一、底物（基質(zhì))脫氫的四條主要途徑
以葡萄糖作為典型底物
1、EMP途徑（糖酵解途徑)
有氧時，與TCA連接，將丙酮酸徹底氧化成二氧化碳和水。
無氧時，丙酮酸進一步代謝成有關(guān)產(chǎn)物。
2、HMP途徑（己糖-磷酸途徑)
產(chǎn)生大量NADPH2和多種重要中間代謝物。
3、ED途徑 2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途徑 KDPG
是少數(shù)缺乏完整EMP的微生物具有的一種替代途徑，細菌酒精發(fā)酵經(jīng)ED進行。
4、TCA循環(huán)（三羧酸循環(huán))
真核在線粒體中，原核在細胞質(zhì)中。
TCA在代謝中占有重要樞紐地位
四種途徑產(chǎn)能比較：
二、遞氫和受氫
根據(jù)遞氫特別是最終氫受體不同劃分
1、發(fā)酵（分子內(nèi)呼吸)
無氧條件下，底物脫氫后產(chǎn)生的還原力不經(jīng)呼吸鏈而直接傳遞給某一中間代謝物的低效產(chǎn)能反應(yīng)。
在此過程中，有機物是氧化基質(zhì)，又是最終氫受體，且是未徹底氧化產(chǎn)物，結(jié)果仍積累有機物，產(chǎn)能少。
在發(fā)酵過程中，借底物水平磷酸化合成ATP，是合成ATP唯一方式。
X〜P  ATP + X®+ ADP
高能化合物：1 ，3- 二磷酸甘油酸、乙酰磷酸、氨甲酰磷酸、PEP、 �；o酶A。
2、有氧呼吸（呼吸作用)
底物脫氫后，經(jīng)完整的呼吸鏈（電子傳遞鏈)遞氫，以分子氧作為最終氫受體，產(chǎn)生水和放出能量。
在電子傳遞過程中，通過與氧化磷酸化反應(yīng)偶聯(lián)，產(chǎn)生ATP，稱氧化磷酸化。
1)呼吸鏈組成與順序：
2)真核與原核生物呼吸鏈比較：
位置、組成
3、無氧呼吸（厭氧呼吸)
以無機氧化物代替分子氧作為最終氫受體的生物氧化。
氧化磷酸化合成ATP，但有些能量轉(zhuǎn)移到最終受體，產(chǎn)能不多。
依據(jù)最終氫受體不同，分成多種類型。
1)硝酸鹽還原作用（反硝化作用)
由硝酸鹽逐步還原成分子氮的過程。使土壤N損失，肥力下降。屬異化性硝酸鹽還原。
2)硫酸鹽還原作用（異化性)
通常以乳酸為基質(zhì)，積累乙酸，以SO42-為最終氫受體。脫硫弧菌 Desulfovibrio sp.
3)甲烷發(fā)酵作用
產(chǎn)甲烷菌以二氧化碳為最終氫受體。如甲烷桿菌 Methanobacterium
四、不同呼吸類型微生物
與分子氧的不同關(guān)系
1、好氧微生物 aerobic
有氧條件下生長，進行有氧呼吸。
2、厭氧微生物 anaerobic
不需分子氧，進行無氧呼吸或發(fā)酵。
專性厭氧菌—只能在無氧條件下生長，分子氧對其有害。主要梭菌、產(chǎn)甲烷細菌、脫硫弧菌。
耐氣厭氧菌（aerotolerant)—無論有氧無氧，都進行發(fā)酵，分子氧無害。如乳酸菌。
3、兼性厭氧微生物 facultative anaerobic
有氧與無氧條件下均能生長，但以不同氧化方式獲得能量。
如酵母菌、一些腸道菌、反硝化細菌。
酵母菌酒精發(fā)酵時通入氧氣，發(fā)酵減慢，停止產(chǎn)生乙醇，葡萄糖消耗速率下降，氧對發(fā)酵的這種抑制現(xiàn)象稱為巴斯德效應(yīng)。
4、微好氧微生物 microaerophilic
在氧濃度較低條件下生長，進行有氧呼吸。
氧的危害
O2 + e → O2— 超氧化物自由基
有一些酶可解除危害。
五、不同發(fā)酵類型
