這些能量用于：1合成代謝2微生物的運動和運輸3產(chǎn)熱和發(fā)光無論是分解代謝還是合成代謝，代謝途徑都是由一系列連續(xù)的酶反響構成的，前一部反響的產(chǎn)物是后續(xù)反響的底物。細胞能有效調(diào)節(jié)相關的反響，生命活動得以正常進行。某些微生物還會產(chǎn)生一些次級代謝產(chǎn)物(抗生素、毒素、激素、色素等

)。這些物質(zhì)除有利于微生物生存外，還與人類生產(chǎn)生活密切相關。因為一切生命活動都是耗能的，因而能量代謝就成了新陳代謝的中的核心問題。能量代謝的中心問題是微生物如何把有機物、日光和復原態(tài)的無機物等最初能源如何進一步轉換為ATP的過程。即：有機物最初能源日光ATP〔通用能量〕

化能異養(yǎng)型光能營養(yǎng)型化能自養(yǎng)型復原態(tài)無機物二、微生物產(chǎn)能代謝—生物氧化自養(yǎng)微生物的生物氧化生物氧化過程中的能量轉化異養(yǎng)微生物的生物氧化三、能量來源生物氧化：加氧、脫氫、脫電子H2+O2————H2OCH3CHOHCOOH————CH3COCOOH+2H++2eFe2+————Fe3++e四、異養(yǎng)微生物氧化的方式——呼吸作用呼吸作用：生物體將基質(zhì)氧化脫氫〔電子〕并將脫下的氫〔電子〕傳遞給受氫體的過程。根據(jù)氫〔電子〕的去向和最終氫〔電子〕受體不同分：發(fā)酵：基質(zhì)氧化放出的氫〔電子〕直接交給中間有機產(chǎn)物的生物學過程。呼吸：基質(zhì)氧化放出的氫〔電子〕通過一系列電子傳遞鏈傳遞給受氫體并產(chǎn)生較多ATP的的過程。以分子氧作為最終電子受體的呼吸稱有氧呼吸；以氧以外的其它氧化型化合物作為最終電子受體的呼吸稱無氧呼吸。

發(fā)酵是指微生物細胞將有機物氧化釋放的電子直接交給底物本身未完全氧化的某種中間產(chǎn)物，同時釋放能量并產(chǎn)生各種不同的代謝產(chǎn)物。1.發(fā)酵〔fermentation〕⑴發(fā)酵途徑①糖酵解〔EMP〕途徑：②磷酸戊糖〔HMP〕途徑：③2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖〔ED〕途徑：④磷酸酮解酶途徑：〔PK和HK途徑〕⑵發(fā)酵類型根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)物可分為乙醇發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、丙酸和琥珀酸發(fā)酵、丁酸發(fā)酵、丙酮-丁酸發(fā)酵、混合酸發(fā)酵、乙酸發(fā)酵等。廣義的“發(fā)酵〞是指利用微生物生產(chǎn)菌體細胞或有用代謝產(chǎn)物的一種方式。狹義的“發(fā)酵〞是指在能量代謝或生物氧化中，底物脫氫所產(chǎn)生的復原力[H]，不經(jīng)過呼吸鏈而直接交給某一內(nèi)源性中間代謝物〔有機物〕的一類低效產(chǎn)能反響。底物脫氫的四種途徑EMP途徑HMP途徑ED途徑磷酸解酮酶途徑EMP途徑(Embden-Meyerhof-Parnaspathway)又稱為糖酵解途徑〔glycolysis〕EMP途徑意義：為細胞生命活動提供ATP和NADH從6-磷酸-葡萄糖開始，即在單磷酸已糖根底上開始降解的故稱為單磷酸已糖途徑(磷酸戊糖途徑)。HMP途徑與EMP途徑有著密切的關系，HMP途徑中的3-磷酸-甘油醛可以進入EMP途徑—磷酸戊糖支路。HMP途徑的一個循環(huán)的最終結果是一分子葡萄糖-6-磷酸轉變成一分子甘油醛-3-磷酸、3個CO2、6個NADPH。一般認為HMP途徑不是產(chǎn)能途徑，而是為生物合成提供大量復原力〔NADPH〕和中間代謝產(chǎn)物。HMP途徑〔hexosemonophosphatepathway〕ED途徑〔Entner—Doudoroffpathway〕2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途徑,ED途徑最早是由Entner和Doudoroff在研究嗜糖假單孢菌時發(fā)現(xiàn)的。ED途徑結果：一分子葡萄糖經(jīng)ED途徑最后生成2分子丙酮酸、1分子ATP，1分子NADPH、1分NADH。ED途徑在革蘭氏陰性菌中分布較廣ED途徑可不依賴于EMP與HMP而單獨存在ED途徑不如EMP途徑經(jīng)濟。ED途徑過程：EMP→葡萄糖→

