微生物代谢调节课件.ppt

1、 第十三章第十三章 微生物代谢调节微生物代谢调节 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PEPPyrIIPHprHprPRprRprPPaseRprPaseACRprPAC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-COOOHOH 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-CHO

2、H C=O COO-CHO CH2CHNH 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）2POlacIlacZlacYlacA80 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）P-O区cAMP-CAP 结合位点cAMP-CAP 40 50 70 80 110 120CoreRNA-P结合位点E.coli 乳糖操纵子结合位点 I P O Z

3、Y a DNAATPcAMPCAP5-AMPRNA-PGXACPD(-)(+)阻遏物+LacmRNA多肽链葡萄糖通过 cAMP影响乳糖操纵子表达的作用模式 cAMP半乳糖操纵子（gal operon）Gal RPO 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 TACTCTS2S1-76 至47 TAMP-CAPA-30-20-10mRNA-（cAMP-CAP）

4、1mRNA+（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）araDaraAaraBpCpBADaraC结构基因调节基因控制区L-AraL-RuL-Ru5PD-Xu5P123E.coli 阿拉伯糖操纵子的结构与功能+30 +1 -40 -80 -110 -148 -172 araCmRNAPr（-ara）araPiPr（-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-PPr（+G，-Ar

5、a）ara mRNARNA-PPr（-G，-Ara）ara mRNACAPCAPRNA-PPr（-G，+Ara）ara mRNACAPCAPPiRNA-PPiRNA-PpCpBADara 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 hutHHis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）trpAtrpBtrpCP2trpDtrpELP1OSpacerSpac

6、erAttenuator sequenceE.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AUACCCAGCCCGCCUAAUGAGCGGGCUUUUUUUUUC G G C C G C G C G G C A UUUUUUUUUAUACCCCUA AUGA1101201301403-OH色氨酸前导mRNA的末端区段1234Trp密码子12344312转录继续转录终止E.coli色氨酸操纵子的衰减机制的模型（a）游离Mrna1区和2区之间，3区和4区之间形成碱基对；（b）低浓度色氨酸时，核糖核蛋白体在1区，这时4区

7、的转录被完成，（c）高浓度色氨酸时，核糖核蛋白体位于2区，转录在4区之前完成第三节 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）ABCDX苏氨酸a-酮丁酸异亮氨酸苏氨酸DHEE.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）ABCDEYFGZ（1）（2）（3）酶的顺序反馈抑制的模式PEP +E4PDAHPCAPerAA（邻氨基苯甲酸）TryHPPATyr PPAPheB.subtilis中芳香族氨基酸合成的顺序反馈抑制同功酶的反

8、馈抑制的模式ABCDEYFGZ（1）（3）（4）（2）AspAsp-PAsaHseThrLysMetIleuAK IIIAK IIAK IE.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ABCDEYFGZ（1）（2）（3）Asp-PAspAsaLysThr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ABCDEYFGZ（2）（3）30%40%58%Glu+ATP+NH4+GlnCTPAGPCPAMP GMPAlaGlyTyr HisGSE.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ABCDEYFGZ（2）（3）20%15%90%PRP

9、P+GlnPRASAMPGMPXMPIMPAMP10%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（

10、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）PPPPPP4ATP4ADP磷酸化酶b激酶磷酸酯酶4H3PO44H2O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HOGS（）12AMP-OGS（）12Gln（+）（-）a-kG（+）（-）腺苷转移酶（+）（+）P11P11-UMP12Pi12ADP12ATP12PPinATP+GSGS-（AMP）n+nPPiATase，P11GS-（AMP）n+nPiATase P11-（UMP）2 GS+nADP Mg2+M

11、g2+P11-A+2UTP P11-（UMP）2+PPi P11-（UMP）2+H2O P11-A+2 UMPUTaseATaseMg2+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-AGNAG-pOrnCit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AspAsp-PAsaHse-pThrLysMetIleu反馈阻遏反馈抑制谷氨酸棒杆菌（Cor

12、ynebacterium glutamicum）赖氨酸合成的遗传调节AspAsp-PDAPHse-pThrLysMetIleu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HseAKIAKIIAKIIIHSDHIHSDHII反馈抑制OAAAspAsaHseThrA-KbIleuA-kGGluGsaGlu-pProATPADPLysMetATPADPHSKAKAsp-PHSDH黄色短杆菌（Brevibacterium fulvum）异亮氨酸缺陷型生产脯氨酸AspAsp-PHseThrAsaAKIAKIIAKIIIHSDHHSDHIIMetLys黄色短杆菌（Brevibacterium fulvum）抗AHK的菌株积累苏氨酸的代谢控制PRPP+GlnPRASAMPGMPXMPIMPAMP（2）（3）（5）（2）酰氨基转移酶（3）SAMP合成酶（5）IMP DHEAdoAR-5-pATPADPGuaG反馈阻遏反馈阻遏反馈抑制PRPPR-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、