第四章微生物代谢的调节 顺利合成,而当乳糖与葡萄糖同时存在时,因为分解葡萄糖的酶类属于组成酶,能迅速地将 葡萄糖降解成某种中间产物(X),X既会阻止ATP环化形成cAMP,同时又会促进cAMP分解 成AP,从而降低了cAⅧP的浓度,继而阻遏了与乳糖降解有关的诱导酶合成。在如葡萄糖 培养基中的大肠杆菌细胞内,cAMP浓度比生长在乳糖培养基中的低1000倍,只有当葡萄糖 耗尽后,cAP才能回升到正常浓度,操纵子重新开启,并开始利用乳糖作为碳源,形成菌 体的二次生长 次生长订二次生长 生葡萄糖 长速度 乳糖 生长速度 时间 2 时间 图4.1.7培养基中不同糖对大肠杆菌生长速度的影响 1.单独加入葡萄糖时,菌体生长几乎没有延迟期;单独加入乳糖时,菌体生长有明显的 延迟期;2.同时加入葡萄糖和乳糖时,菌体呈二次生长 3 光50 43.5 度 26.5 时间(小时) 图4.1.8大肠杆菌在含葡萄糖和山梨醇培养基中的二次生长 1.葡萄糖50微克/毫升,山梨醇150微克/毫升;2.葡萄糖100徽克/毫升,山梨醇100 微克/毫升;3.葡萄糖150微克/毫升,山梨醇50微克/毫升 酶的诱导、分解代谢物阻遏和末端产物阻遏可以同时发生在同一微生物体内。这样 某些底物存在时微生物内就会合成诱导酶,几种底物同时存在时,优先利用能被快速或容易 代谢的底物;而与代谢较慢的底物有关酶的合成将被阻遏;当末端代谢产物能满足微生物生 长需要时,与代谢有关酶的合成又被终止 操纵子学说是从原核微生物代谢调节的硏究中建立起来的,对于真核微生物,情况更复 杂。酶合成的调节除可发生在上述的转录水平,也可能发生在翻译水平。蛋白质翻译水平上 的调节是指改变某些氨基酰tRNA的浓度以调节蛋白质的合成速度,高浓度的氨基酰tRNA 可阻止肽链的合成
第四章 微生物代谢的调节 6/17 顺利合成，而当乳糖与葡萄糖同时存在时，因为分解葡萄糖的酶类属于组成酶，能迅速地将 葡萄糖降解成某种中间产物（X），X 既会阻止 ATP 环化形成 cAMP，同时又会促进 cAMP 分解 成 AMP，从而降低了 cAMP 的浓度，继而阻遏了与乳糖降解有关的诱导酶合成。在如葡萄糖 培养基中的大肠杆菌细胞内，cAMP 浓度比生长在乳糖培养基中的低 1000 倍，只有当葡萄糖 耗尽后，cAMP 才能回升到正常浓度，操纵子重新开启，并开始利用乳糖作为碳源，形成菌 体的二次生长。 图 4.1.7 培养基中不同糖对大肠杆菌生长速度的影响 1.单独加入葡萄糖时，菌体生长几乎没有延迟期；单独加入乳糖时，菌体生长有明显的 延迟期；2. 同时加入葡萄糖和乳糖时，菌体呈二次生长 图 4.1.8 大肠杆菌在含葡萄糖和山梨醇培养基中的二次生长 1.葡萄糖 50 微克/毫升，山梨醇 150 微克/毫升；2.葡萄糖 100 微克/毫升，山梨醇 100 微克/毫升；3.葡萄糖 150 微克/毫升，山梨醇 50 微克/毫升 酶的诱导、分解代谢物阻遏和末端产物阻遏可以同时发生在同一微生物体内。这样，当 某些底物存在时微生物内就会合成诱导酶，几种底物同时存在时，优先利用能被快速或容易 代谢的底物；而与代谢较慢的底物有关酶的合成将被阻遏；当末端代谢产物能满足微生物生 长需要时，与代谢有关酶的合成又被终止。 操纵子学说是从原核微生物代谢调节的研究中建立起来的，对于真核微生物，情况更复 杂。酶合成的调节除可发生在上述的转录水平，也可能发生在翻译水平。蛋白质翻译水平上 的调节是指改变某些氨基酰 tRNA 的浓度以调节蛋白质的合成速度，高浓度的氨基酰 tRNA 可阻止肽链的合成