→

→KDPG甘油醛-3-磷酸丙酮酸丙酮酸KDPG醛縮酶PK途徑(Phospho-pentose-ketolasepathway)

這條途徑是HMP的變異途徑，從葡萄糖到5-磷酸-木酮糖均與HMP相同，然后又在這條途徑的關鍵酶—磷酸戊糖解酮酶的作用下，生成乙酰磷酸和3-磷酸-甘油醛HK途徑〔Phospho-hexose-ketolasepathway〕這條途徑是EMP途徑的變異途徑，從葡萄糖到6-磷酸-果糖與EMP相同，然后又在這條途徑的關鍵酶—磷酸己糖解酮酶的作用下，生成乙酰磷酸和4-磷酸-赤蘚糖

磷酸酮解酶途徑：2.呼吸作用根據(jù)反響中氫受體不同分為兩種類型有氧呼吸無氧呼吸微生物在降解底物的過程中，將釋放出的電子交給NAD〔P〕+、FAD或FMN等電子載體，再經(jīng)電子傳遞系統(tǒng)傳給外源電子受體，從而生成水或其他復原型產(chǎn)物并釋放出能量的過程，稱為呼吸作用。以分子氧為最終受體的生物氧化C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O〔1〕有氧呼吸〔aerobicrespiration〕發(fā)酵面食的制作就即利用了微生物的有氧呼吸除糖酵解過程外，還包括三羧酸循環(huán)和電子傳遞鏈兩局部反響有氧呼吸特點基質(zhì)氧化徹底生成CO2和H2O〔少數(shù)氧化不徹底，生成小分子量的有機物，如醋酸發(fā)酵〕。酶系完全，分脫氫酶和氧化酶兩種酶系。產(chǎn)能量多，一分子G凈產(chǎn)38個ATP〔2〕無氧呼吸〔anaerobicrespiration〕以無機物為最終電子受體的生物氧化過程硝酸鹽呼吸碳酸鹽呼吸硫酸鹽呼吸如C6H12O6+H2O————CO2+[H]NO-3————NO-2+H20反硝化作用H2SO4————H2S+H2O反硫化作用[H]+CO2————CH4產(chǎn)甲烷反響延胡索酸————琥珀酸硫酸鹽呼吸〔反硫化作用〕有些硫酸鹽復原菌如脫硫弧菌，以有機物為氧化基質(zhì)〔H2或有機物，大局部不能利用G)使硫酸鹽復原成H2S。乳酸常被脫硫弧菌氧化成乙酸，并脫下8個H，使硫酸鹽復原為H2S。

SO42-＋8H4H2O＋S2-

碳酸鹽呼吸〔甲烷生成作用〕甲烷細菌:能在氫等物質(zhì)的氧化過程中，把CO2復原成甲烷，這就是碳酸鹽呼吸又稱甲烷生成作用。CO2+4H2CH4+2H2O+ATP甲烷細菌特點：產(chǎn)甲烷細菌細胞壁不含肽聚糖;產(chǎn)甲烷DNA分子量比一般細菌少2－3倍;產(chǎn)甲烷細菌tRNA分子中的JφC的T被U取代;

產(chǎn)甲烷細菌起始tRNA所攜帶的AA為甲硫氨酸，一般細菌為甲基甲硫氨酸;無芽孢、厭氧、氧化復原電位低。

各類發(fā)酵與人類生產(chǎn)生活

工業(yè)發(fā)酵概念:在工業(yè)生產(chǎn)中常把好氧或兼性厭氧微生物在通氣或厭氣的條件下的產(chǎn)品生產(chǎn)過程統(tǒng)稱為發(fā)酵。

