第6章增加的内容 代谢途径的调控
代谢途径的调控机制
代谢途径的调控机制在生物体内，代谢途径是生命的基础，其调控机制对于维持生物体的正常运行至关重要。
代谢途径的调控机制可以分为多个层次，包括基因调控、酶活性调控、物质浓度调控以及细胞信号传导等。
本文将从这些不同的角度来探讨代谢途径的调控机制，并举例说明。
一、基因调控基因调控是代谢途径调控的最基础层次之一。
通过对基因的表达和抑制来调控代谢途径的活性。
例如，启动子区域的转录因子结合与特定序列，可以促使某些基因的活性，从而启动代谢途径的进程。
相反，转录抑制因子的存在也可以阻止代谢途径的进行。
以糖代谢途径为例，当血糖浓度升高时，胰岛素的分泌增加，胰岛素受体结合胰岛素后，激活了一系列的信号传导途径，最终导致GLUT4转位和糖水平的下降。
这个过程中的基因调控使得代谢途径能够根据体内环境的变化而调整。
二、酶活性调控酶活性调控是一种常见的代谢途径调控机制。
生物体通过控制酶的活性，来调节代谢途径中的反应速率。
酶活性的调控可以通过多种方式实现，例如辅酶、底物浓度、酶自身的调控以及其他分子的调控等。
举一个例子，乳酸酸中代谢途径中的乳酸脱氢酶（LDH）可以根据细胞能源需求来相应调节其活性。
当细胞内ATP水平充足时，LDH会被乳酸的积累自由氧离子所抑制，从而减少产生乳酸的速率。
相反，当细胞需要能量时，LDH活性增加，促进乳酸产生，用于能量供应。
三、物质浓度调控细胞内物质的浓度变化也可以影响代谢途径的调控。
当某个物质的浓度变化时，它可以直接或间接地调整代谢途径中的酶活性。
例如，当ATP水平下降时，细胞会通过调控ATP合成酶的活性和抑制ATP 耗散途径来恢复正常的ATP浓度。
四、细胞信号传导细胞信号传导是代谢途径调控的重要途径之一。
细胞内外的信号分子可以通过激活信号传导途径来调控代谢途径的活性。
例如，AMP激活的AMP激酶蛋白激活酶（AMPK）通过磷酸化酶来促使糖元代谢途径的启动，从而提高能量消耗和生产。
此外，代谢途径的调控还可以通过转录后修饰、代谢产物的反馈抑制以及表观遗传调控等其他机制实现。
代谢的调节和控制
代谢的调节和控制汇报人：2023-12-14•代谢调节基本概念•细胞内代谢调节机制•激素对整体代谢水平调控作用目录•营养感应与信号转导途径•疾病状态下代谢异常及调控策略•药物干预在代谢调控中应用前景01代谢调节基本概念指生物体内代谢过程中，通过一系列调节机制，维持代谢平衡和适应环境变化的过程。
代谢调节定义保证生命活动的正常进行，适应内外环境变化，维持机体稳态。
代谢调节意义代谢调节定义与意义通过神经系统对代谢过程进行快速、精确的调节。
神经调节体液调节自身调节通过激素、细胞因子等化学物质传递信息，对代谢过程进行广泛而持久的调节。
组织细胞不依赖于神经和体液因素，根据局部环境变化进行自我调节。
030201代谢调节方式分类营养物质供应充足时，代谢活动旺盛；供应不足时，代谢活动减弱。
营养物质供应胰岛素、甲状腺激素等激素对代谢过程具有重要影响，激素水平变化可影响代谢速度和方向。
激素水平变化环境温度变化可影响机体产热和散热平衡，进而影响代谢活动。
环境温度运动可增加机体代谢率，休息时代谢率降低。
运动和休息相互调节，维持机体代谢平衡。
运动和休息影响因素及相互作用02细胞内代谢调节机制当底物浓度增加时，代谢酶活性增强，反应速率加快；反之，底物浓度降低时，酶活性减弱，反应速率减慢。
在一定范围内，随着底物浓度的增加，酶促反应速率呈线性增加，但当底物浓度达到一定程度后，反应速率不再增加，此时底物已饱和。
底物浓度对代谢酶活性影响底物饱和度底物浓度变化关键酶在代谢途径中作用关键酶是指在代谢途径中起决定性作用的酶，其活性大小直接影响整个代谢途径的速率和方向。
关键酶特点关键酶通常具有较低的Km值（米氏常数），即对底物浓度变化敏感；同时，关键酶的活性受多种因素调节，如抑制剂、激活剂等。
别构效应是指一种蛋白质（通常是酶）的活性受到另一种分子（别构效应物）结合的影响。
别构效应物可以是底物、产物、抑制剂或激活剂等。
别构效应通过改变酶的构象来调节酶活性。
第六章 微生物的代谢
+
3NAD+ + FAD+
+
3H2O
+
CoA
+ ATP +
FADH2 + 3NADH2
经过EMP和TCA循环，1分子葡萄糖被彻底氧化成水 和CO2，并可产生高达38分子的ATP。其总反应式如下：
C6H12O6
+
6O2
+
38ADP
+
38Pi
6CO2
+
6H2O
+
38ATP
在微生物的物质代谢中，TCA循环在分解代谢和合成 代谢中都占有枢纽地位，具有重要的生物学意义： （1）可产生多种有机酸，这些有机酸是合成细胞物质的
的营养物合成细胞自身大分子物质的过程。在同化作用过
程中产生能量(ATP)和还原力。
（2）分解代谢（Catabolism，异化作用）：指将细胞自 身的物质分解的过程。异化作用是耗能的过程。 微生物的代谢活动包括能量代谢和物质代谢。
第一节 能量代谢
微生物与其它生物一样，在生命活动过程中需要消 耗大量的能量，这些能量有的来自于物质代谢过程中产生 的化学能，有的来源于微生物细胞吸收的光能。无论何种 二、能量代谢的方式
4、三羧酸循环（Tricarboxylic acid cycle，TCA）
又称为柠檬酸环。丙酮酸首先在丙酮酸脱氢酶的催化
下氧化脱羧并与辅酶A结合，形成乙酰辅酶A，同时产生1 进入TCA循环。TCA循环总反应式如下：
CH3COOCoA + ADP + Pi 2CO2
分子NADH2。然后，乙酰辅酶A与草酰乙酸缩合成柠檬酸，
C6H12O6+ADP+H3PO4 2CH3CH2OH+2CO2+ATP
《畜牧微生物学》章节笔记
《畜牧微生物学》章节笔记第一章：绪论一、畜牧微生物学的定义与研究对象1. 畜牧微生物学的定义：畜牧微生物学是介于微生物学和畜牧学之间的一门交叉学科，它专注于研究微生物在畜牧业中的应用及其与动物宿主之间的相互作用。
