微生物初级代谢调节
微生物初级代谢调节
一、微生物初级代谢调节种类：
? 1.酶活性的调节
?共价修饰：可逆共价修饰和不可逆共价修饰；
?变构效应；
?缔合和解离；
?竞争性抑制；
? 2.酶合成的调节：
?酶的诱导（诱导物）；
?酶的阻遏（阻遏蛋白和辅阻遏物）；
二、初级代谢调节的机制和形式
?机制：
?（1）诱导型操纵子
?（2）阻遏型操纵子
?形式：
?（1）末端产物或终产物阻遏（反馈调节）
?（2）分解代谢产物阻遏（中间产物）
操纵子分两类：
?一类是诱导型操纵子，只有当存在诱导物（一种效应物）时，其转录频率才最高，并随之转译出大量诱导酶，出
现诱导现象。
?一类是阻遏型操纵子，只有当缺乏辅阻遏物（一种效应
物）时，其转录频率才最高。由阻遏型操纵子所编码的
酶的合成，只有通过去辅阻遏物阻遏作用才能起动。
诱导操纵子
?Ⅰ. Jacob-Monod 操纵子模型（负调节）—乳糖操纵子。模型中的诱导作用是一种负向控制，其调节基因产
物（调控蛋白) 具有“锁”的活性，能阻止转录的进行。
Ⅱ.阿拉伯糖操纵子–正调节
其调节基因产物是一种蛋白质，无活性（沉默，无转录进行），仅在有诱导物存在下可转化为转录激活剂（激活蛋白）推动转录，是转录作用所必需。
三、分解代谢产物阻遏
1.分解代谢产物阻遏（中间产物阻遏）
指被菌体迅速利用的底物或其分解产物对许多酶（降解酶、合成酶）合成的抑制作用。
根据分解产物的不同，又分为碳分解产物阻遏和氮分解产物阻遏，如“葡萄糖效应”和“铵阻遏”。
阻遏的实质是阻遏物关闭了合成酶的基因表达。
2.分解代谢产物阻遏的分子机制
?从分子水平看，是分解产物抑制腺苷酸环化酶的活性, 降低了环状3′,5′-腺苷单磷酸（环腺苷酸，cAMP）
浓度水平。
当胞内cAMP浓度较高时，其与活化蛋白（CAP）结合，促使RNA聚合酶与启动基因结合而开始转录；反之，当胞内cAMP处于低水平，影响结合，不能转录。
（1）分解代谢产物阻遏：碳阻遏
●葡萄糖阻遏 －半乳糖苷酶的生物合成机理：
●葡萄糖的大量存在，降低了胞内cAMP 浓度：
●葡萄糖抑制腺苷酸环化酶活性，降低cAMP 生成：
ATP →cAMP + Pii
?葡萄糖存在引起ATP 浓度上升，消耗胞内cAMP：cAMP + H2O →ADP →ATP
◆结果，启动子上没有cAMP－CRP复合物结合，使得
RNA聚合酶也无法结合到启动子的位点上，结构基因
不能转录和表达。
（2）分解代谢产物阻遏：铵阻遏
氮分解产物的调节作用指的是被菌体迅速利用的氮源（特别是铵）能阻抑某些参与含氮化合物代谢的酶的合成。如在初级代谢中，它能阻遏许多芽孢杆菌的蛋白酶的合成。通常受到NH4+ 阻遏的酶有：亚硝酸还原酶、硝酸还原酶、固氮酶、乙酰胺酶、脲酶、黄嘌呤脱氢酶、组氨酸酶、天冬酰胺酶等。
四、代谢调控的应用
◆运用代谢控制理论，特别是前面阻遏调控等理论，人为
地改变菌种的代谢调节机制或避开微生物固有代谢调
节，使得微生物体内的代谢流按照人们所需要的方向进
行，过量生产目标代谢产物。
1、营养缺陷型突变菌株的筛选
在营养缺陷型突变菌株中，生物合成途径中的某一步发生了酶缺陷，合成反应不能完成，末端产物不能积累，末端产物的反馈调节作用被解除，只要在培养基中限量加入所要求的末端产物，克服生长障碍，就能积累中间产物。
使用营养缺陷型突变菌株进行生产时，由于微生物体内酶的代谢调节机制并没有解除，必须严格控制缺陷营养物质添加量保持在亚适量水平，否则生产不稳定。
在直链式的合成途径中，营养缺陷型突变株只能累积中间代谢物而不能累积终产物。但在分支代谢途径中，通过解除协同反馈调节，就可以使另一分支途径的末端产物得到累积。
2、抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株的筛选（组成型突变）这类菌株主要是对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型突变菌株，或二者兼而有之的菌株。
◆在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是二者
同时被解除，所以能分泌大量的末端代谢产物。
◆此类菌株是通过抗结构类似物突变的方法筛选得到。结
构类似物与末端代谢产物有相似的结构。
◆其原因是：
（1）调节基因或操纵基因发生突变，使产生的阻遏蛋白不能再和终产物结合或结合后不能作用于已突变的操纵基因，反馈阻遏作用被解除。
（2）由于编码酶的结构基因发生突变，使由结构基因转录出来的变构酶不能再和终产物结合但活力中心不变，仍具有催化活性。
◆在目前氨基酸生产菌种选育中，营养缺陷型和结构类似
物抗性两种手段一般同时采用。
◆组成型突变株应用于诱导酶的生产，不再受诱导物诱
导、分解代谢产物及终产物阻遏。
3、抗性突变株的筛选
包括对抗生素、金属离子、温度、噬菌体等的抗性（或敏感）突变株的筛选。通过菌种对不同条件、物质的敏感性不同进行筛选从而得到优良菌株。
初级代谢与次级代谢之间的关系
