第三节微生物代谢网络的离心板块

第三节微生物代谢网络的离心板块内容摘要：

2020/11/4 张星元：发酵原理 35 1．单糖的合成 ① 6磷酸葡萄糖（ G6P） 的合成 化能异养型微生物合成单糖的主要途径是葡萄糖异生成途径，用于合成 G6P的各种前体物质（ 如 TCA环的中间代谢物和生糖氨基酸 His、 Gly、 Ser、Glu、 Arg、 Asp、 Thr等 ），均汇集到这条途径合成 G6P。 2020/11/4 张星元：发酵原理 36 TCA 环的中间代谢物用于单糖合成时先被氧化为 OAA， 然后 OAA在 PEPCK（ 磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶）的催化下转变为 PEP， PEP 借助于替代磷酸果糖激酶（ PFK ） 的己糖二磷酸酯酶，逆 EMP途径而上而合成 G6P。 2020/11/4 张星元：发酵原理 37 一些氨基酸也可以作为合成 G6P的前体。 例如 Glu和 Asp分别经转氨酶转变成 αKG和 OAA， 然后经 PEP如上合成 G6P。 有些氨基酸如生酮氨基酸 Leu 降解后，生成 AcCoA， 后者经TCA 和 DCA联合途径合成 OAA， 然后合成 G6P。 脂肪酸经 β 氧化生成的AcCoA， 也经同样途径合成 G6P。 2020/11/4 张星元：发酵原理 38 G6P和 6磷酸果糖（ F6P ）、 1磷酸葡萄糖（ G1P） 这 3 种单磷酸己糖之间很容易通过葡萄糖磷酸变位酶（ G1P 和 G6P 之间 ） 和磷酸己糖异构酶（ G6P和 F6P之间）而实现相互转换。 因为这两种酶一般都过量存在，所以 3种单磷酸己糖处于一种平衡状态，构成“ 一个不可分割的代谢（物）库 ” （ a single metabolite pool ）。 这个代谢库可因生成 3 种单磷酸己糖中的任何一种而得到补充。 2020/11/4 张星元：发酵原理 39 ②糖核苷酸在细胞中的功能 糖核苷酸是单糖的另一种激活形式，它们在细胞中主要有两种功能。 一是为多糖合成提供糖基，二是为某些单糖的合成提供转换合成的机会。 2020/11/4 张星元：发酵原理 40 2．多糖的合成 碳水化合物存储物合成主要是以 UDP葡萄糖或 1磷酸葡萄糖为模块分子的。 这个模块分子也用于大肠杆菌和其它革兰阴性菌的脂多糖层的合成，和真菌的细胞壁多糖的合成。 在原核生物中作为葡萄糖基供体的糖核苷酸，在不同的合成反应中是不同的。 在合成糖原时，葡萄糖的供体是 ADPGlc（ 而在酵母中是 UDPGlc）， 在其它的场合，譬如肽聚糖和脂多糖的合成中，糖的供体都是UDP单糖。 2020/11/4 张星元：发酵原理 41 ⑵含氮化合物的合成 含氮有机化合物涉及的面很广，主要包括氨基酸、蛋白质系列和嘌呤、嘧啶、核苷、核苷酸、核酸系列，还有许多辅酶（如 NAD、 CoA、 ATP等等）也是含氮有机化合物。 NH3和 NH4+中氮原子的为 3价，细胞有机物中的氮原子也是 3价。 工业上应用的微生物能够利用 NH3和 NH4+， 以及糖代谢的代谢中间物合成它们所需要的全部氨基酸和其它含氮有机化合物。 2020/11/4 张星元：发酵原理 42 氨基酸的生物合成 氨基酸是合成蛋白质的分子模块，而且作为分子模块确实是细胞最常见的 20种 L氨基酸或氨基酰胺的主要功能。 然而，氨基酸也可作为合成其它分子的模块分子，参与重要次生代谢产物，如青霉素生物合成。 2020/11/4 张星元：发酵原理 43 从生物合成和代谢生理的角度出发，可以将组成蛋白质的 20种氨基酸及氨基酰胺分成 6 个族。 它们分别从中心途径的不同关键中间化合物衍生出来的。 谷氨酸族 天冬氨酸族 组氨酸族 2020/11/4 张星元：发酵原理 44 每种氨基酸生物合成的途径可在工具书中查到。 Singleton等编的 Dictionary of Microbiology and Molecular Biology （ 微生物学和分子生物学辞典）一书附录部分中可查到各种代谢途径。 也可以在以下网址查到： ① KEGG:Kyoto Encyclopaedia of Genes and Genomes ② ③ German National Centre for Information Technology homepage 2020/11/4 张星元：发酵原理 45 Glu 和 Gln 在氨基酸的生物合成中处于核心地位，是其它氨基酸合成过程中最活跃的氨基供体（ Ala、 Asp也常作为氨基供体，其自身可直接由对应的酮酸等与氨反应生成）。 因此，必须首先讨论谷氨酸和谷氨酰胺的合成问题。 2020/11/4 张星元：发酵原理 46 L谷氨酰胺在好几种含氮化合物的生物合成中都可作为氨（氮）的供体，是整个细胞的代谢中一个重要的“分支点”，谷氨酰胺合成酶活性受多个终端产物的抑制。 2020/11/4 张星元：发酵原理 47 谷氨酰胺合成酶是受严格的调控的：它受 L谷氨酰胺的阻遏，受到许多从 L谷氨酰胺出发的合成代谢途径的终端产物（如 AMP、 甘氨酸和 L组氨酸） 的抑制。 许多生物体 也可以利用硝酸盐或亚硝酸盐作为唯一的氮源，这些化合物在同化吸收前都要转化成氨。 2020/11/4 张星元：发酵原理 48 蛋白质合成中，氨基酸是原料，mRNA是蓝图，核糖体是合成机器，还需要 tRNA 作为氨基酸的运载工具，还需要一系列的酶和辅因子；蛋白质的合成是个消耗代谢能的过程。 2020/11/4 张星元：发酵原理 49 详细的合成过程在生物化学和分子生物学中已有叙述。 这里就所合成的蛋白质的。