复习资料1绪论——原理课件

《复习资料1绪论——原理课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复习资料1绪论——原理课件（246页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、微生物代谢控制发酵（生物工程专业）Welcome to the study of microbiology!复习资料1绪论原理课件 在在新新世世纪纪，生生命命科科学学研研究究、生生物物技技术术的的重重大大突突破破。将将在在医医药药、农农业业、环环境境、能能源源等等领领域域引引发发新新的的产产业业革革命命，为为解解决决人人类类生生存存与与发发展展面面临临的的健健康康、资资源源、环环境境等等重重大大问问题题提提供强有力的手段。供强有力的手段。复习资料1绪论原理课件生物工程专业生物工程专业生物工程专业生物工程专业n n2020世纪世纪世纪世纪4040年代的发酵工学专业年代的发酵工学专业年代的发酵工学

2、专业年代的发酵工学专业n n5050年代的抗生素制造工学专业年代的抗生素制造工学专业年代的抗生素制造工学专业年代的抗生素制造工学专业n n8080年代的生物化学工程专业、生物化工专业年代的生物化学工程专业、生物化工专业年代的生物化学工程专业、生物化工专业年代的生物化学工程专业、生物化工专业n n9090年代发展为生物工程专业年代发展为生物工程专业年代发展为生物工程专业年代发展为生物工程专业 生生生生物物物物工工工工程程程程专专专专业业业业正正正正式式式式设设设设立立立立于于于于19981998年年年年，在在在在19981998年年年年我我我我国国国国颁颁颁颁布布布布的的的的本本本本科科科科专专

3、专专业业业业目目目目录录录录中中中中，明明明明确确确确生生生生物物物物工工工工程程程程专专专专业业业业属属属属于于于于工工工工学学学学：生生生生物物物物工工工工程程程程包包包包含含含含了了了了原原原原来来来来的的的的生生生生物物物物化化化化工工工工（部部部部分分分分）、微微微微生生生生物物物物制制制制药药药药、生生生生物物物物化化化化学学学学工工工工程程程程（部分）、发酵工程等（部分）、发酵工程等（部分）、发酵工程等（部分）、发酵工程等4 4个专业。个专业。个专业。个专业。 生生生生物物物物工工工工程程程程专专专专业业业业的的的的相相相相近近近近专专专专业业业业定定定定为为为为应应应应用用用用

4、理理理理学学学学的的的的生生生生物物物物技技技技术术术术专专专专业业业业。因因因因为为为为生生生生物物物物技技技技术术术术专专专专业业业业培培培培养养养养应应应应用用用用研研研研究究究究型型型型人人人人才才才才，而而而而生生生生物物物物工工工工程程程程专专专专业业业业培培培培养应用型工程技术人才，两者的侧重点不同。养应用型工程技术人才，两者的侧重点不同。养应用型工程技术人才，两者的侧重点不同。养应用型工程技术人才，两者的侧重点不同。复习资料1绪论原理课件n n生生生生物物物物工工工工程程程程学学学学科科科科的的的的内内内内涵涵涵涵是是是是利利利利用用用用生生生生物物物物体体体体系系系系，应应应

5、应用用用用生生生生物物物物学学学学、化化化化学学学学和和和和工工工工程程程程技技技技术术术术相相相相结结结结合合合合的的的的方方方方法法法法, ,按按按按照照照照人人人人类类类类的的的的需需需需要要要要改改改改造造造造和和和和设设设设计计计计生生生生物物物物的的的的结结结结构构构构与与与与功功功功能能能能, ,以以以以便便便便更更更更经经经经济济济济、更更更更有有有有效效效效、大大大大规规规规模模模模地地地地为为为为人人人人类类类类提提提提供供供供所所所所需需需需各各各各种种种种产产产产品品品品的的的的技技技技术术术术，是是是是生生生生物物物物技技技技术成果走向工业化的关键技术。术成果走向工业

6、化的关键技术。术成果走向工业化的关键技术。术成果走向工业化的关键技术。 n n生生生生物物物物工工工工程程程程学学学学科科科科是是是是以以以以基基基基因因因因工工工工程程程程、蛋蛋蛋蛋白白白白质质质质工工工工程程程程、细细细细胞胞胞胞工工工工程程程程、酶酶酶酶工工工工程程程程、发发发发酵酵酵酵工工工工程程程程、生生生生化化化化工工工工程程程程为为为为核核核核心心心心, ,借借借借助助助助于于于于工工工工程程程程学学学学技技技技术术术术，以以以以生生生生物物物物技技技技术术术术研研研研究究究究成成成成果果果果为为为为对对对对象象象象、实实实实现现现现产产产产业业业业化为基本任务的工学学科。化为基

7、本任务的工学学科。化为基本任务的工学学科。化为基本任务的工学学科。n n生生生生物物物物工工工工程程程程广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用于于于于化化化化工工工工、医医医医药药药药、食食食食品品品品、农农农农业业业业、能能能能源、资源和环境等领域，近年来发展迅猛。源、资源和环境等领域，近年来发展迅猛。源、资源和环境等领域，近年来发展迅猛。源、资源和环境等领域，近年来发展迅猛。 复习资料1绪论原理课件n n代谢控制发酵代谢控制发酵 细胞形态、分类、生理（营养和代谢）细胞形态、分类、生理（营养和代谢）有机物有机物种类、种类、合成、合成、分解。分解。基因基因种类、种类、转录、转录、翻译翻译调控。调控。

8、？Microbiology revolves around two basic themes: basic and applied 分子生物学分子生物学微生物学微生物学生物化学生物化学复习资料1绪论原理课件Metabolic Control Fermentation课程性质和任务课程性质和任务n n性性质质：学学位位选选修修课课，2424学学时时，2 2学分。学分。n n任任务务：使使使使同同同同学学学学掌掌掌掌握握握握利利利利用用用用微微微微生生生生物物物物生生生生产产产产人人人人类类类类所所所所需需需需要要要要的的的的产产产产品品品品的的的的先先先先进进进进调控技术。调控技术。调控技术。调

9、控技术。复习资料1绪论原理课件课程主要内容和时间安排课程主要内容和时间安排n n第一章 绪论（2）n n第二章 微生物代谢调节机制（6） n n第三章 微生物代谢控制发酵 （6）n n第四章 代谢控制发酵育种的基本技术（4）n n第五章 代谢控制发酵的应用（6）概概况况原原理理 技技术术应应用用 viplxl复习资料1绪论原理课件考考 核核 方方 法法n n平时成绩（20% ） 上课出勤、回答问题、笔记和作业情况。n n考试成绩（80% ） 闭卷考试。复习资料1绪论原理课件n n教材：教材：代谢控制发酵代谢控制发酵 张克旭张克旭 主编主编 中国轻工业出版社中国轻工业出版社n n参考教材：参考教

10、材：生物化学生物化学 魏述众魏述众 主编主编 中国轻工业出版社中国轻工业出版社途途径径工工程程第第三三代代基基因因工工程程 张张惠惠展展 主主编编 中中国国轻轻工工业出版社业出版社现现代代工工业业发发酵酵调调控控学学 华华东东理理工工大大学学 储储 炬炬 李李友友荣荣 主主编编 化学工业出版社化学工业出版社微微生生物物生生物物技技术术应应用用微微生生物物学学基基础础原原理理 科科学学技技术出版社术出版社 华中农业大学陈守文华中农业大学陈守文 喻子牛等翻译喻子牛等翻译复习资料1绪论原理课件第一章第一章 绪绪 论论n n第一节第一节 发酵工业概况发酵工业概况 代代表表性性发发酵酵产产品品概概况况：

11、如如，酒酒精精、啤啤酒酒、酶酶制制剂剂、有有机酸、氨基酸、抗生素、维生素等。机酸、氨基酸、抗生素、维生素等。n n第二节第二节 发酵技术的历史进程发酵技术的历史进程 混混合合菌菌种种发发酵酵阶阶段段；纯纯种种发发酵酵阶阶段段；深深层层通通风风发发酵酵阶阶段段；代代谢谢控控制制发发酵酵阶阶段段；广广泛泛的的生生物物化化学学工工业业阶阶段段（生生物物炼制）。炼制）。n n第三节第三节 微生物代谢概述微生物代谢概述 微微生生物物细细胞胞代代谢谢的的基基本本概概念念；细细胞胞代代谢谢的的特特点点；微微生生物物细细胞胞代代谢谢调调节节的的意意义义；代代谢谢控控制制发发酵酵理理论论的的发发展展；代代谢谢控

12、制发酵理论的应用；代谢工程。控制发酵理论的应用；代谢工程。 复习资料1绪论原理课件第一节第一节 发酵工业概况发酵工业概况n n发发发发酵酵酵酵：指指通通过过微微生生物物培培养养，使使某某种种特特定定代代谢谢产产物物大大量量积积累累的过程。的过程。n n发发发发酵酵酵酵工工工工程程程程：是是基基于于生生物物学学知知识识和和工工程程学学概概念念，采采用用现现代代生生物物技技术术和和工工程程技技术术手手段段，利利用用微微生生物物和和动动植植物物细细胞胞的的某某些些特定性状功能，在反应器中为人类生产有用的产品。特定性状功能，在反应器中为人类生产有用的产品。 掌掌握握生生物物技技术术及及其其产产业业化化

13、的的科科学学原原理理、工工艺艺过过程程和和工工程程设设计计等等基基础础理理论论，基基本本技技能能，能能在在生生物物技技术术与与工工程程领领域域从从事事设设计计、生生产产、管管理理和和新新技技术术研研究究、新新产产品品开开发发的的工工程程技术人才。技术人才。 复习资料1绪论原理课件菌种选育菌种选育发发酵酵工工程程的的内内容容过程控制过程控制产品提纯产品提纯复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件n n微微微微生生生生物物物物生生生生物物物物反反反反应应应应器器器器的的的的研研研研究究究究开开开开发发发发，新新新新型型型型发发发发酵酵酵酵装装装装置置置置、生生生生物物物物传传传传感感感感器器器

14、器和和和和使使使使用用用用电电电电子子子子计计计计算算算算机机机机控控控控制制制制的的的的自自自自动动动动化化化化连连连连续发酵的技术；续发酵的技术；续发酵的技术；续发酵的技术；n n利利利利用用用用微微微微生生生生物物物物控控控控制制制制或或或或参参参参与与与与工工工工业业业业生生生生产产产产，如如如如采采采采矿矿矿矿、冶冶冶冶金等。金等。金等。金等。复习资料1绪论原理课件n n发发发发酵酵酵酵工工工工业业业业：是是是是以以以以粮粮粮粮食食食食和和和和农农农农副副副副产产产产品品品品为为为为主主主主要要要要原原原原料料料料的的的的发发发发酵酵酵酵加加加加工工工工工工工工业业业业。在在在在各各

15、各各产产产产业业业业部部部部门门门门中中中中，年年年年产产产产值值值值已已已已跃跃跃跃居居居居第第第第一一一一位位位位（600/3600600/3600多多多多亿元），成为国民经济的主要文柱产业之一。亿元），成为国民经济的主要文柱产业之一。亿元），成为国民经济的主要文柱产业之一。亿元），成为国民经济的主要文柱产业之一。 n n传传传传统统统统产产产产业业业业主主主主要要要要包包包包括括括括酒酒酒酒精精精精、白白白白酒酒酒酒、啤啤啤啤酒酒酒酒、葡葡葡葡萄萄萄萄酒酒酒酒、淀淀淀淀粉粉粉粉糖糖糖糖、酵母、氨基酸。酵母、氨基酸。酵母、氨基酸。酵母、氨基酸。n n现现现现代代代代产产产产业业业业主主主主

16、要要要要包包包包括括括括有有有有机机机机酸酸酸酸、多多多多元元元元醇醇醇醇、酶酶酶酶制制制制剂剂剂剂、核核核核苷苷苷苷酸酸酸酸、维维维维生素、抗生素、生物技术药物、疫苗、诊断试剂等行业。生素、抗生素、生物技术药物、疫苗、诊断试剂等行业。生素、抗生素、生物技术药物、疫苗、诊断试剂等行业。生素、抗生素、生物技术药物、疫苗、诊断试剂等行业。复习资料1绪论原理课件产产产产 品品品品产量（万吨）产量（万吨）产量（万吨）产量（万吨）备备备备 注注注注味味 精精170170赖氨酸赖氨酸3232主要为饲料主要为饲料柠檬酸柠檬酸7272包括盐和酯包括盐和酯乳乳 酸酸8 8酶制剂酶制剂5353酵酵 母母15.51

17、5.5主要为主要为ADYADY糖糖 醇醇560560特种发酵品特种发酵品8080合计：合计：990.5990.5万吨万吨2006年中国发酵工业主要产品产量年中国发酵工业主要产品产量复习资料1绪论原理课件现代发酵工程规模低低值值工工业业品品大大型型化化 以以规规模模来来取取胜胜（几几十十数数百百吨吨）。如如味味精精、氨氨基基酸酸、有有机机酸酸、抗抗生生素素、饲饲料料、食食品品工工业用产品等；业用产品等；高高价价值值转转基基因因产产品品小小型型化化（几几十十数数百百升升）。基基因因工工程程大大肠肠杆杆菌菌、酵酵母母菌菌高高密密度度培培养养；动动物物细细胞胞植植物物细细胞培养；胞培养；研究中心智能化

18、、全能性研究中心智能化、全能性。复习资料1绪论原理课件酒精工业的现状酒精工业的现状n n20032003年年世世界界乙乙醇醇总总产产量量约约25002500万万吨吨，（历历史史最最高高产产量量为为27002700万万吨吨）其其中中美美洲洲产产量量16501650万万吨吨，亚亚洲洲442442万万吨吨，欧欧洲洲380380万万吨吨，非非洲洲4040万万吨吨，大大洋洋洲洲1616万万吨吨。其其中中：巴巴西西年年产产量量达达11001100万万吨吨，美美国国年年产产发发酵酵乙乙醇醇逾逾400400万吨，俄罗斯年产近万吨，俄罗斯年产近100100万吨乙醇。万吨乙醇。n n在在世世界界上上乙乙醇醇的的用

19、用途途以以燃燃料料乙乙醇醇为为主主占占66%66%，食食用用乙醇乙醇14%14%，工业溶剂，工业溶剂11%,11%,其它化学工业其它化学工业9%9%。复习资料1绪论原理课件n n20042004年我国乙醇实际产量年我国乙醇实际产量340340万吨，生产能力万吨，生产能力600600万吨。万吨。n n20062006年年的的酒酒精精实实际际产产量量571571万万吨吨。其其中中，燃燃料料乙乙醇醇占占132132万万吨，用玉米生产的燃料乙醇吨，用玉米生产的燃料乙醇8585万吨。万吨。n n到到目目前前为为止止，乙乙醇醇生生产产企企业业（包包括括生生产产车车间间）已已达达10001000多多个个，遍

20、遍及及各各省省市市自自治治区区（西西藏藏除除外外），其其中中以以山山东东、四四川川最多。产量居世界第二位。最多。产量居世界第二位。n n总总体体来来讲讲，我我国国酒酒精精行行业业发发展展速速度度偏偏快快，短短期期内内国国内内酒酒精精市场供大于求，盈利空间变小，企业生存面临困难。市场供大于求，盈利空间变小，企业生存面临困难。 复习资料1绪论原理课件酒精工业的困难与机遇酒精工业的困难与机遇n n乙乙醇醇生生产产原原料料占占总总成成本本的的70%70%以以上上，原原料料是是企企业业的的生生命命线线 。目目前前，我我国国酒酒精精的的原原料料结结构构相相对对单单一一，玉玉米米占占总总原原料料的的近近70

21、%70%。按按3.23.2吨吨玉玉米米产产1 1吨吨酒酒精精计计算，每年消耗玉米约算，每年消耗玉米约13001300万吨。万吨。n n20062006年年全全国国玉玉米米产产量量1.441.44亿亿吨吨，当当年年全全国国玉玉米米深深加加工工量量35893589万万吨吨，玉玉米米价价格格已已达达到到16601660元元/ /吨吨。进进口口木木薯薯价价格格仍仍保保持持高高价价上上涨涨态态势势 ，原原料料市市场场供供应应紧张紧张 。 一、原料紧张一、原料紧张复习资料1绪论原理课件国家发展和改革委员会国家发展和改革委员会 2007年年9月发布月发布复习资料1绪论原理课件n n 乙乙醇醇工工业业在在为为

22、国国民民经经济济做做出出突突出出贡贡献献的的同同时时又又是是一一个个污污染染十十分分严严重重的的行行业业。现现行行的的乙乙醇醇生生产产工工艺艺所所造造成成的的污污染染以以水水污污染染最最为为严严重重，生生产产过过程程的的废废水水主主要要来来自自发发酵酵醪醪蒸蒸馏馏乙乙醇醇后后排排除除的的废废糟糟、生生产产设设备备的的洗洗涤涤水水、以以及及蒸蒸煮煮、糖糖化化发发酵酵、蒸蒸馏馏工工艺艺的的冷冷却却水水等等。每每生生产产一一吨吨成成品品乙乙醇醇约约排排放放13-1613-16吨吨乙乙醇醇废废糟糟，乙乙醇醇废废糟糟为为高高浓浓度度有有机机废废水水，呈呈酸酸性性，CODCODCrCr高高达达50000-