初级代谢 一般将微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢。 如何区分初级代谢与次级代谢 初级代谢产物是指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，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停的进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。 为许多主物都具有的主物化学反应，例如能量代谢及氨基酸、蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢（primary metabolism）。与此不同，只在一定范围内主物的特异的代谢，则为次级代谢。在次级代谢的产物中，对维持生命占有重要地位的并不少，但另一方面，各种动植物和微生物所大量积累的生物碱、类萜（ferpenoid）、酚类、抗菌物质、色素等，其生理意义并不完全清楚。次级代谢产物许多是在胚胎发育的特定时期以及其他特定组织中产生的，所以产物在经济效益上以及对生物体性状表现的调节在研究上都被看成是重要的。 第三节微生物初级代谢和次级代谢的关系 微生物代谢产物的利用。 利用微生物代谢过程中产生的众多代谢产物生产各种发酵产品。 按照积累产物类型：初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶； 次级代谢产物，抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等。 按照发酵类型：自然发酵：酒精、乳酸等； 终端产物，赖氨酸、鸟苷酸、腺苷酸等；
中间产物，柠檬酸、α-酮戊二酸、琥珀酸、高丝氨酸、肌苷酸、黄苷酸等； 一、初级代谢与次级代谢产物 微生物的初级代谢：初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活 动所需要的物质和能量的过程。这一 过程的产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、 核苷酸以及由这些化合物聚合而成 的高分子化合物（如多糖、蛋白质、 酯类和核酸等），即为初级代谢产物。 由于初级代谢产物都是微生物营养性生长所必需，因此，除了遗传上有缺陷的菌株外，活细胞中初级代谢途径是普遍存在的，也就是说它们的合成代谢流普遍存在。在这途径上酶的特异性比次级代谢的酶要高。因为初级代谢产物合成的差错会导致细胞死亡。微生物细胞的代谢调节方式很多，例如通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等可调节营养物透过细胞膜而进入细胞的能力。其中调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面：一是调节酶的活性，调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学 水平上发生的；二是调节酶的合成，调节 的是酶分子的合成量，这是在遗传学水平 上发生的。在细胞内这两者往往密切配合、 协调进行，以达到最佳调节效果。
微生物初级代谢与次级代谢的关系
议微生物初级代谢与次级代谢的关系 摘要： 微生物的代谢，指微生物在存活期间的代谢活动。微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。初级代谢产物是指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。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。次级代谢产物是指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，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多 关键词：微生物初次级代谢初次级代谢产物 一、初级代谢与初级代谢产物 微生物的初级代谢：初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。这一过程的产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白质、酯类和核酸等），即为初级代谢产物。 由于初级代谢产物都是微生物营养性生长所必需，因此，除了遗传上有缺陷的菌株外，活细胞中初级代谢途径是普遍存在的，也就是说它们的合成代谢流普遍存在。在这途径上酶的特异性比次级代谢的酶要高。因为初级代谢产物合成的差错会导致细胞死亡。微生物细胞的代谢调节方式很多，例如通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等可调节营养物透过细胞膜而进入细胞的能力。其中调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面：一是调节酶的活性，调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学水平上发生的；二是调节酶的合成，调节的是酶分子的合成量，这是在遗传学水平上发生的。在细胞内这两者往往密切配合、协调进行，以达到最佳调节效果。 一般将微生物通过代谢活动所产生的自身繁殖所必需的物质和能量的过程，称为初级代谢，该过程所产生的产物即为初级代谢产物，如氨基酸、核苷类，以及酶或辅酶等。 二、次级代谢与次级代谢产物 一般将微生物与外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢。次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。一般
微生物的代谢及其调控
微生物的代谢及其调控