對G發(fā)酵產(chǎn)物不同劃分，糖的無氧降解。
（一)乙醇發(fā)酵：
EMP 脫羧酶 脫氫酶
1.酵母無氧條件 ：G → 丙酮酸 → 乙醛 → 乙醇
此屬正常形式，稱Ⅰ型發(fā)酵，亦稱同型酒精發(fā)酵
2.若有亞硫酸酸氫鈉存在，與乙醛結(jié)合，而使磷酸二羥丙酮作為受氫體。
磷酸二羥丙酮 → α-磷酸甘油 → 甘油
此稱為Ⅱ型發(fā)酵，但仍有乙醇產(chǎn)生。
3．堿性條件下（PH7.6)，乙醛分子間歧化反應(yīng)
一分子乙醛 → 乙酸（氧化)
一分子乙醛 → 乙醇（還原)
還有磷酸二羥丙酮 → 甘油
4．細菌同型酒精發(fā)酵，ED途徑進行，產(chǎn)生2分子乙醇。
5．細菌異型酒精發(fā)酵，通過HMP途徑進行，產(chǎn)生1分子乙醇和1分子乳酸。
總反應(yīng)式如下：
G+2ADP+2Pi → 2乙醇+2 CO2+2ATP
G+HSO3- → 甘油+乙醛•HSO3-+CO2
2G → 2甘油+乙酸+乙醇+CO2
G+ADP+Pi → 2乙醇+2 CO2+ATP
G+ADP+Pi → 乳酸+乙醇+CO2+ATP
（二)乳酸發(fā)酵
發(fā)酵產(chǎn)物中只有乳酸，經(jīng) EMP途徑，稱為同型乳酸發(fā)酵（德氏乳桿菌)。
發(fā)酵產(chǎn)物中除乳酸外，還有其他，如乙醇、CO2等稱異型乳酸發(fā)酵。經(jīng)HMP 途徑。如腸膜狀明串珠菌Leuconostoc mesenteroides
總反應(yīng)式：
同型：G+2ADP+2Pi → 2乳酸+2ATP
異型：G+ADP+Pi → 1乳酸+乙醇+CO2+ATP
真菌：丙酮酸→ 2分子乙醇→琥珀酸→延胡索酸 →蘋果酸 → 乳酸

三)丁酸型發(fā)酵
Clostridium 所進行，特點是產(chǎn)物中都有丁酸。不同種類因酶系統(tǒng)不同，最終產(chǎn)物除丁酸外，還有其他產(chǎn)物。重要的有丁酸發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、丁醇異丙醇發(fā)酵。
（四)丙酸發(fā)酵
由丙酸細菌Propionibacterium，與乳酸細菌相似，發(fā)酵產(chǎn)物有丙酸、乙酸、CO2。
丙酸 → 丙酸鈣（防腐劑)
（五)混合酸發(fā)酵
腸桿菌特征，產(chǎn)物有甲酸、乙酸、乳酸、琥珀酸等有機酸，還有CO2、H2、少量2，3-丁二醇、乙酰甲基甲醇、甘油等。其中兩個重要的鑒定反應(yīng)：
1．V．P．實驗（Vagex-Proskauer)
產(chǎn)氣氣桿菌產(chǎn)2，3-丁二醇比較多，堿性條件下可氧化為二乙酰，再與肌酸或胍類衍生物縮合成紅色物質(zhì)，若加入α-萘酚、肌酸可促進反應(yīng)，此稱VP反應(yīng)。
大腸桿菌不產(chǎn)生或少產(chǎn)生2，3-丁二醇，VP反應(yīng)陰性。
2．甲基紅（M.R)反應(yīng)
大腸桿菌產(chǎn)酸多，使pH降至4.2, 甲基紅由黃變紅，反應(yīng)陽性。產(chǎn)氣氣桿菌產(chǎn)2，3-丁二醇，產(chǎn)酸少（pH5.3)，甲基紅反應(yīng)陰性。
3．另外，甲酸只在堿性環(huán)境下積累（pH7.3),而pH6.2以下，不產(chǎn)甲酸， HCOOH → CO2+H2。甲酸脫氫酶與氫化酶聯(lián)合作用。
傷寒桿菌無甲酸脫氫酶，只產(chǎn)酸不產(chǎn)氣。
2節(jié)：分解代謝
一、淀粉的分解