这门学科旨在通过微生物技术提高畜牧业的生产效率，保障动物健康，以及促进生态平衡。
2. 畜牧微生物学的研究对象：（1）微生物：- 细菌：如乳酸菌、大肠杆菌、沙门氏菌等。
- 病毒：如流感病毒、口蹄疫病毒、猪瘟病毒等。
- 真菌：如曲霉菌、念珠菌等。
- 放线菌：如链霉菌等。
- 螺旋体：如梅毒螺旋体等。
（2）动物：- 家畜：如牛、羊、猪、马等。
- 家禽：如鸡、鸭、鹅等。
- 特种动物：如兔、狐、貂等。
- 野生动物：与畜牧业相关的野生动物种群。
（3）研究内容：- 微生物与动物的共生关系。
- 微生物在动物肠道中的定植与功能。
- 微生物在饲料发酵和营养转化中的作用。
- 微生物病原体的感染机制和防控策略。
二、畜牧微生物学的发展历程1. 古代阶段：- 人类无意识地利用微生物进行食品发酵和酿造。
- 早期医学文献中有关微生物引起的疾病的记载。
2. 近代阶段：- 17世纪：安东尼·范·列文虎克首次观察到微生物。
- 19世纪：路易·巴斯德证明微生物是发酵和疾病的原因。
- 罗伯特·科赫等微生物学家建立了微生物学的研究方法，如科赫法则。
3. 现代阶段：- 20世纪：分子生物学技术的发展，如PCR、基因测序等。
- 微生物遗传工程的应用，如重组疫苗的研制。
- 益生菌和益生元的深入研究与应用。
- 微生物在环境保护和生态农业中的作用被重视。
三、畜牧微生物学在畜牧业中的重要性1. 提高饲料利用率：- 微生物可以将饲料中的纤维素、半纤维素等难以消化的成分转化为动物可利用的营养物质。
- 饮用发酵饲料可以增强动物对营养物质的吸收。
2. 促进动物生长：- 益生菌可以改善动物肠道环境，增加有益菌群，减少有害菌的生长。
代谢途径的复杂网络与调节
代谢途径的复杂网络与调节代谢途径是生物体内发生化学反应的网络系统，它负责物质的合成、分解和能量的转化。
这个网络是由许多相互关联的化学反应组成的，并且演化出一套复杂的调节机制来确保代谢过程的高效进行。
本文将探讨代谢途径的复杂网络和其调节机制。
一、代谢途径网络的组成代谢途径网络由多个化学反应组成，这些反应通过物质的转化连接在一起。
在这个网络中，每个代谢途径都有其特定的功能，例如糖酵解途径用于分解葡萄糖产生能量，而脂肪酸合成途径用于合成脂肪酸。
这些途径之间通过共同的物质进行相互联系和调节，形成了一个复杂的代谢网络。
二、代谢途径网络的调节机制代谢途径网络的调节机制多种多样，涉及基因表达的调控、酶活性的变化、代谢产物浓度的调节等。
1. 基因调控在代谢途径中，许多酶的合成受到基因表达的调控。
通过转录因子的结合到基因的启动子上，可以增加或减少特定酶的合成。
这样的调控机制使得生物体能够在不同环境条件下适应不同的代谢需求。
2. 酶活性调节代谢途径中的酶活性也可以通过多种机制进行调节。
例如，磷酸化和脱磷酸化可以改变酶的构象，从而影响其催化活性。
另外，酶的反应产物也可以作为调节信号，通过负反馈机制抑制酶的活性，从而避免代谢产物的积累。
3. 代谢产物浓度调节代谢产物的浓度在代谢途径的调节中起着重要的作用。
当代谢产物的浓度超过一定阈值时，会激活负反馈机制，抑制酶的活性或基因的表达，从而降低产物的合成速率。
这样的调节机制可以维持代谢途径中关键物质的稳态。
三、复杂网络与生物体适应代谢途径的复杂网络和调节机制使得生物体能够适应不同的环境条件和生理状态。
通过调节代谢途径中的酶合成和活性，生物体可以根据需求合成所需的物质并释放能量。
另外，代谢途径的复杂网络还可以通过抑制或激活关键途径来保持内部稳态，防止代谢产物的积累和有害物质的堆积。
当生物体面临外部环境的变化时，代谢途径网络也能够通过调节机制进行相应的调整。
例如，当生物体处于低氧环境下时，代谢途径会调整以减少氧需求，使得生物体能够更好地适应缺氧的环境。
第六章微生物的新陈代谢
阳性
2020/4/21
阴性
甲 基 红 试 验
对照
大肠杆菌：+ 产气杆菌：—
2020/4/21
枸 橼 酸 利 用 试 验
大肠杆菌：— 产气杆菌：+
吲 哚 试 阳性 验
大肠杆菌：+ 产气杆菌：—
2020/4/21
2020/4/21
H2S 试验
尿
素
对照
阳性
阴性
酶
试
验
2020/4/21
1.发酵
发酵是一种在厌氧条件下发生的、不具有以氧或 无机物为电子受体的通过电子传递链传递电子的 生物氧化过程。该发酵被称为生理学发酵,与工业 上所称发酵完全不同。
供微生物发酵的有机物质主要是葡萄糖和其它单糖
工业上所说的发酵是指微生物在有氧或无氧条件下 通过分解与合成代谢将某些原料物质转化为特定微 生物产品的过程。如酵母菌、苏云金杆菌菌体生产, 抗生素发酵、乙醇发酵及柠檬酸发酵等。
第六章 微生物的新陈代谢
第一节微生物的能量代谢 第二节微生物对有机物的分解 第三节 分解代谢和合成代谢的联系 第四节 微生物独特合成代谢途径举例 第五节 微生物的代谢调节与发酵生产
2020/4/21
第一节 微生物的能量代谢
产能和耗能
2020/4/21
一、化能异养微生物的能量代谢
• 按照有无电子传递链，可将其分为底物 水平磷酸化和电子传递磷酸化两种类型 。 1.底物水平磷酸化 2.电子传递磷酸化
2020/4/21
2、HMP途径：
2020/4/21
反应过程：
2020/4/21
3、ED途径：
2020/4/21
第六章微生物代谢
TCA循环的重要特点
为糖类、脂类、蛋白质三大物质转化中心枢纽。 循环中的某些中间产物是一些重要物质生物合成的前体； 生物体提供能量的主要形式； 为人类利用生物发酵生产所需产品提供主要的代谢途径。如 柠檬酸发酵；Glu发酵等。
（二）递氢和受氢 经过上述4条途径脱氢后，通过呼吸链等方式 传递，最终可与氧、无机氧或有机物等氢受体相结
2、HMP途径
磷酸戊糖进一步代谢有两种结局：
①磷酸戊糖经转酮—转醛酶系催化，又生成磷酸己糖 和磷酸丙糖（3-磷酸甘油醛），磷酸丙糖借EMP途径 的一些酶，进一步转化为丙酮酸。称为不完全HMP途 径。
