1、微生物代谢合成与调控复习题（考试题从复习题里出）第二章（出基本原理、名词解释）1.微生物细胞代谢调节的部位有哪些？1）细胞膜以及细胞器膜2）控制通量，调节酶量和改变酶分子活性；（酶本身）3)酶与底物的相对位置及间隔状况（代谢通道）2.举实例说明下面酶活性调节的方式。1） 前馈激活：糖酵解中，1,6二磷酸果糖对丙酮酸激酶的激活作用，利于糖酵解顺利进行。 糖原合成中，6磷酸葡萄糖对糖原合成酶的激活作用，促进糖原合成。 前馈激活在降解代谢中起调节作用。2） 前馈抑制：乙酰 CoA 羧化酶丙二酸单酰 CoA + ADP+Pi3） 终产物抑制（endproduct inhibition）：分很多种举其中
2、 1 例：大肠杆菌从天冬氨酸和氨甲酰磷酸经过序列反应，最终生成 CTP。CTP 反馈抑制催化第一步反应的酶：天冬氨酸氨甲酰基转移酶（ATCase ）4） 反馈抑制（feedback inhibition）：反馈抑制分很多种举其中 1 例为：5） 补偿性激活（compensatory activation）：某一终产物的合成需要两种前体时，另一前体物的大量存在可能激活受终产物抑制的酶的活 性。例如：6） 协同（多价）反馈抑制（concerted or multivalent feedback inhibition）：例：荚膜红假单孢菌中的苏氨酸和赖氨酸对天冬氨酸激酶的抑制。7） 累积反馈抑制（c
3、umulative feedback inhibition）：例如：大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的反馈抑制8） 增效（合作）反馈抑制（synergistic or cooperative feedback inhibition）指两种终产物同时存在时的反馈抑制效果远大于一种终产物过量时的反馈抑制作用。AMP 和 GMP 共同存在时，可完全抑制磷酸核糖焦磷酸酶的活性，而二者单独过量时，分别抑制其活性的 70%和 10%。9） 顺序反馈抑制（sequential feedback inhibition ）例如：细菌中芳香族氨基酸的合成，见图：10） 同工酶调节：例如：大肠杆菌中 Lys、Met、Thr
4、反馈抑制天冬氨酸激酶11） 联合激活或抑制调节（终产物抑制的补偿性逆转）： 例：见图12)平衡合成（ balanced synthesis）：13)代谢互锁（ metabolic interlock）例如：赖氨酸的生物合成与亮氨酸的生物合成之间存在代谢互锁。14） 假反馈抑制（pseudo-feedback inhibition）即结构类似物的反馈抑制，例如：3.解释下列名词：变构蛋白：如果某种特殊的小分子（效应物）与它结合，就会使它的构象发生变化，从而导致其活性的变化。因为这种结合（非共价结合）是可逆的，所以变构蛋白就能在代谢调节中直接或间接地发生作用。变构蛋白一般是具有多亚基四级结构的蛋白
5、质，具有两个或两个以上结合部位，当其中两个部位与效应物（小分子物质）结合后，蛋白质构象发生变化，性能也随之而变化。变构酶的脱敏作用：变构酶经特殊处理后，不丧失酶活性而失去对变构效应物的敏感性。共价调节酶：可由共价修饰引起酶活性改变的酶。可逆的共价修饰：细胞中有些酶以活性形式或非活性形式存在，而且两种形式可以通过另外的酶的催化作用进行共价修饰而互相转换，酶原激活：当功能需要时，无活性的酶原被相应的蛋白酶作用切去一小段肽链而活化，故又称为酶原激活（zymogen activation）。4.阐述酶活性调节的分子机制酶的变构调节理论一些代谢物可与某些酶分子活性中心以外的部位可逆地结合，使酶构象改变，
6、从而改变酶的催化活性，此种调节方式称为变构调节。变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，从而改变种蛋白质与第三种分子的相互作用，变构蛋白质是表现变构效应的蛋白（例如阻遏蛋白），具有变构作用的酶称为变构酶。别构（变构）酶的结构和特性：（1 ）别构酶是含多个亚基的四级结构的蛋白质（一般为四聚体），亚基的结构和功能可以相同，也可以不同。（2 ）别构酶分子中含有两个中心，即活性中心和调节中心，它们在空间上是分开的，可以在不同的亚基上，也可以在同一亚基的不同部位上。（3 ）每个别构酶的分子可以结合一个或多个配体（底物或效应物）理论上结合底物的最大数目与