23、70000mg/L50000-70000mg/L，是是乙乙醇醇工工业业最最主要的污染源。主要的污染源。二、污染严重二、污染严重复习资料1绪论原理课件n n世世界界平平均均水水平平单单位位酒酒精精能能耗耗300-400300-400公公斤斤标标煤煤，我我国是国是800800公斤。公斤。n n酒酒精精生生产产企企业业在在节节能能、自自动动化化、综综合合利利用用和和废废渣渣废废水水治治理理等等方方面面与与先先进进国国家家尚尚有有很很大大差差距距，从从另另一个角度说，差距也是潜力。一个角度说，差距也是潜力。 三、能耗太高三、能耗太高复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件酒精工业技术进步方向酒精工

24、业技术进步方向n n1 、木质纤维素生产酒精复习资料1绪论原理课件n n2 2 、清液发酵技术生产酒精、清液发酵技术生产酒精n n3 3、 高浓度发酵技术生产酒精高浓度发酵技术生产酒精 国国外外的的高高浓浓度度酒酒精精发发酵酵是是常常用用的的技技术术，酒酒精精浓浓度度达达到到14-15%14-15%，我我国国同同类类工工艺艺尚尚处处于于试试验验阶阶段段，酒酒精精浓浓度度也也可可达达到到14%14%，但但相相关关配配套套工工艺艺存存在在问问题。题。n n4 4、 废弃物综合利用技术废弃物综合利用技术复习资料1绪论原理课件啤酒工业情况啤酒工业情况n n2004年啤酒总产量达到2700万吨，超过美国

25、（2400万吨），德国（1250万吨），跃居世界第一。但人均消费量仅为世界平均水平的70%，为欧美等发达国家的1/61/7。n n工艺技术，产品质量，市场营销等总体水平与啤酒先进国家仍有一定的差距。复习资料1绪论原理课件白酒工业情况白酒工业情况n n1996年白酒产量创历史最高达到800万吨。 2004年450万吨。白酒产量明显下降，主要原因是产业政策、消费习惯、社会节奏加快、健康、驾驶等原因限制了白酒的消费。白酒是民族特色产品，其生产工艺为我国独有，具有民族性。 复习资料1绪论原理课件黄酒工业情况n n 2003年黄酒产量为130万吨，生产水平居国际领先，有的工艺配方被列为国家无限期秘密。但

26、总的发展趋势缓慢，大厂增产，小厂减产。复习资料1绪论原理课件葡萄酒工业情况工业情况n n2004年葡萄酒产量35万吨，主要有张裕，长城，等主要厂家，中国以白葡萄酒、干白葡萄酒、红葡萄酒为主，相对品种单一，生产技术和产品质量与先进国家相比有一定的差距。 复习资料1绪论原理课件酶制剂工业n n全全年年总总产产量量2525万万吨吨左左右右，年年销销售售额额7 7亿亿元元左左右右。糖糖化化酶酶 1616万万吨吨，技技术术水水平平300003000035000u/mL35000u/mL，国国外外最最高高50000u/mL50000u/mL以以上上。-淀淀粉粉酶酶4 4万万吨吨，6000u/mL6000u

27、/mL，大大多多由由国国外外引引进进菌菌种种，其其中中高高温温淀淀粉粉酶酶占占76%76%左左 右右 。 蛋蛋 白白 酶酶 5 5万万 吨吨 ， 技技 术术 水水 平平 200002000025000u/mL 25000u/mL 主要是洗涤剂用酶，碱性蛋白酶。主要是洗涤剂用酶，碱性蛋白酶。复习资料1绪论原理课件其他酶种（小酶种）其他酶种（小酶种）n n小酶种 主要有纤维素酶、凝乳酶、脂肪酶、果胶酶、葡萄糖异构酶等。n n国内酶制剂工业的主要困难：（1）技术水平低，产品在价格与质量上不能与国外大型公司的产品相比较，竞争困难。中国的制造成本占销售价的75-80%，国外占销售价的3035%。（2）品

28、种少，产品结构不合理。复习资料1绪论原理课件国内外工业酶制剂应用领域比较国内外工业酶制剂应用领域比较 复习资料1绪论原理课件有机酸工业的产业状况n n1 柠柠檬檬酸酸 2003年28万吨，世界柠檬酸90万吨，欧洲约为25万吨，美国23万吨，中国2002年出口21万吨。 技术水平：国内工业产酸水平1216%，国外1820%。 2 衣衣康康酸酸 2003年，8000吨，大部分出口。工业产酸水平812%，国外产酸水平14%。 复习资料1绪论原理课件有机酸工业状况有机酸工业状况n n3 3 3 3 乳乳乳乳酸酸酸酸 2003200320032003年年年年1.31.3万万吨吨 国国内内主主要要是是DL

29、DL型型乳乳酸酸，L-L-乳乳酸酸有有少少量量生生产产，工工业业水水平平9 910%10%，中中试试水水平平121214%14%。n n世世界界乳乳酸酸消消费费量量约约为为13131515万万吨吨/ /年年，最最近近因因为为PLAPLA的的发发展展，乳乳酸酸工工业业迅迅猛猛发发展展，现现在在由由美美国国道道化化学学公公司司和和卡卡吉吉尔尔合合资资（CDPCDP）建建设设年年产产量量1414万万吨吨的的PLAPLA工工厂厂。据据美美国国玉玉米米种种植植协协会会称称，每每年年用用于于PLAPLA制制造造玉玉米米量量约约为为12701270万万吨吨，相相当当于于美美国国用用于于乙乙醇醇生生产产的的玉

30、玉米米量量。据据报报道道，美美国国的的L-L-乳乳酸酸的的发发酵酵水水平约为平约为18%18%。复习资料1绪论原理课件n n4 4 4 4 苹苹苹苹果果果果酸酸酸酸 中中国国最最高高年年产产量量100100吨吨。主主要要以以反反丁丁烯烯二二酸酸为为原原料料，用用固固定定化化细细胞胞来来转转化化，投投料料浓浓度度11.3%11.3%，转转化化率率90%90%以以上上。发发酵酵法法生生产产水水平平约约为为9%9%左右，但后提取工艺尚未解决。左右，但后提取工艺尚未解决。n n世世界界苹苹果果酸酸的的需需求求量量约约为为2.42.4万万吨吨，日日本本市市场场需需要要5500550060006000吨吨

31、/ /年年，主主要要用用于于食食品品加加工工、化化妆妆品品、沐沐浴浴剂剂。直直接接发发酵酵水水平平101012%12%，固固定定化化细细胞转化率也为胞转化率也为90%90%左右。左右。复习资料1绪论原理课件氨基酸工业的产业状况n n谷氨酸（味精）谷氨酸（味精）谷氨酸（味精）谷氨酸（味精） 20032003年年 世世界界产产量量120120万万吨吨，我我国国8080万万吨吨。技技术术水水平平：产产酸酸9 910%10%，转转化化率率55-58%55-58%。提提取取收收率率92%92%，精精制制收收率率95%95%，总收率，总收率87.4%,87.4%,产酸率产酸率12-14%12-14%，总收

32、率，总收率95%95%。 20062006年年，我我国国味味精精产产量量达达到到170170万万吨吨，比比20052005年年提提高高了了25%25%，出口量达到，出口量达到2020多万吨，出口到多万吨，出口到5050多个国家和地区。多个国家和地区。 世世世世界界界界上上上上味味味味精精精精主主主主要要要要企企企企业业业业有有有有日日日日本本本本的的的的味味味味之之之之素素素素、韩韩韩韩国国国国的的的的CJCJCJCJ集集集集团团团团和大象集团、台湾的味单公司。和大象集团、台湾的味单公司。和大象集团、台湾的味单公司。和大象集团、台湾的味单公司。复习资料1绪论原理课件序号序号名名 称称产量（万吨

33、）产量（万吨）1 1山东阜丰发酵有限公司山东阜丰发酵有限公司24.7524.752 2河北梅花味精集团公司河北梅花味精集团公司19.7019.703 3山东信乐味精有限公司山东信乐味精有限公司14.2014.204 4山东菱花味精集团公司山东菱花味精集团公司13.5313.535 5山东齐鲁未经集团公司山东齐鲁未经集团公司13.0413.046 6江苏菊花味精集团公司江苏菊花味精集团公司11.1511.157 7山东铃兰味精工业公司山东铃兰味精工业公司10.0110.018 8沈阳红梅集团有限公司沈阳红梅集团有限公司6.016.019 9广州奥桑味精食品公司广州奥桑味精食品公司5.325.32

34、1010重庆飞亚实业公司重庆飞亚实业公司4.674.67我国主要味精生产企业（我国主要味精生产企业（2006年）年）复习资料1绪论原理课件n n赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸 20062006年年，我我国国生生产产能能力力达达7070万万吨吨。产产量量3030万万吨吨。市市场场需求量约需求量约2222万吨。万吨。 国国内内技技术术水水平平产产酸酸8-10%8-10%，转转化化率率35-40%35-40%，提提取取率率可可达达90%90%。n n异亮氨酸异亮氨酸 世世界界产产量量约约为为400400吨吨，日日本本的的生生产产能能力力约约为为350350万万吨吨。国国外外最最高高产产酸酸水水平平4-5%

35、4-5%，我我国国的的实实际际生生产产能能力力已已达达8080万万吨吨，产酸水平产酸水平2-2.4%2-2.4%转化率转化率25-30%25-30%，提取率，提取率60%60%左右。左右。复习资料1绪论原理课件n n苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸苯丙氨酸n n世世界界产产量量80008000吨吨，日日本本产产量量25002500吨吨，世世界界最最高高产产酸酸水水平平5-6%5-6%。我我国国的的生生产产能能力力150150吨吨左左右右，技技术术水水平平：最最高高产产酸酸3.5%3.5%，酶酶法法生生产产月月2.52.5月月桂桂酸酸生生产产1 1苯丙氨酸。苯丙氨酸。n n苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸n n

36、20062006年年，全全球球饲饲料料中中苏苏氨氨酸酸的的需需求求量量1111万万吨吨/ /年年，中中国国的的需需求求量量2 2万万吨吨/ /年年。我我国国的的生生产产能能力力2 2万万吨吨左左右，产酸水平右，产酸水平7-8%7-8%，转化率，转化率30-35%30-35%。 复习资料1绪论原理课件维生素发酵工业的状况n n维生素维生素维生素维生素V V V Vc c c c 实实际际产产量量3.53.5万万吨吨，二二步步发发酵酵技技术术由由我我国国发发明明，居世界领先水平。居世界领先水平。n nVBVB2 2 实实际际产产量量500500吨吨左左右右，细细菌菌发发酵酵水水平平为为7000mg

37、/L7000mg/L，酵酵母母发发酵酵水水平平约约为为4500mg/L4500mg/L。国国外外细细菌菌发发酵酵水水平平12-15g/L12-15g/L。医医药药级级收收率率65%65%，饲饲料料级级收收率率85%85%，发发酵酵时间时间65-72h65-72h。n nVBVB1212 实实 际际 产产 量量 4 4吨吨 左左 右右 。 国国 外外 发发 酵酵 水水 平平 ： 150-150-160mg/L;160mg/L;发发酵酵时时间间168h168h，医医药药级级收收率率70%70%，饲饲料料级级收收率率80%80%，摇瓶条件，摇瓶条件200r/min200r/min。 复习资料1绪论原

38、理课件n n-胡萝卜素（-carotane）n n年生产能力10吨左右，国外发酵水平2000-2500mg/L发酵时间96-120h晶体产品收率75-80%。我国发酵生产水平1000-1200mg/L，实验室水平：2000mg/L。复习资料1绪论原理课件微生物多糖与功能性寡糖产业状况n n黄原胶（黄原胶（xanthan gumxanthan gum）n n我国的实际生产能力达到2.5万吨。世界市场需求3.5万吨左右，国外产糖水平：3.5%,发酵时间48h，转化率70-75%。收率90%。我国的产糖率2.6-3.0%,转化率65-70%。每口油井需要黄原胶3.5吨。主要用途分散剂和食品。复习资料

39、1绪论原理课件n n-环状糊精环状糊精环状糊精环状糊精 中中国国实实际际产产量量450450万万吨吨，酶酶法法转转化化率率70-75%70-75%，收收率率80-85%80-85%。国国外外品品种种较较齐齐全全，有有-、-、-等及其衍生物。等及其衍生物。n n低聚异麦芽糖低聚异麦芽糖低聚异麦芽糖低聚异麦芽糖 中中国国实实际际产产量量1.51.5万万吨吨，世世界界产产量量3 3万万吨吨左左右。右。n n低聚果糖低聚果糖低聚果糖低聚果糖 国国内内实实际际生生产产能能力力600600吨吨，世世界界的的产产量量45004500吨。固定化细胞转化，转化率在吨。固定化细胞转化，转化率在50%50%以上。以

40、上。复习资料1绪论原理课件n n低聚木糖低聚木糖n n国内正在建厂生产。以玉米芯和蔗糖渣中的半纤维素为原料用木聚糖水解酶水解而成。国内外工艺一样，但国外应用开发较好，目前世界市场需要400吨，在所有寡聚糖中价格最贵，约2500-3000日元/。复习资料1绪论原理课件n n海藻糖（海藻糖（TrehaloseTrehalose）n n国内已经生产，国内是从酵母发酵液中提取，以淀粉为原料酶法生产正在研制中。国外两种工艺都存在，均已工业化生产。酶法生产的产量可以大幅度提高，成本低于前者的70倍。复习资料1绪论原理课件酵母工业n n2004年酵母工业总产量约为4.3万吨左右，其中安琪酵母公司3万吨，主要

41、以面包酵母，酿酒活性干酵母为主，药用酵母也呈下降趋势。n n但近来食用酵母的开发受到重视。 复习资料1绪论原理课件n n发酵甘油n n中国的发酵甘油技术居国际领先水平，产率达10-12%，最高可以达到14-15%，国内实际生产能力约有2000吨左右，由于受到皂化甘油价格的冲击，世界性发酵甘油都处于缓慢发展中。 复习资料1绪论原理课件木糖醇工业木糖醇工业n n生物加氢生产木糖醇生物加氢生产木糖醇生物加氢生产木糖醇生物加氢生产木糖醇n n国内有两条路线：国内有两条路线：n nXyloseXylitol XyloseXylitol n nGlucose ArabitolXyluloseXylitol

42、Glucose ArabitolXyluloseXylitoln n第第一一路路线线已已经经进进入入较较大大规规模模试试验验，第第二二路路线线正正在在研研究究，国国外外与与我我国国的的研研究究进进展展基基本本一一致致，但但更更重重视以葡萄糖为原料的工艺研究。视以葡萄糖为原料的工艺研究。 复习资料1绪论原理课件核糖工业核糖工业n nD-核糖（核糖（D-Ribose）n n已有两家工厂生产，能力400吨左右。发酵产糖量6-8%，转化率35-45%，发酵时间60-80h，提取收率75%。D-核糖有多种用途，但目前主要用来作为半合成VB2的原料，从经济角度，它优于目前的VB2发酵法。复习资料1绪论原理

43、课件第二节第二节 发酵工业的历史进程发酵工业的历史进程n n发酵工业的历程几乎与中华文明史同步，在史前就有传说 n n起源阶段 （混合菌种发酵）n n纯种发酵 n n深层通风发酵 n n代谢控制发酵n n广泛的生物化学工业 复习资料1绪论原理课件起源阶段起源阶段 （混合菌种发酵）（混合菌种发酵）n n起源阶段n n天然发酵（混合菌种发酵），主要产品：以酒类和酿造产品为主，该阶段的特点是人们不清楚发酵机理，只是靠经验相互传授。主要产品黄酒、白酒、酱品、腐乳、干酪等。复习资料1绪论原理课件纯种发酵纯种发酵- 发酵工业的第一个台阶发酵工业的第一个台阶n n知识背景：微生物的发现，纯种培养技术的成熟，

44、产品有酒精、乳酸、丙酮丁醇等。n n特点：参与的微生物已经搞清楚，但发酵的机理不清楚。n n发酵类型：主要是厌氧发酵。复习资料1绪论原理课件深层通风发酵深层通风发酵发酵工业的第二个台阶发酵工业的第二个台阶n n知识背景：1929年弗莱明发现青霉素，二次大战对青霉素的大量需求。n n主要产品 ：抗生素、维生素、有机酸、酶制剂、酵母等。n n特点：利用微生物自身代谢的产品，一般为好氧代谢。复习资料1绪论原理课件代谢控制发酵代谢控制发酵发酵工业的第三个台阶发酵工业的第三个台阶n n知识背景：生物化学、微生物遗传学及分析分析方法的进步，同位素的使用，对微生物代谢途径的认识。n n主要产品：1956年谷