淀粉有兩類：一類是直鏈淀粉（α-1，4-糖苷鍵)；另一類是支鏈淀粉（支鏈α-1，4、分支點α-1，6-糖苷鍵)。
1、液化型淀粉酶（α-淀粉酶)：分子內(nèi)α-1，4-糖苷鍵，不作用α-1，6-糖苷鍵以及靠近α-1，6-糖苷鍵的α-1，4-糖苷鍵。作用的結(jié)果是產(chǎn)生麥芽糖，含有6個葡萄糖單位的寡糖和帶有支鏈的寡糖，使黏度下降。枯草桿菌通常用作α-淀粉酶的生產(chǎn)菌。
2、糖化型淀粉酶：這是一類酶的總稱。共同特點是可以將淀粉水解成麥芽糖或葡萄糖，包括以下三種：
（1)淀粉-1，4-麥芽糖苷酶（β-淀粉酶)：從非還原性末端開始，按雙糖為單位，逐步作用于α-1，4生成麥芽糖。但不作用于α-1，6，遇到α-1，6時，作用停止。作用于淀粉后的產(chǎn)物是麥芽糖與極限糊精。
（2)淀粉-1，4-葡萄糖糖苷酶（糖化酶)： 從非還原性末端開始，依次以葡萄糖為單位逐步作用于α-1，4，生成葡萄糖，但能越過α-1，6。根霉與曲霉普遍都能合成與分泌此酶。
（3)淀粉-1，6-葡萄糖苷酶（異淀粉酶)：此酶專門作用α-1，6-糖苷鍵。
二、纖維素與半纖維素的分解
纖維素是葡萄糖通過β-1，4-糖苷鍵連接，分子量更大，不溶于水，不能直接被人和動物消化，但它可以被許多真菌包括木霉、青霉、根霉以及放線菌與細菌中的一些菌株分解與利用
纖維素酶復(fù)合物：纖維二糖酶（β-葡萄糖苷酶)，C1酶， Cx酶。
天然纖維素 C1酶 水合非結(jié)晶纖維素 Cx酶 纖維二糖+葡萄糖
纖維二糖酶
葡萄糖
細菌的纖維素酶位于細胞膜上，真菌和放線菌的纖維素酶是胞外酶。
自然界中纖維素豐富，對纖維素的研究早就成為重要的課題了。
在植物細胞壁還有半纖維素，包括各種聚戊糖與聚已糖，最常見的半纖維素是木聚糖。半纖維素容易被微生物分解，但由于半纖維素的組成類型很多，因而分解它們的酶也各不同。生產(chǎn)半纖維素酶的微生物主要有曲霉、根霉、木霉等。
三、果膠質(zhì)的分解
果膠質(zhì)是構(gòu)成高等植物細胞間質(zhì)的主要物質(zhì)，主要由D-半乳糖醛酸通過α-1，4-糖苷鍵連接。
天然果膠質(zhì)（原果膠)原果膠酶 水溶性果膠 果膠甲酯水解酶 果膠酸 果膠酸酶 半乳糖醛酸。
分解果膠的微生物主要是一些細菌和真菌，麻類植物漚浸脫膠技術(shù)就是為了利用果膠分解菌分解果膠的能力。
四、幾丁質(zhì)的分解
幾丁質(zhì)由N-乙酰葡萄糖胺通過β-1，4-糖苷鍵連接起來，含氮多糖。是真菌細胞壁和昆蟲體壁的組成成分，一般生物都不能分解與利用，只有某些細菌和放線菌能分解與利用。
幾丁質(zhì)酶使幾丁質(zhì)水解生成幾丁二糖，再通過幾丁二糖酶進一步水解生成N-乙酰葡萄糖胺。
五、油脂的分解
油脂在脂肪酶（Lipase)的作用下，逐步被水解生成甘油與脂肪酸，脂肪酸通過β-氧化進行分解。脂肪酶一般廣泛存在于真菌中。
六、烴類化合物的分解
烴類化合物是一類高度還原性的物質(zhì)，在好氧條件下，可以被一些微生物分解，主要是假單胞菌、分枝桿菌、諾卡氏菌、某些酵母等。
1、甲烷氧化：
2、正烷烴氧化：
先烴化酶（單氧酶)、鐵硫蛋白和鐵硫蛋白-NADH2還原酶作用。
三種方式：a:末端甲基氧化，
b:次末端亞甲基氧化，
c:兩端甲基氧化 w 氧化。
3、芳香烴氧化
含苯環(huán)或聯(lián)苯類化合物，在氧化過程中逐步被氧化生成兒茶酚或原兒茶酚。兒茶酚或原兒茶酸可以在苯環(huán)的鄰位上或間位上被氧化打開，生成脂肪族化合物，再逐步分解成糖分解途徑中的中間體物質(zhì)，再按糖代謝的方式進行分解。
苯（聯(lián)苯)→兒茶酚→開環(huán)（鄰位、間位) →繼續(xù)降解。