7、催化中心的数目相等。结合效应物的最大数目应与调节中心的数目相等。别构（变构）酶的作用程序：专一性代谢物与调节中心结合、酶分子构象变化、活性中心修饰、抑制或促进酶活性5.阐述酶活性调节的分子机制酶分子的共价修饰调节理论共价修饰：在其他酶的催化下，酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，此过程称为共价修饰。常见类型：磷酸化与脱磷酸化（最常见）、乙酰化与脱乙酰化、甲基化与脱甲基化、腺苷化和脱腺苷化、-SH 与-S-S 互变。共价修饰的特点：1）受共价修饰的酶存在有（高）活性和无（低）活性两种形式；2）具有瀑布效应（级联效应）；级联效应：3）调节效率高于别够调节；4
8、）磷酸化要消耗 ATP；5）是体内经济、有效的快速调节方式。6.阐述变构调节的特征（1 ）参加与酶活性调节的变构因子是一类能与变构蛋白分子互补结合的小分子化合物，又称为效应物或调节性分子。（2 ）许多变构酶的反应动力学性质与一般酶不同，以酶反应初速率与基质浓度作曲线，得到的不是典型的双曲线，而是带点 S 形曲线，这种现象称为正协调作用。（3 ）效应物同调节性酶的结合与基质同酶的结合位点是分开的，但又相互联系的，用多种物理或化学方法处理能使酶脱敏，但保留其催化活性。（4 ）酶的活性中心及变构中心可同时被结合，变构中心的结合不一定是特异性的，可以结合不同的物质，产生不同的效应，变构中心的结合可能引
9、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 ）变构效应是反馈抑制的基础，是调节代谢的有效方法。7.解释下列名词组成酶（structural enzyme）：是不依赖于酶底物或底物的结构类似物的存在而合成的酶。诱导酶（inducible enzyme）:是依赖于某种底物或底物的结构类似物的存在而合成的酶。诱导剂（inducer ）：能够诱导某种酶合成的化合物。分解代谢产物阻遏（catabolite repression）:在酶合成的阻遏中，如果代谢产物是某种化合物分解的中间产物，这种阻遏称为。二次生长现象：大肠杆菌生长在含乳糖和葡萄糖的 M 中时，优先利用葡萄糖，并只有葡萄糖耗尽
10、后才开始利用乳糖，这就形成了在两个对数生长期中间的第二个生长停滞期。末端代谢产物阻遏（end product repression）:在酶合成的阻遏中，如果代谢产物是某种合成途径的终产物，这种阻遏称为。反馈阻遏（feedback repression）: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。同工酶阻遏：多个单功能酶的简单终产物阻遏。多功能酶的多价阻遏：多功能酶是指多肽链上有两个或两个以上催化活性的酶。组成型突变：调节基因或操纵基因发生突变，即使没有诱导物 RNA 聚合酶也能转录。协同诱导：加入一种诱导剂后微生物能同时或几乎同时合成几种酶。顺序诱导：第一种酶
11、的底物会诱导第一种酶的合成，而第一种酶的产物又可诱导第二种酶的合成，依此类推合成一系列的酶。8.根据酶合成诱导作用的分子机制，提高酶合成量的策略有哪些？（一）菌种选育1.诱变育种 (1)使诱导型变为组成型选育组成型突变株(2)使阻遏型变为去阻遏型选育营养缺陷型突变株解除反馈阻遏选育结构类似物抗性突变株解除分解代谢物阻遏选育抗分解代谢阻遏突变株2. 基因工程育种 （1 ）改变细胞调节基因，使菌种由诱导性变为组成型（2 ）增加结构基因的拷贝数，增加细胞专一性酶的生产。（二）条件控制1. 添加诱导物 包括酶的作用底物、反应产物和底物类似物，其中酶的底物类似物最有效，不能被酶作用或很少作用。2. 降低
12、阻遏物浓度 避免使用葡萄糖，采用较难利用的淀粉，避免培养基过于丰富，采用补料分批培养方式，分次流加碳源。3.添加表面活性剂 采用诱导物或降低阻遏物浓度的方法存在成本问题和操作问题（流加易染菌），有时采用添加表面活性剂有时采用添加表面活性剂来促进酶的分泌。原理：细胞内酶含量提高到一定程度，会被细胞内蛋白酶分解，加入表面活性剂可使胞内酶未被分解即被释放到胞外，因为表面活性剂有助于改善细胞通透性。4. 添加产酶促进剂酶促进剂对不同细胞、不通酶的作用效果各不相同，需通过试验选用适当的产酶促进剂并确定最适浓度。如添加植酸钙镁可使桔青霉素生产磷酸二酯酶的量提高 1020 倍。9.根据分解代谢产物阻遏的分子