②由六个葡萄糖分子参加反应，经一系列反应，最后 回收五个葡萄糖分子，消耗了1分子葡萄糖（彻底氧化 成CO2 和水），称完全HMP途径。
CO2、H2O 还原型中间代谢 产物醇、酸 NO2、N2 次之 少
电子传递链
完整
不完整
无，底物水平磷 酸化
二、自养微生物产ATP和产还原力 按能量来源不同可分为:
化能自养型
光能自养型
（一）化能自养微生物 还原CO2所需要的ATP和[H]是通过氧化无机物而获得的
硝化细菌、铁细菌、硫细菌、氢细菌
自养微生物氧化磷酸化效率低
葡萄糖 磷酸二羟丙酮
②异型乳酸发酵
乙醇
ATP ADP NAD+ NADH
乙醛
乙酰CoA
NAD+ NADH
乙酰磷酸
葡萄糖
6-磷酸 葡萄糖
6-磷酸葡 5-磷酸 萄糖酸 -CO2 木酮糖 3-磷酸 -2H 甘油醛
2ADP 2ATP
乳酸
（3）Stickland反应
1934年Stickland发现Closterdium sporogenes（生孢梭菌）能 利用一些氨基酸同时作为碳源、氮源和能源， 以一种氨基酸作供氢体，以另一种氨基酸作为受氢体而实现 产能的独特发酵类型。 CH3 CHNH2 + 2 CH2NH2 COOH ADP+Pi
代谢的调控PPT课件
营养与健康管理
通过调节个体的代谢过程， 可以实现更有效的营养补 充和健康管理，预防疾病 的发生。
代谢调控在农业领域的应用前景
作物改良
通过调节作物的代谢过程，可以培育出抗逆性强、产量高、品质 优良的新品种，提高农业生产效益。
精准农业
利用代谢调控技术，可以实现精准施肥、灌溉和病虫害防治，减 少资源浪费和环境污染。
THANKS
感谢观看
蛋白质组学是研究蛋白质表达、 修饰、功能和相互作用的学科。
蛋白质组学在生命科学、医学和 生物技术等领域具有广泛的应用
价值。
蛋白质组学的研究进展包括蛋白 质相互作用组学、蛋白质翻译后 修饰组学和蛋白质功能组学等方
面的研究。
基因组学的研究进展
基因组学是研究生物体基因组的 学科。
基因组学在遗传学、生物技术和 医学等领域具有广泛的应用前景。
葡萄糖代谢调控
01
癌细胞通常会优先利用葡萄糖作为能量来源，通过增加葡萄糖
转运子和酶的表达来促进葡萄糖的摄取和利用。
脂肪酸代谢调控
02
癌细胞会改变脂肪酸的合成和分解代谢，以满足自身对能量的
需求。
氨基酸代谢调控
03
癌细胞会利用氨基酸作为合成蛋白质和其他重要物质的原料，
同时也会通过增加酶的表达来促进氨基酸的摄取和利用。
方向。
酶的活性调节
酶的活性可以通过共价修饰、变构 效应、别构效应等方式进行调节， 从而改变酶对底物的作用。
酶的分布和定位
酶在细胞内的分布和定位对代谢调 控具有重要意义，不同细胞器中的 酶可以催化不同的代谢反应。
激素的调控
激素的合成与分泌
激素的合成与分泌受到多种因素的影响，如营养状况、神经信号 等，这些因素可以调节激素的合成与分泌。
代谢途径的调控与代谢调节
代谢途径的调控与代谢调节代谢途径的调控与代谢调节在维持生物体正常功能和稳态方面起着重要作用。
生物体通过一系列的调控机制来调节代谢途径的速率和方向，以适应内外环境的变化，从而保持体内代谢的平衡。
本文将重点讨论代谢途径的调控与代谢调节的基本概念、主要调控器和相关机制。
1. 代谢途径的调控代谢途径是物质在生物体内转化的路径和方式。
生物体内有许多不同的代谢途径，如糖酵解途径、无氧呼吸途径和脂肪酸合成途径等。
这些代谢途径之间相互联系，通过酶催化等方式形成复杂的代谢网络。
生物体需要根据能量需求和外部条件来调控这些代谢途径的速率和方向，以维持体内代谢的平衡。
生物体通过调节酶的活性和基因表达来调控代谢途径。
酶是生物体内催化化学反应的蛋白质。
酶的活性受到许多因素的影响，如温度、pH值和底物浓度等。
生物体可以通过调节这些因素来改变酶的活性，进而调控代谢途径的速率。
此外，生物体还可以通过改变酶的合成和降解来调控代谢途径的方向。
2. 代谢调节的概念代谢调节是生物体通过一系列复杂的调控机制来维持体内代谢的平衡。
代谢调节可以分为两种类型：内源性调节和外源性调节。
内源性调节是指生物体内部产生的调节信号来调控代谢途径。
外源性调节是指生物体受到外部环境刺激而产生的调节信号来调控代谢途径。
内源性调节通过代谢产物的浓度来调节代谢途径。
当代谢产物的浓度升高时，生物体会抑制与该代谢产物相关的代谢途径，从而减少该代谢产物的生成。
相反，当代谢产物的浓度降低时，生物体会促进与该代谢产物相关的代谢途径，增加该代谢产物的生成。
外源性调节通过受体的激活来调节代谢途径。
生物体表面的细胞受体可以感知外部环境的刺激，并产生相应的信号传递到细胞内部。
这些信号可以激活或抑制特定的代谢途径，以适应外部环境的变化。
外源性调节可以包括神经系统和内分泌系统等。
3. 代谢调节的主要调控器代谢调节的主要调控器包括激素、酶和基因调控等。
激素是生物体内分泌系统产生的一类调节信号。
第6章-微生物的代谢
新陈代谢 = 分解代谢 + 合成代谢 分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系 的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式 的能量和还原力的作用。
合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小 分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大 分子的过程。
合成代谢按产物在机体中作用不同分： 初级代谢： 提供能量、前体、结构物质等生命活动所 必须的代谢物的代谢类型；产物：氨基酸、核苷酸等。 次级代谢： 在一定生长阶段出现非生命活动所必需的代 谢类型；产物：抗生素、色素、激素、生物碱等。
•反应步骤简单，产能效率低.