45、氨酸的发酵成功，氨基酸发酵，核苷酸、有机酸发酵等。n n特点：人为干预了微生物的代谢。 复习资料1绪论原理课件广泛的生物化学工业广泛的生物化学工业(发酵工业第四个台阶发酵工业第四个台阶)n n知知识识背背景景：现现代代生生物物技技术术的的发发展展，分分子子生生物物学学的的应应用用，基基因因工工程程、细细胞胞工工程程、定定向向育育种种技技术术、工工程程菌菌株株的的构构建建、克克隆隆技技术术、动动植植物物细细胞胞发发酵酵等等知知识识的的应应用用。产产品品：氨氨基基酸酸、有有机机酸酸、细细胞胞生生长长因因子子、白白细细胞胞介介素素、激激素素类类药药物物、疫疫苗苗、（乙乙肝肝酵酵母母科科隆隆疫疫苗苗）

46、，甚至器官组织等。，甚至器官组织等。n n克克隆隆在在生生物物进进化化中中，只只能能通通过过有有性性生生殖殖的的生生物物，但以人为干扰的方式产生同质后代的技术。但以人为干扰的方式产生同质后代的技术。复习资料1绪论原理课件生物炼制生物炼制n n生物炼制是对应于石油炼制而出现的术语。生物炼制是对应于石油炼制而出现的术语。n n生生物物炼炼制制是是以以生生物物质质（农农业业废废弃弃物物、油油脂脂、植植物物基基淀淀粉粉和和木木质质纤纤维维素素材材料料）为为原原料料，生生产产各各种种化化学品、可降解材料、燃料和其它生物能源等学品、可降解材料、燃料和其它生物能源等 。n n生生物物炼炼制制的的名名词词是是

47、2121世世纪纪才才出出现现的的，第第一一届届国国际际生物炼制大会于生物炼制大会于20052005年在比利时的根特举行。年在比利时的根特举行。n n生生物物炼炼制制的的内内涵涵早早已已被被科科学学家家重重视视，它它的的发发展展将将是是一一个个长长期期的的渐渐进进过过程程，只只有有在在产产品品质质量量、价价格格等方面竞争过石化产品时，才能被市场所接受。等方面竞争过石化产品时，才能被市场所接受。复习资料1绪论原理课件生物炼制目前研究热点生物炼制目前研究热点n n乙二醇、丙二醇、丙三醇（甘油）、乙二醇、丙二醇、丙三醇（甘油）、1 1，3-3-丙二醇丙二醇n n聚乳酸（聚乳酸（PLAPLA）n n聚丁

48、二酸丁二醇酯，即聚丁烯琥珀酸酯（聚丁二酸丁二醇酯，即聚丁烯琥珀酸酯（PBSPBS）复习资料1绪论原理课件第三节第三节 微生物代谢概述微生物代谢概述3.1 3.1 细胞代谢的基本概念细胞代谢的基本概念细胞代谢的基本概念细胞代谢的基本概念复习资料1绪论原理课件代谢的概念（代谢的概念（p1）n n代代谢谢 （MetabolismMetabolism）：包包括括合合成成代代谢谢和和分分解解代代谢谢 ，是细胞内发生的各种化学反应的总和。是细胞内发生的各种化学反应的总和。n n分分解解代代谢谢（CatabolismCatabolism）：又又称称异异化化作作用用，是是指指由复杂的营养物质分解成简单化合物的

49、过程；由复杂的营养物质分解成简单化合物的过程；n n合合成成代代谢谢（AnabolismAnabolism）：又又称称同同化化作作用用，是是指指由简单的化合物合成复杂的细胞物质的过程。由简单的化合物合成复杂的细胞物质的过程。复习资料1绪论原理课件n n初初级级代代谢谢（primary primary metabolismmetabolism）：是是微微生生物物产产生生和和生生长长、繁繁殖殖所所必必需需的的物物质质（如如蛋蛋白白质质、核核酸酸等）的过程。等）的过程。n n次次级级代代谢谢（Secondary Secondary metabolismmetabolism）：微微生生物物在在一一定定

50、的的生生长长时时期期，以以初初级级代代谢谢产产物物为为前前体体，合合成成一一些些对对微微生生物物的的生生命命活活动动无无明明确确功功能能的的物物质质的的过过程。程。复习资料1绪论原理课件碳源碳源氮源氮源生长因子生长因子概念概念概念概念来源来源来源来源常用常用常用常用作用作用作用作用凡能为微生物提供所需C的营养物质凡能为微生物提供所需N的营养物质微生物生长不可缺少的微量有机物无机：CO2、NaHCO3；有机：糖类、脂肪 酸、花生粉饼、 石油等无机：N2、氨、铵盐、硝酸盐等； 有机：尿素、牛肉膏、蛋白胨、氨基酸等。维生素、氨基酸、碱基、蛋白胨、动植物提取液等糖类尤其是葡萄糖铵盐、硝酸盐维生素用于构

51、成细胞物质和代谢产物。还可以是异养型微生物的主要能源物质主要用于合成蛋白质、核酸以及含N的代谢产物一般是酶和核酸的组成成分复习资料1绪论原理课件n n生物反应都在温和的条件下进行，大多为酶所催化；n n反应具有顺序性；n n具有灵敏的自动调节机制。3.2 3.2 微生物代谢的特点微生物代谢的特点微生物代谢的特点微生物代谢的特点复习资料1绪论原理课件微生物的生长及代谢生长生长曲线曲线时间时间调整期调整期指数期指数期稳定期稳定期衰亡期衰亡期菌菌菌菌 体体体体数目数目数目数目代代代代 谢谢谢谢特点特点特点特点时间时间细菌数细菌数目的对目的对数数增长不明增长不明显显快速增长快速增长活菌数目达到活菌数目

52、达到最大（最大（K值）值）活菌数目急活菌数目急剧减少剧减少代谢活跃体代谢活跃体积增大大量积增大大量合成初级代合成初级代谢产物谢产物细胞分裂速细胞分裂速率最快个体率最快个体形态、生理形态、生理特征较稳定特征较稳定繁殖速率等于繁殖速率等于死亡速率细胞死亡速率细胞内大量积累次内大量积累次级代谢产物，级代谢产物，某些细菌可形某些细菌可形成芽孢成芽孢繁殖速率小于繁殖速率小于死亡速率菌体死亡速率菌体出现多种形态出现多种形态（畸形），细（畸形），细胞解体、释放胞解体、释放代谢产物代谢产物复习资料1绪论原理课件生长生长曲线曲线时间时间调整期调整期指数期指数期稳定期稳定期衰亡期衰亡期成因成因成因成因应用应用应用

53、应用时间时间细菌数细菌数目的对目的对数数适应新适应新环境环境适应了环适应了环境后，条境后，条件适宜、件适宜、营养物质营养物质充足等充足等营养物质消营养物质消耗、有毒代耗、有毒代谢产物积累、谢产物积累、PH值的变化，值的变化，种内斗争加种内斗争加剧剧生存条件极生存条件极度恶化，有度恶化，有毒代谢产物毒代谢产物积累过，生积累过，生存斗争最剧存斗争最剧烈烈长短与菌长短与菌种、培养种、培养条件有关条件有关可作为菌可作为菌种也可作种也可作科研材料科研材料制取代谢产制取代谢产物特别是次物特别是次级产物级产物复习资料1绪论原理课件n n分子水平调控3.3 3.3 微生物代谢调控微生物代谢调控微生物代谢调控微

54、生物代谢调控复习资料1绪论原理课件Renewable raw materialsBiofuelsBiomaterialsChemicalsCell Factoryn n细胞水平调控营养物质、辅助因子、膜的通透性、生长特性营养物质、辅助因子、膜的通透性、生长特性复习资料1绪论原理课件n n反应器水平调控复习资料1绪论原理课件3.4 细胞代谢调节的意义（P1）n n通通通通过过过过代代代代谢谢谢谢调调调调节节节节，将将将将错错错错综综综综复复复复杂杂杂杂的的的的代代代代谢谢谢谢反反反反应应应应相相相相互互互互制制制制约约约约，使使使使其其其其彼彼彼彼此此此此协协协协调调调调，随随随随着着着着细细细

55、细胞胞胞胞内内内内外外外外条条条条件件件件的的的的变变变变化化化化而而而而调调调调节节节节代代代代谢谢谢谢反反反反应应应应的的的的速速速速率率率率、方方方方向向向向和和和和流流流流量量量量，既既既既不不不不使使使使代代代代谢谢谢谢物物物物积积积积累累累累而而而而造造造造成成成成浪浪浪浪费费费费，也也也也不不不不致致致致因因因因代代代代谢谢谢谢物物物物的的的的缺缺缺缺损损损损而而而而供供供供不不不不应应应应求求求求，保保保保持持持持各各各各种种种种代代代代谢谢谢谢物物物物的的的的浓浓浓浓度度度度相相相相对对对对稳稳稳稳定定定定和和和和动动动动态态态态平平平平衡衡衡衡，使细胞正常生长。使细胞正常生

56、长。使细胞正常生长。使细胞正常生长。复习资料1绪论原理课件3.5 代谢控制发酵的概念（P2）n n发发酵酵：指指通通过过微微生生物物培培养养，使使某某种种特特定定代代谢产物大量积累的过程。谢产物大量积累的过程。n n代代谢谢控控制制发发酵酵：利利用用遗遗传传学学的的方方法法或或其其他他生生物物化化学学的的方方法法，人人为为地地在在DNA分分子子水水平平上上，改改变变和和控控制制微微生生物物的的代代谢谢，使使有有用用目目的产物大量生成、积累的发酵。的产物大量生成、积累的发酵。复习资料1绪论原理课件3.6 代谢控制发酵理论的发展（P2）n n19561956年年年年，谷谷谷谷氨氨氨氨酸酸酸酸发发发

57、发酵酵酵酵成成成成功功功功后后后后，对对对对生生生生产产产产菌菌菌菌株株株株本本本本身身身身的的的的研究逐渐深入，开始形成了代谢控制发酵技术。研究逐渐深入，开始形成了代谢控制发酵技术。研究逐渐深入，开始形成了代谢控制发酵技术。研究逐渐深入，开始形成了代谢控制发酵技术。n n代代代代谢谢谢谢控控控控制制制制发发发发酵酵酵酵理理理理论论论论使使使使发发发发酵酵酵酵由由由由野野野野生生生生型型型型菌菌菌菌株株株株的的的的发发发发酵酵酵酵向向向向高高高高度度度度人人人人为为为为控控控控制制制制的的的的发发发发酵酵酵酵转转转转移移移移，由由由由依依依依赖赖赖赖于于于于微微微微生生生生物物物物分分分分解解

58、解解代代代代谢谢谢谢的的的的发发发发酵酵酵酵向向向向依依依依赖赖赖赖于于于于合合合合成成成成代代代代谢谢谢谢（产产产产物物物物大大大大量量量量积积积积累累累累）的发酵转移。的发酵转移。的发酵转移。的发酵转移。n n从从从从随随随随机机机机诱诱诱诱变变变变盲盲盲盲目目目目地地地地挑挑挑挑选选选选高高高高产产产产菌菌菌菌株株株株发发发发展展展展到到到到菌菌菌菌种种种种定定定定向向向向选育。选育。选育。选育。复习资料1绪论原理课件代谢控制发酵理论发展的基础（P3）n n生物化学的发展：代谢途径研究不断深入生物化学的发展：代谢途径研究不断深入生物化学的发展：代谢途径研究不断深入生物化学的发展：代谢途径

59、研究不断深入n n微微微微生生生生物物物物遗遗遗遗传传传传学学学学的的的的发发发发展展展展：发发发发现现现现了了了了分分分分解解解解代代代代谢谢谢谢途途途途径径径径的的的的操操操操纵纵纵纵子子子子和和和和合合合合成代谢操纵子的调控机制成代谢操纵子的调控机制成代谢操纵子的调控机制成代谢操纵子的调控机制n n分分分分子子子子生生生生物物物物学学学学的的的的发发发发展展展展：通通通通过过过过转转转转导导导导、转转转转化化化化、接接接接合合合合、原原原原生生生生质质质质体体体体融融融融合合合合等等等等方方方方法法法法获获获获得得得得目目目目的的的的重重重重组组组组子子子子，通通通通过过过过DNADNA

60、重重重重组组组组技技技技术术术术构构构构建建建建工工工工程程程程菌菌菌菌株株株株n n设设设设备备备备及及及及工工工工程程程程学学学学的的的的发发发发展展展展：合合合合理理理理控控控控制制制制环环环环境境境境条条条条件件件件、采采采采用用用用过过过过程程程程控控控控制制制制的方法对发酵过程进行最优化控制。的方法对发酵过程进行最优化控制。的方法对发酵过程进行最优化控制。的方法对发酵过程进行最优化控制。复习资料1绪论原理课件3.7 代谢控制发酵理论的应用（P5）n n加速限速步骤的反应速度；n n改变分支代谢途径流向；n n构建代谢旁路；n n改变能量代谢途径；n n延伸代谢途径；n n构建新的生

61、物合成途径。复习资料1绪论原理课件分分 子子 育育 种种Kellogg et al,1981体体 外外 进进 化化Timmis et al,1988途途 径径 工工 程程MacQuity, 1988Tong et al,1991细细 胞胞 工工 程程Nerem,1991代代 谢谢 工工 程程Baley, 1991Stephan et al,1991复习资料1绪论原理课件代谢工程：代谢工程：1991，CIT & MIT, Bailey & Stephanopoulos, Science Toward a science of metabolic engineering Network rigid

62、ity and metabolic engineering in metabolite overproduction1996, 第一次国际代谢工程会议召开。复习资料1绪论原理课件 代谢工程是关于代谢途径的分析与修饰的科学 。它是应用分子生物学分子生物学与反应工程技反应工程技术术不断发展融合的结果，是对细胞（包括微生物、植物、动物、乃至人体细胞）内的代谢途径网络系统分析的基础上进行定向地有目的的改造，以更好的利用细胞代谢进行化学转化、能量转导和超分子组装。复习资料1绪论原理课件代谢工程的用途：代谢工程的用途：几乎跨越了生物技术的全部领域，主要包括：几乎跨越了生物技术的全部领域，主要包括：n n异

63、源蛋白的生产；异源蛋白的生产；n n扩大底物利用范围；扩大底物利用范围；n n生产新物质；生产新物质；n n对环境有害物质的降解；对环境有害物质的降解；n n提高菌体对环境的适应能力；提高菌体对环境的适应能力；n n阻断或降低副产物的生成；阻断或降低副产物的生成；n n代谢产品生产速率和生产能力的提高；代谢产品生产速率和生产能力的提高；n n植物、动物植物、动物 代谢工程；代谢工程；n n人体和组织人体和组织 代谢工程。代谢工程。复习资料1绪论原理课件代谢工程的方法步骤代谢工程的方法步骤n n分析分析n n反应工程技术反应工程技术n n确定决定生理状态的参数确定决定生理状态的参数n n阐明代谢

64、网络的控制结构阐明代谢网络的控制结构n n提出待修饰的靶标提出待修饰的靶标n n评价修饰后的生化影响评价修饰后的生化影响n n合成合成n n应用分子生物学技术应用分子生物学技术n n宿主细胞中新基因的表达宿主细胞中新基因的表达n n基因的插入、缺失等改造基因的插入、缺失等改造n n酶量的调节，内源酶的扩增酶量的调节，内源酶的扩增n n酶活性的调节，解除抑制等酶活性的调节，解除抑制等代谢工程的实质是：将通量及其控制进行量化的方法代谢工程的实质是：将通量及其控制进行量化的方法与分子生物学技术结合起来，用以执行所建议的基因修与分子生物学技术结合起来，用以执行所建议的基因修饰任务。饰任务。复习资料1绪

65、论原理课件代谢工程的核心代谢工程的核心代谢工程的核心代谢工程的核心代谢控制分析（代谢控制分析（代谢控制分析（代谢控制分析（MCA)MCA)n n通通过过途途径径中中酶酶的的活活性性、代代谢谢物物、效效应应物物和和其其它它参参数数所所施施加加的通量控制程度进行定量的表述。的通量控制程度进行定量的表述。n n代代谢谢工工程程必必须须包包括括实实验验和和理理论论两两种种方方法法来来确确定定细细胞胞的的代代谢谢通通量量。如如物物质质平平衡衡、同同位位素素标标记记、光光谱谱学学方方法法（如如 NMRNMR）、质谱学及联用方法（如）、质谱学及联用方法（如GC-MS, LC-MSGC-MS, LC-MS等）

66、。等）。复习资料1绪论原理课件第二章第二章 微生物代谢调节机制微生物代谢调节机制n n第一节 细胞结构在代谢调节中的作用n n第二节 酶活性调节机制n n第三节 酶量调节机制n n第四节 能荷调节及细胞膜透性调节n n第五节 分支合成代谢途径的反馈调节模式复习资料1绪论原理课件n n微微微微生生生生物物物物是是是是自自自自然然然然界界界界长长长长期期期期进进进进化化化化的的的的产产产产物物物物，它它它它之之之之所所所所以以以以能能能能生生生生存存存存至至至至今今今今，是是是是因因因因为为为为微微微微生生生生物物物物细细细细胞胞胞胞具具具具有有有有为为为为了了了了生生生生存存存存和和和和竞竞竞竞

