2、固氮機制
只有在不含有化合態氮的培養基上生長，且提供ATP、還原力等條件下才能固氮。
總反應式： Mg2+
N2+6e+6H++12ATP 2NH3+12ADP+12Pi
固氮酶
固氮酶 組分Ⅰ：鉬鐵蛋白（MoFd）
組分Ⅱ：鐵蛋白（AzoFd)
都對氧極敏感，遇氧失活，需厭氧條件固氮。
固氮過程：
電子載體：鐵氧還蛋白（Fd），黃素氧還蛋白（Fld）也可以。
每步只傳遞2e，N2 2NH3需6e，連續三次。
固氮酶底物專一性不高，還能催化一些反應。
C2H2→C2H4，
N2O→N2+H2O，
HCN→CH4+NH3+CH3NH2，
2H+→H2。
其中C2H2→C2H4 ，可用氣相色譜檢測，可作為固氮系統存在的有效指標。
N2 2NH3去路：自生固氮菌不能儲存，也不分泌，很快同化；共生固氮菌分泌至根瘤細胞中為植物所利用。
（二）氨基酸合成
1、直接從培養基中吸收。
2、通過轉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
這類反應是由氨基移換酶催化而成。
3、微生物經氨化作用或經固氮作用生成的氨可以通過特定的反應來吸收生成新的氨基酸（氨同化作用）
α-酮戊二酸+NH3 谷氨酸脫氫酶 Glu +水
NH3+ATP Glu á-KD、PY、OA
Gln合成酶 轉移酶
ADP+Pi Gln Glu、Ala、Asp
4、從前體合成氨基酸。
按前體不同可將20種氨基酸為六組：
（一）3-磷酸甘油醛：絲氨酸、半胱氨酸、甘氨酸
（二）4-磷酸赤蘚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、纈氨酸
（四）α-酮戊二酸：谷氨酸、谷酰氨 脯氨酸、精氨酸、賴氨酸（真菌中）
（五）草酰乙酸：天冬氨酸 天冬酰氨 甲硫氨酸 蘇氨酸 異亮氨酸 賴氨酸（細菌）
（六）5-磷酸核酮糖+ATP：組氨酸
初生氨基酸：Ala, Glu, Asp, Gly，氨基化所生成的氨基酸。
次生氨基酸：以初生氨基酸為前體合成。
工業生產氨基酸
最初利用蛋白質水解法生產，1957年開始用發酵法生產。近年采用生化合成法：
1、酶轉化法
反丁烯二酸+NH3 Asp酶 L-Asp
丙酮酸+NH3+苯酚 Tyr酶 Tyr
2、完整細胞酶合成：選用酶活力高菌種，處理菌體使物質易透過。
DL-Ser+丙酮酸+苯酚 菌體 L- Tyr
丙酮酸+ NH3+吲哚 菌體 L-Trp
4節：代謝調控
代謝-生化反應-酶催化-基因編碼→基因調控
↓
環境因子影響 環境調控
代謝調節部位：真核和原核
合成調節：誘導合成、終產物阻遏、分解代謝物阻遏
酶
活性調節：反饋（終產物）抑制、酶活性共價修飾
一、主要調節機制
（一）酶的誘導合成
Karstrom 適應酶 Monod 誘導酶
組成酶 Cohn 組成酶
誘導劑不一定是底物，但底物大多數情況下是有效誘導劑。
誘導酶只在有誘導劑時才合成，除去誘導劑就停止。是全新合成，而不是原有酶的激活。
某些酶的誘導物
操縱子學說
Monod & Jacob, 1962
調節基因 操縱子
P R t P O z y a t
mRNA RNA多聚酶
無誘導物時，結合。
阻遏物 有誘導物時，脫落。
（二）終產物阻遏（反饋阻遏）
主要在合成代謝途徑中，終產物或其衍生物對該途徑上一個或多個酶形成的抑制作用。
如E. coli Met, Arg的合成。
機制：調節基因 原阻遏物（阻遏物蛋白）