13、机制，指出解除分解代谢产物阻遏的方法。9.根据分解代谢产物阻遏的分子机制，指出解除分解代谢产物阻遏的方法。P19210.根据末端代谢产物阻遏的分子机制，指出解除末端代谢产物阻遏的方法。P19411.什么样的突变株是细胞透性突变株？1） .选育改变细胞膜透性的营养缺陷型突变型突变株 :控制磷脂 /细胞膜的合成,解除细胞膜的渗透屏障,如生物素缺陷型/ 油酸缺陷型/甘油缺陷型2） .温度敏感型突变株的选育3） .溶菌酶敏感突变株的选育12.谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）的生物素营养缺陷型（bio）为什么能用于谷氨酸发酵生产。依据对谷氨酸生物合成途径的研究，选育营
14、养突变型菌株可有效提高谷氨酸生物合成的能力，提高产酸率，营养缺陷型突变株菌株选育是通过诱发突变，阻断或弱化一些有关途径，以利于谷氨酸的有效积累。谷氨酸的合成如下图，当微生物细胞中因某种理化因素诱变阻断 -酮戊二酸到琥珀酸酰 CoA 和乙醛酸两条代谢途径时，微生物的三羧酸循环只能沿着谷氨酸代谢方向合成。13.遗传特性改变的突变株包括哪些？其类型包括：(1)形态突变株，如影响细胞结构、细胞形态、菌落形态和噬菌斑形态等的突变株；(2)生理生化突变株，如营养缺陷突变型和影响糖的分解利用或色素的产生等突变株；(3)抗性突变株，如耐药性、噬菌体抗性和紫外线抗性等突变株。(4)条件致死突变株，如温度敏感突变
15、株等。14.筛选什么样的突变株能降低终产物浓度，解除反馈调节作用？（1 ）营养缺陷型的利用A、在直线式生物合成途径中营养缺陷型突变株的代谢流受阻，末端产物减少，解除了末端产物参与的反馈调节，可使代谢途径中的某一中间产物积累。一个典型的例子是谷氨酸棒状杆菌的精氨酸缺陷型突变株进行鸟氨酸发酵(，由于合成途径中酶 6(氨基酸甲酰转移酶)的缺陷，必须供应精氨酸和瓜氨酸，菌株才能生长，但是这种供应要维持在亚适量水平，使菌体达到最高生长，又不引起终产物对酶 (N乙酰谷氨酸激酶)的反馈抑制，从而使鸟氨酸得以大量分泌累积。B、利用营养缺陷型积累分支代谢途径中的中间产物营养缺陷型突变导致协同反馈调节某一分支途径
16、的代谢阻断，使这一分支途径的终产物不能合成。若控制供应适量的这一终产物，满足微生物生长，将使合成代谢流向另一分支途径，有利于另一终产物的大量积累。例如，谷氨酸棒杆菌生物素缺陷型是以葡萄糖或醋酸作为碳源，棒状杆菌经诱变处理后，基因发生突变，不能合成相应的酶，导致乙酰辅酶 A和生物素之间的合成反应受到阻断，切断了支路代谢，代谢只能向着谷氨酸合成方向进行，因而产量得到累积。又如硫胺素缺陷型是在 -酮戊二酸与硫胺素之间的反应发生阻断，也使谷氨酸产量大幅度增加。又如次黄嘌呤核苷酸产生菌，是棒杆菌和短杆菌的腺嘌呤缺陷型菌株，其合成途径中酶失活，控制限量补给腺核苷酸，可解除腺核苷对酶的反馈调节，由于腺核苷酸
17、和鸟核苷酸对酶协同反馈调节，故代谢流偏向鸟苷酸这一分支途径C、利用营养缺陷型积累分支代谢途径中的末端产物工业上应用的重要例子是赖氨酸发酵。我国工业生产赖氨酸曾是一株高丝氨酸缺陷型菌株，由生产谷氨酸北京棒状杆菌 ASl299ASl 299 经硫酸二乙酯处理后获得的。从图 824 可知，苏氨酸、高丝氨酸、赖氨酸的前体是天冬氨酰半缩醛，诱变后，促使高丝氨酸脱氢酶的基因发生突变，导致合成高丝氨酸的代谢途径阻断，消除了苏氨酸和赖氨酸天冬氨酰激酶的协同反馈抑制，因而天冬酰半缩醛由原来负责合成 3 个氨基酸而代谢流完全导向赖氨酸方向进行，使赖氨酸产量大量累积。（2 ）渗漏缺陷型的利用渗漏缺陷型是一种不完全营
18、养缺陷型，它不会产生过量的末端产物，因而可以避开反馈调节。但它又能合成微量的末端产物，用来进行生物合成；在培养这种突变体时，可不必在培养基中添加相应的物质，就能积累所需的产物。（3 ）提高细胞渗透性细胞内合成的发酵产物若要分泌到培养基中，必须经过细胞膜和细胞壁。如果产物不易分泌出细胞，而积累在细胞内，则会引起反馈调节。改变细胞膜和细胞壁的通透性，使其有利于产物的分泌，也是降低末端产物浓度的一种途径。谷氨酸生产菌的细胞膜磷脂含量高时，细胞的通透性较差，磷脂含量低时，通透性较好。A、营养缺陷型：生物素缺陷型突变株；油酸缺陷型突变株；甘油缺陷型突变株B、温度敏感突变株的选育C、溶菌酶敏感突变株15.
