微生物代谢调节 一、初级代谢调节 包括酶合成的调节和酶活性的调节。 (一)酶合成调节 酶合成的调节是一种通过调节酶的合成量进而调节代谢速率的调节机制，这是 一种在基因水平上（在原核生物中主要在转录水平上）的代谢调节。凡是能促进酶 合成的调节称为诱导：而能阻碍酶合成的调节称为阻過。 1、酶合成调节的类型 (1)、酶合成的诱导(induction) 组成酶：不依赖于酶底物或类似物的存在而合成：如葡萄糖转化为丙酮酸过程中的 各种酶 诱导酶：依赖于某种底物或底物的结构类似物的存在而合成：如大肠杆菌乳糖利用 酶 诱导剂可以是诱导酶的底物，也可是底物的结构类似物，也可以不是该酶的作用底 物。 酶的诱导可分两种： A、同时诱导：当诱导物加入后，同时或几乎同时诱导几种酶的合成：主要存在于短 的代谢途径中。 B、顺序诱导：先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中间代谢物的酶，以达到 对较复杂代谢途径的分段调节
(2)、酶合成的阻遏(repression) A、末端产物阻遏(end-product repression):指由某代谢途径末端产物过量积累而 引起的阻過。 B、分解代谢物阻過(catabolite repression).:指两种碳源（或氯源）分解底物同 时存在时，细胞利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关分解酶合成的现 象。 2、酶合成调节机制：探纵子模型 （二)酶活性调节 1、酶合成调节类型：激活和抑制 2、酶活性调节机制 (1)共价修饰调节：指蛋白质分子中的一个或多个氨基酸残基与一化学基团共 价连接或解开，使其活性改变的作用，分可逆和不可逆两种。 可逆共价修饰：有些酶存在活性和非活性两种状态，它们可以通过另一种酶的催 化作共价修饰而互相转换。如：糖原磷酸化酶通过激酶和磷酸酯酶来调节活性： 磷酸化形式有活性，去磷酸化形式无活性。 不可逆共价修饰：典型的例子是酶原激活一无活性的酶原被相应的蛋白酶作用， 切去一小段肽链而被激活。 (2)变构或别构(allosterism)效应：变构或别构效应是指一种小分子物质与一 种蛋白质分子发生可逆的相互作用，导致这种蛋白质的构象发生改变，从而改变这 种蛋白质与第三种分子的相互作用。变构蛋白是表现变构效应的蛋白，如阻遏蛋白： 具有变构作用的酶称作变构酶。 变构调节机制：
)变构酶具有一个以上的结合位点，除了结合底物的活性中心外，在同一分子 内还有一些分立的效应物结合位点（副位点）：2)主位点和副位点可同时被占据： 3)副位点可结合不同的效应物，产生不同的效应：4)效应物在副位点上的结合可 随后引起蛋白质分子构象的变化，从而影响酶活性中心的催化活性：5)变构效应是 反馈控制的理论基础，是调节代谢的有效方法。 3、缔合与解离：能进行这种转变的蛋白质由多个亚基组成：蛋白质活化与钝化 是通过亚基缔合与解离实现的。 4、竞争性抑制：一些蛋白质的生物活性受代谢物的竞争性抑制，如需要氧化性NAD+ 的反应可能被还原型NADH的竞争抑制：需ATP的反应可能受ADP或AMP的竞争型抑 制：有些酶受反应过程产物的竞争性抑制。 （三)、分支生物合成途径的调节 1、同工酶调节：某一分支途径中的第一步反应可由多种酶催化，但这些酶受不 同的终产物的反馈调节。 如：大肠杆菌的天门冬氨酸族氨基酸的合成途径中，有三个同工酶：天门冬氨酸激 酶1、Ⅱ、川，分别受赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸的反馈调节 2、协同反馈调节：需有一种以上终产物的过量存在方有明显的效果：单个终产 物过量，不产生或只产生很小的影响。 3、累加反馈调节：每一种末端产物过量只能部分抑制或阻遏，总的效果是累加 的。 4、增效反馈调节：代谢途径中任一末端产物过量时，仅部分抑制共同反应中第 一个酶的活性，但两个末端产物同时过量时，其抑制作用可超过各末端产物产生的 抑制作用的总和