1微生物的代谢 微生物代谢包括微生物物质代谢和能量代谢。 1.1微生物物质代谢 微生物物质代谢是指发生在微生物活细胞中的各种分解代谢与合成代谢的总和。 1.1.1分解代谢 分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。—般可将分解代谢分为TP。三个阶段：第一阶段是将蛋白质、多糖及脂类等大分子营养物质降解成氨基酸、单糖及脂肪酸等小分子物质；第二阶段是将第一阶段产物进一步降解成更为简单的乙酰辅酶A、丙酮酸以及能进入三羧酸循环的某些中间产物，在这个阶段会产生一些ATP、NADH及FADH2；第三阶段是通过三羧酸循环将第二阶段产物完全降解生成CO2，并产生ATP、NADH 及FADH2。第二和第三阶段产生的ATP、NADH及FADH2通过电子传递链被氧化，可产生大量的ATP。 1.1.1.1大分子有机物的分解 （1）淀粉的分解 淀粉是许多种微生物用作碳源的原料。它是葡萄糖的多聚物，有直链淀粉和支链淀粉之分。一般天然淀粉中，直链淀粉约占20％，支链淀粉约占80％。直链淀粉为α一l、4糖苷键组成的直链分子；支链淀粉只是在支点处由α—1、6糖苷键连接而成。 微生物对淀粉的分解是由微生物分泌的淀粉酶催化进行的。淀粉酶是一类水解淀粉糖苷键酶的总称。它的种类很多，作用方式及产物也不尽相同，主要有液化型淀粉酶、糖化型淀粉酶（包括β—淀粉酶、糖化酶、异淀粉酶）。 以液化型淀粉酶为例，这种酶可以任意分解淀粉的。α-l、4糖苷键，而不能分解α-1、6糖苷键。淀粉经该酶作用以后，黏度很快下降，液化后变为糊精，最终产物为糊精、麦芽糖和少量葡萄糖。由于这种酶能使淀粉表现为液化，淀
微生物初级代谢与次级代谢的关系简述
浅议微生物初级代谢与次级代谢的关系 微生物在生长发育和繁殖过程中，需要不断地从外界环境中摄取营养物质，在体内经过一系列的生化反应，转变成能量和构成细胞的物质，并排出不需要的产物。这一系列的生化过程称为新陈代谢。根据微生物在新陈代谢过程中产生的代谢产物,对微生物所产生的作用不同，可将代谢分成初级代谢和次级代谢两种代谢类型。 初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。该过程是一类普遍存在于各类微生物中的一种基本代谢类型。因此,初级代谢的代谢系统、代谢途径和代谢产物在各类生物中都基本相同。并且自始至终存在于生活的菌体中,同菌体的生长过程呈平行关系,促使营养物质转化为结构物质、具生理活性的物质或为生长提供能量。同时还会产生一些代谢产物，称为初级代谢产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白质、脂类和核酸等）。只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍,轻则引起生长停止,重则导致机体发生突变或死亡。因为这些物质都是微生物生命活动必不可少的物质。 糖类一方面被微生物分解提供能量，同时微生物会不断地将简单化合物合成糖类，以构成细胞生长所需要的单糖、多糖等。单糖在微生物中很少以游离形式存在，一般多以多糖或多聚体的形式存在（如肽聚糖，脂多糖，透明脂酸），或是以少量的糖磷酸酯或糖核苷酸的形式存在，是微生物相关结构的重要组成物质，因此单糖和多糖对微生物的生命活动十分重要。 氨基酸是构成蛋白质的基本单位，而蛋白质是微生物各种生命活动必不可少的生物大分子。 脂肪酸是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分，而脂类是细胞膜的主要构成物质。 核苷酸是核糖核酸及脱氧核糖核酸的基本组成单位，是体内合成核酸的前体。核苷酸随着核酸分布于生物体内各器官、组织、细胞的核及胞质中，并作为核酸的组成成分参与生物的遗传、发育、生长等基本生命活动。 微生物在生命活动过程中，为了避免某种代谢产物的积累造成的不利作用或者为了占据竞争优势，便产生了一些有利于生存发展的代谢活动。我们将它们统称为次级代谢，但其与初级代谢并无明显界限，因此次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。一般认为,次级代谢是指微生物在一定的生长时期（通常是微生物的对数生长期末期或稳定期）,以初级代谢产物为前体,合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。这一过程的产物，称为次级代谢产物。次级代谢产物在微生物生命活动过程中的产生量很少，对微生物本身的生命活动没有明显作用，当次级代谢途径被阻断时，菌体生长繁殖也不会受到影响。因此，它们没有一般性的生理功能，也不是生物体生长繁殖的必需物质，但对其它生物体往往具有不同的生理活性作用，人们常利用这些具有各种生理活性的次级代谢产物生产具有应用价值的药物。 但目前，人类对次级代谢产物的研究远远不及对初级代谢产物研究那样深人。与初级代谢产物相比，次级代谢产物无论在数量上还是在产物的类型上都要比初级代谢产物多得多和复杂得多。迄今对次级代谢产物分类还无统一的标准。根据对次级代谢产物的结构特征与生理作用的研究，次级代谢产物可大致分为抗
微生物代谢与调控