67、争争争争而进行而进行而进行而进行自身调节的保障机制自身调节的保障机制自身调节的保障机制自身调节的保障机制。n n代代代代谢谢谢谢控控控控制制制制发发发发酵酵酵酵的的的的关关关关键键键键，取取取取决决决决于于于于微微微微生生生生物物物物代代代代谢谢谢谢调调调调节节节节机机机机制制制制是是是是否否否否能能能能够够够够被被被被解解解解除除除除，即即即即能能能能否否否否人人人人为为为为地地地地控控控控制制制制微微微微生生生生物物物物的的的的代谢，使有用的目标产物大量生成。代谢，使有用的目标产物大量生成。代谢，使有用的目标产物大量生成。代谢，使有用的目标产物大量生成。复习资料1绪论原理课件 工业发酵工业

68、发酵是微生物群体活动的动态过程。此过程即伴是微生物群体活动的动态过程。此过程即伴随异化和同化作用而发生的随异化和同化作用而发生的物质流动物质流动；又伴随能量形式的转换；又伴随能量形式的转换而发生的而发生的电子流动电子流动；还伴随不同水平上的代谢调节而发生的；还伴随不同水平上的代谢调节而发生的信信息流动息流动。 复习资料1绪论原理课件第一节 细胞结构在代谢调节中的作用复习资料1绪论原理课件细胞内酶的隔离分布细胞内酶的隔离分布代代谢途径有关途径有关酶类常常常常组成多成多酶体系，分布于体系，分布于细胞的某一区域胞的某一区域 。 酶的隔离分布的意的隔离分布的意义 避免了各种代避免了各种代谢途径互相干途

69、径互相干扰。复习资料1绪论原理课件胞质：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途径，脂肪酸合成，部分蛋白质合成胞质：糖酵解，糖原合成，磷酸成糖途径，脂肪酸合成，部分蛋白质合成 线粒体：脂肪酸线粒体：脂肪酸氧化，三羧酸循环，呼吸链，氧化磷酸化氧化，三羧酸循环，呼吸链，氧化磷酸化 细胞核：核酸的合成、修饰细胞核：核酸的合成、修饰 内质网：蛋白质合成，磷脂合成内质网：蛋白质合成，磷脂合成 胞质和线粒体：糖异生，胆固醇合成胞质和线粒体：糖异生，胆固醇合成溶酶体：多种水解酶溶酶体：多种水解酶复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件细胞膜的物质转运功能细胞膜的物质转运功能 1 1单单纯纯扩扩散散(simple (

70、simple diffusion)diffusion) O O2 2、COCO2 2等等脂脂溶溶性性气气体体分分子子，由由细细胞胞膜膜的的高高浓浓度度一一侧侧向向低低浓浓度度一一侧侧扩扩散散。2 2易易化化扩扩散散(facilitated (facilitated diffusion)diffusion) 不不溶溶于于脂脂质质的的物物质质，在在膜膜蛋蛋白白的的介介导导下下，也也能能由由膜膜的的高高浓浓度度一一侧侧向向低低浓浓度度一一侧侧扩扩散散。3 3主主动动转转运运(active (active transport)transport) 物物质质（分分子子或或离离子子）由由膜膜的的低低浓浓度

71、度一一侧侧移移向向高高浓浓度度一一侧侧，由由细细胞胞膜膜上上的的特特殊殊蛋蛋白白质质参参与与，必必须须由由被被转转运运的的物物质质外外部部（膜膜或或细胞）供给能量。细胞）供给能量。 4 4出出胞胞（exocytosisexocytosis）和和入入胞胞（endocytosisendocytosis） 大大分分子子物物质质或或物物质质团团块块的的跨跨膜膜转转运运。被被转转运运的的物物质质由由膜膜性性结结构包围后进行转运。构包围后进行转运。CaCa2+2+在物质出胞过程中起重要作用。在物质出胞过程中起重要作用。 复习资料1绪论原理课件第二节 酶活性调节机制n n酶酶（enzymeenzyme）是具

72、有生物催化功能的生物大分子。是具有生物催化功能的生物大分子。 一一类类是是经经典典的的酶酶，即即由由活活细细胞胞产产生生的的具具有有催催化化功功能能的的蛋蛋白白质（质（P P酶）酶） ； 另一类主要是由另一类主要是由RNARNA或或DNADNA组成的核酸酶（组成的核酸酶（R R酶）酶） 。 n n现现在在已已经经发发现现的的生生物物体体内内存存在在的的酶酶有有近近80008000种种，而而且且每每年年都有新酶发现。都有新酶发现。n n迄迄今今数数百百种种酶酶已已达达到到了了均均一一纯纯度度，大大约约有有200200多多种种酶酶得得到到了结晶。了结晶。复习资料1绪论原理课件三大三大营养素养素共同

73、中共同中间产物物共同最共同最终代代谢通路通路糖糖脂肪脂肪蛋白蛋白质乙乙酰CoATCA2H氧氧化化磷磷酸酸化化ATPCO2三大三大营养素可在体内氧化供能。养素可在体内氧化供能。1、微生物代谢体系、微生物代谢体系复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件由氨基酸合成嘌呤环由氨基酸合成嘌呤环甘氨酸甘氨酸再与再与R R-5-P-5-P合成核酸合成核酸 复习资料1绪论原理课件天冬氨酸天冬氨酸（Asp）=o=o 嘧啶环合成的原料嘧啶环合成的原料GlnCO2复习资料1绪论原理课件脂肪分解脂肪分解增增强ATP 增多增多ATP/ADP 比值增高比值增高任一供能物任一供能物质的代的代谢占占优势，常能抑制和，常能

74、抑制和节约其他物其他物质的降解。的降解。糖分解被抑制糖分解被抑制 6-磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶-1被抑制被抑制（糖分解代谢限速酶之一）（糖分解代谢限速酶之一）例如例如复习资料1绪论原理课件从能量供从能量供应的角度看，三大的角度看，三大营养素可以互相养素可以互相代替，并互相制代替，并互相制约。一般情况下，供能以糖、脂一般情况下，供能以糖、脂为主，并尽量主，并尽量节约蛋白蛋白质的消耗。的消耗。复习资料1绪论原理课件 primary structure building block secondary structure structure domain tertiary structure sub

75、unit quaternary structure2、“酶” 相关的基本概念复习资料1绪论原理课件n n绝大部分酶的化学本质是蛋白质，具有一般蛋白质的结构层次绝大部分酶的化学本质是蛋白质，具有一般蛋白质的结构层次 NH NH2 2 H C COOHH C COOH R R 氨基酸氨基酸结结构构单单元元n n酶的晶体分析表明酶是链长约为酶的晶体分析表明酶是链长约为100-2500100-2500个氨基酸的蛋白质个氨基酸的蛋白质复习资料1绪论原理课件n n酶活性中心（多为疏水区）（多为疏水区）结构中心（维持空间结构、决定酶的专一性、参与活性调节、免（维持空间结构、决定酶的专一性、参与活性调节、免疫

76、、分子识别等过程）疫、分子识别等过程）结合基团催化基团Ser His Asp Cys Tyr Glu复习资料1绪论原理课件酶的作用机制酶的作用机制n n酸碱催化n n共价催化n n邻近和定向效应n n变形或张力作用n n金属离子催化n n多元催化化学化学结构结构复习资料1绪论原理课件关键酶（关键酶（key enzyme）n n关关关关键键酶酶是是是是参参参参与与与与代代代代谢谢调调节节的的的的酶酶的的的的总总称称称称。作作作作为为一一一一个个个个反反反反应链应链的限速因子，的限速因子，的限速因子，的限速因子，对对整个反整个反整个反整个反应应起限速作用。起限速作用。起限速作用。起限速作用。代代谢

77、途径是一系列途径是一系列酶促反促反应组成的，其速度及成的，其速度及方向由其中的关方向由其中的关键酶决定决定 。复习资料1绪论原理课件例：糖代例：糖代谢的关的关键酶复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件PRPP的合成的合成POH2COH OH OH O-P-O-PPOH2C OHOH O O OPRPP合成酶合成酶 ATP AMP R-5-P PRPP复习资料1绪论原理课件 速度最慢，速度最慢，它的速度决定整个代它的速度决定整个代谢途径的途径的总速度，速度，故又称其故又称其为限速限速酶(limiting velocity enzymes)。 催化催化单向反向反应不可逆或非平衡反不可逆或非平

78、衡反应，它的活性决定，它的活性决定整个代整个代谢途径的方向。途径的方向。 这类酶活性除受底物控制外，活性除受底物控制外，还受多种代受多种代谢物或物或效效应剂的的调节。关关键酶催化的反催化的反应具有以下特点：具有以下特点：复习资料1绪论原理课件 快速代谢调节快速代谢调节 迟缓代谢调节迟缓代谢调节数秒、数分数秒、数分钟通通过改改变酶的活性的活性数小数小时、几天、几天通通过改改变酶的含量的含量变构构调节(allosteric regulation)化学修化学修饰调节(chemical modification)代代谢调节主要是通主要是通过对关关键酶活性的活性的调节而而实现的。的。复习资料1绪论原理课

79、件按照酶在代谢调节中的作用不同进行分类（按照酶在代谢调节中的作用不同进行分类（按照酶在代谢调节中的作用不同进行分类（按照酶在代谢调节中的作用不同进行分类（P8-9P8-9）：）：）：）：调节酶调节酶调节酶调节酶：包括变构酶、同工酶、多功能酶：包括变构酶、同工酶、多功能酶静态酶静态酶静态酶静态酶：一般与代谢调节关系不大：一般与代谢调节关系不大潜在酶潜在酶潜在酶潜在酶：指酶原、非活性型或与抑制剂结合的酶：指酶原、非活性型或与抑制剂结合的酶3、酶活力的调控机制、酶活力的调控机制变构调节变构调节化学修饰调节化学修饰调节激活激活辅酶调节辅酶调节复习资料1绪论原理课件（1）. 变构构调节的概念的概念小小分

80、分子子化化合合物物与与酶分分子子活活性性中中心心以以外外的的某某一一部部位位特特异异结合合，引引起起酶蛋蛋白白分分子子构构象象变化化，从从而而改改变酶的的活活性性，这种种调节称称为酶的的变构构调节或或别构构调节。关键酶的变构调节关键酶的变构调节复习资料1绪论原理课件被被调节的的酶称称为变构构酶或或别构构酶(allosteric enzyme)使使酶发生生变构效构效应的物的物质，称，称为变构效构效应剂(allosteric effector) 变构激活构激活剂 allosteric effector 引起引起酶活性活性增加增加的的变构效构效应剂。 变构抑制构抑制剂 allosteric effe

81、ctor 引起引起酶活性活性降低降低的的变构效构效应剂。复习资料1绪论原理课件（2）. 变构构调节的机制的机制变构构酶催化催化亚基基调节亚基基变构效构效应剂：底物、底物、终产物物其他小分子代其他小分子代谢物物n n调节酶一般为变构酶，是具有多亚基四级结构的蛋白质，具有调节酶一般为变构酶，是具有多亚基四级结构的蛋白质，具有两个活性部位（催化部位和变构部位）。两个活性部位（催化部位和变构部位）。复习资料1绪论原理课件变构效构效应剂 + 酶的的调节亚基基酶的构象改的构象改变酶的活性改的活性改变（激活或抑制（激活或抑制 ）疏松疏松亚基聚合基聚合紧密密亚基解聚基解聚酶分子多聚化分子多聚化复习资料1绪论原

82、理课件复习资料1绪论原理课件n n当当酶酶处处于于T T型型时时，因因其其调调节节部部位位转转至至聚聚合合体体内内部部而而难难以以与与AMPAMP结合，故对结合，故对AMPAMP不敏感而表现出较高的活性。不敏感而表现出较高的活性。n n在在第第一一个个AMPAMP分分子子与与调调节节部部位位结结合合后后，T T型型逐逐步步转转变变成成R R型型，各各亚亚基基构构象象相相继继发发生生改改变变，调调节节部部位位相相继继暴暴露露，与与AMPAMP的亲和力逐步增加，酶的活性逐渐减弱。的亲和力逐步增加，酶的活性逐渐减弱。 果糖果糖果糖果糖-1,6-1,6-1,6-1,6-二磷酸酶的变构调节（疏松和紧密）

83、二磷酸酶的变构调节（疏松和紧密）二磷酸酶的变构调节（疏松和紧密）二磷酸酶的变构调节（疏松和紧密） Fructose-1，6-disphosphate 复习资料1绪论原理课件n n乙酰乙酰CoACoA羧化酶，它是脂肪酸合成过程中的关键酶。羧化酶，它是脂肪酸合成过程中的关键酶。n n它它的的每每个个亚亚基基有有不不同同的的功功能能，分分别别是是：生生物物素素载载体体蛋蛋白白，它它能能结结合合辅辅基基生生物物素素；生生物物素素羧羧化化酶酶，它它能能催催化化生生物物素素发发生生羧羧化化反反应应；羧羧基基转转移移酶酶，它它能能将将生生物物素素上上的的羧羧基基转转移移给给乙乙酰酰CoACoA形形成成丙丙二

84、二酰酰CoACoA；调调节节亚亚基基，它它能与柠檬酸或异柠檬酸结合，使原聚体聚合为多聚体。能与柠檬酸或异柠檬酸结合，使原聚体聚合为多聚体。 乙酰乙酰乙酰乙酰CoACoA羧化酶的变构调节（羧化酶的变构调节（羧化酶的变构调节（羧化酶的变构调节（酶分子多聚化酶分子多聚化酶分子多聚化酶分子多聚化） 由四种不同亚基构成的原聚体由四种不同亚基构成的原聚体复习资料1绪论原理课件 多多聚聚体体催催化化活活性性，ATPMg2+可可使使多多聚聚体体解解聚聚为为原原聚聚体体而而使使酶酶失失活活。长长链链脂脂酰酰-CoA可可拮拮抗抗柠柠檬檬酸酸的的促促聚聚合合作作用用，因此，它们都是该酶的变构抑制剂。因此，它们都是该

85、酶的变构抑制剂。 复习资料1绪论原理课件n n 调节酶一般为变构酶，是具有多亚基四级结构的蛋白质，调节酶一般为变构酶，是具有多亚基四级结构的蛋白质，具有两个活性部位（催化部位和变构部位）。具有两个活性部位（催化部位和变构部位）。天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶天冬氨酸转氨甲酰酶 ATCaseATCaseAspartate transcarbamoylaseAspartate transcarbamoylase （3）. 变构构调节的特点的特点复习资料1绪论原理课件n n来来自自E.coliE.coli的的天天冬冬氨氨酸酸转转氨氨甲甲酰酰酶酶（ATCaseATCase）是是

86、研研究得最多的一个调节酶究得最多的一个调节酶n n它它提提供供了了一一个个生生物物合合成成途途径径的的调调节节中中别别构构反反馈馈抑抑制的最好的一个例子制的最好的一个例子n nArthur Arthur PardeePardee等等人人发发现现ATCaseATCase的的一一个个最最有有效效的的抑抑制剂是代谢途径的终产物胞嘧啶三磷酸（制剂是代谢途径的终产物胞嘧啶三磷酸（CTPCTP）n n当当CTPCTP水水平平高高时时，CTPCTP与与ATCaseATCase结结合合，降降低低CTPCTP合合成成的的速速度度，反反之之当当细细胞胞内内CTPCTP水水平平低低时时，CTPCTP从从ATCase

87、ATCase上上解解离离，加加快快CTPCTP合合成成速速度度。他他们们还还发发现现ATPATP是酶的别构激活剂。是酶的别构激活剂。 复习资料1绪论原理课件n na a regulatory regulatory subunit subunit with with CTP CTP bound bound (the (the right-hand right-hand image) and without CTP (the left-hand image). image) and without CTP (the left-hand image). 复习资料1绪论原理课件n n调调节节酶酶的的反

88、反应应速速度度与与底底物物浓浓度度（或或变变构构抑抑制制剂剂浓浓度度）的的关关系系曲曲线线呈呈S S型型，有有协协同同性性，存存在在有有底底物物或效应物对反应速度发生影响的阈值。或效应物对反应速度发生影响的阈值。复习资料1绪论原理课件n n调调节节酶酶多多处处在在合合成成代代谢谢途途径径上上，而而且且一一般般在在代代谢谢途途径径的的第第一一步步或或分分支支点点上上，多多受受终终产产物物的的反反馈抑制。馈抑制。n n中间产物不影响调节酶的活力。中间产物不影响调节酶的活力。n n调节酶后面酶的活性对最终产物是不敏感的。调节酶后面酶的活性对最终产物是不敏感的。复习资料1绪论原理课件n n变变构构酶酶

89、具具有有脱脱脱脱敏敏敏敏作作作作用用用用，即即经经特特定定处处理理后后，不不丧丧失失酶酶活活性性而而失失去去对对变变构构效效应应物物的的敏敏感感性性。此此时时，一一般发生了变构酶解聚或结构基因突变。般发生了变构酶解聚或结构基因突变。n n调调节节酶酶与与负负效效应应剂剂非非共共价价结结合合而而引引起起的的变变构构作作用用，对对酶酶活活性性的的控控制制是是一一种种快快速速、敏敏感感和和高高效效的的调调节节方式。方式。复习资料1绪论原理课件（4）. 变构构调节的生理意的生理意义 代代谢终产物反物反馈抑制抑制 (feedback inhibition) 反反应途径中的途径中的酶，使代，使代谢物不致生

