微生物的代谢(ppt 28)

抗 生 素
图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉菌最远的 细菌个大、色浓，活力十足；距青霉菌较近的细菌个 较小、色较浅，活力较差；而最接近青霉菌的细菌个 最小、色发白，显然已经死亡
产物 种类 产生 时期
不 同 点
初级代谢产物
生长全过程 生长繁殖必需 无
次级代谢产物
生长一定阶段以后 对自身无明显作用
中间产物
α-酮戊二酸
谷氨酸脱氢酶 NH4+
过量时 谷氨酸
谷氨酸棒状杆菌合成一定量的谷氨酸后，谷氨酸脱 氢酶活性被抑制，导致合成途径中断。 谷氨酸是鲜味剂——味精的主要成分，人们怎样获 得大量谷氨酸呢？
三、微生物代谢的人工控制
• 目的
– 最大限度积累对人类有用的代谢产物
• 实例
– 人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸。 – 人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸；
问题： 生物与非生物最本质的区别是什么？ 生物具有新陈代谢 合成代谢（同化作用）
分解代谢（异化作用）
微生物细胞内所发生的全部化学反应
工业生产广泛应用微生物，
你知道最重要的原因是什么吗？
Байду номын сангаас
微生物代谢的特点：
• 微生物的表面积／体积的比值很大，约是 同等重量的成人的30万倍，它对微生物有 何意义呢？
• 在适宜的条件下 大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的 两千倍 乳酸菌每小时产生的乳酸能达到自身重 量的成千上万倍
意义：合成诱导酶需要能量，当环境中存在易被利用的营 在既有葡萄糖又有乳糖时，为什么不同时产生两种酶？ 养物质时，微生物就不必耗能去合成诱导酶，这种调节既 保证了代谢的需要，又避免了物质和能量的浪费。
大肠杆菌的乳糖代谢有何特点? 用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基 环境中存在葡萄糖时 环境中无葡萄糖只有乳糖时
4、微生物的代谢产物对人类都有益吗？
一、微生物的代谢产物
一直产生，存在于胞内 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： A、不同的微生物初级代谢产物基本相同； B、初级代谢产物合成过程是连续不断的。
天冬氨酸 天冬氨酸激酶
抑制
中间产物Ⅰ 怎样才能合成更多的赖氨酸？
高丝氨酸 脱氢酶 中间产物Ⅱ
抑制苏氨酸合成
高丝氨酸
甲硫氨酸
苏氨酸
赖氨酸
天冬氨酸 天冬氨酸激酶
中间产物Ⅰ
人工诱变的 菌种不能产生
高丝氨酸 脱氢酶
中间产物Ⅱ
高丝氨酸
不能合成
甲硫氨酸 苏氨酸 赖氨酸
可以大 量积累
讨论
1.综合以上信息，你认为怎样才能使得黄色短杆菌大 量积累赖氨酸呢？ （改变微生物的遗传特性）
例一、人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸
如何解除谷氨酸脱氢酶活性的抑制？
抑制
萄葡糖
中间产物
α-酮戊二酸
谷氨酸脱氢酶 NH4+
谷氨酸
存在细胞内
改变细胞膜 的透性 将细胞内谷氨 酸透出细胞 使细胞内谷氨 酸浓度下降
例二、人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸
人和高等动物的必需 氨基酸，需求量大 当赖氨酸和苏氨酸都积 累过量时，就会抑制天 冬氨酸激酶的活性。
实例1，大肠杆菌细胞内分解葡萄糖的酶属于组成酶 _____；
诱导酶。 实例2，亮白曲霉细胞内的蔗糖酶属于________
在环境中存在某种物质的 情况下才能够合成的酶
酶合成的调节
a.组成酶与诱导酶的区别
组成酶在细胞内一直存在，它的合成只受基因调控； 诱导酶只有环境中存在诱导物才能合成、存在，它的 合成受基因与诱导物共同控制；需要时才合成。 组成酶和诱导酶是两个相对的概念，一种酶在某种 微生物内可以是组成酶，而在另一种微生物内可以 是诱导酶。
葡萄糖 乳糖 酶I 酶II 大肠杆菌 大肠杆菌 乳糖 酶II 大肠杆菌
合成酶了II，利用乳糖得到能量
不能合成酶II，不能利用乳糖
酶活性的调节
（1）概念： 微生物通过改变已有酶的催化活性来调节代
谢的速率。
（2）举例：
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径：
萄葡糖 中间产物 α-酮戊二酸 抑制
谷氨酸脱氢酶 NH4+
微生物代谢特点：异常旺盛 原因：表面积与体积比大，可迅速与 外界环境进行物质交换；对物质的转 化利用快，简直像一个“化工厂”。
这些“化工厂”能够生产出哪些“产品”呢？
一、微生物的代谢产物
阅读P82页
1、微生物的代谢产物分为哪几类？
2、这些物质对微生物的生长、繁殖有何意义？
3、不同的微生物的初级代谢产物是否相同？
一、微生物的代谢产物
存在于胞内或胞外 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 一类具有特异性抑菌和杀菌作用 显生理功能，或并非是微生物生长 的有机物，种类多，常用的有链 和繁殖所必需的物质。 霉素、青霉素、红霉素和四环素 抗生物、毒素、激素、色素、酒精等 2. 举例： 3. 特征： A、不同的微生物初级代谢产物不同； B、抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌 作用的有机化合物。
有
作用
种的 特异性 分布 实例
细胞内
氨基酸、多糖
细胞内或外
抗生素、毒素
相同
在微生物细胞的调节下，有步骤产生
人和高等动物，植物生命活动调节的基 本形式有哪些？
二、微生物的调节
酶合成的调节 微生物代谢调 节的主要方式
酶活性的调节
酶合成的调节
材料一：不论培养基有无葡萄糖，大肠杆菌 细胞内都存在分解葡萄糖的酶。 村料二：亮白曲霉一开始不能合成蔗糖酶， 微生物细胞内一直存在的酶 所以不能利用蔗糖，但如果在培养 基内加入蔗糖，一段时间后，可以 分析讨论 合成蔗糖酶，并利用蔗糖。
过量时 谷氨酸
酶合成的调节 or 酶活性的调节???
与激素 ____调 节相似
（3）酶活性改变的原因：
代谢过程中产生的物质与酶结合，使酶的结构产生 变化。这种变化是可逆的，代谢产物与酶脱离时， 酶结构复原，又恢复原有的活性。酶数量不变。
通过两种方式调节，微生物细胞内一般不会积累 两种调节的对比 在量的代谢产物，但在生产中，人们总希望微生 物能够最大限度地积累对人类有用的代谢产物。
酶合成的调节 通过酶量的变化 调节对象 控制代谢速率 酶活性的调节 控制酶活性，不 涉及酶量变化 快速、精细 代谢调节，它调 节各种酶活性
不 同 调节效果 相对缓慢 点 基因水平调节， 调节机制 控制诱导酶合成
相 细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、 同 准确控制代谢的正常进行。 点
抑制
萄葡糖