微生物的代谢调控理论及其在食品发酵中的应用.pptx
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❖ 乳糖操纵子模型。
二、分解代谢物调节
分解代谢物阻遏作用
❖细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源） 存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用 慢的底物的有关酶合成的现象。
❖ 大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源 而生长繁殖。当培养基中有葡萄糖和乳糖时，细菌优先使用葡萄 糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，就能利 用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖生长，从而出现二次生长曲线。
3、积累反馈抑制
❖ 每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同 途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时 它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既无协 同效应，亦无拮抗作用。
4、顺序反馈抑制
❖ 一种终产物的积累，导致前面一中间产物的积累， 通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成 终止。
酶合成的调节和酶活性的调节的比较
酶合成的调节
酶活性的调节
调节对象 诱导酶的合成
酶的活性
调节机制 对基因表达 的调控
特点
较慢
以反馈的方式调节 反应过程
快速、精细
意义
避免物质和能 量的浪费
避免代谢产物的积累
一、诱导作用
❖ 微生物在诱导物的作用下，产生诱导酶 从而实现对某些物质的分解和利用的现 象称为诱导作用。
新陈代谢
分解代谢 (catabolism) 合成代谢 (anabolism)
复杂分子 （有机物）
分解代谢 合成代谢
简单小分子 +Βιβλιοθήκη BaiduATP + [H]
❖ 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，即异化作用。
❖ 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，即同化作用。
第三章 微生物的代谢调 控理论及其在食品发酵中 的应用
本章内容
❖ 微生物代谢调节的基本概念和相关的酶 ❖ 微生物的代谢调控作用 ❖ 代谢调控在食品发酵中的应用
第一节
微生物代谢调节的基本概念和 相关的酶
一、新陈代谢
二、与代谢调节有关的酶
一、新陈代谢
❖ 新陈代谢：简称代谢，是营养物质在生物体内所 经历的一切化学变化的总称。
按代谢产物在机体中作用不同分类
❖ 初级代谢：提供能量、前体、结构物质等生命活 动所必需的代谢物的代谢类型；合成的产物称为 初级代谢产物，包括：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；合成的产物称为次级代谢产物， 包括：抗生素、色素、激素、生物碱等。
初级代谢产物和次级代谢产物的不同
——协同反馈抑制 ——合作反馈抑制 ——积累反馈抑制 ——顺序反馈抑制
1、协同反馈抑制
❖ 是指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时 才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节 方式。
2、合作反馈抑制
❖ 又称增效反馈抑制，是指两种末端产物同时存在时 可以起到比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。
90%
生长繁殖 是否必需 产生阶段
菌种特异性
分布 位置
初级代谢 产物 是
始终产生 无
细胞内
次级代谢 产物 否
生长到一定阶段后产生 有
细胞内或细胞外
种类
氨基酸、核苷酸、 多糖、脂类、维生 素等
激素、毒素、 色素、抗生素
❖ 生物体内的新陈代谢是靠生物催化剂——酶来催化。
❖ 酶是推动生物体内全部代谢活动的工具。
❖ 代谢控制发酵：就是人为地在DNA分子水平上改 变和控制微生物的代谢活动，使目的产物大量生 成、积累。
三、反馈调节
❖ 反馈调节是指代谢过程的中间产物或终产 物对代谢过程早期阶段的关键酶的反馈抑 制作用。
❖ 抑制酶的活性称为反馈抑制；抑制酶的合 成称为反馈阻遏。
（一）反 馈 阻 遏
❖ 乳糖操纵子——酶合成的诱导 ❖ 色氨酸操纵子——酶合成的阻遏
