代谢工程

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次级代谢产物
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。
举例：抗生物、毒素、激素、色素等。 特征：
不同的微生物次级代谢产物不同； 次级代谢产物的通常在菌体的生长后期合成，发酵分
两个阶段进行，即营养增殖期和生产期。 在多数情况下，增加前体是有效的
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合成代谢
与分解代谢正好相反，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[H]形 式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。或 利用分解代谢的能量和中间体合成氨基酸、核 酸等单体物质及蛋白质、多糖等多聚物。
分解代谢与合成代谢是互相关联、互相制约， 是生命活动的基础。
正常微生物的小分子物质的合成和降解是自身 调节。
反馈抑制：指反应途径中某些中间产物或末端产物 对该途径中前面反应的影响。
凡是反映加速地称为正反馈； 凡是反应减速的称为负反馈。 末端产物的反馈抑制普遍存在于合成途径中。 反馈抑制：直链式
分支代谢途径：两种以上的末端产物
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反馈抑制的类型
1．直线式代谢途径中的反馈抑制
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2．分支代谢途径中的反馈抑制。 反馈抑制的情况较为复杂。
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两种代谢产物的不同：
1、次级代谢通常在生长后期合成。不是微生 物生长所必需的，不参与微生物的生长和繁殖。
2、次级代谢对环境条件的变化很敏感，其产 物的合成往往会因环境条件的变化而停止。
3、不同微生物的次级代谢产物有很大区别。 基于菌种的特异性
4、催化次级代谢产物合成的某些酶专一性不 强。
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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。
如：大肠杆菌天冬氨族氨基酸合成途径中，有三个同 工酶天冬氨酸激酶ⅠⅡ Ⅲ分别受赖氨酸、苏氨酸、硫 氨酸反馈调节
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（2）协同反馈抑制：
指分支代谢途径中的几个末端产物同时过来自百度文库时才 能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方 式。
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图：大肠杆菌代谢过程的抑制剂和激活剂
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（一）酶活性的激活
常见的酶活性的激活是前体激活，多发 生在分支代谢途径，即代谢途径中的后 面的反应可被较前面的一种代谢中间产 物所促进。 如：粗糙脉胞酶的异柠檬酸脱氢酶的活 性受到柠檬酸的激活。
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（二）酶活性的抑制
酶活性的抑制包括： 竞争性抑制 反馈抑制
酶活性的抑制 激活
是微生物代谢中存在的两种矛盾的过程。
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酶活性的激活系指在分解代谢途径中，后面的 反应可被较前面的中间产物所促进。
酶活性的抑制主要是反馈抑制，它主要表现在 某代谢途径的末端产物（即终产物）过量时， 这个产物可反过来直接抑制该途径中第一个酶 的活性，促使整个反应过程减慢或停止，从而 避免了末端产物的过多累积。
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微生物的生长繁殖和新陈代谢 代谢类型：
主要依赖两种代谢途径： 分解代谢 合成代谢
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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（或称还原当量， 一般用[H]来表示）的作用。 微生物通过分解代谢从环境中吸收的各种碳源、 氮源等物质降解，为生命活动提供能源和小分 子中间体。 包括：中心途径如TCA、EMP、HMP及外围途径 （指碳源、氮源通过分解进入中心途径）
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研究微生物代谢调节的意义
十分重要，在工业上可通过对微生物的 代谢途径加以控制来满足生产的需要。
如：谷氨酸发酵菌种：
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微生物的代谢产物可分为：
1. 初级代谢产物
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。
举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素 等。
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， 与菌体的生长呈平行关系。
如：谷氨酸棒杆菌合成天冬氨族氨基酸时，天冬 氨酸激酶受赖氨酸和苏氨酸的协同反馈抑制。
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（3）累积反馈抑制： 催化分支合成途径第一 步反应的酶有几种末端产物抑制物，但每一种 如过量，按一定百分率单独抑制共同途径中的 第一个酶活性，总的抑制效果是累加的，各末 端产物所起的抑制作用互不影响，只影响这个 酶促反应的速率。
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微生物自我调节部位 1养分的吸收和排泄 细胞膜 2限制基质与酶的接近 3控制通量：
调节现有酶量和改变酶分子的活性 都涉及到酶促反应的调节 包括酶活性的调节和和酶合成的调节
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一、酶活性的调节
酶活性的调节： 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。
第三章 微生物的代谢调节和代谢工程
第一节 微生物代谢的自我调节 第二节 代谢调控 第三节 次级代谢产物的主要调控机制 第四节 代谢工程
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【教学目的与要求】掌握微生物自身代谢 和次级代谢的机理、有关概念及代谢调 控，了解代谢工程设计的方向。
【教学重点与难点】微生物自身代谢和次 级代谢的机理、有关概念及代谢调控。
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第一节 微生物代谢的自我调节
微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢 调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条 不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。
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微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节 营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过 酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调 节代谢流等。
其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两 个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量， 二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力， 两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节效 果。
两种末端产物同时存在时，可以起着比一种末 端产物大得多的反馈抑制作用。
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（4）增效反馈抑制：代谢途径中任何一 种末端产物过量时，仅部分抑制共同途 径中的第一个酶活性，但两个末端产物 同时过量时，其抑制作用可超过各产物 存在的抑制能力的总和。如6-氨基嘌呤 核苷酸和6-酮基嘌呤核苷酸合成途径。
为避免在一个分支上的产物过多时不致 同时影响另一分支上产物的供应，微生 物已发展出多种调节方式。
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（1）同功酶调节 同功酶是指能催化相同的生化反应，但酶
蛋白分子结构有差异的一类酶，它们虽同 存于一个个体或同一组织中，但在生理、 免疫和理化特性上却存在着差别。 同功酶的主要功能在于其代谢调节。