一、金属离子或镁离子的意义 无机盐是微生物生长必不可少的一类营养物。它们为机体提供 必需的金属元素。这些金属元素在机体中的生理作用：参与酶 的组成、调节酶的活性、维持细胞结构的稳定性、调节与维持 细胞的渗透压平衡、控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生 物生长的能源物质等。 ①镁离子可以抵消磷酸链上的负电作用，减少了酶和多磷酸核 苷链的作用；②磷酸基上镁离子和氧原子的相互作用，可以保 证核苷酸的构造，确保其与酶的特异性结合；③镁离子可以在 ATP-Mg复合体和酶之间提供额外的作用位点，从而提高结合 力。 二、生长曲线 是指细菌等单细胞微生物，以细胞增长数的对数值为纵坐标， 以培养时间为横坐标作图时，可以绘出一个曲线，此曲线称为 生长曲线。 比生长速率μ：每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌 体比生长速率。它是表征微生物生长速率的一个参数，也是发 酵动力学中的一个重要参数。 推算过程假定在任何时间（t），微生物细胞数目的增长速 率（dN/dt）正比于已经存在的总细胞数目（N），则得：dN/dt=μN。 经积分得：lnNt-lnN0=μt，对于一倍增时间，t=td ，Nt=2N0 的培养物：ln2N0-lnN0=μtd。易得：μ=l n2/td 。参数含义
μ——比生长速率，单位h-1 t——时间，单位h N——任 何时间处微生物细胞量Nt——开始培养t时间过后生物细胞 量N0——开始时微生物细胞量td——倍增时间，即为微 生物细胞量变为原来的两倍所需的时间 意义：比生长速率就是菌体生长速率与培养基中菌体浓度之比，它与微生物的生命活动有关，特别是在抗生素合成阶段，比生 长速率过大，菌体量增加过多，代谢向菌体合成的方向发展， 不利于合成抗生素。因此，必须将菌体比生长速率控制在一定 范围内，以便使抗生素的生产速率维持在较高的水平。实际上 比生长速率是生长与死亡速率平衡的综合反映。 （μ=1/N*dN/dt）在对数生长期，μ是一个常数，这时 ln(N2/N1)=μt 代时generation time；doubling time，又称世代时间。当微生物 处于生长曲线的指数期(对数期)时，细胞分裂一次所需平均时 间，也等于群体中的个体数或其生物量增加一倍所需的平均时 间。 三、周质空间 细菌细胞周质又称膜间质，指位于大肠杆菌( Escher ichia col i ) 等革兰氏阴性细菌细胞内膜和外膜之间的夹层空间，其大小随 环境与胞质间渗透压的变化而改变，约占整个细胞体积的24% -40%。外膜上存在较多非特异性的孔道蛋白( porins) ，能够允
微生物的代谢及其调控
1微生物的代谢 微生物代谢包括微生物物质代谢和能量代谢。 1.1微生物物质代谢 微生物物质代谢是指发生在微生物活细胞中的各种分解代谢与合成代谢的总和。 1.1.1分解代谢 分解代谢是指细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在这个过程中产生能量。—般可将分解代谢分为TP。三个阶段：第一阶段是将蛋白质、多糖及脂类等大分子营养物质降解成氨基酸、单糖及脂肪酸等小分子物质；第二阶段是将第一阶段产物进一步降解成更为简单的乙酰辅酶A、丙酮酸以及能进入三羧酸循环的某些中间产物，在这个阶段会产生一些ATP、NADH及FADH2；第三阶段是通过三羧酸循环将第二阶段产物完全降解生成CO2，并产生ATP、NADH及FADH2。第二和第三阶段产生的ATP、NADH及FADH2通过电子传递链被氧化，可产生大量的ATP。 1.1.1.1大分子有机物的分解 （1）淀粉的分解 淀粉是许多种微生物用作碳源的原料。它是葡萄糖的多聚物，有直链淀粉和支链淀粉之分。一般天然淀粉中，直链淀粉约占20％，支链淀粉约占80％。直链淀粉为α一l、4糖苷键组成的直链分子；支链淀粉只是在支点处由α—1、6糖苷键连接而成。 微生物对淀粉的分解是由微生物分泌的淀粉酶催化进行的。淀粉酶是一类水解淀粉糖苷键酶的总称。它的种类很多，作用方式及产物也不尽相同，主要有液化型淀粉酶、糖化型淀粉酶（包括β—淀粉酶、糖化酶、异淀粉酶）。 以液化型淀粉酶为例，这种酶可以任意分解淀粉的。α-l、4糖苷键，而不能分解α-1、6糖苷键。淀粉经该酶作用以后，黏度很快下降，液化后变为糊精，最终产物为糊精、麦芽糖和少量葡萄糖。由于这种酶能使淀粉表现为液化，淀粉
微生物初级代谢调节
微生物初级代谢调节 一、微生物初级代谢调节种类： ? 1.酶活性的调节 ?共价修饰：可逆共价修饰和不可逆共价修饰； ?变构效应； ?缔合和解离； ?竞争性抑制； ? 2.酶合成的调节： ?酶的诱导（诱导物）； ?酶的阻遏（阻遏蛋白和辅阻遏物）； 二、初级代谢调节的机制和形式 ?机制： ?（1）诱导型操纵子 ?（2）阻遏型操纵子 ?形式： ?（1）末端产物或终产物阻遏（反馈调节） ?（2）分解代谢产物阻遏（中间产物） 操纵子分两类： ?一类是诱导型操纵子，只有当存在诱导物（一种效应物）时，其转录频率才最高，并随之转译出大量诱导酶，出 现诱导现象。 ?一类是阻遏型操纵子，只有当缺乏辅阻遏物（一种效应
物）时，其转录频率才最高。由阻遏型操纵子所编码的 酶的合成，只有通过去辅阻遏物阻遏作用才能起动。 诱导操纵子 ?Ⅰ. Jacob-Monod 操纵子模型（负调节）—乳糖操纵子。模型中的诱导作用是一种负向控制，其调节基因产 物（调控蛋白) 具有“锁”的活性，能阻止转录的进行。 Ⅱ.阿拉伯糖操纵子–正调节 其调节基因产物是一种蛋白质，无活性（沉默，无转录进行），仅在有诱导物存在下可转化为转录激活剂（激活蛋白）推动转录，是转录作用所必需。
三、分解代谢产物阻遏 1.分解代谢产物阻遏（中间产物阻遏） ?指被菌体迅速利用的底物或其分解产物对许多酶（降解酶、合成酶）合成的抑制作用。 ?根据分解产物的不同，又分为碳分解产物阻遏和氮分解产物阻遏，如“葡萄糖效应”和“铵阻遏”。 ?阻遏的实质是阻遏物关闭了合成酶的基因表达。 2.分解代谢产物阻遏的分子机制 ?从分子水平看，是分解产物抑制腺苷酸环化酶的活性, 降低了环状3′,5′-腺苷单磷酸（环腺苷酸，cAMP） 浓度水平。 当胞内cAMP浓度较高时，其与活化蛋白（CAP）结合，促使RNA聚合酶与启动基因结合而开始转录；反之，当胞内cAMP处于低水平，影响结合，不能转录。