七、蛋白質(zhì)的分解
蛋白酶（胞外) 肽酶（胞內(nèi))
蛋白質(zhì) 肽 AA
一般真菌分解蛋白質(zhì)的能力強，并能分解天然的蛋白質(zhì)，而大多數(shù)細菌不能分解天然蛋白質(zhì)，只能分解變性蛋白以及蛋白質(zhì)的降解產(chǎn)物。
根據(jù)肽酶作用部位不同，分為氨肽酶（作用于有游離氨基端的肽鍵)；羧肽酶（作用于有游離羧基端的肽鍵)。
腐化 decay 和腐敗 putrefaction

八、氨基酸的分解
1、脫氨作用
有機含氮化合物在微生物作用后放出氨的生物學(xué)過程中，通常稱為氨化作用。
（1)氧化脫氨：氨基酸在有氧條件下脫氨，產(chǎn)生氨與α-酮酸，由氨基酸氧化酶催化。包括脫氨反應(yīng)（酶促)與水解反應(yīng)（非酶促)。
（2)還原脫氨作用：在無氧條件下進行，生成飽和脂肪酸和氨。
天冬氨酸 琥珀酸+NH3
（3)水解脫氨與減飽和脫氨：
氨基酸經(jīng)水解產(chǎn)生羥酸與氨：
氨基酸+水 羥酸+ NH3
通過減飽和方式進行脫氨，生成不飽和脂肪酸和氨：
天冬氨酸 延胡索酸+ NH3
（4)脫水脫氨：含羥基氨基酸（如絲氨酸)在脫水過程中脫氨。
Ser → 氨基丙烯酸 → 亞氨基丙酸 →丙酮酸 + NH3
H2O
（5) Stickland反應(yīng)
某些專性厭氧細菌如梭狀芽孢桿菌在厭氧條件下生長時，以一種氨基酸作為氫的供體，進行氧化脫氨，另一種氨基酸作氫的受體，進行還原脫氨，兩者偶聯(lián)進行氧化還原脫氨。這其中有ATP生成。這個反應(yīng)被稱為Stickland反應(yīng)。
供氫體：Ala、Leu、Val、Ser、Phe、Cys、His、Asp、Glu。
受氫體：Gly、Pro、Hyp、Orn、Arg、Trp。
丙氨酸+2甘氨酸 3乙酸+3NH3
2、脫羧作用
通過氨基酸脫羧酶作用，生成有機胺和二氧化碳。有機氨在胺氧化酶作用下放出氨生成相應(yīng)的醛，醛再氧化成有機酸，最后按脂肪酸β-氧化的方式分解。
氨基酸脫羧酶具有高度的專一性，基本上是一種氨基酸有一種脫羧酶來催化它的分解。
反應(yīng)中放出的二氧化碳可以用微量測壓計測定，因此可根據(jù)一定基質(zhì)在一定時間內(nèi)，被單位細胞作用后、產(chǎn)生二氧化碳的量來測定脫羧酶的酶活。另外，也可以分析樣品中的氨基酸的含量。
二元AA生成的二胺有毒。Lys-尸胺，Orn-腐胺

鑒定反應(yīng)
吲哚實驗與硫化氫實驗是常用的兩個鑒定實驗
1、吲哚實驗：有些細菌可以分解色氨酸生成吲哚可以與二甲基氨基苯甲醛反應(yīng)生成紅色的玫瑰吲哚，因此可根據(jù)細菌能否分解色氨酸產(chǎn)生吲哚來鑒定菌種。
2、硫化氫實驗：許多細菌能分解含硫氨基酸（胱氨酸、半胱氨酸)產(chǎn)生硫化氫，如果在蛋白胨培養(yǎng)基中加進重金屬鹽，接種細菌培養(yǎng)后觀察，若產(chǎn)生硫化氫，則出現(xiàn)黑色的硫化鉛或硫化鐵。
3節(jié)：合成代謝
一、生物合成三要素
能量 、還原力、 小分子前體物
1、能量由ATP供給，ATP產(chǎn)生有三種方式（底物水平磷酸化，氧化磷酸化，光合磷酸化)
2、還原力產(chǎn)生：還原力主要指NADH2 和NADPH2
EMP 與TCA 產(chǎn)生的NADH2有3個去向：
1)供H體（中間產(chǎn)物還原成發(fā)酵產(chǎn)物)；
2)通過呼吸鏈產(chǎn)生ATP；
3)用于細胞物質(zhì)合成。
但NADH2要先在轉(zhuǎn)氫酶作用下轉(zhuǎn)變成NADPH2才能用。