微生物能以好多種有機物作為發(fā)酵基質(zhì)，但它以大都能轉化成葡萄糖或葡萄糖的中間代謝產(chǎn)物而被微生物利用。

根據(jù)代謝產(chǎn)物和代謝途徑不同，有各種不同的發(fā)酵類型，以下幾種發(fā)酵最重要研究得最清楚

乙醇發(fā)酵乳酸發(fā)酵混合酸發(fā)酵丙酮丁醇發(fā)酵GEMP

2丙酮酸2乙醛2乙醇丙酮酸脫羧酶C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋2ATP由EMP途徑中丙酮酸出發(fā)的發(fā)酵〔酵母菌乙醇發(fā)酵〕參與微生物：酵母菌

乙醇發(fā)酵特點發(fā)酵基質(zhì)氧化不徹底，發(fā)酵結果仍有機物酶體系不完全，只有脫氫酶，沒有氧化酶。產(chǎn)生能量少，酵母乙醇發(fā)酵凈產(chǎn)2ATP，細菌產(chǎn)1ATP。也就是丙酮酸直接接受糖酵解過程中脫下H使之復原成乙醇的過程。通過ED途徑進行的乙醇發(fā)酵〔細菌的乙醇發(fā)酵〕參與的微生物：運動發(fā)酵單孢菌發(fā)酵途徑：ED途徑反響式：C6H12O62C2H5OH+2CO2+ATP

乳酸發(fā)酵指乳酸菌將G分解產(chǎn)生的丙酮酸逐漸復原成乳酸的過程進行乳酸發(fā)酵的都是細菌：如短乳桿菌，乳鏈球菌等

細菌積累乳酸的過程是典型的乳酸發(fā)酵。我們熟悉的牛奶變酸，生產(chǎn)酸奶，漬酸菜，泡菜，青貯飼料都是乳酸發(fā)酵。兩種類型：同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵在糖的發(fā)酵中，產(chǎn)物只有乳酸的發(fā)酵稱為同型乳酸發(fā)酵，青貯飼料中的乳鏈球菌發(fā)酵即為此類型。GPEPC3H6O3過

程反應式：C6H12O6+2ADP+Pi2C3H6O3+2ATP關鍵酶：乳酸脫氫酶同型乳酸發(fā)酵：如乳酸乳球菌和植物乳桿菌。指葡萄糖經(jīng)EMP途徑生成的丙酮酸，直接作為氫受體被NADH+H復原而全部生成乳酸的一種發(fā)酵。異型乳酸發(fā)酵〔通過HMP途徑〕發(fā)酵產(chǎn)物除乳酸外還有乙醇與CO2。青貯飼料中短乳桿菌發(fā)酵即為異型乳酸發(fā)酵。異型乳酸發(fā)酵：1分子葡萄糖生成乳酸，乙醇，CO2各1分子。南方泡菜是常見的異型乳酸發(fā)酵。乳酸發(fā)酵細菌不破壞植物細胞，只利用植物分泌物生長繁殖。異型乳酸發(fā)酵：如腸膜明串珠菌葡萄糖發(fā)酵后產(chǎn)生乳酸、乙醇或乙酸和CO2等多種產(chǎn)物的發(fā)酵。葡萄糖的降解完全依賴HMP〔或PK〕途徑。漬酸菜應做好以下幾點

必須控制不被雜菌感染要創(chuàng)造適合乳酸發(fā)酸的厭氧環(huán)境條件要加些鹽，3-5%NaCl濃度為好缸要刷凈，并不要帶進油污pH值3-4為宜某些細菌通過發(fā)酵將G變成琥珀酸、乳酸、甲酸、H2和CO2等多種代謝產(chǎn)物。由于代謝產(chǎn)物中含多種有機酸，因此將這種發(fā)酵稱為混合酸發(fā)酵。大多數(shù)腸桿菌如大腸桿菌等均能進行混合酸發(fā)酵?；旌纤岚l(fā)酵混合酸發(fā)酵—用于細菌分類鑒定

V.P反響：反響過程中產(chǎn)生紅色化合物甲基紅反響：產(chǎn)酸使指示劑變色G二乙酰紅色化合物3-羥基丁酮V.P反應甲基紅反應E.aerogenesE.coli