微生物代谢习题及答案
第六章 微生物的代谢习题及参考答案 一、名词解释 1．发酵 2．呼吸作用 3．有氧呼吸 4．无氧呼吸 5．异型乳酸发酵 6．生物固氮 7．硝化细菌 8．光合细菌 9．生物氧化 10．初级代谢产物： 11．次级代谢产物： 12．巴斯德效应： 13．Stickland 反应： 14．氧化磷酸化 二、填空题 1．微生物的4种糖酵解途径中， 是存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径； 是存在于某些缺乏完整EMP 途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有； 是产生4碳、5碳等中间产物，为生物合成提供多种前体物质的途径。 2．同型乳酸发酵是指葡萄糖经 途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH 还原为乳酸。异型乳酸发酵经 、 和 途径分解葡萄糖。代谢终产物除乳酸外，还有 。 3．微生物在糖酵解生成丙酮酸基础上进行的其他种类的发酵有丁二醇发酵、混合酸发酵、 发酵和 发酵等。丁二醇发酵的主要产物是 ， 发酵的主要产物是乳酸、乙酸、甲酸、乙醇。 4．产能代谢中，微生物通过 磷酸化和 磷酸化将某种物质氧化而释放的能量储存在ATP 等高能分子中；光合微生物则通过 磷酸化将光能转变成为化学能储存在ATP 中。 磷酸化既存在于发酵过程中，也存在于呼吸作用过程中。 5．呼吸作用与发酵作用的根本区别是呼吸作用中电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给 系统，逐步释放出能量后再交给 。 6．巴斯德效应是发生在很多微生物中的现象，当微生物从 转换到 下，糖代谢速率 ，这是因为 比发酵作用更加有效地获得能量。 7．无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是外源电子受体，像22322423、CO O 、S 、SO 、NO NO ----等无机化合物，或 等有机化合物。
第六章-微生物代谢习题及答案
第六章微生物的代谢习题及参考答案 一、名词解释 1．发酵 2．呼吸作用 3．有氧呼吸 4．无氧呼吸 5．异型乳酸发酵 6．生物固氮 7．硝化细菌 8．光合细菌 9．生物氧化 10．初级代谢产物： 11．次级代谢产物： 12．巴斯德效应： 13．Stickland反应： 14．氧化磷酸化 二、填空题 1．微生物的4种糖酵解途径中，是存在于大多数生物体内的一条主流代谢途径；是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有；是产生4碳、5碳等中间产物，为生物合成提供多种前体物质的途径。 2．同型乳酸发酵是指葡萄糖经途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH还原为乳酸。异型乳酸发酵经、和途径分解葡萄糖。代谢终产物除乳酸外，还有。 3．微生物在糖酵解生成丙酮酸基础上进行的其他种类的发酵有丁二醇发酵、混合酸发酵、 发酵和发酵等。丁二醇发酵的主要产物是，发酵的主要产物是乳酸、乙酸、甲酸、乙醇。 4．产能代谢中，微生物通过磷酸化和磷酸化将某种物质氧化而释放的能量储存在ATP等高能分子中；光合微生物则通过磷酸化将光能转变成为化学能储存在ATP中。磷酸化既存在于发酵过程中，也存在于呼吸作用过程中。 5．呼吸作用与发酵作用的根本区别是呼吸作用中电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给系统，逐步释放出能量后再交给。 6．巴斯德效应是发生在很多微生物中的现象，当微生物从转换到下，糖代谢速率，这是因为比发酵作用更加有效地获得能量。 7．无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是外源电子受体，像
22322423、CO O 、S 、SO 、NO NO ----等无机化合物，或 等有机化合物。 8．化能自养微生物氧化 而获得能量和还原力。能量的产生是通过 磷酸化形式，电子受体通常是O 2。电子供体是 、 、 和 ， 还原力的获得是逆呼吸链的方向进行传递， 能量。 9．微生物将空气中的N 2还原为NH 3的过程称为 。该过程中根据微生物和其他 生物之间相互的关系。固氮体系可以分为 、 和 3种。 10．次级代谢是微生物生长至 或 ，以 为前体，合成一些对微 生物自身生命活动无明确生理功能的物质的过程。次级代谢产物大多是分子结构比较复杂的 化合物，如 、 、 、 、 及 等多种类别。 三、选择题（4个答案选1） 1．化能自养微生物的能量来源于（ ）。 A ．有机物 B ．还原态无机化合物 C ．氧化态无机化合物 D ．日光 2．下列葡萄糖生成丙酮酸的糖酵解途径中，（ ）是最普遍的、存在于大多数生物体 内的一条主流代谢途径。 A ．EMP 途径； B ．HEP 途径； C ．E D 途径；D ．WD 途径 3．下列葡萄糖生成丙酮酸的糖酵解途径中，（ ）是存在于某些缺乏完整EMP 途径 的 A ．EMP 途径； B ．HEP 途径； C ． E D 途径；D ． WD 途径 4．酵母菌和运动发酵单胞菌乙醇发酵的区别是（ ）。 A ．糖酵解途径不同 B ．发酵底物不同 C ．丙酮酸生成乙醛的机制不同 D ．乙醛生成乙醇的机制不同 5．