NADP+ NADH2 NADPH2+NAD
在體內(nèi)還有HMP供給NADPH2與磷酸糖 。
1G 2 NADPH2+CO2+5-P-核酮糖
NADPH2在光細菌中可通過非環(huán)式光合磷酸化方式產(chǎn)生。
3、小分子前體物：通常指糖代謝過程中產(chǎn)生的中間代謝物，有12 種。
代謝回補順序
1、合成草酰乙酸（OA)回補順序
PEP+CO2 羧化酶 OA+Pi
PY+CO2+ATP 羧化酶 OA+ADP+Pi
PEP+CO2+GDP 羧化激酶 OA+GTP
PY+CO2+NADH2 蘋果酸酶 蘋果酸+NAD
á-KD+CO2+NADH2 脫氫酶 異檸檬酸+NAD
好氧性，利用乙酸微生物，以乙醛酸循環(huán)補充草酰乙酸。
2、合成PEP的回補順序
PY+ATP PEP合酶 PEP+ADP+Pi
PY+ATP+Pi PY雙激酶 PEP+AMP+Ppi
OA+GTP PEP羧激酶 PEP+GDP+CO2
OA+PPi PEP羧轉(zhuǎn)磷酸酶 PEP+Pi+CO2
綜合總結(jié)：
二、糖類合成
（一)單糖合成
1、卡爾文環(huán)Calvin cycle（光合菌、某些自養(yǎng)菌)
（還原的磷酸戊糖環(huán))分為三個階段：
①CO2固定②固定CO2的還原③CO2受體的再生。
關(guān)鍵酶：1，5-二磷酸核酮糖羧化酶、磷酸核酮糖激酶。
總反應(yīng)式：
6CO2+6H2O+18ATP+12NADPH2 G+18ADP+12NADP+18Pi
另外，產(chǎn)甲烷細菌有厭氧乙酰輔酶A途徑，少數(shù)光合細菌中有還原性TCA途徑等新的自養(yǎng)CO2固定途徑。
2、EMP逆過程。
3、糖異生作用。
4、糖互變作用：大量是在核苷二磷酸糖水平上進行。
（二)多糖合成
E.coli肽聚糖合成：需1個多糖引物。
1、單糖組分在細胞質(zhì)中合成(UDP是第一個載體)
2、逐步加上AA生成UDP-NAM-五肽（Park 核苷酸)，順序為L-Lys, D-Glu, DAP, D-Ala, D-Ala ( 不需tRNA參與)。其中，2D-Ala D-丙酰-D-Ala(青霉素類似)
此階段在細胞質(zhì)中進行。
3、 UDP-NAM-五肽轉(zhuǎn)至膜上，與一脂質(zhì)載體（細菌萜醇 —C55類異戊二烯醇)結(jié)合，釋放出NAM-五肽焦磷脂，在膜內(nèi)側(cè)與UDP-NAG結(jié)合，構(gòu)成肽聚糖亞單位。
細菌萜醇是第二個載體。
4、亞單位轉(zhuǎn)移至細胞壁的生長點上（插入)，萬古霉素、桿菌肽抑制。
5、在細胞膜外側(cè)，亞單位與引物相連（轉(zhuǎn)糖基作用)，再通過轉(zhuǎn)肽酶作用，將亞單位末端的D-丙-D-丙拆開，第四個AA與另一亞單位的DAP之間交聯(lián)，另一D-Ala釋放。
在這一步，由于青霉素是D-丙-D-丙的結(jié)構(gòu)類似物，則轉(zhuǎn)肽酶被抑制，造成肽鏈間無法交聯(lián)，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)也連不起來，形成 “軟壁 ”，極易破裂死亡。青霉素只對正生長菌起作用，對靜息細胞無作用。

三、氮類物質(zhì)合成
（一)生物固氮
分子N2通過固氮微生物作用形成NH3的過程。
1、固氮微生物 （都是原核微生物)
①自生固氮菌：好氧、厭氧、兼性厭氧及各種營養(yǎng)類型。
②共生固氮菌：與豆科共生為根瘤菌，與非豆科共生是放線菌。
