第三章微生物的代谢调控理论及其在食品发酵与酿造中的应用

A 50% [S]90%V =81 [S]10%V
B [S]90%V =3 [S]10%V
1
2
3
4
5
6
7
8 [S]
别构酶动力学曲线
A.为非调节酶的曲线 B.为别构酶的S形曲线
别构酶的调节作用：
别构酶的活性中心负责酶对底物的结合与催化
别构中心则负责调节酶反应的速度。 不同的别构酶的调节物分子不同。有的别构酶
第一节 微生物的代谢与调节 的生化基础
一、初级代谢和次级代谢
1.代谢概述
①新陈代谢：发生在活细胞中的各种分解代谢和合 成代谢的总 和，即：新陈代谢=分解代谢+合成代 谢 。新陈代谢又可分为初级代谢和次级代谢。 ②分解代谢是指 把复杂的有机物分子分解成简单的 化合物，并释放能量的过程。
③ 合成代谢是指由简单化合物合成复杂的大分子 的过程。 ④初级代谢是指微生物的生长、分化和繁殖所必 需的代谢活动。
具有同促效应，有的别构酶具有异促效应，更
多的别构酶酶是既具有同促效应又具有异促效
应。
（三） 多功能酶
多功能酶一般指结构上只有一条多肽链，但具
有两种或两种以上的催化活力或结合功能的蛋
白质。
现已有证据证明，多功能酶是由于部分或完全
的基因融合而形成的。
对上述同工酶、别构酶和多功能酶的探讨，将
有助于阐明代谢过程的调节机制，以便更好的 加以控制，使代谢产物得以提高，意义是十分 重大的。
第二节
微生物代谢的协调作用
微生物有着精确的代谢调节系统，以保证上 千种酶能正确无误地进行催化反应。 微生物的代谢调节方式很多，其中以调节代 谢流的方式最为重要，它包括调节酶的合成量
（“粗调”）和调节现成酶分子的催化活力
使酶活性降低的变构叫负变构，此时的
百度文库
变构剂叫负变构剂(负调节物)。
变构酶的特点：
已知的变构酶都是寡聚酶。
变构酶分子上除了活性中心外，还有调节中
心。这两个中心处在酶蛋白的不同部位，有
的在不同的亚基上，有的在同一亚基上。
变构酶的 v-[S] 的关系不符合米氏方程，所
以其曲线不是双曲线型。
Vmax 100%
⑤次级代谢是指非微生物生命活动所必需的代谢 活动。
2.初级代谢产物
①定义：
微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁
殖所必需的物质。
②举例：
氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。 ③特征： 不同的微生物初级代谢产物基本相同； 初级代谢产物合成过程是连续不断的。
3.次级代谢产物
①定义： 微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分 复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是 微生物生长和繁殖所必需的物质。 ②举例： 抗生素、毒素、激素、色素等。 ③特征： 不同的微生物次级代谢产物不同； 微生物生长到一定阶段才产生。
上亚基的寡聚酶，在变构酶分子上，别构效应剂
的调节部位一般远离活性中心，但活性部位与调
节部位之间或者活性部位之间，存在着相互作用
（变构效应，协同效应）。调节物与酶分子的调
节部位结合之后，引起酶分子构象发生变化，从
而提高或降低活性部位的酶活性
（二）别 构 酶
使酶活性升高的变构叫正变构，此时的
变构剂叫正变构剂(正调节物)；
本章主要内容
第一节 微生物的代谢与调节的生化基础
一、初级代谢和次级代谢 二、代谢调节的部位 三、与代谢调节有关的酶
第二节 微生物代谢的协调作用
一、诱导作用 二、分解代谢物的调节
三、反馈调节 四、能荷调节
第三节 代谢控制在工业发酵中的应用
一、发酵工艺条件的控制 二、菌种遗传特性的改变 三、控制细胞膜的渗透性
同工酶的作用：
对于适应不同的组织、器官的不同生理需要非 常重要；是代谢调节的一种重要方式，它的主要功 能在于其代谢调节。
同功酶调节 同功酶的主要功能在于其代谢调节，在
一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的
一个较早的反应是由几个同功酶所催化时，
则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几
个同功酶发生抑制作用。
例如，大肠杆菌以天门冬 氨酸为前体合成苏氨酸 (Thr)、异亮氨酸(Ileu)、 甲硫氨酸(Met)和赖氨酸 (Lys)的代谢途径中有三 种天门冬氨酸激酶的同功 酶(AKI、AKII和AKIII)和 两种高丝氨酸脱氢酶的同 功酶(HSDHI和HSDHII)。 其中AKI和HSDHI受到苏氨 酸、异亮氨酸的反馈抑制 和阻遏，AKII和HSDHII受 甲硫氨酸的反馈抑制和阻 遏；AKIII受赖氨酸的反 馈抑制和阻遏。
三、与代谢调节有关的酶
与微生物代谢调节有关的酶有同功酶、 别构酶、多功能酶。
同工酶的定义：
（一）同功酶
指具有不同分子结构但催化相同反应的一组酶。 每组同工酶中各种酶的异同：
相同点：催化相同的化学反应,大多数是寡聚酶。
不同点：体外：理化性质 体内：催化特性、分布的部位、生物学功能
（一）同工酶
（二）别 构 酶
又称变构酶。 有些酶的分子表面除了活性中心外，
还具有重要的功能部位——调节中心
调节中心可以与小分子的代谢物相结合，使酶分子
的构象发生改变，从而影响酶的活性。这种作用叫变构
效应(又叫别构效应)；
具有变构效应的酶叫变构酶，引起变构的小分子物
质叫变构剂(调节物)。
（二）别 构 酶
变构酶（别构酶）是指一些含有2个或2个以
二 、代谢调节的部位
生物体的新陈代谢活动都是在细胞内进行 的 每个细胞内分子都不是独立的，而是相互 联系分工合作，实际是像一个有一定组织 结构的加工厂。 细胞工厂的基本机件是生物催化剂—酶 微生物细胞体内具有一整套精确、合理、 经济、高效的代谢机构。
生物体有自我调节的能力。
近年来对生物细胞的研究表明：微生物 代谢过程的自我调节表现在控制营养物 质进入细胞，酶与底物的接触和代谢物 的流向等三个环节上。 许多化合物代谢所在的部位是受到控制 的：（P51图3-1） 1、通道 2、通量 3、限制其基质有形接近
（“细调”），两者往往密切配合和协调，以达
到最佳调节效果
通过自然缺损或人工突变获得微生物代谢调 控的变异菌株，提供发酵工业用高产菌株
一、酶活性的调节
酶活性的调节是指在酶分子水平上的一种代谢调节，它 是通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率，包 括酶活性的激活和抑制。
酶活性的激活系指在分解代谢途径中，后面的反应可