19、什么样的突变株是抗反馈控制突变株？、筛选抗反馈突变菌株:筛选结构类似物抗性突变株、利用回复突变筛选反馈突变菌株.在以积累末端产物为目的的发酵生产中，如果代谢途径单一无分支，往往不能选用营养缺陷型突变株。要提高产量，最好采用抗反馈突变株。抗反馈突变株由于基因突变，它们的酶或无活性的原阻遏物不再与末端产物结合，从而不再发生酶的变构及阻遏物的活化，或者活性阻遏物不能再与发生了突变的操纵基因结合，因此反馈调节被打破，即使在末端产物过量的情况下，也同样可以积累高浓度的末端产物。抗反馈突变株通常可以用添加末端产物类似物的方法来筛选。末端产物类似物和末端产物结构类似，因而能够引起反馈，但是它们不能参与生物合
20、成。在培养基中添加末端产物类似物后，未突变的细胞将由于代谢途径受阻而不能获得生物合成所需的该种末端产物，从而导致细胞死亡。那些对类似物不敏感的突变体，则由于原来受反馈控制的酶的结构，或是酶的合成系统已经发生了改变，它们不再受抑制或阻遏的影响，在类似物充斥的情况下照常能合成该种末端产物。例如，用类似物 D-精氨酸选出的谷氨酸棒杆菌的抗反馈突变株可使 L-精氨酸的产量得到提高。16.抗性突变株包括哪些？如耐药性、噬菌体抗性和紫外线抗性等突变株17.发酵工艺条件的控制包括哪些？（微生物生理学 P204）第三章复习题1.举例说明下列名词的含义：分叉中间体：既可以被微生物用来合成初始代谢产物，也可以被用
21、来合成次级代谢产物的中间体自身代谢产物的反馈调节：次级代谢产物能抑制或阻遏其自身的生物前体（precursor ）：在微生物药物的生物合成过程中，有些化合物能直接被微生物利用构成产物分子结构的一部分，而化合物本身的结构没有大的变化，这些物质称为前体。前体自身的反馈调节：几乎所有的次级代谢产物都是从初级代谢产物衍生出来的，而这些初级代谢产物积累后会影响次级代谢产物的合成。支路产物的反馈调节：在某些情况下，初级代谢的末端产物能反馈抑制共用途径某些酶的活性，从而影响次级代谢产物的生物合成。磷酸盐调节：在抗生素等多种次级代谢产物合成中，高浓度磷酸盐表现出较强的抑制作用碳分解产物的调节作用：易被菌体迅速
22、利用的碳源及其降解产物对其他代谢途径的酶的调节作用。氮分解产物的调节作用：易被菌体迅速利用的氮源及其降解产物对其他代谢途径的酶的调节作用。2.次级代谢产物有哪些特点？P210(1) 次级代谢酶在细胞中具有特定的位置和结构； (2) 次级代谢产物的合成过程由多基因控制；(3) 次级代谢产物的合成对环境因素特别敏感；(4) 次级代谢产物的合成与菌体的形态变化有一定的关联。3.分析次级代谢产物产生多组分的原因，为获得某一组分应采取哪些策略？(1) 次级代谢产物的合成酶对底物要求的特异性不强；(2) 次级代谢产物的合成酶对底物作用的不完全；(3) 同一底物可被多种酶催化。4.次级代谢产物的构建单位有哪些？与其对应的代表产物是什么？各举一个产品。P214（待商榷）聚酮体四环类抗生素；甲羟戊酸（MVA）萜类（赤霉素、生物碱、梭链孢酸）葡萄糖和戊糖麦霉氨基糖不常见的氨基酸-氨基己二酸是头孢菌素合成的一个构建单位环多醇和氨基环多醇链霉胍非核酸的嘌呤碱和嘧啶碱嘌呤霉素吩恶嗪酮放线菌素莽草酸利福霉素
