2、固氮机制
　　　　 只有在不含有化合态氮的培养基上生长，且提供ATP、还原力等条件下才能固氮。
　　　　 总反应式： Mg2+
　　　　 N2+6e+6H++12ATP 2NH3+12ADP+12Pi
　　　　 固氮酶
　　　　 固氮酶 组分Ⅰ：钼铁蛋白（MoFd）
　　　　 组分Ⅱ：铁蛋白（AzoFd)
　　　　 都对氧极敏感，遇氧失活，需厌氧条件固氮。
　　　　 固氮过程： 
　　　　 电子载体：铁氧还蛋白（Fd），黄素氧还蛋白（Fld）也可以。
　　　　 每步只传递2e，N2 2NH3需6e，连续三次。
　　　　 固氮酶底物专一性不高，还能催化一些反应。
　　　　 C2H2→C2H4， 
　　　　 N2O→N2+H2O，
　　　　 HCN→CH4+NH3+CH3NH2，
　　　　 2H+→H2。
　　　　 其中C2H2→C2H4 ，可用气相色谱检测，可作为固氮系统存在的有效指标。
　　　　 N2 2NH3去路：自生固氮菌不能储存，也不分泌，很快同化；共生固氮菌分泌至根瘤细胞中为植物所利用。
　　　　 （二）氨基酸合成
　　　　 1、直接从培养基中吸收。
　　　　 2、通过转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
　　　　 这类反应是由氨基移换酶催化而成。
　　　　 3、微生物经氨化作用或经固氮作用生成的氨可以通过特定的反应来吸收生成新的氨基酸（氨同化作用）
　　　　 α-酮戊二酸+NH3 谷氨酸脱氢酶 Glu +水
　　　　 NH3+ATP Glu á-KD、PY、OA 
　　　　 Gln合成酶 转移酶
　　　　 ADP+Pi Gln Glu、Ala、Asp
　　　　 4、从前体合成氨基酸。
　　　　 按前体不同可将20种氨基酸为六组：
　　　　 （一）3-磷酸甘油醛：丝氨酸、半胱氨酸、甘氨酸 
　　　　 （二）4-磷酸赤藓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、缬氨酸
　　　　 （四）α-酮戊二酸：谷氨酸、谷酰氨 脯氨酸、精氨酸、赖氨酸（真菌中）
　　　　 （五）草酰乙酸：天冬氨酸 天冬酰氨 甲硫氨酸 苏氨酸 异亮氨酸 赖氨酸（细菌）
　　　　 （六）5-磷酸核酮糖+ATP：组氨酸
　　　　 初生氨基酸：Ala, Glu, Asp, Gly，氨基化所生成的氨基酸。
　　　　 次生氨基酸：以初生氨基酸为前体合成。
　　　　 工业生产氨基酸
　　　　 最初利用蛋白质水解法生产，1957年开始用发酵法生产。近年采用生化合成法：
　　　　 1、酶转化法
　　　　 反丁烯二酸+NH3 Asp酶 L-Asp 
　　　　 丙酮酸+NH3+苯酚 Tyr酶 Tyr
　　　　 2、完整细胞酶合成：选用酶活力高菌种，处理菌体使物质易透过。
　　　　 DL-Ser+丙酮酸+苯酚 菌体 L- Tyr
　　　　 丙酮酸+ NH3+吲哚 菌体 L-Trp
　　　　 4节：代谢调控
　　　　 代谢-生化反应-酶催化-基因编码→基因调控
　　　　 ↓
　　　　 环境因子影响 环境调控
　　　　 代谢调节部位：真核和原核
　　　　 合成调节：诱导合成、终产物阻遏、分解代谢物阻遏
　　　　 酶
　　　　 活性调节：反馈（终产物）抑制、酶活性共价修饰
　　　　 一、主要调节机制
　　　　 （一）酶的诱导合成
　　　　 Karstrom 适应酶 Monod 诱导酶
　　　　 组成酶 Cohn 组成酶
　　　　 诱导剂不一定是底物，但底物大多数情况下是有效诱导剂。
　　　　 诱导酶只在有诱导剂时才合成，除去诱导剂就停止。是全新合成，而不是原有酶的激活。
　　　　 某些酶的诱导物
　　　　 操纵子学说
　　　　 Monod & Jacob, 1962
　　　　 调节基因 操纵子
　　　　 P R t P O z y a t


