4—3 微生物的代谢
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一、微生物代谢产物的分类
根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为_______代谢产物和_______代谢产物两类。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类_______。如_______、核苷酸、多糖、脂类、_______等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物_______，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。如_______、毒素、激素、_______等。
答案：初级 次级 基本相同 氨基酸维生素 不相同 抗生素 色素
二、微生物的代谢调节的两种方式
酶_______的调节和酶_______的调节。
答案：合成 活性
三、微生物细胞内的酶
微生物细胞内的酶可以分为_______酶和_______酶两类。_______酶是微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受_______的控制，而诱导酶则是在环境中存在_______的情况下才能够合成的酶。
答案：组成 诱导 组成 遗传物质 某种物质
四、人工控制微生物代谢的措施
微生物还能够通过改变_______来调节代谢的速率。人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物_______、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等。在谷氨酸的生产过程中，可以采取一定的手段改变_______的透性，使谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对_______的抑制作用，提高谷氨酸产量。
答案：酶的催化活性 遗传特性 细胞膜 谷氨酸脱氢酶
五、发酵的种类
发酵的种类很多。根据培养基的物理状态，可以分为_______发酵和_______发酵；根据所生成的产物，可以分为抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等；根据发酵过程对氧的需求情况，可以分为_______发酵(如酒精发酵、乳酸发酵)和_______发酵(如抗生素发酵、氨基酸发酵)。
答案：固体 液体 厌氧 需氧
探究归纳
要点1 代谢的调节
【例1】 以下能正确说明酶活性调节的是（ ）
A.只要一种代谢产物积累，酶活性就下降
B.代谢产物将使直接形成此化合物的酶活性下降
C.细胞膜透性的改变，可解除代谢产物对酶活性的抑制
D.控制生产条件是人们对酶活性调节的唯一手段
解析：酶活性调节主要是代谢过程中产生的物质与酶结合，使酶结构变化而导致酶活性改变。因此，代谢产物对酶活性的影响，不一定是产物直接影响此产物酶的活性，也不一定是一种产物积累影响酶活性。细胞膜透性改变，及时排出代谢产物，可减少对酶的活性的抑制。控制生产条件和改变遗传特性都可以影响酶的活性。
答案：C
归纳与迁移
1.微生物代谢异常旺盛的原因
(1)相对表面积很大，即表面积与体积比很大，因为小体积、大面积必然有一个巨大的营养吸收面及代谢废物的排泄面和环境信息的接受面。(2)吸收多，转化快。(3)生长旺，繁殖快。(4)适应强，易变异。(5)分布广，种类多。
2.微生物代谢中合成代谢与分解代谢的关系
微生物的代谢即微生物的新陈代谢，简称代谢。新陈代谢包括合成代谢和分解代谢。分解代谢的功能在于保证正常合成代谢的进行，而合成代谢又反过来为分解代谢创造了更好的条件，两者相互联系，促进了生物个体的生长繁殖和种族的繁衍。
要点2 微生物代谢的人工控制
【例2】 根据图4-3-1回答问题：
图4-3-1
（1）当终产物合成过量时，往往会导致合成途径中断，原因是谷氨酸抑制了_____的活性，这属于_____的调节。
（2）假设B酶只有在细菌内出现某种中间产物后，才能合成，则B酶是一种_______酶。
（3）假设人们想利用葡萄糖、谷氨酸棒状杆菌生产α-酮戊二酸，请你利用现有知识，设计一个大量积累α-酮戊二酸的方案。
解析：（1）（2）要解答该题首先要明确微生物代谢的调节包括两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节，这两种调节方式同时存在，密切配合，协调起作用。其次，要明确各种调节方式的内涵。酶合成的调节是指只有在环境中存在某种物质的情况下，才能合成特定诱导酶的调节方式；酶活性的调节则是由于代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构变化（此变化可逆），从而改变了酶活性的调节方式。由此可见，谷氨酸抑制了谷氨酸脱氢酶的活性，属于酶活性的调节。而B酶只有在细胞内出现某种中间产物后才能合成，则属于酶合成的调节，B酶是一种诱导酶。（3）根据谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的代谢途径可知，要想积累α-酮戊二酸，必须阻断α-酮戊二酸变成谷氨酸的过程，怎样才能阻断谷氨酸的合成呢？谷氨酸脱氢酶是其过程中的关键一环，根据基因控制蛋白质合成的原理改变控制谷氨酸脱氢酶合成的基因结构，就会阻断这一过程。因此，使用人工诱变手段或基因工程手段都可实现这一目的。
答案：（1）谷氨酸脱氢酶 酶活性 （2）诱导 （3）方案一：对谷氨酸棒状杆菌进行诱变处理，利用选择培养基，从中选育不能合成谷氨酸脱氢酶的菌种。方案二：利用基因工程手段，对控制合成谷氨酸脱氢酶的基因进行改造，使其不能合成谷氨酸脱氢酶。
归纳与迁移
人工控制微生物代谢的目的——最大限度地积累对人类有用的代谢产物。
以黄色短杆菌生产赖氨酸、谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸为例，说明人工控制微生物代谢的方法。由苏氨酸、赖氨酸共同积累过量会抑制天冬氨酸激酶的活性，而赖氨酸单独过量不会出现抑制的代谢特点，引导学生逐步推理，最后落脚点是：通过诱变育种选育不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种作为工业微生物，达到大量生产赖氨酸的目的。由谷氨酸积累过量会抑制谷氨酸脱氢酶活性的特点，引导学生推理：如何使细胞内的谷氨酸不会抑制谷氨酸脱氢酶活性？（细胞内谷氨酸浓度下降）如何使细胞内谷氨酸浓度下降？（将细胞内谷氨酸透出细胞）如何使谷氨酸通过细胞膜由细胞内到达细胞外？（改变细胞膜透性）由此可大量生产谷氨酸。
汗老师讲方法
1.酶合成的调节
(1)组成酶在细胞内一直存在，它的合成只受基因调控；诱导酶只有环境中存在诱导物时才能合成、存在，它的合成受基因与诱导物共同控制。
(2)酶合成调节的对象是诱导酶，调节的结果是使细胞内酶的种类增多。
(3)酶合成调节的机制（本质）——原核生物基因表达的调控，如大肠杆菌乳糖操纵子学说。
(4)酶合成调节的意义：既保证代谢需要，又避免细胞内物质和能量浪费，增强适应性。
2.酶活性的调节
(1)酶活性调节的对象是酶（组成酶和诱导酶）的催化能力，调节的结果是酶量发生变化。
(2)酶活性调节的机制——通过酶与代谢过程产生物质的可逆性结合进行调节。
(3)酶活性调节的特点：快速、精确。
(4)酶活性调节的意义：避免代谢产物积累过多。
3.两种调节方式的区别与联系
区别：
(1)从调节对象看：酶合成的调节是通过酶量的变化控制代谢速率，而酶活性的调节是对已存在的酶活性进行控制，它不涉及酶量变化。
(2)从调节效果看：酶活性调节直接而迅速，酶合成调节间接而缓慢。
(3)从调节机制看：酶合成调节是基因水平调节，它调节控制酶合成；酶活性调节是代谢调节，它调节酶活性。
联系：
细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确地控制代谢的正常进行。
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