由丙酮酸开始的其他发酵过程中，主要产物是丁酸、丁醇、异丙醇的发酵的是（ ）。 A ．混合酸发酵 B ．丙酸发酵 C ．丁二醇发酵 D ．丁酸发醇 6、下列代谢方式中，能量获得最有效的方式是（ ）。 A ．发酵 B ．有氧呼吸 C ．无氧呼吸 D ． 化能自养 7．青霉素抑制金黄色葡萄球菌肽聚糖合成的（ ）。 A ．细胞膜外的转糖基酶 B ．细胞膜外的转肽酶 C ．细胞质中的“Park ”核苷酸合成 D ．细胞膜中肽聚糖单体分子的合成 8．下面对于好氧呼吸的描述（ ）是正确的。 A ．电子供体和电子受体都是无机化合物 B ．电了供体和电子受体都是有机化合物 C ．电子供体是无机化合物，电子受体是有机化合物 D ．电子供体是有机化合物，电子受体是无机化合物 9．无氧呼吸中呼吸链末端的氢受体是（ ）。 A ．还原型无机化合物 B ．氧化型无机化合物 C ．某些有机化合物 D ．氧化型无机化合物和少数有机化合物 10.硝化细菌是（ ）。 A ．化能自养菌，氧化氨生成亚硝酸获得能量 B ．化能自养菌，氧化亚硝酸生成硝酸获得能量 C ．化能异养菌，以硝酸盐为最终的电子受体
微生物代谢工程——终极版1
微生物代谢工程 1.代谢控制发酵 代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或生物化学方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，使得目的产物大量的生成、积累的发酵。 代谢控制发酵的核心：解除微生物代谢控制机制，打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。 2.微生物代谢工程定义、研究内容和研究手段 定义：应用重组DNA技术和应用分析生物学相关的遗传学手段进行有精确目标的遗传操作，改变酶的功能或输送体系的功能，甚至产能系统的功能，以改进细胞某些方面的代谢活性的整套操作工作（包括代谢分析、代谢设计、遗传操作、目的代谢活性的实现）。简而言之，代谢工程是生物化学反应代谢网络有目的的修饰。 研究内容： (1)代谢流的定量和定向 (2)细胞对底物的吸收和产品的释放模型及分析 (3)研究胞内代谢物浓度的反应工程方法 (4)用13C标记实验进行胞内稳态流分析 研究手段 (1)采用遗传学手段的遗传操作 ①基因工程技术的应用。②常规诱变技术的应用。 (2)生物合成途径的代谢调控 ①生物合成中间产物的定量生物测定。②共合成法在生物合成中的应用。③酶的诱导合成和分解代谢产物阻遏。④无机磷对生物合成的调节。 (3)研究生物合成机制的常用方法 ①刺激实验法。②同位素示踪法。③洗涤菌丝悬浮法。④无细胞抽提法。⑤遗传特性诱变法。 3. 工业发酵的五字策略（图示加文字说明） ①进，在育种和发酵控制方面都要促进细胞对碳源营养物质的吸收； ②通，在育种方面解除对某些酶的反馈调节，在发酵控制方面，诱导这些酶的合成或激活这些酶，从而使来自各代谢物流（除碳架物流外海包括其他支持生物合成的物流）能够畅通的注入载流途径，汇入代谢主流，流向目的产物，特别是当发酵进入目的产物合成阶段后，必需确保载流路径通畅，代谢主流优势明显 ③节，采用育种或发酵控制手段，节制与目的产物的形成无关或关系不大的代谢支流，使碳架物质相对集中地流向目的产物。这里所谓的“节制”是指封闭或削弱以目的产物合成途径的起始底物或以中间产物为起始底物的分支途径； ④堵，采用育种或发酵手段消除或削弱目的产物进一步代谢的途径，包括目的产物参与的分解代谢和合成代谢，为了消除或削弱目的产物的进一步分解代谢，就必须降解目的产物进一步代谢的酶活力或酶量，甚至使这些酶不再合成或不起作用； ⑤出，促进目的产物向胞外空间分泌。在育种和发酵控制发面可通过调节细胞对目的产物的通透性，增加输送目的产物的载体蛋白的量，为目的产物输送代谢能的方法，使目的产物尽快转移出细胞。 4. 酶的阻遏机制，以大肠杆菌色氨酸或组氨酸操纵子为例来说明（图示加文字说明） 终端产物对其自身合成途径的酶的合成的反馈阻遏和弱化的机制反馈阻遏：
初级代谢产物和次级代谢产物区别
初级代谢产物是指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，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物，通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则导致机体发生突变或死亡，是一种基本代谢类型。 初级代谢产物是指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，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。指生物特别是微生物在正常生长或培养过程中，通过新陈代谢产生的基本的、关键的中间代谢或最终代谢产物，例如糖酵解中的丙酮酸、乳酸、乙醇，三羧酸循环中的α-酮戊二酸、富马酸、草酰乙酸、柠檬酸以及与此循环相关的衍生产物，如谷氨酸、丙氨酸、苹果酸及丁烯二酸等氨基酸和有机酸等均属初级代谢产物。 在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停的进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。 2次级代谢产物：通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物,大多是分子结构比较复杂的化合物.根据其作用,可将其分为抗生素,激素,生物碱,毒素等类型.