——通过辅阻遏物来进行调节
（二）反 馈 抑 制
❖ 分类：
蛋白激酶A的激活
3、多功能酶
❖ 指在结构上只有一个多肽链，但具有两 种或两种以上的催化活力或结合功能的 蛋白质。
第二节 微生物的代谢调控作用
一、诱导作用 二、分解代谢物调节 三、反馈调节 四、能荷调节
酶的调节
酶合成的调节 酶活性的调节
1、酶合成的调节：大肠杆菌对葡萄糖和乳糖的利用 差异。
微生物 细胞中 的酶
四、能荷调节
❖ 细胞内ATP、ADP、AMP之间的比例实际上是在 不断的变动的，细胞通过改变这三者的比例来调节 其代谢活动，称为能荷调节或腺苷酸调节。
❖ 调节形成ATP的分解代谢酶类活性，也调节利用 ATP的生物合成酶类的活性。
第三节
代谢调控在食品发酵中的应用
一、发酵工艺条件的控制 二、菌种遗传特性的调控 三、控制细胞膜的渗透性
❖ 同一种物质，其分解代谢和合成代谢途径一般是不 相同的。他们并不是简单的可逆反应，而往往是通 过不同的中间反应或不同的酶来实现的。这样可以 使生物体增加体内化学反应的数量，并使其对代谢 活动的调控具有更大的灵活性和应变能力。
❖ 生物机体的分解代谢和合成代谢不只是采取不同的 途径，甚至同一种物质的两种过程是在细胞的不同 部位进行（蛋白质、核酸等）。
❖ 由于酶作用的专一性，每一种化学反应都有特殊的酶 参与反应。每种特殊的酶都有其调节机制。它们使错 综复杂的新陈代谢过程成为高度协调的、高度整合在 一起的化学反应网络。
二、与代谢调节有关的酶
1、同工酶
❖能催化同一种化学反应，但酶蛋白的分子结构不 同的一组酶，存在于生物的同一种属或同一个体 的不同组织中，甚至是同一组织或细胞中。
组成酶——细胞中始终存在的酶 基因处于打开状态
诱导酶——环境中某种物质诱导下产生的酶 基因有条件的表达
2、酶活性的调节
通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。
代谢产物和酶结合，致使 酶的结构发生改变。但这种 变化是可逆的，当代谢产物 和酶脱离后，酶结构就会复 原，又恢复原有活性。
意义：微生物细胞内一般不 会积累大量的代谢产物。
2、别构酶
❖ 又称变构酶，具有变构作用（别构作用）的酶称为别 构酶。迄今所有已知的别构酶都是寡聚酶，即含有两 个或两个以上的亚基。
❖ 特点：多亚基、两中心（活性中心、调节中心）。 ❖ 调节中心——结合调节因子或效应物。 ❖ 活性中心——结合底物。 ❖ 活性中心和调节中心是通过构象的变化而相互联系的。
二、分解代谢物调节
分解代谢物阻遏作用
❖细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源） 存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用 慢的底物的有关酶合成的现象。
❖ 大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源 而生长繁殖。当培养基中有葡萄糖和乳糖时，细菌优先使用葡萄 糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，就能利 用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖生长，从而出现二次生长曲线。
3、积累反馈抑制
❖ 每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同 途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时 它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既无协 同效应，亦无拮抗作用。
4、顺序反馈抑制
❖ 一种终产物的积累，导致前面一中间产物的积累， 通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成 终止。
酶合成的调节和酶活性的调节的比较
酶合成的调节
酶活性的调节
调节对象 诱导酶的合成
酶的活性
调节机制 对基因表达 的调控
特点
较慢
以反馈的方式调节 反应过程
快速、精细
意义
避免物质和能 量的浪费
避免代谢产物的积累
一、诱导作用
❖ 微生物在诱导物的作用下，产生诱导酶 从而实现对某些物质的分解和利用的现 象称为诱导作用。
新陈代谢
分解代谢 (catabolism) 合成代谢 (anabolism)
复杂分子 （有机物）
分解代谢 合成代谢
简单小分子 +Βιβλιοθήκη BaiduATP + [H]
❖ 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，即异化作用。