3.不同呼吸類型的微生物

有氧時無氧時好氧型微生物有氧呼吸—

專性厭氧型微生物—無氧呼吸或發(fā)酵耐氧微生物無氧呼吸或發(fā)酵無氧呼吸或發(fā)酵兼性厭氧微生物有氧呼吸無氧呼吸或發(fā)酵

微好氧微生物有氧呼吸—氨的氧化硫的氧化鐵的氧化氫的氧化五、自養(yǎng)微生物的生物氧化1.硝化細菌的能量代謝〔氨的氧化〕NH3

NO2—亞硝酸菌NO2-

NO3-硝酸菌NH3+1.5O2NO2-

+H2O+H++65.1NO2-+0.5O2NO3-

+18.1NO2-

+H2ONO3-

+2H2e-細胞色素a1細胞色素a30.5O2+2H+H2O硝化細菌有兩種類型：一種類型是將銨鹽氧化成亞硝酸鹽的亞硝酸細菌，它們利用銨鹽氧化過程中放出的能量生長；另一種類型是將亞硝酸鹽氧化成硝酸鹽的硝化細菌，它們那么是利用亞硝酸氧化過程中放出的能量生長。這兩類細菌往往是伴生在一起，在它們共同作用下將銨鹽氧化成硝酸鹽，防止亞硝酸積累所產(chǎn)生的毒害作用。這類細菌在自然界氮素循環(huán)中也起著重要作用。硝酸鹽呼吸(氨的氧化)2.硫細菌的能量代謝〔硫的氧化〕H2S+0.5O2S+H2O+能量S+1.5O2+H2OSO4-+2H+

+能量3.氫細菌的能量代謝〔氫的氧化〕H2+0.5O2H2O+能量用途:用于生產(chǎn)單細胞蛋白單細胞蛋白(微生物菌體蛋白)單細胞蛋白種類生產(chǎn)所需原料單細胞蛋白用途單細胞蛋白特點細菌單細胞蛋白酵母單細胞蛋白單胞藻單細胞蛋白工農(nóng)業(yè)廢物廢水石油天然氣氫直接食用,食品添加劑,飼料蛋白生產(chǎn)效率高,生產(chǎn)原料來源廣,可以工業(yè)化生產(chǎn)六、能量的利用微生物細胞的主動運輸、生物合成、細胞分裂、鞭毛運動、分解代謝等都要利用能量。七、能量轉化底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)氧化磷酸化(oxidativephosphorylation)光合磷酸化(photophosphorylation)1.底物水平磷酸化(substratelevelphosphorylation)底物水平磷酸化既存在于發(fā)酵過程中也存在于呼吸過程中。物質(zhì)在生物氧化過程中，常生成一些含有高能鍵的化合物而這些化合物可直接偶聯(lián)ATP或GTP的合成。這種產(chǎn)生ATP等高能分子的方式稱為底物水平磷酸化。

環(huán)式光合磷酸化非環(huán)式光合磷酸化

嗜鹽菌紫膜的光合作用2.光合磷酸化(photophosphorylation)環(huán)式光合磷酸化〔cyclicphotophosphorylation〕代表微生物光合作用部位光合作用特點紅螺菌科紅硫菌科綠硫菌科菌綠素分子由光反響和暗反響組成,只有一個光反響系統(tǒng)不放氧。只有一個光反響系統(tǒng)，有光反響和暗反響環(huán)式光合磷酸化特點

不放氧消耗ATP不產(chǎn)復原劑NADH2，固定CO2所需NADH2來自電子傳遞非環(huán)式光合磷酸化（non-cyclicphotophosphorylation）特點兩個光反響系統(tǒng)產(chǎn)復原劑NADH2，產(chǎn)ATP和O2電子傳遞屬非循環(huán)式的在有氧條件下進行能產(chǎn)生氧氣是各種綠色植物、藻類和藍細菌所共有的產(chǎn)能方式；紫膜光合磷酸化〔photophosphorylationbypurplemembrance〕ATP酶紫膜H+H+H+-++++---細胞壁紅膜H+ADP+PiATP嗜鹽菌特有的無葉綠素或菌綠素參與的獨特光合作用嗜鹽菌的細胞膜制備物可別離出紅色和紫色兩個組分；紅膜：在有氧條件下可進行氧化磷酸化產(chǎn)能；主要成分為類胡蘿卜素、細胞色素和黃素蛋白等；紫膜：在缺氧條件下，能利用光能的介導獲得能量；主要成分為細菌視紫紅質(zhì)和類脂；細菌視紫紅質(zhì)的功能與葉綠素相似，能吸收光能，并在光量子的驅(qū)動下起著質(zhì)子泵的作用；嗜鹽菌紫膜的光合作用第二節(jié)物質(zhì)代謝