初级代谢产物的合成在微生物生长中一直进行着，次级代谢产物是在稳定期开始产生的。 初级代谢产物与次级代谢产物异同 1概念不同在微生物的新陈代谢中，一般将微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢而次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。一般认为，次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程 2产物不同初级代谢的产物，即为初级代谢产物。如单糖或单糖衍生物、核苷酸、维生素、氨基酸、脂肪酸等单体以及由它们组成的各种大分子聚合物，如蛋白质、核酸、多糖、脂质等生命必需物质。<通过次级代谢合成的产物称为次级代谢产物，大多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素等类型次级代谢产物可积累在细胞内，但通常都分泌到细胞外，有些与机体的分化有一定的关系，并在同其它生物的生存竞争中起着重要的作用。 3存在范围不同初级代谢的代谢系统、代谢途径和代谢产物在各类生物中都基本相同，它是一类普遍存在于各类微生物中的一种基本代谢类型。次级代谢只存在于某些微生物中，并且代谢途径和代谢产物因生物不同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同而产生不同的次级代谢产物。 4对微生物的作用不同通过初级代谢，能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或为生长提供能量，因此初级代谢产物，通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止，重则导致机体发生突变或死亡，是一种基本代谢类型。次级代谢产物一般对菌体自身的生命活动无明确功能，不参与细胞结构组成，也不是酶活性必需的，不是机体生长与繁殖所必需的物质，即使在次级代谢的某个环节上发生障碍，也不会导致机体生长的停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。但许多次级代谢产物通常对人类和国民经济的发展有重大影响 5
微生物的代谢及其调控
微生物的代谢及其调控 微生物的代谢，指微生物在存活期间的代谢活动。微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。初级代谢产物是指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，次级代谢产物是指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。 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，如氨基酸、核苷酸、多糖。脂类、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。 次级代谢产物是指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，如抗生素。毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。总之，这些代谢产物都是在微生物细胞的调节下，有步骤地产生的。 从物质代谢过程中可知，酶在细胞内是分隔着分布的。代谢上有关的酶，常常组成一个酶体系，分布在细胞的某一组分中，例如,糖酵解酶系和糖元合成、分解酶系存在于胞液中；三羧酸循环酶系和脂肪酸β-氧化酶系定位于线粒体；核酸合成的酶系则绝大部分集中在细胞核内。这样的酶的隔离分布为代谢调节创造了有利条件，使某些调节因素可以较为专一地影响某一细胞组分中的酶的活性，而不致影响其他组分中的酶的活性，从而保证了整体反应的有序性。一些代谢物或离子在各细胞组分间的穿梭移动也可以改变细胞中某些组分的代谢速度。 微生物的分解代谢 微生物在生命活动中，能将复杂的大分子物质分解为小分子的可溶性物质，并有能量转变过程，这种物质转变称为分解代谢。大多数微生物都能分解糖和蛋白质，少数微生物能分解脂类。
微生物的代谢
第五章微生物的代谢 1.简述微生物代谢的概念、类型及特点。 2.葡萄糖进入微生物细胞后在有氧、无氧条件下如何分解转化?产物是什么? 3.葡萄糖发酵的主要产物有哪些?简述酵母菌、大肠杆菌及乳酸菌发酵葡萄糖的产物种类与数量。 4.何谓呼吸?有氧呼吸与无氧呼吸有何异同?无氧呼吸有哪些类型?常见于哪些环境中?无氧呼吸对农业生产及环境有何影响? 5.简述淀粉酶、纤维素酶、蛋白酶及果胶酶等胞外酶的组成、产生菌的种类及在有机物质转化和农业生产中的作用。 6.简述微生物合成代谢的意义、类型、原料、基本路线及与分解代射的关系。 7.细菌细胞壁肽聚糖合成是微生物特有的合成反应,简述其过程,并通过肽聚糖合成过程说明青霉素等抗生素抑制革兰氏阳性细菌生长的机理。 8.在不同培养基上合成1g菌体细胞所需能量为何不同?举例说明。 9.何谓初级代谢、次级代谢?简述二者的异同及关系,次级代谢产物可分为哪几大类,各有何作用? 10.何谓组成型酶和诱导酶?两种酶各有何特点? 11.微生物细胞内的代谢调节通过哪几种途径进行?酶合成与酶活性调节各分为哪几种类型? 简述其调节机理。 12.何谓操纵子?以乳糖操纵子为例说明酶合成的调节过程。 13.简述细胞膜透性调节的原理。 14.代谢调控有何应用价值? 15.不同营养类型的微生物在不同条件下产生ATP和还原力的方式与特点。