　　　　 mRNA RNA多聚酶 
　　　　 无诱导物时，结合。 
　　　　 阻遏物 有诱导物时，脱落。 

　　　　 （二）终产物阻遏（反馈阻遏）
　　　　 主要在合成代谢途径中，终产物或其衍生物对该途径上一个或多个酶形成的抑制作用。
　　　　 如E. coli Met, Arg的合成。
　　　　 机制：调节基因 原阻遏物（阻遏物蛋白）
　　　　 与终产物结合时被激活，与操纵基因结合，阻止结构基因转录。终产物为辅阻遏物。属于正调节。
　　　　 （三）分解代谢物阻遏（葡萄糖效应）
　　　　 Monod研究E. coli 对混合碳源利用，发现葡萄糖抑制其它糖利用，出现二次生长。
　　　　 所有迅速代谢能源都能阻抑较慢代谢的能源所需酶的合成。酶的生成被易分解碳源所阻遏。此称葡萄糖效应。 
　　　　 酶大多数是诱导酶。
　　　　 葡萄糖效应并不是由葡萄糖直接造成，而是葡萄糖某种分解代谢物引起。
　　　　 cAMP（环腺苷酸）是关键控制因子。
　　　　 其与分解代谢物活化蛋白（CAP）结合，促使RNA多聚酶与启动基因结合而开始转录。 cAMP浓度低时，影响结合，不能转录。
　　　　 葡萄糖的某种代谢产物降低了cAMP水平，即使有诱导剂存在，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，才能开始转录、合成。
　　　　 ATP 腺苷酸环化酶 cAMP 磷酸二酯酶 AMP
　　　　 （四）反馈抑制
　　　　 1、协同反馈抑制：终产物不能单独抑制，要几个终产物同时作用，合作抑制。如多粘芽孢杆菌的Asp族氨基酸合成。6-53
　　　　 2、合作反馈抑制：两种终产物同时存在，起着比一种大得多的抑制。 图6-54
　　　　 3、同工酶：多个酶催化同一个反应，分别受不同终产物抑制。图6-51
　　　　 如大肠杆菌的Asp族氨基酸合成，图6-52
　　　　 4、顺序反馈抑制：代谢途径中第一个酶不受终产物抑制，而受分支处中间产物抑制，终产物抑制引起中间产物积累，从而抑制第一个酶。图6-57
　　　　 如红色假单胞菌的Ile合成。 
　　　　 5、积累反馈抑制：每一个终产物单独、部分地抑制共同步骤的第一个酶，互不影响。图6-55
　　　　 如大肠杆菌的Gln合成酶受8个终产物抑制。图6-56
　　　　 调节位点（变构中心） 
　　　　 反馈抑制机制：变构酶 
　　　　 底物位点（活性中心）
　　　　 （五）酶活性共价修饰
　　　　 由一个修饰酶（活化酶）催化另一种酶起共价修饰的改变，从而改变后者活性。
　　　　 酶-X 酶 + X （X：小分子化合物）
　　　　 修饰酶 
　　　　 如大肠杆菌Gln合成酶：AMP与酶共价结合时（腺苷酰转移酶催化）活性低，脱去AMP，活性高。 
　　　　 胶质假单胞菌柠檬酸裂解酶：乙酰化（有活性），脱乙酰化（无活性）
　　　　 二、代谢调控应用
　　　　 (一）在初级代谢产物生产上应用
　　　　 反馈调节最重要，要绕过，方法如下：
　　　　 1、降低末端产物浓度（应用营养缺陷型解除正常反馈调节）
　　　　 单线途径：应用营养缺陷型积累中间代谢物，采用低浓度终产物供给。
　　　　 Ea Eb Ec
　　　　 A B C D E
　　　　 Ec 缺失，积累C，低浓度供给E。
　　　　 分支途径：积累末端产物。
　　　　 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生产：高Ser缺陷型，图6-62
　　　　 肌苷酸生产：腺嘌呤缺陷型，图6-63
　　　　 2、筛选抗反馈突变株（解除反馈）
　　　　 在含有抗代谢物的培养基中培养，筛选抗性突变株，其中一些可分泌大量末端产物。如对氨基Phe/Tyr, 7-氮杂Trp/Trp
　　　　 3、控制细胞膜渗透性
　　　　 通过生理学或遗传学方法，改变膜透性，使胞内代谢物迅速渗漏到胞外，解除反馈抑制。
　　　　 （二）在次级代谢产物生产上应用
　　　　 次级代谢产物通常在细胞生长后期形成，主要是抗生素、毒素、甾体化合物等。在自然条件下，微生物产生次级产物能力一般不高，其生产也受代谢调控。 
　　　　 可通过诱变育种和控制环境条件来提高产量，但次级产物合成途径比较复杂，许多还不清楚，因此关于次级产物合成的确实控制部位还大多不明。 

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