生长繁殖 是否必需 产生阶段
菌种特异性
分布 位置
初级代谢 产物 是
始终产生 无
细胞内
次级代谢 产物 否
生长到一定阶段后产生 有
细胞内或细胞外
种类
氨基酸、核苷酸、 多糖、脂类、维生 素等
激素、毒素、 色素、抗生素
❖ 生物体内的新陈代谢是靠生物催化剂——酶来催化。
❖ 酶是推动生物体内全部代谢活动的工具。
❖ 由于酶作用的专一性，每一种化学反应都有特殊的酶 参与反应。每种特殊的酶都有其调节机制。它们使错 综复杂的新陈代谢过程成为高度协调的、高度整合在 一起的化学反应网络。
二、与代谢调节有关的酶
1、同工酶
❖能催化同一种化学反应，但酶蛋白的分子结构不 同的一组酶，存在于生物的同一种属或同一个体 的不同组织中，甚至是同一组织或细胞中。
❖ 代谢控制发酵：就是人为地在DNA分子水平上改 变和控制微生物的代谢活动，使目的产物大量生 成、积累。
按代谢产物在机体中作用不同分类
❖ 初级代谢：提供能量、前体、结构物质等生命活 动所必需的代谢物的代谢类型；合成的产物称为 初级代谢产物，包括：氨基酸、核苷酸等。
❖ 次级代谢：在一定生长阶段出现非生命活动所必 需的代谢类型；合成的产物称为次级代谢产物， 包括：抗生素、色素、激素、生物碱等。
初级代谢产物和次级代谢产物的不同
——协同反馈抑制 ——合作反馈抑制 ——积累反馈抑制 ——顺序反馈抑制
1、协同反馈抑制
❖ 是指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时 才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节 方式。
2、合作反馈抑制
❖ 又称增效反馈抑制，是指两种末端产物同时存在时 可以起到比一种末端产物大得多的反馈抑制作用。
90%
3、积累反馈抑制
❖ 每一分支途径末端产物按一定百分比单独抑制共同 途径中前面的酶，所以当几种末端产物共同存在时 它们的抑制作用是积累的，各末端产物之间既无协 同效应，亦无拮抗作用。
4、顺序反馈抑制
❖ 一种终产物的积累，导致前面一中间产物的积累， 通过后者反馈抑制合成途径关键酶的活性，使合成 终止。
新陈代谢
分解代谢 (catabolism) 合成代谢 (anabolism)
复杂分子 （有机物）
分解代谢 合成代谢
简单小分子 + ATP + [H]
❖ 分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶 系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP） 形式的能量和还原力的作用，即异化作用。
❖ 合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单 小分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂 的大分子的过程，即同化作用。
四、能荷调节
❖ 细胞内ATP、ADP、AMP之间的比例实际上是在 不断的变动的，细胞通过改变这三者的比例来调节 其代谢活动，称为能荷调节或腺苷酸调节。
❖ 调节形成ATP的分解代谢酶类活性，也调节利用 ATP的生物合成酶类的活性。
第三节
代谢调控在食品发酵中的应用
一、发酵工艺条件的控制 二、菌种遗传特性的调控 三、控制细胞膜的渗透性
2、别构酶
❖ 又称变构酶，具有变构作用（别构作用）的酶称为别 构酶。迄今所有已知的别构酶都是寡聚酶，即含有两 个或两个以上的亚基。
❖ 特点：多亚基、两中心（活性中心、调节中心）。 ❖ 调节中心——结合调节因子或效应物。 ❖ 活性中心——结合底物。 ❖ 活性中心和调节中心是通过构象的变化而相互联系的。
❖ 同一种物质，其分解代谢和合成代谢途径一般是不 相同的。他们并不是简单的可逆反应，而往往是通 过不同的中间反应或不同的酶来实现的。这样可以 使生物体增加体内化学反应的数量，并使其对代谢 活动的调控具有更大的灵活性和应变能力。
❖ 生物机体的分解代谢和合成代谢不只是采取不同的 途径，甚至同一种物质的两种过程是在细胞的不同 部位进行（蛋白质、核酸等）。
❖ 乳糖操纵子模型。
二、分解代谢物调节
分解代谢物阻遏作用
❖细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源） 存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用 慢的底物的有关酶合成的现象。
❖ 大肠杆菌可以利用葡萄糖、乳糖、麦芽糖、阿拉伯糖等作为碳源 而生长繁殖。当培养基中有葡萄糖和乳糖时，细菌优先使用葡萄 糖，当葡萄糖耗尽，细菌停止生长，经过短时间的适应，就能利 用乳糖，细菌继续呈指数式繁殖生长，从而出现二次生长曲线。
第三章 微生物的代谢调 控理论及其在食品发酵中 的应用
本章内容
❖ 微生物代谢调节的基本概念和相关的酶 ❖ 微生物的代谢调控作用 ❖ 代谢调控在食品发酵中的应用
第一节
微生物代谢调节的基本概念和 相关的酶
一、新陈代谢
二、与代谢调节有关的酶
一、新陈代谢
❖ 新陈代谢：简称代谢，是营养物质在生物体内所 经历的一切化学变化的总称。
三、反馈调节
❖ 反馈调节是指代谢过程的中间产物或终产 物对代谢过程早期阶段的关键酶的反馈抑 制作用。
❖ 抑制酶的活性称为反馈抑制；抑制酶的合 成称为反馈阻遏。
（一）反 馈 阻 遏
❖ 乳糖操纵子——酶合成的诱导 ❖ 色氨酸操纵子——酶合成的阻遏
——通过辅阻遏物来进行调节
（二）反 馈 抑 制
❖ 分类：
蛋白激酶A的激活
3、多功能酶
❖ 指在结构上只有一个多肽链，但具有两 种或两种以上的催化活力或结合功能的 蛋白质。
第二节 微生物的代谢调控作用
一、诱导作用 二、分解代谢物调节 三、反馈调节 四、能荷调节
酶的调节
酶合成的调节 酶活性的调节
1、酶合成的调节：大肠杆菌对葡萄糖和乳糖的利用 差异。
微生物 细胞中 的酶
酶合成的调节和酶活性的调节的比较
酶合成的调节
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
酶活性的调节
调节对象 诱导酶的合成
酶的活性
调节机制 对基因表达 的调控
特点
较慢
以反馈的方式调节 反应过程
快速、精细
意义
避免物质和能 量的浪费
避免代谢产物的积累
一、诱导作用
❖ 微生物在诱导物的作用下，产生诱导酶 从而实现对某些物质的分解和利用的现 象称为诱导作用。
组成酶——细胞中始终存在的酶 基因处于打开状态
诱导酶——环境中某种物质诱导下产生的酶 基因有条件的表达
2、酶活性的调节
通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。
代谢产物和酶结合，致使 酶的结构发生改变。但这种 变化是可逆的，当代谢产物 和酶脱离后，酶结构就会复 原，又恢复原有活性。
意义：微生物细胞内一般不 会积累大量的代谢产物。