微生物代谢调节课件.ppt
第十三章 微生物代谢调节,第一节 总论,一、微生物代谢调节问题的提出二、微生物代谢调节的方式 1、细胞透性的调节 2、代谢途径的区域化 3、代谢流向的调节 4、代谢流量的调节,细胞透性的调节,PEP,Pyr,I,I,P,Hpr,Hpr,P,Rpr,Rpr,P,Pase,Rpr,Pase,AC,Rpr,P,AC,无活性,无活性,有活性,有活性,乳糖渗透酶与腺苷酸环化酶的协调作用,第二节 酶合成的调节,一、酶合成的诱导作用 1、协同诱导和顺序诱导 2、E.coli-半乳糖苷酶的诱导二、酶合成的阻遏作用三、酶合成调节机制,顺序诱导,COO-,COO,OH,OH,原儿酚,顺，顺-己二烯二酸,醋酸+琥珀酸,-酮己二酸,-酮己二酸CoA,COO-,CHOH,C=O,COO-,CHO,CH2CH,NH,NH3+,COO-,COO-,COO-,NH3+,COO-,NH3+,COO-,NH3+,酶合成调节机制：操纵子学说,阻遏物-半乳糖苷酶 渗透酶 半乳糖苷转乙酰基酶（38500）4（116350）4（46500）2（30000）2,PO,lacI,lacZ,lacY,lacA,80 1080 122 3063 45 1251 67 870(bp),E.coli 乳糖操纵子的结构,乳糖操纵子（lac operon）,半乳糖操纵子（gal operon）,Gal R,PO,gal E,gal T,gal K,Gal,Gal-1-P,UDP-Gal+G-1-P,UDP-G,激酶,转移酶,表异构酶,E.coli 半乳糖操纵子的结构与功能,TGTTATG CTATGGT T ATTTC AT ATGAGA ACAATACGATACCAA TAAAG TA TACTCT,S2,S1,-76 至47 TAMP-CAPA,-30,-20,-10,mRNA-（cAMP-CAP）,1,mRNA+（cAMP-CAP）,galE,半乳糖操纵子的启动子和操纵区的碱基顺序,阿拉伯糖操纵子（ara operon）,araD,araA,araB,pC,pBAD,araC,结构基因,调节基因,控制区,L-Ara,L-Ru,L-Ru5P,D-Xu5P,1,2,3,E.coli 阿拉伯糖操纵子的结构与功能,+30+1-40-80-110-148-172,araCmRNA,Pr（-ara）,ara,Pi,Pr（-ara）,诱导型（+ara）,A位点（Pr or Pi）,B位点（Pi）,阻遏型,RNA-P位点（PBD）,cAMP-CAP位点,RNA-P位点（PC）,Ara BAD mRNA,阿拉伯操纵子的调节及其结合位点,RNA-P,Pr,（+G，-Ara）,ara mRNA,RNA-P,Pr,（-G，-Ara）,ara mRNA,CAP,CAP,RNA-P,Pr,（-G，+Ara）,ara mRNA,CAP,CAP,Pi,RNA-P,Pi,RNA-P,pC,pBAD,ara mRNA,阿拉伯操纵子在不同营养条件下，调控区段的状态,组氨酸利用操纵子（hut operon,PI O hutI hutG hutC pU O hutU hutH,His,尿刊酸,咪唑酮丙酸,甲酰亚胺谷氨酸,甲酰亚胺+谷氨酸,His酶,尿刊酸酶,4-咪唑-5-丙酸氨基水解酶,甲酰亚胺谷氨酸水解酶,组氨酸利用操纵子的结构与功能,色氨酸操纵子（trp operon）,trpA,trpB,trpC,P2,trpD,trpE,L,P1,O,Spacer,Spacer,Attenuator sequence,E.coli色氨酸操纵的结构与功能,邻氨基苯甲酸合成酶组分I,邻氨基苯甲酸合成酶组分II,色氨酸合成酶a,色氨酸合成酶,吲哚甘油磷酸合成酶,AUACCCAGCCCGCCUAAUGAGCGGGCUUUUUUUUU,C G G C C G C G C G G C A U,UUUUUUUU,AUACCC,C,U,A,A,U,G,A,110,120,130,140,3-OH,色氨酸前导mRNA的末端区段,第三节 酶活性的调节,一、酶激活作用二、酶活性的反馈抑制 1、直线式代谢途径中的反馈抑制 2、分枝式代谢途径中的反馈抑制三、抗反馈作用与抗反馈突变株四、酶活性的调节的机制,反馈抑制（直线式代谢途径中）,A,B,C,D,X,苏氨酸,a-酮丁酸,异亮氨酸,苏氨酸DHE,E.coli中异亮氨酸对苏氨酸DHE的反馈抑制,反馈抑制（分枝式代谢途径中）,A,B,C,D,E,Y,F,G,Z,（1）,（2）,（3）,酶的顺序反馈抑制的模式,PEP+E4P,DAHP,CA,Per,AA（邻氨基苯甲酸）,Try,HPPA,Tyr,PPA,Phe,B.subtilis中芳香族氨基酸合成的顺序反馈抑制,同功酶的反馈抑制的模式,A,B,C,D,E,Y,F,G,Z,（1）,（3）,（4）,（2）,Asp,Asp-P,Asa,Hse,Thr,Lys,Met,Ileu,AK