5、顺序反馈调节： 6、联合激活或抑制调节：由一种生物合成的中间产物参与两个完全独立的、不 交叉的合成途径的控制。这种中间体物质浓度的变化会影响这两个独立代谢途径的 代谢速率。 二、次级代谢调节 (一)次级代谢产物的诱导调节 次级代湖产物的诱导机制可能按以下两种方式进行：诱导物→刺激影响初级 代谢造成代谢流的改变成→大量生产次生代谢物：诱导物→次生代谢物合成酶的合 成→大量生产次生代谢物。 大多数分解代谢酶属于诱导酶，可以通过加入诱导物使酶的产量大幅度提高。如在 链霉素生产中，如果加入诱导物甘露聚糖，可使甘露糖链霉素酶产量提高，而这种 酶是转化甘露糖链霉素为链霉素的关健酶。因此甘露聚糖的加入会捉高链霉素产量。 (二)次级代谢自身产物的反馈调节 Lagstor在1935年发现：产生50g/ml氯霉素的委内瑞拉链霉菌被50g /ml外源氯雾素所抑制。Gordee在1972年发现，产黄青雾加入10g/ml外源青 霉素对其生长无影响，而青霉素合成几乎完全被抑制，其他多种青霉素及其钠盐亦 有类似现象。有关链霉素、卡那霉素等氨基糖苷类抗生素的系统研究也证实了这一 点。 抗生素对自身产物的抑制有一定的规律：抑制特定产生菌合成抗生素所需浓度与 生产水平具有相关性，一般产生菌产量高，对自身抗生素的耐受力强，反之则越敏 感。例如氯霉素对芳基氨合成酶的反馈调节，已知氯霉素通过莽草酸的分支代谢途 径产生，芳基氨合成酶是分支点后第一个酶，这种酶只存于产氯霉素的菌体内，当
培养基内的氯雾素浓度达100mg/L时，可完全阻過该酶的生成，但不影响菌体的生 长，也不影响芳香族氨基酸途径的其他酶类。进一步研究表明，氯露素本身不一定 是阻過物，氯霉素通过顺序阻過，使L一对氨基苯丙氨酸及L苏一对氨基苯丝氨酸对 芳基氨合成酶实行反馈抑制。氯霉素的甲硫基类似物比氯霉素容易透入细胞，其抑 制作用比氯霉素还大。由此可见，次生产物反馈调节机制的复杂性。 (三)次级代谢产物的分解调节 1、碳源分解调节 20世纪40年代初期就发现，青霉素发酵过程中，虽然葡萄糖被菌体利用最快 但对青雾素合成并不适宜。而乳糖利用虽然较为缓慢，却能提高青雾素产量。如果 细菌在葡萄糖和乳糖的混合培养基中生长，那么在抗生素合成前，菌体一般首先利 用葡萄糖，在葡萄糖耗尽后，抗生素合成开始，此时菌体才利用第二种碳源。这种 情况说明，次级代谢的碳源分解调节比初级代谢更为复杂。 关于抗生素受碳源分解调节的机制，目前尚未完全搞清楚，存在以下几种情况：第 一，可能与菌体生长速率控制抗生素合成有关，菌体生长最好莳碳源能抑制抗生素 合成。因此，在低生长率的情况下（例如青雾素合成中缓慢补加葡萄糖）可减少葡萄 糖的干扰作用。第二，可能与分解代谢产物的堆积浓度有关，乳糖之所以比葡萄糖 优越是因为前者被水解为可利用的单糖的速度正好符合青露菌在生产期合成抗生素 的需要，而不会有分解代谢产物如丙酮酸的堆积。我国有关单位研究葡萄糖和乳糖 对灰黄露素生物合成的影响表明，丙酮酸的堆积可使灰黄霉素产量降低。 2、氮源分解调节 氨源分解调节是类似于碳源分解调节一类的分解阻遏方式。它主要指含氨底 物的酶（如蛋白酶、硝酸还原酶、酰胺酶、组氨酸酶和脲酶）的合成受快速利用的氨