③聯(lián)合固氮菌：根際、葉面微生物。
2、固氮機制
只有在不含有化合態(tài)氮的培養(yǎng)基上生長，且提供ATP、還原力等條件下才能固氮。
總反應(yīng)式： Mg2+
N2+6e+6H++12ATP 2NH3+12ADP+12Pi
固氮酶
固氮酶 組分Ⅰ：鉬鐵蛋白（MoFd)
組分Ⅱ：鐵蛋白（AzoFd)
都對氧極敏感，遇氧失活，需厭氧條件固氮。
固氮過程：
電子載體：鐵氧還蛋白（Fd)，黃素氧還蛋白（Fld)也可以。
每步只傳遞2e，N2 2NH3需6e，連續(xù)三次。
固氮酶底物專一性不高，還能催化一些反應(yīng)。
C2H2→C2H4，
N2O→N2+H2O，
HCN→CH4+NH3+CH3NH2，
2H+→H2。
其中C2H2→C2H4 ，可用氣相色譜檢測，可作為固氮系統(tǒng)存在的有效指標(biāo)。
N2 2NH3去路：自生固氮菌不能儲存，也不分泌，很快同化；共生固氮菌分泌至根瘤細胞中為植物所利用。
（二)氨基酸合成
1、直接從培養(yǎng)基中吸收。
2、通過轉(zhuǎn)氨作用合成其他的氨基酸：
Glu + 丙酮酸 α-酮戊二酸 + Ala
Glu + 草酰乙酸 α-酮戊二酸 + Asp
這類反應(yīng)是由氨基移換酶催化而成。
3、微生物經(jīng)氨化作用或經(jīng)固氮作用生成的氨可以通過特定的反應(yīng)來吸收生成新的氨基酸（氨同化作用)
α-酮戊二酸+NH3 谷氨酸脫氫酶 Glu +水
NH3+ATP Glu á-KD、PY、OA
Gln合成酶 轉(zhuǎn)移酶
ADP+Pi Gln Glu、Ala、Asp
4、從前體合成氨基酸。
按前體不同可將20種氨基酸為六組：
（一)3-磷酸甘油醛：絲氨酸、半胱氨酸、甘氨酸
（二)4-磷酸赤蘚糖和磷酸烯醇式丙酮酸：色氨酸、 酪氨酸、苯丙氨酸
（三)丙酮酸：丙氨酸,亮氨酸、纈氨酸
（四)α-酮戊二酸：谷氨酸、谷酰氨 脯氨酸、精氨酸、賴氨酸（真菌中)
（五)草酰乙酸：天冬氨酸 天冬酰氨 甲硫氨酸 蘇氨酸 異亮氨酸 賴氨酸（細菌)
（六)5-磷酸核酮糖+ATP：組氨酸
初生氨基酸：Ala, Glu, Asp, Gly，氨基化所生成的氨基酸。
次生氨基酸：以初生氨基酸為前體合成。
工業(yè)生產(chǎn)氨基酸
最初利用蛋白質(zhì)水解法生產(chǎn)，1957年開始用發(fā)酵法生產(chǎn)。近年采用生化合成法：
1、酶轉(zhuǎn)化法
反丁烯二酸+NH3 Asp酶 L-Asp
丙酮酸+NH3+苯酚 Tyr酶 Tyr
2、完整細胞酶合成：選用酶活力高菌種，處理菌體使物質(zhì)易透過。
DL-Ser+丙酮酸+苯酚 菌體 L- Tyr
丙酮酸+ NH3+吲哚 菌體 L-Trp
4節(jié)：代謝調(diào)控
代謝—生化反應(yīng)—酶催化—基因編碼→基因調(diào)控
↓
環(huán)境因子影響 環(huán)境調(diào)控
代謝調(diào)節(jié)部位：真核和原核
合成調(diào)節(jié)：誘導(dǎo)合成、終產(chǎn)物阻遏、分解代謝物阻遏
酶
活性調(diào)節(jié)：反饋（終產(chǎn)物)抑制、酶活性共價修飾
一、主要調(diào)節(jié)機制
（一)酶的誘導(dǎo)合成
Karstrom 適應(yīng)酶 Monod 誘導(dǎo)酶
組成酶 Cohn 組成酶
誘導(dǎo)劑不一定是底物，但底物大多數(shù)情況下是有效誘導(dǎo)劑。
誘導(dǎo)酶只在有誘導(dǎo)劑時才合成，除去誘導(dǎo)劑就停止。是全新合成，而不是原有酶的激活。