一、物質(zhì)分解1.蛋白質(zhì)——蛋白胨——肽——AA

PCOCOOH+NH3RCH2NH2+CO22.核酸——單核苷酸——核苷+磷酸——堿基+核糖+磷酸3.脂肪——甘油————3-磷酸甘油——磷酸二羥丙酮脂肪酸——進入β氧化4.多糖——糊精——寡糖——二糖——單糖——進入EMP、ED、TCA…產(chǎn)生ATP、復原力。二、物質(zhì)合成1.物質(zhì)合成三要素：①小分子前體物②復原力③ATP2.細胞物質(zhì)合成核酸：復制和轉錄蛋白質(zhì)：轉譯多糖：G——G-6-P——G-1-P——Gn+1脂肪：β氧化反響的逆反響三、微生物分解代謝與合成代謝(一)分解代謝：大分子物質(zhì)的降解1.多糖的分解：包括淀粉、纖維素、半纖維素、果膠和幾丁質(zhì)等。2.含氮有機物的分解：蛋白質(zhì)、核酸及其不同程度的降解產(chǎn)物通常是作為微生物生長的氮源物質(zhì)或作為生長因子〔如氨基酸、嘌呤、嘧啶等〕，但在某些條件下，這些物質(zhì)也可以作為某些機體的能源物質(zhì)。3.脂肪和脂肪酸的分解：脂肪和脂肪酸作為微生物的碳源和能源，在脂肪酶和可被誘導合成的用來利用脂肪酸的酶系將其分解。4.核酸的分解：異養(yǎng)型微生物可以分泌消化酶類來分解食物或體外的核蛋白和核酸類物質(zhì)，以獲得各種核苷酸。核苷再經(jīng)核苷酶作用分解為嘌呤或嘧啶、糖?！捕澈铣纱x：生物大分子肽聚糖等的合成1.CO2的固定2.N2的固定3.糖類的合成4.氨基酸的合成5.核苷酸的合成6.脂肪酸的合成〔三〕微生物特有的合成代謝途徑固氮作用：固氮作用是指固氮微生物依靠其固氮酶系催化分子氮復原形成氨的作用的過程。⑴固氮微生物的種類〔3類〕自生固氮菌(free-livingnitrogen-fixer)：①好氧：A：化能異養(yǎng)：固氮菌屬、固氮單孢菌屬、固氮球菌屬、德克斯氏菌屬等；B：化能自養(yǎng)：氧化亞鐵硫桿菌；C：光能自養(yǎng)：念珠藍細菌屬、魚腥藍細菌屬、織線藍細菌屬；②微好氧：化能異養(yǎng)——棒桿菌屬、固氮螺菌屬；③兼性厭氧A：化能異養(yǎng)：克雷伯氏菌屬、無色桿菌屬、歐文氏菌屬腸桿菌屬等；B：光能異養(yǎng)：紅螺菌屬、紅假單孢菌屬；④厭氧：A：化能異養(yǎng)：巴氏梭菌、脫硫弧菌屬；B：光能自養(yǎng)：著色菌屬、綠假單孢菌屬

共生固氮菌(free-livingnitrogen-fixer)①形成根瘤A：豆科植物——根瘤菌屬B：非豆科植物——弗蘭克氏菌屬放線菌②其它形式:A：白蟻等動物腸道——腸道菌屬；B：植物：地衣——念珠藍細菌屬、魚腥藍細菌屬、單歧藍細菌屬滿江紅——鏈魚腥藍細菌蘇鐵珊瑚根——念珠藍細菌屬、魚腥藍細菌屬；肯乃拉草——念珠藍細菌屬；

聯(lián)合固氮菌(associativenitrogen-fixer)根際——芽孢桿菌屬、克雷伯氏菌屬〔溫帶〕；固氮螺菌屬〔熱帶〕葉面——固氮菌屬⑵固氮機制