❖ 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，即同化作用。
第三章 微生物的代谢调 控理论及其在食品发酵中 的应用
本章内容
❖ 微生物代谢调节的基本概念和相关的酶 ❖ 微生物的代谢调控作用 ❖ 代谢调控在食品发酵中的应用
第一节
微生物代谢调节的基本概念和 相关的酶
一、新陈代谢
二、与代谢调节有关的酶
一、新陈代谢
❖ 新陈代谢：简称代谢，是营养物质在生物体内所 经历的一切化学变化的总称。
按代谢产物在机体中作用不同分类
❖ 初级代谢：提供能量、前体、结构物质等生命活 动所必需的代谢物的代谢类型；合成的产物称为 初级代谢产物，包括：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；合成的产物称为次级代谢产物， 包括：抗生素、色素、激素、生物碱等。
初级代谢产物和次级代谢产物的不同
——协同反馈抑制 ——合作反馈抑制 ——积累反馈抑制 ——顺序反馈抑制
1、协同反馈抑制
❖ 是指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时 才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节 方式。
2、合作反馈抑制
❖ 又称增效反馈抑制，是指两种末端产物同时存在时 可以起到比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。
90%
生长繁殖 是否必需 产生阶段
菌种特异性
分布 位置
初级代谢 产物 是
始终产生 无
细胞内
次级代谢 产物 否
生长到一定阶段后产生 有
细胞内或细胞外
种类
氨基酸、核苷酸、 多糖、脂类、维生 素等
激素、毒素、 色素、抗生素
❖ 生物体内的新陈代谢是靠生物催化剂——酶来催化。
❖ 酶是推动生物体内全部代谢活动的工具。
❖ 代谢控制发酵：就是人为地在DNA分子水平上改 变和控制微生物的代谢活动，使目的产物大量生 成、积累。
三、反馈调节
❖ 反馈调节是指代谢过程的中间产物或终产 物对代谢过程早期阶段的关键酶的反馈抑 制作用。
❖ 抑制酶的活性称为反馈抑制；抑制酶的合 成称为反馈阻遏。
（一）反 馈 阻 遏
❖ 乳糖操纵子——酶合成的诱导 ❖ 色氨酸操纵子——酶合成的阻遏
——通过辅阻遏物来进行调节
（二）反 馈 抑 制
❖ 分类：
蛋白激酶A的激活
3、多功能酶
❖ 指在结构上只有一个多肽链，但具有两 种或两种以上的催化活力或结合功能的 蛋白质。
第二节 微生物的代谢调控作用
一、诱导作用 二、分解代谢物调节 三、反馈调节 四、能荷调节
酶的调节
酶合成的调节 酶活性的调节
1、酶合成的调节：大肠杆菌对葡萄糖和乳糖的利用 差异。
微生物 细胞中 的酶
四、能荷调节
❖ 细胞内ATP、ADP、AMP之间的比例实际上是在 不断的变动的，细胞通过改变这三者的比例来调节 其代谢活动，称为能荷调节或腺苷酸调节。
❖ 调节形成ATP的分解代谢酶类活性，也调节利用 ATP的生物合成酶类的活性。
第三节
代谢调控在食品发酵中的应用
一、发酵工艺条件的控制 二、菌种遗传特性的调控 三、控制细胞膜的渗透性
❖ 同一种物质，其分解代谢和合成代谢途径一般是不 相同的。他们并不是简单的可逆反应，而往往是通 过不同的中间反应或不同的酶来实现的。这样可以 使生物体增加体内化学反应的数量，并使其对代谢 活动的调控具有更大的灵活性和应变能力。
❖ 生物机体的分解代谢和合成代谢不只是采取不同的 途径，甚至同一种物质的两种过程是在细胞的不同 部位进行（蛋白质、核酸等）。
❖ 由于酶作用的专一性，每一种化学反应都有特殊的酶 参与反应。每种特殊的酶都有其调节机制。它们使错 综复杂的新陈代谢过程成为高度协调的、高度整合在 一起的化学反应网络。
二、与代谢调节有关的酶
1、同工酶
❖能催化同一种化学反应，但酶蛋白的分子结构不 同的一组酶，存在于生物的同一种属或同一个体 的不同组织中，甚至是同一组织或细胞中。
组成酶——细胞中始终存在的酶 基因处于打开状态
诱导酶——环境中某种物质诱导下产生的酶 基因有条件的表达
2、酶活性的调节
通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。
代谢产物和酶结合，致使 酶的结构发生改变。但这种 变化是可逆的，当代谢产物 和酶脱离后，酶结构就会复 原，又恢复原有活性。
意义：微生物细胞内一般不 会积累大量的代谢产物。
2、别构酶
❖ 又称变构酶，具有变构作用（别构作用）的酶称为别 构酶。迄今所有已知的别构酶都是寡聚酶，即含有两 个或两个以上的亚基。
❖ 特点：多亚基、两中心（活性中心、调节中心）。 ❖ 调节中心——结合调节因子或效应物。 ❖ 活性中心——结合底物。 ❖ 活性中心和调节中心是通过构象的变化而相互联系的。