90、成物不致生成过多。多。乙乙酰CoA 乙乙酰CoA羧化化酶丙二丙二酰CoA长链脂脂酰CoA复习资料1绪论原理课件 变构构调节使能量得以有效利用，不致浪使能量得以有效利用，不致浪费。G-6-P+糖原磷酸化糖原磷酸化酶抑制糖的氧化抑制糖的氧化糖原合糖原合酶促促进糖的糖的储存存复习资料1绪论原理课件变构构调节使不同的代使不同的代谢途径相互途径相互协调。柠檬酸檬酸+6-磷酸果糖激磷酸果糖激酶-1抑制糖的氧化抑制糖的氧化 乙乙酰辅酶A 羧化化酶 促促进脂酸的合成脂酸的合成复习资料1绪论原理课件酶的化学修饰调节酶的化学修饰调节1. 化学修化学修饰的概念的概念酶蛋蛋白白肽链上上某某些些残残基基在在酶的的催催化

91、化下下发生生可可逆逆的的共共价价修修饰(covalent modification)，从从而而引引起起酶活活性性改改变，这种种调节称称为酶的的化化学修学修饰。复习资料1绪论原理课件2. 化学修化学修饰的主要方式的主要方式磷酸化磷酸化 - - - 去磷酸去磷酸乙乙酰化化 - - - 脱乙脱乙酰甲基化甲基化 - - - 去甲基去甲基腺苷化腺苷化 - - - 脱腺苷脱腺苷 SH 与与 S S 互互变复习资料1绪论原理课件酶的磷酸化与脱磷酸化的磷酸化与脱磷酸化-OHThrSerTyr酶蛋白蛋白H2OPi磷蛋白磷酸磷蛋白磷酸酶 ATPADP蛋白激蛋白激酶ThrSerTyr-O-PO32-磷酸化的磷酸化的

92、酶蛋白蛋白复习资料1绪论原理课件Examples of covalent modificationExamples of covalent modification复习资料1绪论原理课件Protein phosphotasesProtein phosphotasesReverse the effects of kinases, catalyze hydrolytic removal of phosphoryl groups attached to proteins复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件3. 化学修化学修饰的特点的特点酶蛋蛋白白的的共共价价修修饰是是可可逆逆的的酶促促反反应

93、，在在不不同同酶的的作作用用下下，酶蛋蛋白白的的活活性性状状态可可互互相相转变。催催化化互互变反反应的的酶在在体体内内可可受受调节因素如激素的因素如激素的调控。控。具有放大效具有放大效应，效率，效率较变构构调节高。高。磷酸化与脱磷酸是最常磷酸化与脱磷酸是最常见的方式。的方式。 同一个同一个酶可以同可以同时受受变构构调节和化学修和化学修饰调节。复习资料1绪论原理课件丙酮酸脱氢酶的磷酸化共价修饰丙酮酸脱氢酶的磷酸化共价修饰例例 1 丙酮酸脱氢酶丙酮酸脱氢酶复习资料1绪论原理课件例例例例2 2 谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶图2-35 通过共价修饰对 GlnS调节的机制 A

94、Tase -腺苷酰基转移酶； UTase-尿苷酰基转移酶； UR-脱尿苷酰基酶； ?-KG1和Gln1分别表示?-KG和Gln对酶的抑制作用 复习资料1绪论原理课件例例3 3，胶质红假单胞菌中的柠檬酸裂解酶，胶质红假单胞菌中的柠檬酸裂解酶(CL)也是一种共价调节酶也是一种共价调节酶 图2-36 共价调节酶 酶的可逆共价修饰的作用： （1）因酶构型的转换是由酶催化的，故可在很短时间内经信号启动，触发生成大量有活性的酶（或改变酶的活性）有效控制细胞的生理代谢。（2）这种修饰作用可更容易控制酶的活性的响应代谢环境的变化，这系统有能随时响应的特性，经常处于活化与钝化状态之间的来回变换。 6H2O 6H

95、Ac 脱乙酰基酶 GluI AcS -CL Hs -CL 无活性 柠檬酸 连接酶 连接酶 （有活性） （无活性） 6AMP+6PPi ATP+6HAc 复习资料1绪论原理课件潜在酶的激活潜在酶的激活 复习资料1绪论原理课件调节酶调节酶调节酶调节酶：包括变构酶、同工酶、多功能酶：包括变构酶、同工酶、多功能酶静态酶静态酶静态酶静态酶：一般与代谢调节关系不大：一般与代谢调节关系不大潜在酶潜在酶潜在酶潜在酶：指酶原、非活性型或与抑制剂结合的酶：指酶原、非活性型或与抑制剂结合的酶变构调节变构调节化学修饰调节化学修饰调节激活激活辅酶调节辅酶调节复习资料1绪论原理课件通过辅酶水平的活性调节通过辅酶水平的活性

96、调节n n辅酶是一些小分子有机化合物，主要参与酶的催化过程，在反应中传递电子、质子或一些基团，多为维生素。n n与酶结合紧密的辅酶成为辅辅基基，与酶结合疏松的为辅底物辅底物。复习资料1绪论原理课件辅酶在酶促反应中的作用特点n n辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。辅酶在催化反应过程中，直接参加了反应。n n每每每每一一一一种种种种辅辅辅辅酶酶酶酶都都都都具具具具有有有有特特特特殊殊殊殊的的的的功功功功能能能能，可可可可以以以以特特特特定定定定地地地地催催催催化某一类型的反应。化某一类型的反应。化某一类型的反应。化某一

97、类型的反应。n n同同同同一一一一种种种种辅辅辅辅酶酶酶酶可可可可以以以以和和和和多多多多种种种种不不不不同同同同的的的的酶酶酶酶蛋蛋蛋蛋白白白白结结结结合合合合形形形形成成成成不同的全酶。不同的全酶。不同的全酶。不同的全酶。n n一一一一般般般般来来来来说说说说，全全全全酶酶酶酶中中中中的的的的辅辅辅辅酶酶酶酶决决决决定定定定了了了了酶酶酶酶所所所所催催催催化化化化的的的的类类类类型型型型（反反反反应应应应专专专专一一一一性性性性），而而而而酶酶酶酶蛋蛋蛋蛋白白白白则则则则决决决决定定定定了了了了所所所所催催催催化化化化的底物类型（底物专一性）。的底物类型（底物专一性）。的底物类型（底物专一

98、性）。的底物类型（底物专一性）。复习资料1绪论原理课件水溶性维生素与辅酶n n大多数辅酶的前体主要是水溶性大多数辅酶的前体主要是水溶性大多数辅酶的前体主要是水溶性大多数辅酶的前体主要是水溶性 B B B B 族维生素。许多维生族维生素。许多维生族维生素。许多维生族维生素。许多维生素的生理功能与辅酶的作用密切相关。素的生理功能与辅酶的作用密切相关。素的生理功能与辅酶的作用密切相关。素的生理功能与辅酶的作用密切相关。复习资料1绪论原理课件1 1、嘧啶环中的两个氮原子来自（、嘧啶环中的两个氮原子来自（ ） A. A. 谷谷氨氨酰酰胺胺 B B谷谷氨氨酸酸和和氨氨基基甲甲酰酰磷磷酸酸 C. C. 谷谷

99、氨氨酰酰胺胺和和天天冬冬酰酰胺胺 D. D. 天冬氨酸和氨基甲酰磷酸天冬氨酸和氨基甲酰磷酸 E. E. 谷氨酰胺和谷氨酸谷氨酰胺和谷氨酸2 2、羧化酶的辅酶含（、羧化酶的辅酶含（ ） A. A. 生物素生物素 B. B. 硫胺素硫胺素 C. C. 核黄素核黄素 D. D. 尼克酰胺尼克酰胺 E. E. 叶酸叶酸3 3、下列（、下列（ ）可促进可逆的酶促反应）可促进可逆的酶促反应 A. A. 己己糖糖激激酶酶 B. B. 磷磷酸酸果果糖糖激激酶酶 C. C. 磷磷酸酸甘甘油油磷磷酸酸激激酶酶 D. D. 丙丙酮酮酸激酶酸激酶 E. E. 糖原磷酸化酶糖原磷酸化酶4 4、下列关于酶的磷酸化叙述错误

100、的是（、下列关于酶的磷酸化叙述错误的是（ ） A. A. 磷磷酸酸化化和和去去磷磷酸酸化化都都是是酶酶促促反反应应 B. B. 磷磷酸酸化化或或去去磷磷酸酸化化可可伴伴有有亚亚基基聚聚合合和和解解聚聚 C. C. 磷磷酸酸化化只只能能使使酶酶变变为为有有活活性性的的形形式式 D. D. 磷酸化反应消耗磷酸化反应消耗ATP E. ATP E. 磷酸化发生在酶的特定部位。磷酸化发生在酶的特定部位。5 5、常见的酶活性中心的必需基团有、常见的酶活性中心的必需基团有( )( ) A. A. 半胱氨酸和胱氨酸的巯基半胱氨酸和胱氨酸的巯基 B. B. 组氨酸的咪唑基组氨酸的咪唑基 C C谷谷氨氨酸酸、天天

101、冬冬氨氨酸酸的的侧侧链链羧羧基基 D D苏苏氨氨酸酸的的羟羟基基 E. E. 丝丝氨氨酸的羟基酸的羟基AC CC CBEBEC C复习资料1绪论原理课件第二章第二章 微生物代谢调节机制微生物代谢调节机制n n第一节 细胞结构在代谢调节中的作用n n第二节 酶活性调节机制n n第三节 酶量调节机制n n第四节 分支合成代谢途径的调节模式n n第五节 能荷调节及细胞膜透性调节复习资料1绪论原理课件本次课程主要内容本次课程主要内容n n酶量调节原理；n n操纵子的概念和类型；n n操纵子调控机理举例；n n二次生长现象；n n降解物阻遏和CRP正调机制；n n真核细胞的酶量调节。 复习资料1绪论原理

102、课件 一、酶量调节原理基本概念基本概念n n酶酶酶酶量量量量的的的的调调调调节节节节，指指微微生生物物合合成成酶酶的的数数量量的的调调节节。在在微微生生物物生生物物合合成成体体系系中中，代代谢谢产产物物常常常常抑抑制制或或者者诱诱导导酶酶的的生生物物合合成成，这这种种酶酶的的数数量量调调节节的的方方式式又又称为称为酶合成调控酶合成调控酶合成调控酶合成调控。n n由由代代谢谢终终产产物物抑抑制制酶酶合合成成的的负负反反馈馈作作用用称称为为反反反反馈馈馈馈阻阻阻阻遏遏遏遏（feedback feedback repressionrepression），反反之之，正正反反馈馈称称为为酶酶诱导作用（诱

103、导作用（诱导作用（诱导作用（inductioninduction）。复习资料1绪论原理课件酶量的量的调节是通是通过控制控制酶基因的生物合成来基因的生物合成来进行的行的基因（基因（Gene）：）：是一段是一段编码蛋白蛋白质多多肽链和功能和功能RNA的的DNA。基因基因组(genome)：一个一个细胞或病毒所携胞或病毒所携带的全部的全部遗传信息或信息或整套基因。整套基因。基因基因经过转录、翻、翻译，产生具有特异生物学功能的蛋生具有特异生物学功能的蛋白白质分子的分子的过程。程。基因表达是受调控的。基因表达是受调控的。* 基因表达基因表达(gene expression)复习资料1绪论原理课件基因表达

104、的规律基因表达的规律1 1、时间特异性或发育阶段特异性、时间特异性或发育阶段特异性按功能需要，某一特定基因的表达按功能需要，某一特定基因的表达严格按格按特定的特定的时间顺序序发生，称之生，称之为基因表达的基因表达的时间特异性特异性(temporal specificity)。 多多细胞生物基因表达的胞生物基因表达的时间特异性又称特异性又称阶段特异性段特异性(stage specificity)。复习资料1绪论原理课件2、空间特异性或组织细胞特异性、空间特异性或组织细胞特异性基基因因表表达达伴伴随随时间顺序序所所表表现出出的的这种种分分布布差差异异，实际上上是是由由细胞胞在在器器官官的的分分布布

105、决决定定的的，所所以以空空间特特异异性性又又称称细胞胞或或组织特特异异性性(cell or tissue specificity)。在在个个体体生生长全全过程程，某某种种基基因因产物物在在个个体体按按不不同同组织空空间顺序序出出现，称称之之为基基因因表表达达的的空空间特异性特异性(spatial specificity)。复习资料1绪论原理课件基因表达的方式基因表达的方式按按对刺激的反刺激的反应性，基因表达的方式分性，基因表达的方式分为：1.1.组成性表达组成性表达某某些些基基因因在在一一个个个个体体的的几几乎乎所所有有细胞胞中中持持续表表达达，基基本本不不受受环境境因因素素的的影影响响，通通

106、常常被被称称为管家基因管家基因(housekeeping gene)。复习资料1绪论原理课件无无论表表达达水水平平高高低低，管管家家基基因因较少少受受环境境因因素素影影响响，而而是是在在个个体体各各个个生生长阶段段的的大大多多数数或或几几乎乎全全部部组织中中持持续表表达达，或或变化化很很小小。区区别于于其其他他基基因因，这类基基因因表表达达被被视为组成成性性基基因表达因表达(constitutive gene expression)。复习资料1绪论原理课件2.2.可诱导和可阻遏表达可诱导和可阻遏表达在在特特定定环境境信信号号刺刺激激下下，相相应的的基基因因被被激激活活，基基因因表表达达产物物增

107、增加加，这种种基基因因称称为可可诱导基因基因。可可诱导基基因因在在特特定定环境境中中表表达达增增强的的过程程，称称为诱导(induction)。 如如果果基基因因对环境境信信号号应答答是是被被抑抑制制，这种种基基因因是是可可阻阻遏遏基基因因。可可阻阻遏遏基基因因表表达达产物物水水平平降低的降低的过程称程称为阻遏阻遏(repression)。复习资料1绪论原理课件在在一一定定机机制制控控制制下下，功功能能上上相相关关的的一一组基基因因，无无论其其为何何种种表表达达方方式式，均均需需协调一一致致、共共 同同 表表 达达 ， 即即 为 协 调 表表 达达 (coordinate expression

108、)， 这 种种 调 节 称称 为 协 调 调 节(coordinate regulation)。复习资料1绪论原理课件基因表达调节的基本原理基因表达调节的基本原理1 1、基因表达的多级调控、基因表达的多级调控基因激活基因激活转录水平水平 转录后加工后加工mRNA降解降解蛋白蛋白质降解降解蛋白蛋白质的投的投递和运和运输蛋白蛋白质翻翻译翻翻译后加工修后加工修饰基因表达可在多层次上受到调节复习资料1绪论原理课件2 2、基因转录调节基本要素、基因转录调节基本要素基基因因表表达达的的调节与与基基因因的的结构构、性性质，生生物物个个体体或或细胞胞所所处的的内内、外外环境境，以以及及细胞胞内内所存在的所存在

109、的转录调节蛋白蛋白有关。有关。三个基本要素：1）特异的DNA调节序列2）调节蛋白3）RNA聚合酶复习资料1绪论原理课件酶量的调节酶量的调节 诱导诱导阻遏阻遏终产物的阻遏终产物的阻遏分解代谢产物阻遏分解代谢产物阻遏例如：葡萄糖效应例如：乳糖操纵子例如：色氨酸操纵子复习资料1绪论原理课件二、操纵子的概念和举例（原核生物基因转录调节）Regulation of Prokaryotic Gene Transcription复习资料1绪论原理课件调节的主要的主要环节在在转录水平水平上上进行行 （一）原核生物基因转录调节的特点（一）原核生物基因转录调节的特点1、因子决定因子决定RNA聚合酶识别特异性聚合酶

110、识别特异性2、主要通过、主要通过操纵子操纵子模式进行调节模式进行调节3、阻遏蛋白对转录的抑制作用（、阻遏蛋白对转录的抑制作用（阻遏机制阻遏机制）是普）是普遍存在的负调控作用遍存在的负调控作用复习资料1绪论原理课件n n存存在在于于原原核核生生物物中中的的一一种种主主要要的的调调控控模模式式是是操操纵纵子子（operonoperon）调调控控模模式式，该该模模式式也也见见于于低低等等真真核核生物中。生物中。n n所所谓谓操操操操纵纵纵纵子子子子（operonoperon）是是指指原原核核生生物物基基因因组组的的一一个个表表达达调调控控序序列列，长长度度约约1000bp1000bp左左右右，由由若

111、若干干结结构构基基因因串串联联在在一一起起，其其表表达达受受到到同同一一调调控控系系统统的的调控调控。 （二）操纵子的概念和特点（二）操纵子的概念和特点复习资料1绪论原理课件编码序列序列 启启动序列序列 操操纵序列序列调节基因基因(promoter)(operator)n n典型的操纵子可分为典型的操纵子可分为控制区和信息区控制区和信息区两部分。控制区由各种调两部分。控制区由各种调控基因所组成，而信息区则由若干结构基因串联在一起构成。控基因所组成，而信息区则由若干结构基因串联在一起构成。 复习资料1绪论原理课件（1）酶合成的诱导作用：）酶合成的诱导作用： 在细菌中普通存在，如大肠杆菌可利用多种