• 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接， 可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中间 代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌氧时进行 乙醇发酵.
相关的发酵生产：细菌酒精发酵
葡萄糖三条降解途径在不同微生物中的分布
菌名 酿酒酵母 产朊假丝酵母 灰色链霉菌 产黄青霉 大肠杆菌 铜绿假单胞菌 嗜糖假单胞菌 枯草杆菌 氧化葡萄糖杆菌 真养产碱菌 运动发酵单胞菌 藤黄八叠球菌
氧被消耗而造成局部的厌氧环境
硝酸盐还原细菌进行厌氧呼吸
土壤中植物能利用的氮 （硝酸盐NO3-）还原成 氮气而消失，从而降低 了土壤的肥力。
松土，排除过多的水分， 保证土壤中有良好的通 气条件。
反硝化作用在氮素循环中的重要作用
硝酸盐是一种容易溶解于水的物质， 通常通过水从土壤流入水域中。如果 没有反硝化作用，硝酸盐将在水中积 累，会导致水质变坏与地球上氮素循 环的中断。
2、 HMP途径 (戊糖磷酸途径)
（Hexose Monophophate Pathway）
葡萄糖经转化成6磷酸葡萄糖酸后， 在6-磷酸葡萄糖酸 脱氢酶的催化下， 裂解成5-磷酸戊糖 和CO2。
生物体内的代谢途径和调节
生物体内的代谢途径和调节生物体内的代谢过程是指化学反应过程，包括营养物质的摄入，分解与合成，产生能量或消耗能量，并且对身体的生长和发育具有重要作用。
生物体内代谢途径主要包括糖类、脂类和蛋白质代谢三个方面，而在代谢过程中，又会有对代谢过程的调节和控制。
一、糖类代谢糖类是人体能量的主要来源之一，不仅通过食物提供，也可以通过肝脏和肌肉等内源性合成。
糖类代谢过程包括糖原代谢、糖异生和糖酵解三个方面。
糖原是一种多糖，主要储存在肝脏和肌肉细胞内，在需要时可以被分解，产生能量。
而糖异生指的是在饥饿或低血糖情况下，肝脏和肾脏等器官通过代谢非糖物质将其转化为糖类的合成过程。
糖酵解则是将葡萄糖分解为能量和乳酸，同时也能产生ATP。
在糖类代谢过程中，能产生大量能量和二氧化碳等反应产物。
糖类代谢的调节可以通过胰岛素和葡萄糖激素等荷尔蒙进行控制。
二、脂类代谢脂类代谢是指脂肪的合成、分解和氧化过程。
脂肪是储存能量的一种方式，同时也为人体提供重要的组成部分。
脂类代谢过程包括脂肪的合成、分解和氧化三个方面。
脂肪的合成主要发生在肝脏和脂肪细胞中，由葡萄糖和氨基酸等物质通过多级反应合成三酰基甘油等中间代谢物。
脂肪的分解则在肝脏和肌肉等组织中进行，通过酯酶等酶的催化将三酰基甘油分解为游离脂肪酸和甘油等反应产物。
脂肪的氧化则在线粒体中进行，将脂肪酸和氧气反应，产生大量ATP和其他代谢产物。
三、蛋白质代谢蛋白质代谢涉及蛋白质的合成和分解两个方面。
蛋白质是构成人体组织和器官的重要组成部分，对于人体的生长、发展和修复等过程具有重要作用。
蛋白质的分解主要发生在肝脏和腰肌等组织中，通过蛋白水解酶等酶的催化将蛋白质分解成氨基酸等反应产物。
蛋白质的合成则是通过核酸和氨基酸等物质进行，合成过程需要利用ATP等能量源。
四、代谢的调节代谢过程的调节主要通过内分泌系统进行，并且调节的发生和停止是由反馈机制实现的。
在胰腺中分泌的胰岛素主要促进糖原的形成和脂肪酸合成等代谢过程，同时也抑制了糖异生和脂肪分解等反应。
代谢控制发酵-第六章 代谢控制发酵实例
(2) 选育渗漏缺陷型突变株 苯丙氨酸和酪氨酸双营养缺陷(或预苯酸缺陷)使得菌株生长
缓慢，因此可选育预苯酸渗漏缺陷型突变株 渗漏缺陷型是一种不完全营养缺陷型，它不会产生过量的末
端产物，因而可以避开反馈调节 但它又能合成微量的末端产物，用来进行生物合成 在培养这种突变体时，可不必在培养基中添加相应的物质，
弱化子
p 解除反馈调节，增强色氨酸合成途径代谢流(通) 解除色氨酸抑制作用：
(1) 选育色氨酸结构类似物(5-氟色氨酸、5-甲基色氨酸) 抗性突变株
变构，失活
酶
色氨酸
问题：诱变后存活的微生物 包括正向突变(想要的)、负 向突变(不想要的)，怎么把 正向突变的筛选出来？
5-氟色氨酸 5-甲基色氨酸
四、青霉素发酵
生物合成途径
四、青霉素发酵
代谢调节