與終產物結合時被激活，與操縱基因結合，阻止結構基因轉錄。終產物為輔阻遏物。屬于正調節。
（三）分解代謝物阻遏（葡萄糖效應）
Monod研究E. coli 對混合碳源利用，發現葡萄糖抑制其它糖利用，出現二次生長。
所有迅速代謝能源都能阻抑較慢代謝的能源所需酶的合成。酶的生成被易分解碳源所阻遏。此稱葡萄糖效應。
酶大多數是誘導酶。
葡萄糖效應并不是由葡萄糖直接造成，而是葡萄糖某種分解代謝物引起。
cAMP（環腺苷酸）是關鍵控制因子。
其與分解代謝物活化蛋白（CAP）結合，促使RNA多聚酶與啟動基因結合而開始轉錄。 cAMP濃度低時，影響結合，不能轉錄。
葡萄糖的某種代謝產物降低了cAMP水平，即使有誘導劑存在，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，才能開始轉錄、合成。
ATP 腺苷酸環化酶 cAMP 磷酸二酯酶 AMP
（四）反饋抑制
1、協同反饋抑制：終產物不能單獨抑制，要幾個終產物同時作用，合作抑制。如多粘芽孢桿菌的Asp族氨基酸合成。6-53
2、合作反饋抑制：兩種終產物同時存在，起著比一種大得多的抑制。 圖6-54
3、同工酶：多個酶催化同一個反應，分別受不同終產物抑制。圖6-51
如大腸桿菌的Asp族氨基酸合成，圖6-52
4、順序反饋抑制：代謝途徑中第一個酶不受終產物抑制，而受分支處中間產物抑制，終產物抑制引起中間產物積累，從而抑制第一個酶。圖6-57
如紅色假單胞菌的Ile合成。
5、積累反饋抑制：每一個終產物單獨、部分地抑制共同步驟的第一個酶，互不影響。圖6-55
如大腸桿菌的Gln合成酶受8個終產物抑制。圖6-56
調節位點（變構中心）
反饋抑制機制：變構酶
底物位點（活性中心）
（五）酶活性共價修飾
由一個修飾酶（活化酶）催化另一種酶起共價修飾的改變，從而改變后者活性。
酶-X 酶 + X （X：小分子化合物）
修飾酶
如大腸桿菌Gln合成酶：AMP與酶共價結合時（腺苷酰轉移酶催化）活性低，脫去AMP，活性高。
膠質假單胞菌檸檬酸裂解酶：乙酰化（有活性），脫乙酰化（無活性）
二、代謝調控應用
(一）在初級代謝產物生產上應用
反饋調節最重要，要繞過，方法如下：
1、降低末端產物濃度（應用營養缺陷型解除正常反饋調節）
單線途徑：應用營養缺陷型積累中間代謝物，采用低濃度終產物供給。
Ea Eb Ec
A B C D E
Ec 缺失，積累C，低濃度供給E。
分支途徑：積累末端產物。
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生產：高Ser缺陷型，圖6-62
肌苷酸生產：腺嘌呤缺陷型，圖6-63
2、篩選抗反饋突變株（解除反饋）
在含有抗代謝物的培養基中培養，篩選抗性突變株，其中一些可分泌大量末端產物。如對氨基Phe/Tyr, 7-氮雜Trp/Trp
3、控制細胞膜滲透性
通過生理學或遺傳學方法，改變膜透性，使胞內代謝物迅速滲漏到胞外，解除反饋抑制。
（二）在次級代謝產物生產上應用
次級代謝產物通常在細胞生長后期形成，主要是抗生素、毒素、甾體化合物等。在自然條件下，微生物產生次級產物能力一般不高，其生產也受代謝調控。
可通過誘變育種和控制環境條件來提高產量，但次級產物合成途徑比較復雜，許多還不清楚，因此關于次級產物合成的確實控制部位還大多不明。
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