112、糖作为在细菌中普通存在，如大肠杆菌可利用多种糖作为碳源，当用乳糖作为唯一碳源时，开始细菌不能利用乳碳源，当用乳糖作为唯一碳源时，开始细菌不能利用乳糖，但糖，但23分钟后就合成了与乳糖代谢有关的三种酶分钟后就合成了与乳糖代谢有关的三种酶 （1）半乳糖苷酶：水解乳糖的酶，使乳糖水解成半乳糖苷酶：水解乳糖的酶，使乳糖水解成 半乳糖和葡萄糖半乳糖和葡萄糖 （2）-半乳糖透性酶：促使乳糖通过细胞膜。半乳糖透性酶：促使乳糖通过细胞膜。 （3）-半乳糖苷转乙酰基酶（硫代半乳糖苷转乙酰酶）：这半乳糖苷转乙酰基酶（硫代半乳糖苷转乙酰酶）：这酶的功能不清，可能是将不能代谢的乳糖类似物乙酰化，并酶的功能不清，可能是

113、将不能代谢的乳糖类似物乙酰化，并将它们排出体外。将它们排出体外。复习资料1绪论原理课件乳糖究竟如何诱导了这三种酶的合成呢？乳糖究竟如何诱导了这三种酶的合成呢？ 1961年法国年法国Monod和和Jacob提出了著名的提出了著名的乳糖操纵子乳糖操纵子(lactose operon）模型）模型，这模型的提出犹如当年，这模型的提出犹如当年Watson和和Crick发现发现DNA双螺旋模型一样，受到人们的重视，人们双螺旋模型一样，受到人们的重视，人们把它看作生物学的第二个里程碑。把它看作生物学的第二个里程碑。 这里乳糖是诱导物、诱导了这三种酶的合成，这这里乳糖是诱导物、诱导了这三种酶的合成，这三种酶就

114、是诱导酶。三种酶就是诱导酶。 复习资料1绪论原理课件乳糖操纵子调节机制乳糖操纵子调节机制1、乳糖操纵子、乳糖操纵子(lac operon)的结构与组成的结构与组成 调控区控区CAP结合位点合位点启启动序列序列操操纵序列序列 结构基因构基因Z： -半乳糖苷酶半乳糖苷酶Y： 透酶透酶A：乙酰基转移酶：乙酰基转移酶ZYAOPDNA复习资料1绪论原理课件结构基因：决定酶蛋白或蛋白质的基因。结构基因：决定酶蛋白或蛋白质的基因。 操纵基因：转录的开关，可打开或关闭结构基因的转录。操纵基因：转录的开关，可打开或关闭结构基因的转录。 启动子：专管转录起始，上面有启动子：专管转录起始，上面有RNA聚合酶的结合位

115、点。聚合酶的结合位点。 调节基因：编码阻遏蛋白的基因。调节基因：编码阻遏蛋白的基因。 复习资料1绪论原理课件乳糖操纵子模型的基本要点：乳糖操纵子模型的基本要点： 调节基因调节基因启动子启动子操纵基因操纵基因结构基因结构基因A操纵子（操纵子（operon）BC一群功能相关的结构基因相邻，并且共同受同一个操纵基因和启动一群功能相关的结构基因相邻，并且共同受同一个操纵基因和启动子所控制。子所控制。 一群功能相关的结构基因（一群功能相关的结构基因（structural gene）和操纵基因）和操纵基因（operator）、启动子（）、启动子（promoter）组成了一个操纵子）组成了一个操纵子(ope

116、ron) 。 为什么称它们为一个操纵子呢？因为它们又共同受一个调节基为什么称它们为一个操纵子呢？因为它们又共同受一个调节基 因（因（regulator gene）所调节。）所调节。 复习资料1绪论原理课件乳糖代谢基因表达调控（环境中没有乳糖时的基因状态）复习资料1绪论原理课件乳糖代谢基因表达调控（环境中具有乳糖时的基因状态）复习资料1绪论原理课件（2）酶合成的阻遏作用）酶合成的阻遏作用 最终产物的阻遏：最终产物的阻遏： 以以E.Coli Trp操纵子操纵子为例，为例，Trp操纵子含有操纵子含有5个结构基因，它们编码的酶蛋白催化分支酸转个结构基因，它们编码的酶蛋白催化分支酸转变为变为Trp，Tr

117、p是是辅助遏物辅助遏物（corepressor）。）。 复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件色氨酸色氨酸 合成合成Trp 操操纵子子复习资料1绪论原理课件l色色氨氨酸酸操操纵纵子子（trp operon）属属于于阻阻遏遏型型操操纵纵子子，主主要要参参与与调调控控一一系系列列用用于于色色氨氨酸酸合合成成代代谢谢的的酶酶蛋蛋白白的的转转录录合合成成。当当细细胞胞内内缺缺乏乏色色氨氨酸酸时时，此此操操纵纵子子开开放放，而而当当细细胞胞内内合合成成的的色色氨氨酸酸过过多多时时，此此操操纵纵子子被被关闭。关闭。 l色色氨氨酸酸操操纵纵子子的的调调控控机机制制与与乳乳糖糖操操纵纵子子类类似似，但但

118、通通常常情情况况下下，操操纵纵子子处处于于开开放放状状态态，其其辅辅阻阻遏遏蛋蛋白白不能与操纵基因结合而阻遏转录。不能与操纵基因结合而阻遏转录。l而而当当色色氨氨酸酸合合成成过过多多时时，色色氨氨酸酸作作为为辅辅阻阻遏遏物物与与辅辅阻阻遏遏蛋蛋白白结结合合而而形形成成阻阻遏遏蛋蛋白白，后后者者与与操操纵纵基基因因结合而使基因转录关闭结合而使基因转录关闭。 复习资料1绪论原理课件酶合成的阻遏作用酶合成的阻遏作用复习资料1绪论原理课件Trp Trp 高高时 Trp 低低时 mRNAOPtrpR调节区调节区 结构基因结构基因 RNA RNA聚合酶聚合酶 RNA RNA聚合酶聚合酶 1 1、色氨酸操纵

119、子（转录衰减作用）、色氨酸操纵子（转录衰减作用）色氨酸操色氨酸操纵子子复习资料1绪论原理课件n色氨酸操纵子转录衰减(attenuation)机制：即在色氨酸操纵子第一个结构基因与启动基因之间存在有一衰减区域，当细胞内色氨酸酸浓度很高时，通过与转录相偶联的翻译过程，形成一个衰减子结构，使RNA聚合酶从DNA上脱落，导致转录终止。 复习资料1绪论原理课件UUUUUUUU调节区调节区 结构基因结构基因 trpROP前导序列前导序列 衰减子区域衰减子区域 UUUU前导前导mRNA1234衰减子结构衰减子结构 第第1010、1111密码子为密码子为trptrp密码子密码子 终止密码子终止密码子 14aa

120、14aa前导肽编码区前导肽编码区: 包含序列包含序列1 1 形成发夹结构形成发夹结构 trp 密码子密码子 UUUU复习资料1绪论原理课件UUUU34UUUU 334核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA1.当色氨酸当色氨酸浓度高度高时 转录衰减机制衰减机制 125 trp 密码子密码子 衰减子结构衰减子结构就是终止子就是终止子可使转录可使转录前导前导DNA UUUU 3 RNA RNA聚合酶聚合酶 终止终止复习资料1绪论原理课件UUUU342423UUUU核糖体核糖体 前导肽前导肽 前导前导mRNA 15 trp 密码子密码子 结构基因结构基因前导前导DNA RNA RNA聚合酶聚合酶

121、 2.当色氨酸当色氨酸浓度低度低时 Trp合成合成酶系相关系相关结构基因被构基因被转录 序列序列3 3、4 4不能不能形成衰减子结构形成衰减子结构 复习资料1绪论原理课件 分解代谢产物的阻遏：分解代谢产物的阻遏： 在在基基质质中中当当同同时时存存在在多多种种分分解解代代谢谢物物时时，某某些些酶酶的的合合成成往往往往被被容容易易分分解解利利用用的的碳碳源源（如如葡葡萄萄糖糖）所所阻阻遏遏。后后来来知知道道这这是是由由于于葡葡萄萄糖糖分分解解代代谢谢产产物物引引起起的的，因因此此又又称称为为分分解解代代谢谢产产物物阻阻遏遏（catabolite repression）。这这种种现现象象过过去去称为

122、称为葡萄糖效应葡萄糖效应（glucose effect）。）。 1942年年，Monod首首次次发发现现E.Coli的的培培养养基基中中既既含含葡葡萄萄糖糖，又又含含乳乳糖糖时时，则则优优先先利利用用葡葡萄萄糖糖，等等葡葡萄萄糖糖耗耗尽尽后后才才能能利利用用乳乳糖糖，也也就就是是说说在在大大量量葡葡萄萄糖糖时时，乳乳糖糖操操纵纵子子还还是是关闭，葡萄糖阻遏了乳糖代谢有关的酶的合成。关闭，葡萄糖阻遏了乳糖代谢有关的酶的合成。复习资料1绪论原理课件GCATPcAMP5-AMP腺苷酸环化酶磷酸二酯酶CRPcAMPCRP复合物复合物结构基因结构基因分分解解代代谢谢产产物物启动子启动子 操纵基因操纵基因

123、分解代谢产物阻遏，分解代谢产物阻遏，即葡萄糖效应的机制：即葡萄糖效应的机制：c AMP : 环腺苷酸c AMP 受体蛋白简称：CRP 或 CAP抑制抑制激活激活复习资料1绪论原理课件几点结论几点结论n n分解代谢产物阻遏的实质是：细胞内缺少了cAMPn n分解代谢产物阻遏作用是发生在转录水平上的n ncAMP在乳糖操纵子中的作用：是调节mRNA的生成，属于转录水平的调节。复习资料1绪论原理课件 现在知道乳糖操纵子除需诱导物外，还需现在知道乳糖操纵子除需诱导物外，还需cAMP和和cAMP受受体蛋白（体蛋白（CRP），当），当cAMP与与CRP结合成复合物时，这复合物能结合成复合物时，这复合物能结

124、合到启动子上，促使转录的起始。结合到启动子上，促使转录的起始。 结构基因结构基因操纵基因操纵基因启动子启动子RNA聚合酶聚合酶CRPcAMP复合物复合物CRP cAMP位点活化复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件协调调节协调调节当当阻阻遏遏蛋蛋白白封封闭转录时，CRP对该系系统不不能能发挥作用；作用；如如无无CRP存存在在，即即使使没没有有阻阻遏遏蛋蛋白白与与操操纵序序列列结合，操合，操纵子仍无子仍无转录活性。活性。单纯乳糖存在乳糖存在时，细菌利用乳糖作碳源；菌利用乳糖作碳源；若若有有葡葡萄萄糖糖或或葡葡萄萄糖糖/乳乳糖糖共共同同存存在在时，细菌首先利用葡萄糖。菌

125、首先利用葡萄糖。复习资料1绪论原理课件2、阿拉伯糖操、阿拉伯糖操纵子的正子的正调节作用和作用和负调节作用作用 是是一一个个利利用用同同一一种种调调节节蛋蛋白白的的不不同同结结构构形形式式活活化化和抑制操纵子的调控方式。和抑制操纵子的调控方式。 AraCAraC蛋蛋白白是是一一个个具具有有两两种种不不同同功功能能构构象象的的蛋蛋白白质质。P1P1型为阻遏子，型为阻遏子，P2P2型为激活子。型为激活子。调节作用分三种情况：调节作用分三种情况：1 1）葡葡萄萄糖糖很很丰丰富富且且没没有有阿阿拉拉伯伯糖糖情情况况下下，AraCAraC与与操操纵纵基基因因araOaraO2 2和和AraCAraC的的一

126、一个个结结合合位位点点araIaraI结结合合，结结合合于于araOaraO2 2和和araIaraI的的两两个个AraCAraC蛋蛋白白之之间间互互相相结结合合，形形成成一一个个约约210210碱碱基基对对的的一一个个环环，从从而而使使araBADaraBAD启启动动子子的的转转录录被被抑抑制制，基基因因araBaraB、A A、D D不不被被转转录录，阻阻止止操操纵纵子的转录（阴性调控或负调节作用）子的转录（阴性调控或负调节作用）复习资料1绪论原理课件2）当当葡葡萄萄糖糖不不存存在在（或或低低水水平平）而而阿阿拉拉伯伯糖糖存存在在时，CAP-cAMP很很丰丰富富，与与araI附附近近的的C

127、RP结合合位位点点结合合，阿阿拉拉伯伯糖糖与与AraC蛋蛋白白结合合改改变了了构构象象，成成为激激活活子子，DNA环被被打打开开，能能与与CAP-cAMP协同同诱导araBAD基基因因的的转录（阳阳性性调控控或或正正调节）3）阿阿拉拉伯伯糖糖和和葡葡萄萄糖糖均均不不存存在在或或阿阿拉拉伯伯糖糖和和葡葡萄糖均丰富萄糖均丰富时，操，操纵子均子均处于阻遏状于阻遏状态。复习资料1绪论原理课件l由由成成群群的的操操纵纵子子组组成成的的基基因因转转录录调调控控网网络络称称为为调调节节子子。通通过过组组成成调调节节子子调调控控网网络络，对对若若干干操操纵纵子子及及若若干干蛋蛋白白质质的的合合成成进进行行协协

128、同同调调控控，从从而而达达到到整整体体调调控控的目的。的目的。l典典型型的的整整体体调调控控模模式式是是SOS反反应应，这这是是由由一一组组与与DNA损损伤伤修修复复有有关关的的酶酶和和蛋蛋白白质质基基因因组组成成。在在正正常常情情况况下下，这这些些基基因因均均被被LexA阻阻遏遏蛋蛋白白封封闭闭。当当有有紫紫外外线线照照射射时时，细细菌菌体体内内的的RecA蛋蛋白白水水解解酶酶被被激激活活，催催化化LexA阻阻遏遏蛋蛋白白裂裂解解失失活活，从从而而导导致致与与DNA损损伤伤修复有关的基因表达。修复有关的基因表达。 3 3 3 3、原核生物转录的整体调控模式、原核生物转录的整体调控模式、原核生

129、物转录的整体调控模式、原核生物转录的整体调控模式复习资料1绪论原理课件SOS反应反应 SOS基因基因紫外紫外线激活激活Rec ALex A阻遏蛋白阻遏蛋白 与与DNA 损伤修复有修复有关的关的酶和蛋白和蛋白质基因基因表达表达Lex A阻遏蛋白阻遏蛋白操操纵序列序列DNA复习资料1绪论原理课件 利用操纵子模型解释酶合成的诱导和阻遏，但要注意利用操纵子模型解释酶合成的诱导和阻遏，但要注意操纵子仅仅存在于原核细胞，操纵子仅仅存在于原核细胞，操纵子的调控是原核细胞操纵子的调控是原核细胞转录水平的调控。真核细胞中没有操纵子，即真核细胞转录水平的调控。真核细胞中没有操纵子，即真核细胞中功能上彼此有关的基因

130、往往分布在不同染色体上，它中功能上彼此有关的基因往往分布在不同染色体上，它们并不组成一个操纵子。们并不组成一个操纵子。 复习资料1绪论原理课件真核生物基因转录调节Regulation of Eukaryotic Gene Transcription复习资料1绪论原理课件一、真核生物基因组结构特点一、真核生物基因组结构特点1、真核基因组结构庞大、真核基因组结构庞大哺乳哺乳类动物基因物基因组DNA 约 3 10 9 碱基碱基对编码基因基因约 有有 30000 个个，占占总长的的6 %复习资料1绪论原理课件2、单顺反子、单顺反子单顺反子反子(monocistron) 即即一一个个编码基基因因转录生生

131、成成一一个个mRNA分分子子，经翻翻译生成一条多生成一条多肽链。3、重复序列、重复序列单拷拷贝序列（一次或数次）序列（一次或数次）高度重复序列（高度重复序列（106 次）次）中度重复序列（中度重复序列（103 104次）次）多拷多拷贝序列序列4、基因不连续性、基因不连续性 ：断裂基因：断裂基因l真核生物中的基因具有不连续性，即一个基因的编码序列往往被一些真核生物中的基因具有不连续性，即一个基因的编码序列往往被一些非编码序列分隔开。基因中能够转录并进一步编码多肽链合成的部分称非编码序列分隔开。基因中能够转录并进一步编码多肽链合成的部分称为外显子（为外显子（exon），而在转录后会被剪除的部分则称

132、为内含子（），而在转录后会被剪除的部分则称为内含子（intron）。）。 复习资料1绪论原理课件二、真核基因表达调节的特点二、真核基因表达调节的特点1、 RNA聚合酶活性受转录因子调控：聚合酶活性受转录因子调控：RNA聚合酶有三种聚合酶有三种，分别转录不同的，分别转录不同的RNA。2、染色质结构改变参与基因表达的调控：染色质结构改变参与基因表达的调控：1）对核酸核酸酶敏感敏感活活化化基基因因常常有有超超敏敏位位点点，位位于于调节蛋蛋白白结合位点附近。合位点附近。复习资料1绪论原理课件2）DNA拓扑拓扑结构构变化化天然双天然双链DNA均以均以负性超螺旋构象存在；性超螺旋构象存在；基因活化后基因活