碳分解代谢产物的影响
Ø 青霉素的生物合成受碳分解代谢产物阻遏，如ACV合成 酶，IPN合成酶，酰基转移酶就被阻遏
Ø 葡萄糖可以刺激菌体生长，使作为赖氨酸和青霉素合 成中间体的α-氨基己二酸转向合成赖氨酸，抑制青霉 素的合成
Ø 葡萄糖降低青霉素生物合成的速率和得率还由于葡萄 糖与6-APA之间形成复合物，从而减少了可用于合成青 霉素的中间产物。
Ø 选育单氟乙酸、三氟乙酸敏感突变株 抑制乌头酸梅和异柠檬酸脱氢酶活性。若菌体对药品 敏感，说明该突变株的乌头酸酶和异柠檬酸酶活力低或 含量少
Ø 选育强化CO2固定反应的突变株 氟丙酮酸敏感、天冬氨酸缺陷、羧化酶基因克隆
Ø 强化柠檬合成酶
一、柠檬酸发酵
发酵控制
Ø 控制Mn2+和NH4+浓度，解除柠檬酸对PFK的抑制，使EMP 畅通无阻
6第六章 微生物的代谢
发酵的类型
1.由EMP途径中丙酮酸出发的发酵
丙酮酸EMP途径的关键产物，由丙酮酸出发，在 不同微生物中可进入不同的发酵途径，如：同型酒 精发酵、同型乳酸发酵、丙酸发酵、混合酸发酵、 丁酸发酵等。
2.通过HMP途径的发酵——异型乳酸发酵 （heterolactic fermentation）凡葡萄糖发酵后产生乳 酸、乙醇（乙酸）和CO2等多种产物的发酵即异型 乳酸发酵；相对的如只产生2分子乳酸的发酵则称 同型乳酸发酵（homolactic fermentation）
第六章 微生物的代谢
Microbial metabolism
概述
新陈代谢（metabolism）简称代谢，是指发生在活细胞 中的各种分解代谢（catabolism）和合成代谢 （anabolism）的总和。
分解代谢又称异化作用，指复杂的有机分子在分解代谢 酶系的催化下产生简单分子、能量和还原力的作用。
TCA循环在微生物生命活动中的意义：
（1）彻底氧化，为微生物生长提供大量的能 量。 （2） 位于一切分解代谢与合成代谢的中枢地 位，为有机物的合成提供大量的原料。 （3）工业生产中可利用这一途径生产柠檬酸、 苹果酸、琥珀酸、谷氨酸等工业原料。
6.1.1.2 递氢和受氢
在生物体中，贮存在葡萄糖等有机物中 的化学能，经上述的多种途径脱氢后， 经过呼吸链等方式递氢，最终与受氢体 （氧、无机物或有机物）结合，以释放 其化学潜能。
1.EMP途径（Embdem-Meyerhof-Parnas pathway）或糖酵解途径（Glycolysis Pathway ）
是绝大多数生物所共有的一条主流代谢途径。
1分子葡萄糖，经10步反应，产生2分子丙酮 酸 苷、酸）2分和子2N分A子DAHT2（P。还原型烟酰胺腺嘌呤二核
微生物学课件 第六章 微生物代谢
ATP ADP+P
Fd
(Fe4S4)2
FeMoCo N2
3、CO2同化
①乙醛酸循环 ②丙酮酸羧化支路 ③甘油酸途径：乙醇酸、草酸、甘氨酸底物， 转化为乙醛酸，缩合成羟基丙酮酸半醛，还原成甘 油酸进入EMP途径。
4、糖类的合成
单糖的合成；多糖的合成。
5、氨基酸的合成
氨基化作用；转氨基作用；前体碳骨架合成。
e-
e- Bph
e- QA e- QB e-
Q库
ADP+Pi Cyt.bc1 ATP
逆电子传递 外源H2
NAD(P) NAD(P)H2
P700 e- Cyt.c2
外源电子供体H2S等
非环式光合磷酸化 （non-cyclic photophosphorylation）
1/202 2H+
叶绿素b
e- Ⅱ
③膜透性调节； ④能荷调节； ⑤诱导作用：类似物诱导； ⑥磷酸盐调节。
（1）CO2的固定：空气中的CO2同化成细胞物质的 过程。
①卡尔文循环
②还原性三羧酸循环固定CO2
乙酰CoA
丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸
草酰乙
酸
琥珀酰CoA
α-酮戊二酸
柠檬酸
乙酸
乙酰CoA
③还原单酸循环
不消耗能量，Fd由H2或NADH2提供电子，由乙酰
CoA 丙酮酸
草酰乙酸
乙酸
2、生物固氮
固氮微生物(nitrogen –fixing organisms, diazotrophs）
代谢调控：利用遗传学方法或其它生物学方法，人 为地改变和控制生物的代谢途径，生产有用物质或进行 有益服务。
二、微生物产能代谢
第6章增加的内容-代谢途径的调控.