ATP的供給；復原力[H]及其傳遞載體；固氮酶；復原底物—N2；鎂離子；嚴格的厭氧微環(huán)境；生物固氮反響的六大要素好氧性自生固氮菌的抗氧保護機制呼吸保護、構象保護藍細菌固氮酶的抗氧保護機制分化出特殊的復原性異形胞;非異形胞的藍細菌采用固氮作用和光合作用進行時間上的分隔豆科植物根瘤菌固氮酶的抗氧保護機制存在豆血紅蛋白〔3〕好氧菌固氮酶避氧害機制如何解決微生物既需要氧又須防止氧對固氮酶損傷的矛盾？〔四〕分解代謝和合成代謝的關系第三節(jié)微生物的次級代謝一、初級代謝微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，通過合成代謝和分解代謝，生成維持生命活動的物質(zhì)和能量的過程。其代謝產(chǎn)物稱為初級代謝產(chǎn)物二、次級代謝利用細胞分解和合成代謝的某些中間產(chǎn)物合成一些化學結構特殊、生理功能尚不明確，對細胞生命活動過程并非必需的物質(zhì)的過程。多在生長后期大量合成。其代謝產(chǎn)物稱為次級代謝產(chǎn)物

微生物的次級代謝產(chǎn)物主要有：抗生素毒素激素色素其他有機物：如生物堿三、微生物代謝調(diào)節(jié)調(diào)控及其應用微生物代謝過程中的自我調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶合成的調(diào)節(jié)代謝調(diào)控理論的應用〔一〕微生物代謝自我調(diào)節(jié)的方式1.控制營養(yǎng)物質(zhì)透過細胞膜進入細胞2.通過酶的定位控制酶與底物的接觸3.控制代謝物流向 1.控制營養(yǎng)物質(zhì)透過細胞膜進入細胞如：只有當速效碳源或氮源耗盡時，微生物才合成遲效碳源或氮源的運輸系統(tǒng)與分解該物質(zhì)的酶系統(tǒng)。2.通過酶的定位控制酶與底物的接觸1〕真核微生物酶定位在相應細胞器上；細胞器各