133、化后RNA-pol正超螺旋正超螺旋负超螺旋超螺旋转录方向方向3）DNA碱基修碱基修饰变化化真核真核DNA约有有5%的胞的胞嘧啶被甲基化，被甲基化，甲基化范甲基化范围与基因表达程度呈反比。与基因表达程度呈反比。复习资料1绪论原理课件4）组蛋白蛋白变化化 富含富含Lys组蛋白水平降低蛋白水平降低 H2A, H2B二聚体不二聚体不稳定性增加定性增加 组蛋白修蛋白修饰 H3组蛋白蛋白巯基暴露基暴露3、正正性性调调节节占占主主导导：真真核核基基因因一一般般都都处处于于阻阻遏遏状状态态，RNA聚聚合合酶酶对对启启动动子子的的亲亲和和力力很很低低。通通过过利利用用各各种种转转录录因因子子正正性性激激活活RN

134、A聚聚合合酶酶是是真真核核基基因因调调控控的的主主要要机机制。制。 4、转录与翻译分隔进行、转录与翻译分隔进行5、转录后加工修饰过程复杂、转录后加工修饰过程复杂复习资料1绪论原理课件三、真核基因转录调控元件及调控机制三、真核基因转录调控元件及调控机制1、顺式作用元件、顺式作用元件：是真核生物是真核生物DNA调控元件，调控元件，包括启动子、增强子和沉默子。包括启动子、增强子和沉默子。1） 启启动子子真核基因启真核基因启动子是子是RNA聚合聚合酶结合位点周合位点周围的一的一组转录控制控制组件，至少包括一个件，至少包括一个转录起始点起始点以及一个以上的以及一个以上的功能功能组件件。TATA盒盒GC盒

135、盒CAAT盒盒需要DNA调节序列、调节蛋白和RNA聚合酶三大要素复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件2）增）增强子子(enhancer)指指远离离转录起起始始点点、决决定定基基因因的的时间、空空间特特异异性性、增增强启启动子子转录活活性性的的DNA序序列。列。3）沉默子）沉默子(silencer)某些基因的某些基因的负性性调节元件，当其元件，当其结合特异合特异蛋白因子蛋白因子时，对基因基因转录起阻遏作用。起阻遏作用。复习资料1绪论原理课件2、反式作用因子、反式作用因子（分子间作用因子）（分子间作用因子）是影响基因转录的调节蛋白是影响基因转录的调节蛋白 ，属于属于转录调节因子因子1）转录

136、调节因子分因子分类（按功能特性）（按功能特性）* 基本基本转录因子因子(general transcription factors)是是RNA聚聚合合酶结合合启启动子子所所必必需需的的一一组蛋蛋白白 因因 子子 ， 决决 定定 三三 种种 RNA(mRNA、 tRNA及及rRNA)转录的的类别。复习资料1绪论原理课件* 特异特异转录因子因子(special transcription factors)为个个别基基因因转录所所必必需需，决决定定该基基因因的的时间、空、空间特异性表达。特异性表达。转录激活因子激活因子转录抑制因子抑制因子复习资料1绪论原理课件2）转录调节因子因子结构构DNA结合域合

137、域转录激活域激活域TF蛋白蛋白质-蛋白蛋白质结合域合域（二聚化（二聚化结构域）构域） 谷氨谷氨酰胺富含域胺富含域酸性激活域酸性激活域脯氨酸富含域脯氨酸富含域复习资料1绪论原理课件最常最常见的的DNA结合域合域 1） 锌指指(zinc finger)见见于于TFA和和类类固固醇醇激激素素受受体体中中，由由一一段段富富含含半半胱胱氨氨酸酸的的多多肽肽链链构构成成。每每四四个个半半光光氨氨酸酸残残基基或或His残残基基螯螯合合一一分分子子Zn2+，其其余余约约12-13个个残残基基则则呈呈指指样样突突出出，刚刚好好能能嵌嵌入入DNA双双螺螺旋旋的的大大沟沟中中而而与与之之相相结结合合。每每个个蛋蛋白

138、白质质分分子子中可含中可含2-9个锌指结构。个锌指结构。复习资料1绪论原理课件 2）-螺旋螺旋转角角 -螺旋螺旋HTH和和HLH结结构构： 由由两两段段-螺螺旋旋夹夹一一段段-折折迭迭构构成成，-螺螺旋旋与与-折折迭迭之之间间通通过过-转转角角或或成成环环连连接接，即即螺螺旋旋-转转角角-螺螺旋旋结结构构和和螺螺旋旋-环环-螺螺旋旋结结构构。典典型型的的例例子子是是噬噬菌菌体体的的CroCro蛋蛋白白，该该蛋蛋白白含含三三段段-螺螺旋旋和和三三段段-折折迭迭，两两亚亚基基通通过过-折折迭迭而而形形成成二二聚聚体体，相相当当于于DNA的的一一个个螺螺距距的的长长度度，而而每每一一亚亚基基的的一一

139、段段-螺螺旋旋则则刚刚好好能能嵌嵌入入DNA双双螺螺旋旋的大沟中与的大沟中与DNA紧密结合。紧密结合。 复习资料1绪论原理课件亮氨酸拉链结构：亮氨酸拉链结构： l 见见于于真真核核生生物物DNA结结合合蛋蛋白白质质的的C端端，与与癌癌基基因因表表达达调调控控有有关关。由由两两段段-螺螺旋旋平平行行排排列列构构成成，其其-螺螺旋旋中中存存在在每每隔隔7个个残残基基规规律律性性排排列列的的Leu残残基基，Leu侧侧链链交交替替排排列列而而呈呈拉拉链链状状。两两条条肽肽链链呈呈钳状与钳状与DNA结合。结合。 介导蛋白质互相作用的结构模序复习资料1绪论原理课件真核基因真核基因转录调节是是复复杂的、多的

140、、多样的的*不不同同的的DNA元元件件组合合可可产生生多多种种类型型的的转录调节方式；方式；*多种多种转录因子又可因子又可结合相同或不同的合相同或不同的DNA元件。元件。*转录因因子子与与DNA元元件件结合合后后，对转录激激活活过程程所所产生的效果各异，有正性生的效果各异，有正性调节或或负性性调节之分。之分。复习资料1绪论原理课件关于组成酶与诱导酶的比较关于组成酶与诱导酶的比较项目项目合合 成成存存 在在举例（大肠杆举例（大肠杆菌）菌）组成组成酶酶诱导诱导酶酶只受遗传物质控制只受遗传物质控制，与营养物质无关，与营养物质无关受遗传物质控制，受遗传物质控制，也受诱导物制约也受诱导物制约细胞内一直细

141、胞内一直存在存在需要时才合需要时才合成成分解葡萄分解葡萄的酶的酶分解乳糖分解乳糖的酶的酶复习资料1绪论原理课件两种调节方式的比较两种调节方式的比较项目项目对象对象机制机制结果结果意义意义特点特点诱导酶诱导酶基因表达的调控基因表达的调控细胞内酶的种类增细胞内酶的种类增多多既保证代谢需要，又避既保证代谢需要，又避免物质能量的浪费，增免物质能量的浪费，增强适应性强适应性已有的酶（组成酶和已有的酶（组成酶和诱导酶）诱导酶）代谢产物与酶可逆性结合，代谢产物与酶可逆性结合，使酶的结构发生可逆性改使酶的结构发生可逆性改变变细胞内酶的活性发生细胞内酶的活性发生改变改变避免积累大量的代谢避免积累大量的代谢产物产

142、物间接而缓慢间接而缓慢直接、快速而准确直接、快速而准确酶合成调节酶合成调节酶活性调节酶活性调节复习资料1绪论原理课件上次课复习题上次课复习题n n请请图图示示乳乳糖糖存存在在时时细细菌菌对对乳乳糖糖代代谢谢调调节机理。节机理。n n请请图图示示色色氨氨酸酸存存在在时时细细菌菌对对色色氨氨酸酸的的代谢调节机理。代谢调节机理。复习资料1绪论原理课件葡萄糖效应葡萄糖效应n n葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖效效效效应应应应，又又又又称称称称为为为为分分分分解解解解代代代代谢谢谢谢产产产产物物物物阻阻阻阻遏遏遏遏作作作作用用用用。指指指指葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖，或或或或者者者者其其其其它它它它某某某某些些些

143、些容容容容易易易易利利利利用用用用的的的的碳碳碳碳源源源源，其其其其分分分分解解解解代代代代谢谢谢谢产产产产物物物物阻阻阻阻遏遏遏遏某某某某些些些些诱诱诱诱导导导导酶酶酶酶体体体体系系系系的的的的编编编编码码码码基基基基因因因因转转转转录录录录，抑抑抑抑制制制制较较较较慢慢慢慢代代代代谢谢谢谢的的的的碳碳碳碳源源源源所所所所需需需需酶酶酶酶的合成，表现为葡萄糖抑制其它糖利用，出现二次生长。的合成，表现为葡萄糖抑制其它糖利用，出现二次生长。的合成，表现为葡萄糖抑制其它糖利用，出现二次生长。的合成，表现为葡萄糖抑制其它糖利用，出现二次生长。n n19421942年由年由年由年由J JMondMon

144、d和和和和HHMMR REppsEpps、E EF FGaleGale报道。报道。报道。报道。复习资料1绪论原理课件cAMP：环腺苷酸：环腺苷酸CRP： 环腺苷酸受体蛋白环腺苷酸受体蛋白结构基因结构基因操纵基因操纵基因启动子启动子RNA聚合酶聚合酶CRPcAMP复合物复合物CRP cAMP位点活化复习资料1绪论原理课件GCATPcAMP5-AMP腺苷酸环化酶腺苷酸环化酶磷酸二酯酶磷酸二酯酶CRPcAMPCRP复合物复合物结构基因结构基因分分解解代代谢谢产产物物启动子启动子 操纵基因操纵基因分解代谢产物阻遏，分解代谢产物阻遏，即葡萄糖效应的机制：即葡萄糖效应的机制：抑制抑制激活激活分解代谢产物引

145、起细胞内分解代谢产物引起细胞内cAMP含量降低，乳糖操纵子被阻遏含量降低，乳糖操纵子被阻遏复习资料1绪论原理课件第二章第二章 微生物代谢调节机制微生物代谢调节机制n n第一节 细胞结构在代谢调节中的作用n n第二节 酶活性调节机制n n第三节 酶量调节机制n n第四节 能荷调节及细胞膜透性调节n n第五节 分支合成代谢途径的反馈调节模式复习资料1绪论原理课件第四节第四节 能荷调节及细胞膜透性调节能荷调节及细胞膜透性调节复习资料1绪论原理课件巴斯德效应巴斯德效应 巴斯德，巴斯德，Louis PasteurLouis Pasteur 1822-1895 1822-1895 法国法国 微生物学家和化

146、学家微生物学家和化学家复习资料1绪论原理课件？n n啤啤酒酒酿造过程中，为什么前期发酵液中要充少许氧？后期要充二氧化碳？n n人运动时为什么要大口喘气？剧烈运动后为什么感觉肌肉酸痛？n n苹果储藏久了，为什么会有酒味？ 复习资料1绪论原理课件呼吸作用n n生生生生物物物物体体体体内内内内的的的的有有有有机机机机物物物物在在在在细细细细胞胞胞胞内内内内经经经经过过过过一一一一系系系系列列列列的的的的氧氧氧氧化化化化分分分分解解解解，最最最最终终终终生生生生成成成成二二二二氧氧氧氧化化化化碳碳碳碳或或或或其其其其他他他他产产产产物物物物，并并并并且且且且释释释释放放放放出出出出能量的总能量的总能量

147、的总能量的总过程过程过程过程，叫做呼吸作用，叫做呼吸作用，叫做呼吸作用，叫做呼吸作用( (又叫又叫又叫又叫生物氧化生物氧化生物氧化生物氧化) )。n n通通通通常常常常所所所所说说说说的的的的呼呼呼呼吸吸吸吸作作作作用用用用就就就就是是是是指指指指有有有有氧氧氧氧呼呼呼呼吸吸吸吸。细细细细胞胞胞胞进进进进行行行行有有有有氧氧氧氧呼呼呼呼吸吸吸吸的的的的主主主主要要要要场场场场所所所所是是是是线线线线粒粒粒粒体体体体。一一一一般般般般说说说说来来来来，葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖是是是是细细细细胞胞胞胞进进进进行行行行有有有有氧氧氧氧呼呼呼呼吸吸吸吸时时时时最最最最常常常常利利利利用用用用的的的的物

148、物物物质质质质。 复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件n n第第一一个个阶阶段段，一一个个分分子子的的葡葡萄萄糖糖分分解解成成两两个个分分子子的的丙丙酮酮酸酸，在在分分解解的的过过程程中中产产生生少少量量的的氢氢( (用用HH表表示示) )，同同时时释释放放出出少少量量的的能能量量。这这个个阶阶段段是是在在细胞质基质细胞质基质中进行的；中进行的；n n第第二二个个阶阶段段，丙丙酮酮酸酸经经过过一一系系列列的的反反应应，分分解解成成二二氧氧化化碳碳和和氢氢，同同时时释释放放出出少少量量的的能能量量。这这个个阶阶段是在段是在线粒体线粒体线粒体线粒体中进行的；中进行的；n n第第三三个个阶阶

149、段段，前前两两个个阶阶段段产产生生的的氢氢，经经过过一一系系列列的的反反应应，与与氧氧结结合合而而形形成成水水，同同时时释释放放出出大大量量的的能量。这个阶段也是在能量。这个阶段也是在线粒体线粒体线粒体线粒体中进行的。中进行的。 有氧呼吸的全过程，可以分为：的全过程，可以分为： 复习资料1绪论原理课件n n无无无无氧氧氧氧呼呼呼呼吸吸吸吸一一般般是是指指细细胞胞在在无无氧氧条条件件下下，通通过过酶酶的的催催化化作作用用，把把葡葡萄萄糖糖等等有有机机物物质质分分解解成成为为不不彻彻底底的的氧氧化化产产物物，同同时时释释放放出出少少量量能能量量的的过过程程。这这个个过过程程对对于于高高等等植植物物

150、、高高等等动动物物和和人人来来说说，称称为为无无氧氧呼呼吸吸。如如果果用用于于微微生生物物( (如如乳乳酸酸菌菌、酵酵母母菌菌) )，则则习习惯惯上上称称为为发发发发酵酵酵酵。细细胞胞进进行行无无氧氧呼呼吸吸的的场场所所是是细细胞质基质。胞质基质。 复习资料1绪论原理课件无氧呼吸无氧呼吸的全过程，可以分为：的全过程，可以分为： n n第一个阶段与有氧呼吸的第一个阶段完全相同；n n第二个阶段是丙酮酸在不同酶的催化下，分解成酒精和二氧化碳，或者转化成乳酸。 复习资料1绪论原理课件丙酮酸葡萄糖“糖酵解”不需氧“磷酸戊糖途径”需氧有氧情况缺氧情况好氧生物厌氧生物“三羧酸循环”“乙醛酸循环” CO2

151、+ H2O“乳酸发酵”乳酸“乳酸发酵”、“乙醇发酵”乳酸或乙醇 CO2 + H2O复习资料1绪论原理课件n n什么是巴斯德效应？什么是巴斯德效应？n n 酵酵母母菌菌在在有有氧氧的的条条件件下下，由由于于进进行行呼呼呼呼吸吸吸吸作作作作用用用用而而使使酒酒酒酒精精精精发发发发酵和糖酵解酵和糖酵解酵和糖酵解酵和糖酵解作用受到抑制的现象。作用受到抑制的现象。 n nThe The inhibitioninhibition of of fermentationfermentation by by oxygenoxygen, , firstfirst observed observed by by P

152、asteurPasteur; ; either either not not observed, observed, or or only only slightly slightly observed, observed, in in malignant tumoursmalignant tumours. . 巴斯德效应Pasteurs effectPasteurs effect 复习资料1绪论原理课件克雷布特效应（克雷布特效应（Crabtree Effect）n n1929192919291929年年年年因因因因克克克克勒勒勒勒勃勃勃勃屈屈屈屈利利利利在在在在高高高高浓浓浓浓度度度度的的的

153、的葡葡葡葡萄萄萄萄糖糖糖糖培培培培养养养养基基基基和和和和有有有有氧氧氧氧条条条条件件件件下下下下培培培培养养养养细细细细胞胞胞胞时时时时发发发发现现现现细细细细胞胞胞胞生生生生长长长长受受受受到到到到抑抑抑抑制制制制且且且且生生生生成成成成乙乙乙乙醇醇醇醇的的的的现现现现象象象象而而而而得名，又译为得名，又译为得名，又译为得名，又译为克勒勃屈利克勒勃屈利克勒勃屈利克勒勃屈利效应。效应。效应。效应。n nInhibitionInhibition of of cellular cellular respirationrespiration of of isolated isolated syst

154、emssystems by by highhigh concentrationsconcentrations of of glucoseglucose; ; a a reciprocal reciprocal of of Pasteurs Pasteurs effecteffect; ; due, due, in in partpart, , to to the the inhibition inhibition of of hexokinasehexokinase by by elevated elevated glucose-6-phosphateglucose-6-phosphate.