通过代谢途径调控的研究可以阐明途径中 酶的活性被调节的机理乃至在分子水平上被控 制的机理，一旦了解了酶的调节特性，就可以 利用代谢控制分析的方法推断途径通量的总体 控制，并根据总体通量控制的特点进行网络的 优化和菌种的改进。
Uncompetitive inhibition enzyme kinetics I>0
E+S
' Km
k2 ES E+P I
Ki ESI
Ki =
ES I ESI
I=0
1 Km [ I ] 1 1 [ I ] 1 1 v vmax Ki [S ] vmax Ki
酶浓度的调节
转录的控制
正调控 负调控（底物诱导和终产物阻遏） 弱化机制
翻译的控制
反义mRNA mRNA稳定性 翻译起始概率 翻译速率 等…
酶浓度的调节
——转录的控制
顺式作用元件：对基因表达有调节活性的DNA序列，其活性只影响与
其同处于一个DNA分子上的基因，这种序列不编码蛋白质，多位于基因 旁侧或内含子中，如：操纵基因、启动子和终止子。
E0 ES Vm S ' ' Km S E0 K m
E0 S Vm S Km S Km S
ES的解离常数
[S]<<Km时
，
v
v
Vm S Km
Vm S
v
K m S
Vm S
[S]>>Km时 [S] = Km时
•可逆共价修饰（磷酸化、酰基化等） •活化剂、抑制剂和变构效应的调节
生物体内代谢途径的调控和调节
生物体内代谢途径的调控和调节生物体内代谢途径是复杂的生化过程，包含很多不同的酶、代谢产物和信号分子。
代谢途径的良好调控和调节对维持生物体内稳态、适应环境的变化和维持生命的正常运转至关重要。
本文将探讨生物体内代谢途径调控和调节的一些机制。
一、信号分子与代谢途径信号分子是细胞间和细胞内传递信息的关键分子，它们对生物体内代谢途径的调控和调节起着重要作用。
最常见的代表是激素，例如胰岛素和胰高血糖素等。
胰岛素是一种由胰岛β细胞分泌的多肽激素，可以促进葡萄糖的吸收和利用，同时还可以抑制葡萄糖的合成和释放。
胰高血糖素则促进肝脏释放葡萄糖，增加血糖浓度。
这两种激素可以通过调节多种代谢酶的活性和基因表达，影响糖代谢途径，从而调节血糖水平。
除了激素外，还有其他一些信号分子也能调控代谢途径。
例如AMPK (AMP-activated protein kinase) 是一种主要参与细胞能量代谢的信号分子，当细胞能量不足或受到其他压力，AMPK会激活，进而抑制 ATP生成途径，促进糖原合成和脂肪酸氧化等代谢途径，以增加细胞内能量供应。
二、遗传调控与代谢途径遗传调控是生命现象中的重要驱动力之一。
在生物体内代谢途径中，遗传调控可以通过多种机制影响代谢途径。
最经典的例子是控制葡萄糖代谢途径的糖原合成和糖解酶的调节。
糖原合成酶和糖分解酶这两种酶的基因需要在不同的时期和不同的细胞内调控，来确保能量供需平衡。
此外，还有一类叫做转录因子的蛋白质，可以结合到DNA上，调节基因的转录，从而影响代谢途径。
其中，PPARs (Peroxisome proliferator-activated receptors) 在调节脂肪酸酮体合成和分解以及胰岛素敏感性方面起着关键作用。
三、营养调节与代谢途径营养调控是代谢途径的最常见形式之一。
当生物体内的外源性营养物质供应发生变化时，代谢途径会经历一定程度的调节和调控。
例如，在饥饿状态下，为了满足细胞能量需求，代谢途径开始将脂肪酸、糖原和蛋白质转化为能量。
细胞代谢途径的调控与调节
细胞代谢途径的调控与调节细胞代谢途径是生物体内一系列化学反应的集合，包括能量来源的产生、生命活动必需物质的生产等。
其过程复杂多变，需要严格的调控和调节机制，以维持生命的平衡和稳定。
本文将详细探讨细胞代谢途径的调控与调节。
Ⅰ. 代谢途径的分类细胞代谢途径按照功能可分为三大类：能量代谢途径、生物合成途径和分解途径。
其中，能量代谢途径为生命活动提供动力，包括糖酵解、细胞呼吸等；生物合成途径主要是生物体内各种生物分子的生产，如脂质、蛋白质、核酸等；分解途径则是将细胞内的物质分解成更小的分子，以提供能量和原料。
Ⅱ. 代谢途径的调控细胞代谢通路的调控可分为两种类型：结构性调控和功能性调控。
结构性调控主要是通过改变酶分子结构来控制代谢途径。
细胞内的代谢酶分子结构和化学性质决定了它们与底物相互作用的效率和特异性，从而影响代谢途径的通畅性。
这种调控方式实现起来比较简单，但是速度较慢，需要时间加以体现。
功能性调控是指通过调节酶催化的反应速率和通量来控制代谢途径。
这种方式可以很快地响应环境变化和代谢需求，实现代谢途径的快速适应性调整。
功能性调控可分为四种方式：（一）底物和产物的反馈调控底物和产物可通过反馈调控的方式调节代谢途径。
通常来说，底物的浓度增加会刺激代谢途径的进程；而产物的浓度增加则会减缓代谢途径的速率。
例如，糖原合成途径受到葡萄糖的刺激，但是当糖原积累到一定浓度时，它会通过反馈机制抑制糖原合成。
（二）协同作用的调控代谢通路中有些酶需要多种辅助因子才能发挥作用，这些辅助因子可以协同作用，参与酶的活性调控。
例如，酪氨酸合成途径中，主要酶TyrA的活性受到多种调控因子的影响，这些因子包括底物、产物、反式异构酶、抗平衡因子等。
（三）磷酸化和脱磷酸化的调控磷酸化和脱磷酸化是细胞内最常见的酶活性调控方式之一。
磷酸化可通过添加磷酸基团而调节酶的结构和活性，而脱磷酸化则是通过将磷酸基团去除而发挥作用。
磷酸化和脱磷酸化是具有反应性和可逆性的，可以随时根据细胞内的需要进行调整。
生物体内代谢途径与调控机制
生物体内代谢途径与调控机制生物体是一个复杂的系统，其中包含许多不同的化学反应。
这些反应可以分为两类：代谢反应和合成反应。
代谢反应是生命维持活动的基础，包括能量产生、物质转化和废物去除等。
这些代谢反应需要有一定的调控机制来确保它们在正确的时间和速率进行，从而维持整个生命体的健康和平衡。
1. 代谢途径代谢途径是生物体内进行能量和物质转化的过程。