某些酶的誘導(dǎo)物
操縱子學(xué)說
Monod & Jacob, 1962
調(diào)節(jié)基因 操縱子
P R t P O z y a t

mRNA RNA多聚酶
無誘導(dǎo)物時，結(jié)合。
阻遏物 有誘導(dǎo)物時，脫落。

（二)終產(chǎn)物阻遏（反饋阻遏)
主要在合成代謝途徑中，終產(chǎn)物或其衍生物對該途徑上一個或多個酶形成的抑制作用。
如E. coli Met, Arg的合成。
機制：調(diào)節(jié)基因 原阻遏物（阻遏物蛋白)
與終產(chǎn)物結(jié)合時被激活，與操縱基因結(jié)合，阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄。終產(chǎn)物為輔阻遏物。屬于正調(diào)節(jié)。
（三)分解代謝物阻遏（葡萄糖效應(yīng))
Monod研究E. coli 對混合碳源利用，發(fā)現(xiàn)葡萄糖抑制其它糖利用，出現(xiàn)二次生長。
所有迅速代謝能源都能阻抑較慢代謝的能源所需酶的合成。酶的生成被易分解碳源所阻遏。此稱葡萄糖效應(yīng)。
酶大多數(shù)是誘導(dǎo)酶。
葡萄糖效應(yīng)并不是由葡萄糖直接造成，而是葡萄糖某種分解代謝物引起。
cAMP（環(huán)腺苷酸)是關(guān)鍵控制因子。
其與分解代謝物活化蛋白（CAP)結(jié)合，促使RNA多聚酶與啟動基因結(jié)合而開始轉(zhuǎn)錄。 cAMP濃度低時，影響結(jié)合，不能轉(zhuǎn)錄。
葡萄糖的某種代謝產(chǎn)物降低了cAMP水平，即使有誘導(dǎo)劑存在，也不能合成分解其它糖的酶，只有葡萄糖消耗完， cAMP水平上升，才能開始轉(zhuǎn)錄、合成。
ATP 腺苷酸環(huán)化酶 cAMP 磷酸二酯酶 AMP
（四)反饋抑制
1、協(xié)同反饋抑制：終產(chǎn)物不能單獨抑制，要幾個終產(chǎn)物同時作用，合作抑制。如多粘芽孢桿菌的Asp族氨基酸合成。6-53
2、合作反饋抑制：兩種終產(chǎn)物同時存在，起著比一種大得多的抑制。 圖6-54
3、同工酶：多個酶催化同一個反應(yīng)，分別受不同終產(chǎn)物抑制。圖6-51
如大腸桿菌的Asp族氨基酸合成，圖6-52
4、順序反饋抑制：代謝途徑中第一個酶不受終產(chǎn)物抑制，而受分支處中間產(chǎn)物抑制，終產(chǎn)物抑制引起中間產(chǎn)物積累，從而抑制第一個酶。圖6-57
如紅色假單胞菌的Ile合成。
5、積累反饋抑制：每一個終產(chǎn)物單獨、部分地抑制共同步驟的第一個酶，互不影響。圖6-55
如大腸桿菌的Gln合成酶受8個終產(chǎn)物抑制。圖6-56
調(diào)節(jié)位點（變構(gòu)中心)
反饋抑制機制：變構(gòu)酶
底物位點（活性中心)
（五)酶活性共價修飾
由一個修飾酶（活化酶)催化另一種酶起共價修飾的改變，從而改變后者活性。
酶-X 酶 + X （X：小分子化合物)
修飾酶
如大腸桿菌Gln合成酶：AMP與酶共價結(jié)合時（腺苷酰轉(zhuǎn)移酶催化)活性低，脫去AMP，活性高。
膠質(zhì)假單胞菌檸檬酸裂解酶：乙�；ㄓ谢钚�)，脫乙�；o活性)
二、代謝調(diào)控應(yīng)用
(一)在初級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)上應(yīng)用
反饋調(diào)節(jié)最重要，要繞過，方法如下：
