代谢调控发酵基本思想
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▪受反馈抑制的调节酶一般都是变构酶，酶活力调控的实质就是 变构酶的变构调节。 ▪变构酶分子除了有与底物结合的活性中心（即催化部位和活性 中心）外，还有一个与最终产物结合的部位，称做调节中心 （或称变构部位），当它与最终产物结合之后就改变了酶分子 的构象，从而影响了底物与活性中心的结合。
调节酶活力（反馈抑制）比调节酶的合成（反馈阻遏）迅速及时有效， 这是微生物饥饿情况下的一种经济的调节方式。
——其关键效果仅仅在特定的氨基酸生物合成过程中成立，而在其他氨 基酸生物合成过程中则不成立（例如，-乙酰乳酸合成酶在Val 生物 合成途径中起关键作用，而Ile生物合成途径中起主导性的关键酶却 是苏氨酸脱氢酶TD，该酶在-乙酰乳酸合成酶的前一阶段）；
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氨基酸生物合成 途径中的关键酶
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3. 酶合成的调控
▪反馈阻遏（feedback repression）是由代谢终点产物抑制酶 合成的负反馈作用。
▪微生物可以通过控制酶基因的生物合成来进行调节，也就是说， 在微生物生物合成体系中，常通过代谢产物抑制酶的生物合成 或诱导酶的生物合成，来调节生物的代谢过程。
▪这类现象是与微生物的遗传因子密切相关的。
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⑴协作反馈抑制或多价反馈抑制 ⑵合作反馈抑制（Cooperative feedback inhibition ） ⑶积累反馈抑制（Cumulative feedback inhibition ） ⑷顺序反馈抑制（Sequential feedback inhibition） ⑸假反馈抑制（Pseudo-feedback inhibition）
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谷氨酸棒杆菌、 黄色短杆菌等天 冬氨酸族氨基酸 的代谢调节机制
在黄色短杆菌中赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸 和异亮氨酸生物合成的代谢调节
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2. 反馈抑制——这种调节方式可以分为多种类型
模式图
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在多功能途径中（Multifunctionnal pathway）的酶活性调节类型
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➢关键酶（key enzyme 或 switching enzyme） ——参与代谢调节的酶的总称
——是一个反应链的限速因子，对代谢流的质和量都起着制约作用； ——在代谢流的枢纽处起支柱作用；
——一般情况下，与氨基酸生物合成途径分支点有关系的分支点酶 （branching enzyme）可以成为关键酶，但关键酶并不都是分支点酶；
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氨基酸生物合成 途径中的关键酶
氨基酸生物合成途径中的关键酶
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▪最终产物与酶的调节中心的结合是可逆的，因此当最终产物的 浓度降低时，最终产物与酶的结合随即解离，从而恢复了酶蛋 白的原有的构象，使酶与底物可以结合而发生催化。
调节酶包括3个种类： ⑴变构酶； ⑵同功酶：具有同一种酶的底物专一性，但分子结构不同； ⑶多功能酶：能够催化两种以上不同反应的酶。
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▪代谢控制的研究证明，酶的生物合成受基因和代谢物的双重控制。 ▪按操纵子学说，操纵子由细胞中的操纵基因和邻近的几个结构基 因组成。结构基因能转录遗传信息，合成相应的信使RNA （mRNA），进而再翻译合成特定的酶；操纵基因则能够控制结构 基因作用的发挥。 ▪细胞中还有一种调节基因，能够产生一种细胞质阻遏物，细胞质 阻遏物与阻遏物（通常是酶反应的终产物）结合时，由于变构效应， 结构改变和操纵基因的亲和力变大，而使有关的结构基因不能合成 mRNA，因此，酶的合成受到阻遏。
——在每个氨基酸的生物合成途径中，都有一种以上的关键酶；
——生物合成的途径越长，关键酶的数目越多；
——对代谢流影响最大的关键酶处于主导的地位，常被配备在由同一前 体物出发去合成多种氨基酸的关键点（key point）上（例如， ValIle系的-乙酰乳酸合成酶AS，或Asp族氨基酸生物合成途径中的关 键酶天冬氨酸激酶AK）；