常见的代谢途径包括糖类代谢、脂肪代谢和蛋白质代谢等。
这些代谢途径是连续的反应序列，从而将初始的底物转化为最终产物。
糖类代谢中，葡萄糖经过糖酵解或糖异生途径被转化为能量和其他化合物。
脂肪代谢涉及三酰甘油的水解和β氧化反应，产生ATP和二氧化碳等产物。
蛋白质代谢涉及氨基酸的转运和合成等过程。
这些代谢途径之间相互影响和调节，在生物体内形成了广泛的代谢网络。
2. 代谢调控代谢反应的高效率产生需要有一定的调控机制。
这些调控机制包括基因表达水平调节、酶催化活性调节和代谢产物调节等。
其中基因表达水平调节是代谢调控的重要手段之一。
通过生物体内的信号通路，促进或抑制关键酶的基因表达，可以增加或减少代谢途径的速率。
例如，生长激素可以促进肝脏糖异生途径的速率，从而提高葡萄糖合成能力。
另外，酶催化活性的调节也是代谢调控的重要内容之一。
酶催化活性的增加或降低，会直接影响代谢途径的速率。
酶活性的调节可以由特定结构和环境提供的信号分子实现。
例如，三磷酸腺苷（ATP）可以通过调节磷酸化酶活性，控制导致能量消耗的反应。
此外，代谢产物调节也是调节代谢反应速率的一种重要方式。
代谢产物可以直接调节某些酶的活性，这种调节方式称为反馈抑制。
例如，ATP可以降低糖异生途径中磷酸葡萄糖异构酶的催化活性，从而有效控制葡萄糖合成的速率。
3. 代谢与疾病代谢途径和调控机制的失调，常常会导致疾病的发生。
例如，糖尿病就是一种由胰岛素缺乏或抵抗导致的代谢疾病。
糖尿病患者体内的胰岛素分泌不足，导致葡萄糖合成和利用的能力下降，进而导致血糖升高。
细胞代谢途径的调控和调节
细胞代谢途径的调控和调节细胞代谢途径是所有生物体体内物质转化的过程，其中包括各种代谢途径，例如碳水化合物代谢、脂肪代谢和蛋白质代谢等。
这些代谢途径是非常复杂的，需要许多辅助因素来进行控制和调节。
本文将探讨细胞代谢途径的调控和调节机制。
酶促反应和代谢调节在细胞代谢途径中，酶是一个非常重要的因素。
酶是生物体内的催化剂，可以促进各种化学反应的进行。
代谢途径中的每一个步骤都需要特定的酶来催化反应。
酶的活性和数量的变化都可以影响代谢途径的进行。
对于细胞而言，酶的活性是可以改变的。
人体内的酶被调节的方式包括两种：一种是酶的基本生成和降解，另一种是酶的活性调节。
活性调节是一种通过影响酶的构象来调节其活性的方法。
构象是指酶的不同立体构型，具有不同的活性和互作性。
常见的活性调节方式有两种：一种是酶促反应产生，另一种是抑制剂调节。
酶促反应主要用于代谢途径中黄酮酮和环酶之间的反应。
这个过程是由一种酶来催化的，名字叫做酪氨酸羟化酶。
抑制剂调节是通过在酶的活性点上与酶结合，并使酶失去活性来调节酶活性。
这个过程可以通过抑制剂或防止酶的激活来实现。
这种调节方式既可以是临时的，也可以是持久的。
细胞中的信号转导除了酶的调节外，细胞代谢途径还受到细胞内信号转导系统的影响。
信号转导系统是一种通过细胞表面的受体来接受信号并将其以生化方式在细胞内传递的过程。
有许多不同类型和机制的信号传递系统。
在细胞代谢途径中，腺苷酸环化酶和腺苷酸二磷酸酶是最常见的信号分子。
腺苷酸环化酶是一种将ATP转换为二磷酸腺苷的酶，可以通过细胞内一级或二级信号来激活。
腺苷酸环化酶的激活可以增强代谢途径中的葡萄糖酶合成。
腺苷酸二磷酸酶是一种还原二磷酸腺苷为ATP的酶。
与腺苷酸环化酶相反，它可以通过信号的抑制来实现代谢途径的调节。
同化作用和异化作用在细胞代谢途径中，同化作用与异化作用是两个重要的概念。
同化作用是从外部资源中提取有用的能源和物质，并将其转化为生物大分子(如糖、脂肪和蛋白质)的过程。
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Ki
' Km
ES E+P k2 I
Ki
E I = ES I EI ESI
I=0
EI+S
' Km
ESI
1 Km 1 1 v vmax [ S ] vmax
vmax,app 1 [I ] 1 Ki
[I ] 1 Ki
v v(ce , cs , c p , cr )
酶的浓度（转录和翻译）
底物的浓度（分解代谢物阻遏等） 产物的浓度（终产物反馈抑制和阻遏） 调节物分子的浓度（抑制或激活）
代谢途径调控的层次性
原核生物
基因结构简洁有效，无多余序列，必须利用少量的DNA序列充分存储 必要的遗传信息 调控层次少，简单而快速：酶活调节-转录和翻译调节-总体调控
I>0
E+S + I Ki EI
k1 k-1
K m 1 S Ki
Vm S
I=0
E I Ki EI
1 Km [ I ] 1 1 1 v vmax Ki [S ] vmax
第六章 代谢途径的调控和代谢控制分析 Regulation of metabolic pathway & MCA
通过代谢途径调控的研究可以阐明途径中 酶的活性被调节的机理乃至在分子水平上被控 制的机理，一旦了解了酶的调节特性，就可以 利用代谢控制分析的方法推断途径通量的总体 控制，并根据总体通量控制的特点进行网络的 优化和菌种的改进。
m
70.00 y = 3.6334x + 23.983 R = 0.9934
2
60.00
D
50.00
40.00 r (L h g ) 30.00 y = 1.5675x + 11.669 R = 0.9999 20.00
2 -1 . . -1
C
y = 1.034x + 7.1996
B A
y = 0.8016x + 5.8491 R = 0.9998
v Vm
' Km 1 S
v
Vm S
如果底物自身有抑制作用：一种反竞 争抑制，1/v是1/s的双曲函数，该双 曲函数具有一垂直和一倾斜渐近线
在高底物浓度时，K’m/[S]<<1，抑制作用显著。 这种情况下反应速率为 v V
S 1 KS 1
能适应多种不利环境，进行快速调节
真核生物
有充分的遗传物质，能形成各种特殊的基因结构