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微生物的代谢
第五章微生物的代谢 代谢：细胞内发生各种化学反应的总称，主要由分解代谢和合成代谢两个过程组成。 分解代谢：是指将细胞内大分子物质降解为小分子物质，并在这个过程中产生能量；合成代谢：是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子，在这个过程中要消耗能量，反应来源物质来源于分解代谢过程中产生的中间产物或环境中的小分子营养物质。 无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成，前一步反应的产物是后续反应的底物。 第一节微生物产能代谢 在生物体内大分子有机物经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，这是一个产能的过程，又称生物氧化。 一、异养微生物的生物氧化 微生物细胞内发生的生物氧化反应分成发酵和呼吸两种类型，而呼吸又可分为有氧呼吸和无氧呼吸两种方式。 1、发酵 A、发酵是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物，不需要外界提供电子体。 可发酵的底物有糖类、有机酸、氨基酸等，其中微生物发酵葡萄糖最为主要。 简单了解EMP途径、HM途径、ED途径、磷酸解酮酶途径。 B、乳酸发酵： 许多菌能利用葡萄糖产生乳酸，这类细菌称为乳酸菌。根据产物不同，乳酸发酵有3种类型：同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧乳酸发酵。 a、同型乳酸发酵：葡萄糖经过EMP途径降解为丙酮酸，丙酮酸在乳酸脱氢酶的作用下被NADH还原为乳酸，由于产物只有一种，故称同型乳酸发酵。 b、异型乳酸发酵：葡萄糖先经PK途径分解，发酵产物除乳酸以外还有一
部分乙醇或乙酸。 c、双歧乳酸发酵：是两歧双歧杆菌发酵葡萄糖产生乳酸的一条途径，此反应中有两种磷酸解酮酶参加反应。 2、呼吸作用 发酵中底物所具有的能量只有小部分被释放出来，并合成少量ATP，造成这种现象的原因有两个：一是底物的碳原子只被部分氧化，二是初始电子供体和最终电子受体的还原电势差不大。 呼吸作用：微生物在降解底物的过程中，将释放的电子交给NAD(P)+、FAD、或FMN等电子载体，再经电子传递系统传给外源电子受体，从而生成水或其他还原型产物并释放能量的过程。 以分子氧作为最终电子受体的呼吸称为有氧呼吸；以氧化型化合物作为最终电子受体的呼吸称为无氧呼吸。呼吸作用与发酵作用的根本区别在于：电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给电子传递系统，逐步释放能量后再交给最终电子受体。 电子传递系统中的氧化还原酶包括：NADP脱氢酶、黄素蛋白、铁硫蛋白、细胞色素、醌及其衍生物。 二、自养微生物的生物氧化 氨的氧化、硫的氧化、铁的氧化、氢的氧化。 三、能量转换 1、底物水平磷酸化 物质在生物氧化过程中，常生成一些含有高能键的化合物，而这些化合物可以直接偶联ATP或GTP的合成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸化。 2、氧化磷酸化 a、物质在糖酵解和三羧酸循环氧化过程中形成NADH和FADH2可通过位于线粒体内膜或细菌质膜上的电子传递系统将电子传递给氧或其他氧化型物质； b、形成跨膜的质子梯度差及质子势； c、偶联着ATP的合成，这种产ATP的方式称为氧化磷酸化。 3、光合磷酸化
微生物的代谢习题及参考答案
微生物的代谢习题及参考答案 一、名词解释 1．发酵 2．呼吸作用 3．有氧呼吸 4．无氧呼吸 5．异型乳酸发酵 6．生物固氮 7．硝化细菌 8．光合细菌 9．生物氧化 10．初级代谢产物： 11．次级代谢产物： 12．巴斯德效应： 13．Stickland反应： 14．氧化磷酸化 二、填空题 1．微生物的4种糖酵解途径中，谢途径；是存在于某些缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径，为微生物所特有；是产生4碳、5碳等中间产物，为生物合成提供多种前体物质的途径。 2．同型乳酸发酵是指葡萄糖经作用下被NADH还原为乳酸。异型乳酸发酵经、和途径分解葡萄糖。代谢终产物除乳酸外，还有。
3．微生物在糖酵解生成丙酮酸基础上进行的其他种类的发酵有丁二醇发酵、混合酸发酵、 发酵等。丁二醇发酵的主要产物是发酵的主要产物是乳酸、乙酸、甲酸、乙醇。 4．产能代谢中，微生物通过的能量储存在ATP等高能分子中；光合微生物则通过磷酸化将光能转变成为化学能储存在ATP中。磷酸化既存在于发酵过程中，也存在于呼吸作用过程中。 5．呼吸作用与发酵作用的根本区别是呼吸作用中电子载体不是将电子直接传递给底物降解的中间产物，而是交给系统，逐步释放出能量后再交给。 6．巴斯德效应是发生在很多微生物中的现象，当微生物从转换到糖代谢速率，这是因为比发酵作用更加有效地获得能量。 7．无氧呼吸的最终电子受体不是氧，而是外源电子受体，像 ??2?NO3、NO2、SO4、S2O32?、CO2等无机化合物，或等有机化合物。 8．化能自养微生物氧化而获得能量和还原力。能量的产生是通过磷酸化形式，电子受体通常是O2。电子供体是、、和，还原力的获得是逆呼吸链的方向进行传递，能量。 9．微生物将空气中的N2还原为NH3的过程称为。该过程中根据微生物和其他 生物之间相互的关系。固氮体系可以分为、和3种。