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▪反馈阻遏是调节基因作用的结果，这是生物不通过基因而适 应于环境改变的一种“措施”，这种“措施”对于环境的改变
反 应比较迟缓。
▪反馈阻遏是对酶合成的阻遏，所以效果不如反馈抑制那样迅 速，但可以节约原料，对生物有一定的优点。
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反馈阻遏与反馈抑制的比较
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——关键酶所受的反馈调节因菌而异（例如，Asp族氨基酸生物合成途 径中的主导关键酶天冬氨酸激酶AK，在大肠杆菌中有3种同功酶， 分别受到 Thr 、 Met 和Lys 的反馈调节，而在谷氨酸棒杆菌中却是 单一的，仅受到Thr 和Lys的协同反馈控制 ）。
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大肠杆菌中天 冬氨酸族氨基 酸生物合成的 调节机制
正反馈称为酶诱导作用（induction）。
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➢ 酶阻遏的调节类型：
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4. 反馈抑制与反馈阻遏的比较
▪反馈抑制的效果比较直接而快速，因为不涉及蛋白质的合成过程， 当终产物浓度达到一定水平时，立即使酶的活力丧失，待最终产 物的浓度降低后，酶的活力又重新恢复。
▪反馈抑制作用不通过调节基因调节。 ▪反馈抑制的物质基础是变构酶，通过酶的变构作用改变酶的活性。 ▪变构酶的结构为基因所决定。
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▪诱导物也能和细胞阻遏物结合，使其结构发生改变，减少与 操纵基因的亲和力，使操纵基因回复自由，进而结构基因进 行转录，合成mRNA，再翻译特定的酶。
▪在微生物中，通过细胞膜的渗透性进行代谢控制也是非常重 要的（如Glu发酵）。
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1. 调节酶——与代谢调节密切相关的酶，常称为关键酶
二、代谢控制发酵的基本思路
1. 切断支路代谢 a.营养缺陷突变株的应用 b.渗漏突变株的应用
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2. 解除菌体自身的反馈调节 a.选育抗类似物突变株 b.酶特性的利用 c.营养缺陷型回复突变株的应用
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3. 增加前体物的合成 通过选育某些营养缺陷型或结构类似物抗性突变株以 及克隆某些关键酶的方法，增加目的产物的前体物的 合成，有利于目的产物的大量积累。
调节酶活力（反馈抑制）比调节酶的合成（反馈阻遏）迅速及时有效， 这是微生物饥饿情况下的一种经济的调节方式。
——其关键效果仅仅在特定的氨基酸生物合成过程中成立，而在其他氨 基酸生物合成过程中则不成立（例如，-乙酰乳酸合成酶在Val 生物 合成途径中起关键作用，而Ile生物合成途径中起主导性的关键酶却 是苏氨酸脱氢酶TD，该酶在-乙酰乳酸合成酶的前一阶段）；
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氨基酸生物合成 途径中的关键酶
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3. 酶合成的调控
▪反馈阻遏（feedback repression）是由代谢终点产物抑制酶 合成的负反馈作用。
▪微生物可以通过控制酶基因的生物合成来进行调节，也就是说， 在微生物生物合成体系中，常通过代谢产物抑制酶的生物合成 或诱导酶的生物合成，来调节生物的代谢过程。
▪这类现象是与微生物的遗传因子密切相关的。
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⑴协作反馈抑制或多价反馈抑制 ⑵合作反馈抑制（Cooperative feedback inhibition ） ⑶积累反馈抑制（Cumulative feedback inhibition ） ⑷顺序反馈抑制（Sequential feedback inhibition） ⑸假反馈抑制（Pseudo-feedback inhibition）
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谷氨酸棒杆菌、 黄色短杆菌等天 冬氨酸族氨基酸 的代谢调节机制
在黄色短杆菌中赖氨酸、蛋氨酸、苏氨酸 和异亮氨酸生物合成的代谢调节
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2. 反馈抑制——这种调节方式可以分为多种类型
模式图
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在多功能途径中（Multifunctionnal pathway）的酶活性调节类型