调控层次多而复杂：转录前（DNA扩增、甲基化） 转录（增强子） 转录后（mRNA拼接） 翻译（翻译因子的磷酸化、转铁蛋白等） 翻译后（蛋白质修饰） 对遗传信息传递的准确性和稳定性更有利
代谢途径的调控的层次性
主要介绍原核生物的调控
k1 k2 k2
R Km
F Vmax k2 E0
R Vmax k1E0
r
F F R R Vmax [ S ]/ K m Vmax [ P]/ K m F R 1 [ S ]/ K m [ P]/ K m
Competitive inhibition enzyme kinetics
Vm S
[S]>>Km时 [S] = Km时
，
S
Vm
，
1 v Vm 2
rmax = k
0.5 slope = k/Km 0.4
0.3 r
0.2
0.1
0 0
1
2
3 s
4
5
6
最适底物的判断：（P204 的推导）
v
K m S
Vm S
1 1 Km 1 v Vm Vm S
分支代谢途径反馈调节实例
谷氨酸棒杆菌中Lys和Thr对天冬氨酸激酶的 协同反馈抑制：如果高丝氨酸脱氢酶缺陷， 在补加生长所需的少量Ileu和Thr后，可以 解除协同反馈抑制而造成Lys积累
分支代谢途径反馈调节实例
大肠杆菌中天冬氨酸族氨基酸合成的调节 三种天冬氨酸激酶，其中两种分别只受赖氨酸和 苏氨酸的反馈抑制，而且Lys和Thr还分别抑制其 分支途径的第一个酶属于同工酶反馈抑制。
2
2.5
1 p K eq 1 1 (1 ) r K eq1 vmax s vmax
2.0
1.5
1.0
slope
Keq k
60
(1
0.5
p ) Keq1
70 80 90
0.0 0 10 20 30 40 p (mg L )
. -1
50
酶活力调节的方式
酶原的激活（不可逆）
可逆共价修饰（磷酸化、酰基化等） 活化剂、抑制剂和变构效应的调节
激活蛋白质或抑制蛋白质（例如真核细胞中， 带有结合态钙离子的钙调蛋白激活许多酶）
变构酶（allosteric enzyme)的特点
具有协同作用的酶——别构酶 一般具有多个调节位点（效应物）与催化位点（底物）。
它们大多是几个亚基聚集而成的多聚体酶，具有
k1 E S k1 ES k2 ES
E = E0 -ES
快速平衡假设
k1 ES k1 ES
' Km
拟稳态假设
d ES dt 0
k1 ES k1 ES
k1 k2 ES Km k1 ES
2
R = 0.9996
2
10.00
0.00
产物是抑制剂的 非竞争产物抑制
kes p 1 r 2 0 (1 ) K eq s K eq1
-10.00
-5.00
0.00 s (L g )
-1 . -1
5.00
10.00
15.00
4.0
3.5 slope (h) 3.0
y = 0.0363x + 0.6699 R = 0.9981
四级结
构，这些亚基可以不同，也可以完全相同。
动力学特征：S型曲线，而不是米氏方程的双曲线 协同性(Cooperativity)
协同效应 Cooperativity
与一个底物分子的结合引起
酶结构的改变，导致剩余结 合位点对底物亲和力的升高， 随着更多的底物结合，亲和 力也越高，称为正协同效应。
分子水平调控
酶的“质”和“量”的调控
细胞水平调控
调控代谢子（modulon)或调节子(regulon) 代谢网络的调控(建立代谢调节网络、分析调节 网络的特点如拓扑结构、层次性等）
酶动力学
单底物的酶催化反应动力学模型: 由V. C .R. Henri 于 1902年及L. Michaelis 和M. L. Menten 于1913年建立的。 简单的酶催化反应动力学通常是指Michaelis-Menten动力学 或饱和动力学。
K m,app
I K m 1 S Ki
Vm S
Substrate inhibition enzyme kinetics
k2 ES E+S E+P S S ES
' Km
K S1
ES2
K S1 ES2
2
S ' K m S KS1 在低底物浓度时，[S]2/KSI<<1，观察不到抑制作用。反应速率为
v d P dt k2
v
d P dt
k2
E0 ES Vm S ' ' Km S E0 K m
E0 S Vm S Km S Km S
ES的解离常数
[S]<<Km时
，
v
v
Vm S Km
Vm S
v
K m S
S型曲线表明： r对s的敏感性在底物浓度接近零时不高， 而在正常底物浓度下十分敏感
协同性使变构酶在胞内代谢物处于生理浓度附近（S=Km) 起着反应“开关”的作用，对于细胞实现对反应和代谢 物浓度的快速调节具有重要意义。
底物同酶的结合具有协同性时，n>1。
rmax s n r n s Kn
Hill 经验方程
增效反馈抑制
>(1-0.85)*0.2=32%
激活和抑制的联合作用
分支代谢途径反馈调节实例
黄色短杆菌中Tyr和 Phe协同反馈抑制DAHP 合成酶，并存在两种 优先合成和激活调节。 枯草芽孢杆菌中Tyr、 Phe和Trp只抑制其分 支途径中的第一个酶， 造成分支酸和预苯酸 积累，由这两种中间 产物抑制DAHP合成酶， 属于顺序反馈抑制。
vmax,app vmax vmax [I ] 1 Ki 1 Km Km I 1 Ki 1
反竞争性抑制剂只与ES复合物结合，而 且它与酶无亲和作用。 Vm值的降低要比 Km值的降低更具显著作用，其最终结果 是使反应速率降低。
v
ES
d ES dt 0
k1 k1
ES
(es)
k2 k2
EP
E = E0 -ES
k1s k2 p e0 k1 k2 k1s k2 p
r k2 (es) k2 p(e0 (es))
k k K 1 2 k1
F m
k1k2 s k1k2 p e0 k1 k2 k1s k2 p
Uncompetitive inhibition enzyme kinetics I>0
E+S
' Km
k2 ES E+P I
Ki ESI
Ki =
ES I ESI