155、. 复习资料1绪论原理课件n n在在酵酵母母系系统统中中主主要要是是在在高高葡葡萄萄糖糖时时抑抑制制了了细细胞胞色色素素a a的的合合成成，使使积积累累的的NaOH+H+NaOH+H+抑抑制制丙丙丙丙酮酮酮酮酸酸酸酸脱脱脱脱氢氢氢氢酶酶酶酶系系统统，从从而而使使丙丙酮酮酸酸进进入入不不了了三三羧羧酸酸循循环环并并诱诱导导出出丙丙酮酮酸酸脱脱羧羧酸酸而而使使丙丙酮酸形成乙醇；酮酸形成乙醇；n n在在细细菌菌系系统统中中过过高高的的葡葡萄萄糖糖和和细细菌菌比比生生长长速速率率会会阻阻遏遏与与生生长长关关系系密密切切的的磷磷酸酸化化位位点点I I使使生生长长减减慢慢和和引引起起乙乙醇醇形形成成，另另

156、过过高高的的比比生生长长速速率率还还会会抑抑制制存存在在于于细细胞胞系系统统中中的的细细胞胞色色素素d d而而使使碳碳流流部部分分走走糖糖酵酵解解途途径径。克克勒勒勃勃屈屈利利效效应应是是糖糖代代谢谢中中重重要要调调节节机机制制。复习资料1绪论原理课件n n 即即使使在在有有氧氧的的条条件件下下，较较高高的的糖糖浓浓度度抑抑制制酵酵母母的的呼呼吸吸作作用用，使使之之进进行行发发酵酵作作用用产产生生乙乙醇醇，这这种种因因糖糖浓浓度度的的提提高高而而引引起起的的呼呼吸吸作作用用减减弱弱称称之之为为克克雷雷布布特效应。特效应。n n 结结果果：当当葡葡萄萄糖糖浓浓度度超超过过5%5%时时，就就会会使

157、使酵酵母母细细胞胞中中的的呼呼吸吸酶酶的的合合成成和和线线粒粒体体的的形形成成受受到到抑抑制制，酵酵母的生长速率明显下降母的生长速率明显下降 。n n 措施：在酵母生产过程中采用糖流加方式。措施：在酵母生产过程中采用糖流加方式。复习资料1绪论原理课件酿酒酵母乙醇的生成与同化酿酒酵母乙醇的生成与同化n n由由于于克克雷雷布布特特效效应应的的存存在在，即即使使培培养养基基中中溶溶解解氧氧的的浓浓度度足足以以满满足足细细胞胞生生长长的的需需要要，在在含含有有高高浓浓度度的的糖糖时时也也会会产产生生乙乙醇醇。只只有有当当培培养养基基中中的的有有效效糖糖浓浓度度下下降降到到一一定定的的临临界界值值时时，

158、酵酵母母才才会会完完全全停停止止发酵，同时消耗乙醇发酵，同时消耗乙醇n n一一 般般 认认 为为 ， 可可 发发 酵酵 性性 糖糖 的的 浓浓 度度 应应 低低 于于0.0004%(4mg/L)0.0004%(4mg/L)才才不不会会产产生生乙乙醇醇。但但可可发发酵酵性性糖糖的的临临界界值值浓浓度度值值随随酵酵母母菌菌种种、培培养养条条件件的的不不同同而而有一定的差异有一定的差异 复习资料1绪论原理课件能能 量量 与与 能能 荷荷n n在在生生物物体体内内，1mol1mol的的葡葡萄萄糖糖在在彻彻底底氧氧化化分分解解以以后后，共共释释放放出出2870kJ2870kJ的的能能量量，其其中中有有1

159、161kJ1161kJ左左右右的的能能量量储储存存在在ATPATP中，其余的能量都以中，其余的能量都以热能热能的形式散失了。的形式散失了。n n比比有有氧氧呼呼吸吸释释放放出出的的要要少少得得多多。例例如如，1mol1mol的的葡葡萄萄糖糖在在分分解解成成乳乳酸酸以以后后，共共放放出出196.65kJ196.65kJ的的能能量量，其其中中有有61.08kJ61.08kJ的的能能量量储储存存在在ATPATP中中，其其余余的的能能量量都都以以热热能能的的形形式式散散失失了了。 复习资料1绪论原理课件能荷的定义能荷的定义n n能能 荷荷 是是 机机 体体 能能 量量 在在 数数 量量 上上 的的 衡

160、衡 量量 形形 式式 。为为从从量量上上表表示示细细胞胞内内ATP-ADP-AMPATP-ADP-AMP的的能能量量情情况，况，19681968年年AlkinsonAlkinson提出了能荷概念。提出了能荷概念。细胞内能荷水平最高值为1，最低值为0。当细胞中只含有ADP时，细胞的能荷水平1/2。复习资料1绪论原理课件能荷的调节能荷的调节n n糖的分解代谢：糖的分解代谢：n n糖糖代代谢谢的的主主要要生生理理功功能能是是以以ATPATP的的形形式式供供给给能能量量，所所以以糖糖代谢主要受能荷的控制，即受细胞内能量水平的控制。代谢主要受能荷的控制，即受细胞内能量水平的控制。n n糖糖代代谢谢中中间

161、间产产物物和和腺腺嘌嘌呤呤核核苷苷酸酸（ATPATP、ADPADP、AMPAMP）抑抑制或激活糖代谢各阶段关键酶的活性来调节能量的生成。制或激活糖代谢各阶段关键酶的活性来调节能量的生成。复习资料1绪论原理课件ATP + 0.5ADP 能 荷(Energy charge)(Energy charge)ATP + ADP + AMP=能量少时能量少时 ATPATP分解分解 能荷降低能荷降低 激活催化糖类分解的酶激活催化糖类分解的酶 解除解除ATPATP对酶的抑制对酶的抑制加速糖酵解、加速糖酵解、TCATCA循环循环多产生能量多产生能量能量多时能量多时 ATPATP增加增加 能荷升高能荷升高 激活糖

162、元合成的酶激活糖元合成的酶 抑制糖分解途径关键酶抑制糖分解途径关键酶减慢糖酵解、减慢糖酵解、TCATCA循环循环少产生能量少产生能量复习资料1绪论原理课件复习资料1绪论原理课件能量代谢的调控 n n微微微微生生生生物物物物的的的的新新新新陈陈陈陈代代代代谢谢谢谢是是是是细细细细胞胞胞胞中中中中所所所所有有有有生生生生物物物物化化化化学学学学反反反反应应应应的的的的总和。总和。总和。总和。n n细细细细胞胞胞胞利利利利用用用用外外外外部部部部空空空空间间间间物物物物质质质质进进进进行行行行反反反反应应应应以以以以获获获获得得得得能能能能量量量量和和和和化化化化学构建单位。学构建单位。学构建单位。

163、学构建单位。n n呼呼呼呼吸吸吸吸链链链链可可可可以以以以把把把把每每每每一一一一步步步步取取取取得得得得的的的的自自自自由由由由能能能能转转转转换换换换为为为为化化化化学学学学能能能能而保存。而保存。而保存。而保存。n n能能能能量量量量的的的的耦耦耦耦合合合合作作作作用用用用是是是是指指指指一一一一种种种种能能能能量量量量上上上上可可可可行行行行的的的的反反反反应应应应推推推推动动动动另一种能量上不可行的反应进行的过程。另一种能量上不可行的反应进行的过程。另一种能量上不可行的反应进行的过程。另一种能量上不可行的反应进行的过程。复习资料1绪论原理课件与细胞质膜密切相关的调节与细胞质膜密切相关

164、的调节 1. 1. 1. 1. 膜膜膜膜的的的的脂脂脂脂质质质质（磷磷磷磷脂脂脂脂及及及及其其其其它它它它脂脂脂脂类类类类）的的的的分分分分子子子子结结结结构构构构，以以以以及及及及环环环环境境境境条条条条件件件件（如如如如离离离离子子子子强强强强度度度度、温温温温度度度度、pHpHpHpH等等等等）对对对对膜脂质理化性质的影响。膜脂质理化性质的影响。膜脂质理化性质的影响。膜脂质理化性质的影响。2. 2. 2. 2. 膜膜膜膜蛋蛋蛋蛋白白白白（如如如如酶酶酶酶、载载载载体体体体蛋蛋蛋蛋白白白白、电电电电子子子子传传传传递递递递链链链链的的的的成成成成员及其它蛋白质）的绝对数量及其活性的调节。员

165、及其它蛋白质）的绝对数量及其活性的调节。员及其它蛋白质）的绝对数量及其活性的调节。员及其它蛋白质）的绝对数量及其活性的调节。3. 3. 3. 3. 跨跨跨跨膜膜膜膜的的的的电电电电化化化化学学学学梯梯梯梯度度度度以以以以及及及及ATPATPATPATP、ADPADPADPADP、AMPAMPAMPAMP体体体体系系系系及及及及无机（无机（无机（无机（P P P P）浓度对溶质输送的调节。）浓度对溶质输送的调节。）浓度对溶质输送的调节。）浓度对溶质输送的调节。4. 4. 4. 4. 细细细细胞胞胞胞壁壁壁壁结结结结构构构构（特特特特别别别别是是是是骨骨骨骨架架架架结结结结构构构构）的的的的部部部

166、部分分分分破破破破坏坏坏坏或变形，间接影响到膜对溶质的通透性。或变形，间接影响到膜对溶质的通透性。或变形，间接影响到膜对溶质的通透性。或变形，间接影响到膜对溶质的通透性。 复习资料1绪论原理课件增加细胞透性增加细胞透性, ,去除细胞内的终产物去除细胞内的终产物n n改变细胞膜渗透性,将属反馈控制因子的终产物迅速、不断地排出细胞外,不使终产物积累到引起反馈调节的浓度,就可以解除反馈控制。复习资料1绪论原理课件例如：例如：谷氨酸发酵增加细胞透性的主要措施谷氨酸发酵增加细胞透性的主要措施 n n生物素对细胞膜合成的影响n n青霉素对细胞壁合成的影响n n表面活性剂对细胞通透性的影响复习资料1绪论原理

167、课件生物素的生理意义生物素的生理意义n n乙乙酰酰辅辅酶酶A A（C C）羧羧化化酶酶的的辅辅酶酶，参参与与脂脂肪肪酸酸的的生生物物合合成成，脂脂肪肪酸酸是是形形成成细细胞胞膜膜磷磷脂脂的的主主要要成成分分，从从而而间间接接地地起起到到干干扰扰细细胞胞膜膜磷脂合成的作用。磷脂合成的作用。复习资料1绪论原理课件影响细胞膜透性的其他措施影响细胞膜透性的其他措施n n丧失脂肪酸合成油酸缺陷型n n丧失 磷酸甘油脱氢酶的甘油缺陷型复习资料1绪论原理课件青霉素对细菌细胞壁合成的影响青霉素对细菌细胞壁合成的影响n n青青霉霉素素属属 内内酰酰胺胺类类抗抗生生素素，主主要要抑抑制制粘粘肽肽的的合合成成，阻阻

168、止止粘粘肽肽链链的的交交叉叉连连接接，使使细细菌菌无法形成坚韧的细胞壁。无法形成坚韧的细胞壁。表面活性剂对细胞透性的影响表面活性剂对细胞透性的影响n n表面活性剂破坏细胞膜的脂质双分子层结构，表面活性剂破坏细胞膜的脂质双分子层结构，表面活性剂破坏细胞膜的脂质双分子层结构，表面活性剂破坏细胞膜的脂质双分子层结构，选择透性失控。选择透性失控。选择透性失控。选择透性失控。复习资料1绪论原理课件增加透性的措施增加透性的措施n n1 生物素亚适量n n2 添加青霉素n n3 吐温80n n改变细胞膜的透性，使优先合成的Glu很快渗漏到细胞外，解除了反馈调节，发酵得到Glu。复习资料1绪论原理课件第五节第

169、五节 分支合成代谢途径的分支合成代谢途径的反馈调节模式反馈调节模式复习资料1绪论原理课件n n单功能途径中酶活性的调节方式：单功能途径中酶活性的调节方式：（1）终产物抑制）终产物抑制（2）代谢产物激活作用）代谢产物激活作用补偿激活补偿激活前体激活前体激活复习资料1绪论原理课件（1）终产物抑制如：在氨基酸合成代谢中常见最终产物是途径中第一个酶的反馈抑制剂。ABCDE复习资料1绪论原理课件（2）代谢产物激活作用ABCDE补偿激活：FGHIABCDE前体激活：复习资料1绪论原理课件n n苏氨酸脱氢酶 EC 1.1.1.129 L-threonate + NADL-threonate + NAD+ +

170、 3-dehydro-L-threonate + NADH + H 3-dehydro-L-threonate + NADH + H+ + 在分解代谢中，分解性苏氨酸脱氢酶可被在分解代谢中，分解性苏氨酸脱氢酶可被AMPAMP所激活。所激活。复习资料1绪论原理课件（1） 协同反馈调节模式 n n图图中中E E、G G为为该该代代谢谢途途径径的的终终产产物物，E E、G G都都不不能能单单独独抑抑制制关关键键步步骤骤A A B B的的活活性性，只只有有当当E E 、G G同同时时过过量量时时才才能能协协同同地地抑抑制制A A B B的活性。的活性。 n n多多功能途径中酶活性的调节方式：功能途径中

171、酶活性的调节方式：该模式也称多价反馈抑制。该模式也称多价反馈抑制。 复习资料1绪论原理课件谷氨酸棒杆菌谷氨酸棒杆菌LysLys合成途径合成途径 葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖 天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸 AKAKAKAK 天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸 天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛 PSPSPSPS HD HD HD HD 二氨基庚二酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸二氨基庚二酸(DAP) (DAP) (DAP) (DAP) 高丝氨酸（高丝氨酸（高丝氨酸（高丝氨酸（Hom)Hom)Hom)Hom) HK HK HK HK 赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸(Lys)(Lys

172、)(Lys)(Lys) 苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸(Thr) (Thr) (Thr) (Thr) 蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸蛋氨酸(Met) (Met) (Met) (Met) 异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸异亮氨酸AK 天冬氨酸激酶；天冬氨酸激酶；PS 二氢吡啶二羧酸合成酶二氢吡啶二羧酸合成酶HD 高丝氨酸合成酶；高丝氨酸合成酶；HK 高丝氨酸激酶高丝氨酸激酶 复习资料1绪论原理课件（2） 积累反馈抑制模式 n n该该类类代代谢谢途途径径往往往往具具有有多多个个种种产产物物，每每个个终终产产物物过过量量后后都都对对关关键键步步骤骤的的酶酶进进行行抑抑制制，但但抑抑制制的的程程度度不不同同，每每个个终终产产物

173、物只只能能抑抑制制部部分分酶酶活活性性，当当该该途途径径上上的的所所有有终终产产物物都都过过剩剩时时，关关键键步步骤骤的的酶活才被完全抑制。酶活才被完全抑制。复习资料1绪论原理课件（3） 顺序反馈调节模式 循序反馈抑制又叫逐步反馈抑制循序反馈抑制又叫逐步反馈抑制 复习资料1绪论原理课件n n在在图图中中A A B B步步骤骤三三个个同同功功酶酶（e e1 1、e e2 2 、e e3 3）催催化化，它它们们分分别别受受三三各各种种产产物物E E、G G 、H H的专一性反馈抑制的专一性反馈抑制 n nG G过过量量时时，并并不不干干扰扰E E的的合合成。成。n n如如：大大肠肠杆杆菌菌有有3

174、3个个不不同同的的天天冬冬氨氨酸酸激激酶酶和和2 2个个不不同同的的高丝氨酸脱氢酶。高丝氨酸脱氢酶。（4） 同功酶调节模式同功酶调节模式复习资料1绪论原理课件同功酶同功酶 催催化化相相同同的的反反应应但但分分子子结结构构不不同同的的一一类类酶酶。它它是是酶酶的的多多分分子子形形式式, ,大大多多为为寡寡聚聚酶酶, ,已已知知有有数数百百种种酶酶具具有有同同工工酶酶。某某种种酶酶的的同同工工酶酶一一般般在在分分子子结结构构, ,催催化化条条件件, ,稳稳定定性性, ,电电泳泳和和层层析析行行为为以以及及抗抗原原性性等等方方面面表表现现出出差差异异。如如乳乳酸酸脱脱氢氢酶酶同同工工酶酶具具有有5 5种种形形式式, ,由由两两种种亚亚基基 ( (心心肌肌型型H H和和骨骨骼骼肌肌型型M)M)构构成成的的四四聚聚体体, ,为为M4,M3H,M2H2,MH3M4,M3H,M2H2,MH3和和H4,H4,电电泳泳时时可可分分离离成成5 5条带。条带。 复习资料1绪论原理课件参考资料参考资料n n关于调节酶的知识归纳（P16-17）n n酶活性调节的类型（P8、P17-21）复习资料1绪论原理课件