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➢关键酶（key enzyme 或 switching enzyme） ——参与代谢调节的酶的总称
——是一个反应链的限速因子，对代谢流的质和量都起着制约作用； ——在代谢流的枢纽处起支柱作用；
——一般情况下，与氨基酸生物合成途径分支点有关系的分支点酶 （branching enzyme）可以成为关键酶，但关键酶并不都是分支点酶；
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氨基酸生物合成 途径中的关键酶
氨基酸生物合成途径中的关键酶
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▪最终产物与酶的调节中心的结合是可逆的，因此当最终产物的 浓度降低时，最终产物与酶的结合随即解离，从而恢复了酶蛋 白的原有的构象，使酶与底物可以结合而发生催化。
调节酶包括3个种类： ⑴变构酶； ⑵同功酶：具有同一种酶的底物专一性，但分子结构不同； ⑶多功能酶：能够催化两种以上不同反应的酶。
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▪代谢控制的研究证明，酶的生物合成受基因和代谢物的双重控制。 ▪按操纵子学说，操纵子由细胞中的操纵基因和邻近的几个结构基 因组成。结构基因能转录遗传信息，合成相应的信使RNA （mRNA），进而再翻译合成特定的酶；操纵基因则能够控制结构 基因作用的发挥。 ▪细胞中还有一种调节基因，能够产生一种细胞质阻遏物，细胞质 阻遏物与阻遏物（通常是酶反应的终产物）结合时，由于变构效应， 结构改变和操纵基因的亲和力变大，而使有关的结构基因不能合成 mRNA，因此，酶的合成受到阻遏。
——在每个氨基酸的生物合成途径中，都有一种以上的关键酶；
——生物合成的途径越长，关键酶的数目越多；
——对代谢流影响最大的关键酶处于主导的地位，常被配备在由同一前 体物出发去合成多种氨基酸的关键点（key point）上（例如， ValIle系的-乙酰乳酸合成酶AS，或Asp族氨基酸生物合成途径中的关 键酶天冬氨酸激酶AK）；
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▪反馈阻遏是调节基因作用的结果，这是生物不通过基因而适 应于环境改变的一种“措施”，这种“措施”对于环境的改变
反 应比较迟缓。
▪反馈阻遏是对酶合成的阻遏，所以效果不如反馈抑制那样迅 速，但可以节约原料，对生物有一定的优点。
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反馈阻遏与反馈抑制的比较
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——关键酶所受的反馈调节因菌而异（例如，Asp族氨基酸生物合成途 径中的主导关键酶天冬氨酸激酶AK，在大肠杆菌中有3种同功酶， 分别受到 Thr 、 Met 和Lys 的反馈调节，而在谷氨酸棒杆菌中却是 单一的，仅受到Thr 和Lys的协同反馈控制 ）。
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大肠杆菌中天 冬氨酸族氨基 酸生物合成的 调节机制
正反馈称为酶诱导作用（induction）。
第16页/共31页
➢ 酶阻遏的调节类型：
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4. 反馈抑制与反馈阻遏的比较
▪反馈抑制的效果比较直接而快速，因为不涉及蛋白质的合成过程， 当终产物浓度达到一定水平时，立即使酶的活力丧失，待最终产 物的浓度降低后，酶的活力又重新恢复。
▪反馈抑制作用不通过调节基因调节。 ▪反馈抑制的物质基础是变构酶，通过酶的变构作用改变酶的活性。 ▪变构酶的结构为基因所决定。
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▪诱导物也能和细胞阻遏物结合，使其结构发生改变，减少与 操纵基因的亲和力，使操纵基因回复自由，进而结构基因进 行转录，合成mRNA，再翻译特定的酶。
▪在微生物中，通过细胞膜的渗透性进行代谢控制也是非常重 要的（如Glu发酵）。
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1. 调节酶——与代谢调节密切相关的酶，常称为关键酶
二、代谢控制发酵的基本思路
1. 切断支路代谢 a.营养缺陷突变株的应用 b.渗漏突变株的应用
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2. 解除菌体自身的反馈调节 a.选育抗类似物突变株 b.酶特性的利用 c.营养缺陷型回复突变株的应用
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3. 增加前体物的合成 通过选育某些营养缺陷型或结构类似物抗性突变株以 及克隆某些关键酶的方法，增加目的产物的前体物的 合成，有利于目的产物的大量积累。