III,AK II,AK I,E.coli中天门冬氨基酸合成的同功酶的反馈抑制,协同的反馈抑制的模式,A,B,C,D,E,Y,F,G,Z,（1）,（2）,（3）,Asp-P,Asp,Asa,Lys,Thr,苏氨酸和赖氨酸对天门冬氨基酸激酶的协同反馈抑制,积累式的反馈抑制的模式,A,B,C,D,E,Y,F,G,Z,（2）,（3）,30%,40%,58%,Glu+ATP+NH4+,Gln,CTP,AGP,CP,AMP,GMP,Ala,Gly,Tyr,His,GS,E.coli谷氨酰氨合成酶的累积反馈抑制,超相加式的反馈抑制的模式,A,B,C,D,E,Y,F,G,Z,（2）,（3）,20%,15%,90%,PRPP+Gln,PRA,SAMP,GMP,XMP,IMP,AMP,10%,50%,10%,（1）,（2）,（3）,（1）酰氨基转移酶,（2）SAMP合成酶,（3）IMP DHE,嘌呤核苷酸生物合成中超相加式的反馈抑制,抗反馈作用与抗反馈突变株,抗反馈作用：抗反馈突变株：抗反馈突变株获得方法：1、用进行结构类似物筛选 2、用回复突变进行筛选,酶活性的调节的机制,1、变构酶调节作用机制2、酶的共价修饰调节,酶类,低活性状态,高活性状态,来源,糖原合成酶丙酮酸DHE糖原磷酸化酶磷酸化酶b激酶谷氨酰胺合成酶嘌呤氧化酶,（去磷酸化）酶（去磷酸化）酶（磷酸化）酶（磷酸化）酶（腺苷酰化）酶,（-SH化）酶,（磷酸化）酶（磷酸化）酶（去磷酸化）酶（去磷酸化）酶（去腺苷酰化）酶,（-S-S-化）酶,真核生物真核生物真核生物 哺乳动物 原核生物哺乳动物,酶的共价修饰方式,磷酸化酶b无活性,磷酸化酶a 高活性,磷酸化酶a 有活性（四聚体）,P,P,P,P,P,P,4ATP,4ADP,磷酸化酶b激酶,磷酸酯酶,4H3PO4,4H2O,磷酸化酶的酶促共价修饰,E.coli谷氨酰胺合成酶的共价修饰调节方式,HO,GS,（）12,AMP-O,GS,（）12,Gln,（+）,（-）,a-kG,（+）,（-）,腺苷转移酶,（+）,（+）,P11,P11-UMP,12Pi,12ADP,12ATP,12PPi,nATP+GS,GS-（AMP）n+nPPi,ATase,，P11,GS-（AMP）n+nPi,ATase,P11-（UMP）2,GS+nADP,Mg2+,Mg2+,P11-A+2UTP,P11-（UMP）2+PPi,P11-（UMP）2+H2O,P11-A+2 UMP,UTase,ATase,Mg2+,Mg2+,第四节 微生物代谢调节的人工控制,一、改变微生物的遗传特性 1、反馈抑制作用的解除 2、反馈阻遏作用的解除 3、遗传障碍 4、细胞透性的改变二、控制发酵条件,代谢缺陷株的应用,Glu,N-AG,NAG-p,Orn,Cit,谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）中精氨酸合成的遗传调节,Arg,（3）,（1）,（2）,（4）,（5）,（6）,（7）,（8）,反馈抑制,Asp,Asp-P,Asa,Hse-p,Thr,Lys,Met,Ileu,反馈阻遏,反馈抑制,谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）赖氨酸合成的遗传调节,Asp,Asp-P,DAP,Hse-p,Thr,Lys,Met,Ileu,反馈阻遏,大肠杆菌（E.coli）三缺陷型（Met-、Lys-、Ileu-）合成苏氨酸的调节,Hse,AKI,AKII,AKIII,HSDHI,HSDHII,反馈抑制,OAA,Asp,Asa,Hse,Thr,A-Kb,Ileu,A-kG,Glu,Gsa,Glu-p,Pro,ATP,ADP,Lys,Met,ATP,ADP,HSK,AK,Asp-P,HSDH,黄色短杆菌（Brevibacterium fulvum）异亮氨酸缺陷型生产脯氨酸,Asp,Asp-P,Hse,Thr,Asa,AKI,AKII,AKIII,HSDH,HSDHII,Met,Lys,黄色短杆菌（Brevibacterium fulvum）抗AHK的菌株积累苏氨酸的代谢控制,PRPP+Gln,PRA,SAMP,GMP,XMP,IMP,AMP,（2）,（3）,（5）,（2）酰氨基转移酶,（3）SAMP合成酶,（5）IMP DHE,Ado,A,R-5-p,ATP,ADP,Gua,G,反馈阻遏,反馈阻遏,反馈抑制,PRPP,R-5-p,产氨短杆菌（Brevibacterium ammoniagenes）嘌呤核苷酸合成途径及调节,课程总结,1、2、3、,