自行使某種特異的功能；2〕原核微生物在細胞內(nèi)劃分區(qū)域集中某類酶行使

功能：與呼吸產(chǎn)能代謝有關的酶位于膜上；蛋白質(zhì)合成酶和移位酶位于核糖體上；同核苷酸吸收有關的酶在G-菌的周質(zhì)區(qū)。3.控制代謝物流向：(通過酶促反響速度來調(diào)節(jié))1)可逆反響途徑由同種酶催化，可由不同輔基或輔酶控制代謝物流向：如:兩種Glu脫氫酶：以NADP為輔基Glu合成以NAD為輔基Glu分解2)通過調(diào)節(jié)酶的活性或酶的合成量。關鍵酶:某一代謝途徑中的第一個酶或分支點后的第一個酶。①粗調(diào)：調(diào)節(jié)酶的合成量 ②細調(diào)：調(diào)節(jié)現(xiàn)有酶分子的活性3)通過調(diào)節(jié)產(chǎn)能代謝速率?！捕趁富钚缘恼{(diào)節(jié)通過改變現(xiàn)成的酶分子活性來調(diào)節(jié)新陳代謝的速率的方式。是酶分子水平上的調(diào)節(jié)，屬于精細的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方式：包括兩個方面：1.酶活性的激活：在代謝途徑中后面的反響可被較前面的反響產(chǎn)物所促進的現(xiàn)象；常見于分解代謝途徑。如：粗糙脈孢霉的異檸檬酸脫氫酶的活性受檸檬酸促進2.酶活性的抑制：包括：競爭性抑制和反響抑制。概念：反響：指反響鏈中某些中間代謝產(chǎn)物或終產(chǎn)物對該途徑關鍵酶活性的影響。凡使反響速度加快的稱正反響；凡使反響速度減慢的稱負反響〔反響抑制〕；反響抑制——主要表現(xiàn)在某代謝途徑的末端產(chǎn)物過量時可反過來直接抑制該途徑中第一個酶的活性。主要表現(xiàn)在氨基酸、核苷酸合成途徑中。特點：作用直接、效果快速、末端產(chǎn)物濃度降低時又可解除1.直線式代謝途徑中的反響抑制： 蘇氨酸脫氨酶蘇氨酸 α-酮丁酸 異亮氨酸 反響抑制 其它實例：谷氨酸棒桿菌的精氨酸合成2.分支代謝途徑中的反響抑制：在分支代謝途徑中，反響抑制的情況較為復雜，為了防止在一個分支上的產(chǎn)物過多時不致同時影響另一分支上產(chǎn)物的供給，微生物開展出多種調(diào)節(jié)方式。主要有：同功酶的調(diào)節(jié)，順序反響，協(xié)同反響，積累反響調(diào)節(jié)等。反響抑制的類型〔1〕同功酶調(diào)節(jié)——isoenzyme定義：催化相同的生化反響，而酶分子結構有差異的一組酶。意義：在一個分支代謝途徑中，如果在分支點以前的一個較早的反響是由幾個同功酶催化時，那么分支代謝的幾個最終產(chǎn)物往往分別對這幾個同功酶發(fā)生抑制作用?！骋划a(chǎn)物過量僅抑制相應酶活，對其他產(chǎn)物沒影響。舉例：大腸桿菌的天冬氨酸族氨基酸合成的調(diào)節(jié)〔2〕協(xié)同反響抑制——concertedfeedbackinhibition定義：分支代謝途徑中幾個末端產(chǎn)物同時過量時才能抑制共同途徑中的第一個酶的一種反響調(diào)節(jié)方式。舉例：谷氨酸棒桿菌〔Corynebacteriumglutamicum〕 多粘芽孢桿菌〔Bacilluspolymyxa〕 天冬氨酸族氨基酸合成中天冬氨酸激酶受賴氨酸和異亮氨酸的協(xié)同反響抑制和阻遏?！?〕合作反響抑制——cooperativefeedbackinhibition定義：兩種末端產(chǎn)物同時存在時，共同的反響抑制作用大于二者單獨作用之和。舉例：在嘌呤核苷酸合成中，磷酸核糖焦磷酸酶受AMP和GMP〔和IMP〕的合作反響抑制，二者共同存在時，可以完全抑制該酶的活性。而二者單獨過量時，分別抑制其活性的70%和10%?！?〕積累反響抑制——cumulativefeedbackinhibition定義：每一分支途徑末端產(chǎn)物按一定百分比單獨抑制共同途徑中前面的酶，所以當幾種末端產(chǎn)物共同存在時它們的抑制作用是積累的，各末端產(chǎn)物之間既無協(xié)同效應，亦無拮抗作用。〔5〕順序反響抑制——sequentialfeedbackinhibition一種終產(chǎn)物的積累,導致前一中間產(chǎn)物的積累，通過后者反響抑制合成途徑關鍵酶的活性，使合成終止。舉例：枯草芽孢桿菌芳香族氨基酸合成的調(diào)節(jié)在黃色短桿菌〔Brevibacteriumflavus〕中天冬氨酸的合成 PEP Py 草酰乙酸 乙酰CoA Asp 檸檬酸 ATP CO2〔6〕平衡合成外表完全不相關的兩條途徑之間的調(diào)節(jié)。這種作用一般在高濃度下才顯示，且為局部抑制。Asp Asp-p Asa DAP Lys，二氫吡啶二 羧酸合成酶 Hse Thr IlePy 異丙基 Leu 蘋果酸〔7〕代謝互鎖在分支合成途徑中，分支點后的兩種酶競爭同一種底物，如AMP與GMP，Thr與Lys、Met，由于兩種酶對底物的Km值〔即對底物的親和力〕不同，故兩條支路的一條優(yōu)先合成?！?〕優(yōu)先合成〔9〕酶活力調(diào)節(jié)的機制變構酶理論：變構酶為一種變構蛋白，酶分子空間構象的變化影響酶活。其上具有兩個以上立體專一性不同的接受部位，一個是活性中心，另一個是調(diào)節(jié)中心。與抑制劑結合,構象變化,不能與底物結合與激活劑結合,構象變化,促進與底物結合