1、降低末端產(chǎn)物濃度（應(yīng)用營養(yǎng)缺陷型解除正常反饋調(diào)節(jié))
單線途徑：應(yīng)用營養(yǎng)缺陷型積累中間代謝物，采用低濃度終產(chǎn)物供給。
Ea Eb Ec
A B C D E
Ec 缺失，積累C，低濃度供給E。
分支途徑：積累末端產(chǎn)物。
E1 F G
A B C D E
E2 H I
E1缺失，限制I，少量E→G，大部分分泌。
Lys生產(chǎn)：高Ser缺陷型，圖6-62
肌苷酸生產(chǎn)：腺嘌呤缺陷型，圖6-63
2、篩選抗反饋突變株（解除反饋)
在含有抗代謝物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，篩選抗性突變株，其中一些可分泌大量末端產(chǎn)物。如對氨基Phe/Tyr, 7-氮雜Trp/Trp
3、控制細胞膜滲透性
通過生理學(xué)或遺傳學(xué)方法，改變膜透性，使胞內(nèi)代謝物迅速滲漏到胞外，解除反饋抑制。
（二)在次級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)上應(yīng)用
次級代謝產(chǎn)物通常在細胞生長后期形成，主要是抗生素、毒素、甾體化合物等。在自然條件下，微生物產(chǎn)生次級產(chǎn)物能力一般不高，其生產(chǎn)也受代謝調(diào)控。
可通過誘變育種和控制環(huán)境條件來提高產(chǎn)量，但次級產(chǎn)物合成途徑比較復(fù)雜，許多還不清楚，因此關(guān)于次級產(chǎn)物合成的確實控制部位還大多不明。 醫(yī)學(xué)全在線 友情提供 gydjdsj.org.cn
青霉素生產(chǎn)中，葡萄糖雖能很好利用，但生產(chǎn)不適宜，而乳糖雖緩慢利用，卻可多產(chǎn)青霉素。在含葡萄糖和乳糖混合培養(yǎng)基中，生長階段迅速利用葡萄糖，葡萄糖用盡時，對乳糖利用解阻遏，不生長，但產(chǎn)青霉素。也可利用后期流加限量葡萄糖的方法實現(xiàn)。
其他次級產(chǎn)物生產(chǎn)也廣泛采用這種方法。另外，氮源種類、濃度對次級產(chǎn)物產(chǎn)生與積累也有很大的影響，磷酸鹽也有影響。

（三)在酶生產(chǎn)上應(yīng)用
酶合成受基因和代謝物雙重控制
1、加誘導(dǎo)劑
誘導(dǎo)酶只有在誘導(dǎo)劑存在時形成，在培養(yǎng)基中加入誘導(dǎo)劑。要注意底物誘導(dǎo)劑的濃度。
2、降低阻遏物濃度
參與分解代謝的酶，通常受誘導(dǎo)和阻遏雙重控制，包括終產(chǎn)物阻遏和分解代謝物阻遏。為了大量生產(chǎn)酶，要避免使用豐富，復(fù)雜培養(yǎng)基，不要含快速利用的糖類。合成酶類通常被終產(chǎn)物阻遏，要對產(chǎn)生阻遏的化合物加以限制。
3、利用突變產(chǎn)生不需誘導(dǎo)物或不受阻遏的突變體
（1)生長在低濃度誘導(dǎo)物中選育不需誘導(dǎo)劑的組成性突變株。
（2)利用抗代謝物，篩選不受終產(chǎn)物阻遏的突變體。
（3)利用被阻遏的酶的底物作唯一的碳源，可篩選不受分解代謝物阻遏的突變體。
4、增加基因模板
將外源特異基因?qū)胛⑸矬w內(nèi)，增加酶產(chǎn)量。
（1)游離基因轉(zhuǎn)移法
（2)phage轉(zhuǎn)導(dǎo)法

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