第四章微生物代谢的调节 7/17 ATP 葡萄糖→X (阻断 AMP CAP 控制区~乳糖操纵子 一结构基因 启动基因操纵基因 DNA调节基 CAP-cAMP RNApo 0 LacZ LacY LacA 阻遏蛋白 RNA聚合酶 mRNA ●阻遏蛋白 乳糖 半乳糖苷酶透过酶转乙酰基酶 图4.1.9分解代谢物阻遏的乳糖操纵子模型(葡萄糖分解代谢物X阻止 cAP-cAP的形成,从而阻止了RNA聚合醇与启动基因上结合位点( RNapol.)的结合,即使 有诱导物乳糖存在,与乳精代谢有关的酶仍无法合成 4.2酶活性的调节 通过改变酶分子的活性来调节代谢速度的调节方式称为酶活性的调节。与酶合成调节方 式相比,这种调节方式更直接,并且见效快。是发生在蛋白质水平上的调节。 某些酶的活性受到底物或产物或其结构类似物的影响,这些酶称为调节酶( Regulatory enzyme)。这种影响可以是激活、也可以是抑制酶的活性。我们把底物对酶的影响称为前馈, 产物对酶的影响称为反馈。见图42.1。前馈作用一般是激活酶的活性。在分解代谢中,后 面的反应可被较前面反应的中间产物所促进,如粪链球菌( Streptococcus feacalis)的乳 酸脱氢酶活性可被1,6-二磷酸果糖所激活:又如在粗糙脉孢霉( Neurospora crassa)培养 时,柠檬酸会促进异柠檬酸脱氢酶活性。 前馈± 反馈± 图4.2.1底物或产物对酶活性的调节(+表示激活,一表示抑制) 底物 底物 催化亚基 催化亚基 调节亚基 调节亚基 效应物 活性状态 活性状态 (不能结合底物) (激活剂) 效应物 (抑制剂) 图4.2.2变构酶受效应物的调节过程 1.激活剂激活无活性的酶;2.抑制剂抑制有活性的酶 调节酶通常是变构酶,一般具有多个亚基,包括催化亚基和调节亚基。变构酶的激活和 抑制过程见图42.2。激活过程的效应物称为激活剂( activator),而抑制过程的效应物 称为抑制剂( inhibitor)。在微生物代谢调节中更常见的是反馈调节,尤其是末端产物对酶 活的反馈抑制。抑制剂与调节亚基结合引起酶构象发生变化,使催化亚基的活性中心不再能 与底物结合,酶的催化性能随之消失。调节酶的抑制剂通常是代谢终产物或其结构类似物
第四章 微生物代谢的调节 7/17 图 4.1.9 分解代谢物阻遏的乳糖操纵子模型（葡萄糖分解代谢物 X 阻止 CAP-cAMP 的形成，从而阻止了 RNA 聚合酶与启动基因上结合位点（RNApol.）的结合，即使 有诱导物乳糖存在，与乳糖代谢有关的酶仍无法合成） 4.2 酶活性的调节 通过改变酶分子的活性来调节代谢速度的调节方式称为酶活性的调节。与酶合成调节方 式相比，这种调节方式更直接，并且见效快。是发生在蛋白质水平上的调节。 某些酶的活性受到底物或产物或其结构类似物的影响，这些酶称为调节酶（Regulatory enzyme)。这种影响可以是激活、也可以是抑制酶的活性。我们把底物对酶的影响称为前馈， 产物对酶的影响称为反馈。见图 4.2.1。前馈作用一般是激活酶的活性。在分解代谢中，后 面的反应可被较前面反应的中间产物所促进，如粪链球菌（Streptococcus feacalis)的乳 酸脱氢酶活性可被 1,6-二磷酸果糖所激活；又如在粗糙脉孢霉（Neurospora crassa)培养 时，柠檬酸会促进异柠檬酸脱氢酶活性。 图 4.2.1 底物或产物对酶活性的调节（+ 表示激活，-表示抑制） 图 4.2.2 变构酶受效应物的调节过程 1. 激活剂激活无活性的酶；2.抑制剂抑制有活性的酶 调节酶通常是变构酶，一般具有多个亚基，包括催化亚基和调节亚基。变构酶的激活和 抑制过程见图 4.2.2。激活过程的效应物称为激活剂（activator），而抑制过程的效应物 称为抑制剂(inhibitor)。在微生物代谢调节中更常见的是反馈调节，尤其是末端产物对酶 活的反馈抑制。抑制剂与调节亚基结合引起酶构象发生变化，使催化亚基的活性中心不再能 与底物结合，酶的催化性能随之消失。调节酶的抑制剂通常是代谢终产物或其结构类似物， 前馈± 反馈± ⎯→ E0 ⎯⎯⎯⎯⎯ So ⎯⎯⎯→ Si ……⎯⎯⎯→Sn En-1