活性位點:與底物結合變構位點:(三)酶合成的調(diào)節(jié)通過調(diào)節(jié)酶的合成量進而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機制，是基因水平上的調(diào)節(jié)，屬于粗放的調(diào)節(jié)，間接而緩慢。酶合成調(diào)節(jié)的類型1.誘導(induction)：是酶促分解底物或產(chǎn)物誘使微生物細胞合成分解代謝途徑中有關酶的過程。微生物通過誘導作用而產(chǎn)生的酶稱為誘導酶〔為適應外來底物或其結構類似物而臨時合成的酶類〕。舉例：E.coli在含乳糖的培養(yǎng)基中合成β-半乳糖苷酶和半乳糖苷滲透酶等。誘導物(inducer)：底物或結構類似物，如：異丙基-β-D-硫代半乳糖苷〔IPTG，isopropylthiogalactoside〕。誘導作用的類型：同時誘導：誘導物參加后，微生物能同時誘導出幾種酶的合成，主要存在于短的代謝途徑中。順序誘導：先合成能分解底物的酶，再合成分解各中間代謝物的酶到達對復雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。酶在體內(nèi)存在的形式組成酶〔固有酶〕：不依賴底物或底物結構類似物的存在而合成的酶。如：EMP途徑的一些酶。誘導酶：依賴于底物或底物結構類似物的存在而合成的酶。如：乳糖酶。2.阻遏〔repression〕：是阻礙代謝過程中包括關鍵酶在內(nèi)的一系列酶的合成的現(xiàn)象，從而更徹底地控制和減少末端產(chǎn)物的合成。★阻遏作用的類型：①末端產(chǎn)物阻遏〔end-productrepression〕：由于終產(chǎn)物的過量積累而導致生物合成途徑中酶合成的阻遏的現(xiàn)象，常常發(fā)生在氨基酸、嘌呤和嘧啶等這些重要結構元件生物合成的時候。例如過量的精氨酸阻遏了參與合成精氨酸的許多酶的合成。②分解代謝物阻遏〔cataboliterepression〕：當微生物在含有兩種能夠分解底物的培養(yǎng)基中生長時，利用快的那種分解底物會阻遏利用慢的底物的有關酶的合成的現(xiàn)象。最早發(fā)現(xiàn)于大腸桿菌生長在含葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基時,故又稱葡萄糖效應。分解代謝物阻遏導致出現(xiàn)“二次生長〔diauxicgrowth〕〞.直接作用者是優(yōu)先利用的碳源的中間代謝物——實質(zhì)是：因代謝反響鏈中某些中間代謝物或末端代謝物的過量積累而阻遏代謝中一些酶的合成的現(xiàn)象。操縱子學說概述：1.操縱子〔operon〕：是基因表達和控制的一個完整單元，其中包括結構基因，調(diào)節(jié)基因，操作子和啟動子。①結構基因(structuralgenes)：是決定某一多肽的DNA模板，可根據(jù)其上的堿基順序轉錄出相應的mRNA，然后再可通過核糖體轉譯出相應的酶;〔編碼蛋白質(zhì)的DNA序列〕②啟動子(promoter)：能被依賴于DNA的RNA聚合酶所識別的堿基順序，是RNA聚合酶的結合部位和轉錄起點；〔在許多情況下還包括促進這一過程的調(diào)節(jié)蛋白結合位點。〕酶合成調(diào)節(jié)的機制③操作子〔operator〕：位于啟動基因和結構基因之間的一段堿基順序，是阻遏蛋白的結合位點，能通過與阻遏物相結合來決定結構基因的轉錄是否能進行；④調(diào)節(jié)基因〔regulatorgene〕：用于編碼組成型調(diào)節(jié)蛋白的基因，一般遠離操縱子,但在原核生物中,可以位于操縱子旁邊,編碼調(diào)節(jié)蛋白。2.誘導物〔inducer〕與輔阻遏物〔corepressor〕誘導物——是起始酶誘導合成的物質(zhì)，如乳糖等；〔與調(diào)節(jié)蛋白結合，抑制其與操縱基因的結合促進轉錄進行〕；輔阻遏物——是阻遏酶產(chǎn)生的物質(zhì)，如氨基酸和核苷酸等；〔調(diào)節(jié)蛋白結合，促進其與操縱基因的結合抑制轉錄進行〕；它們都是小分子信號物質(zhì)，常被總稱為效應物〔effector〕，可與調(diào)節(jié)蛋白相結合以使后者發(fā)生變構作用，并進一步提高或降低與操縱基因的結合能力。3.阻遏物〔repressor〕與阻遏物蛋白〔aporepresseor〕二者都是由調(diào)節(jié)基因編碼產(chǎn)生特異性調(diào)節(jié)蛋白(regulatoryprotein)；它倆是一類低分子量變構蛋白，有兩個結合位點，一個與操縱基因結合，另一位點可與效應物結合；當調(diào)節(jié)蛋白與效應物結合后，就發(fā)生變構作用，變構后與操縱基因的結合能力可提高或下降?！灿谢钚浴膳c氧結合；無活性——不與氧結合〕阻遏物:能在沒有誘導物時與