如何解除生物代谢中的反馈抑制

1. 如何利用代谢调控提高微生物发酵产物的产量

一般改变微生物代谢调节的方法有如下几种:

第一种 是采用物理化学诱变，获得营养缺陷型

第二种方法是应用抗反馈调节突变法。

第三种就是控制发酵条件，改变细胞的渗透性。

一、应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节

这是氨基酸生产菌育种的最有效的办法。营养缺陷型是指某菌种失去合成某种物质的能力，即合成途径中某一步发生突变，使合成反应不能完成，最终产物不能积累到引起反馈调节的浓度，从而有利于中间产物的积累。例如，用高丝氨酸缺陷型生产菌进行赖氨酸发酵。一般在形成赖氨酸的过程中有3种产物生成，只有赖氨酸和苏氨酸都达到一定浓度时，才能形成反馈抑制，从高丝氨酸切断这两个分支后，不能形成苏氨酸，也就不能形成反馈抑制。最后使赖氨酸的大量积累，这是打破代谢调节的第一种方法。

在直线式的合成途径中，营养缺陷型突变株只能累积中间代谢物而不能累积最终代谢物。

在分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使某一分支途径的末端产物得到累积。

二、应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节

抗反馈调节突变菌株，指对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型菌株，或兼而有之的菌株。在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是反馈抑制和阻遏已同时解除，所以能分泌大量的末端代谢产物。

例如，当把（钝齿棒杆菌）培养在含苏氨酸和异

亮氨酸的结构类似物AHV（α-氨基-β-羟基戊酸）的培养基上时，由于AHV可干扰该菌高丝氨酸脱氢酶、苏氨酸脱氢酶以及二羧酸脱水酶，所以抑制了该菌的正常生长。如果采用诱变（如用亚硝基胍作为诱变剂）后所获得的抗AHV突变株进行发酵，就能分泌较多的苏氨酸和异亮氨酸。这是因为，该突变株的高丝氨酸脱氢酶或苏氨酸脱氢酶和二羧酸脱水酶的结构基因发生了突变，故不再受苏氨酸或异亮氨酸的反馈抑制，于是有大量的苏氨酸和异亮氨酸的累积。如进一步再选育出甲硫氨酸缺陷型菌株，则其苏氨酸产量还可进一步提高，原因是甲硫氨酸合成途径上的两个反馈阻遏也被解除了。

三、控制细胞膜的渗透性

微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。 细胞内的代谢产物高浓度累积着，并自然地通过反馈阻遏限制了它们的进一步合成。采取生理学或遗传学方法，改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。这种解除末端产物反馈抑制作用的菌株，可以提高发酵产物的产量。

1．通过生理学手段控制细胞膜的渗透性在谷氨酸发酵生产中，生物素的浓度对谷氨酸的累积有着明显的影响，只有把生物素的浓度控制在亚适量情况下，才能分泌出大量的谷氨酸。

生物素影响细胞膜渗透性的原因，是由于它是脂肪酸生物合成中乙酰CoA羧化酶的辅基此酶可催化乙酰CoA的羧化并生成丙二酸单酰辅酶A，进而合成细胞膜磷脂的主要成分——脂肪酸。因此，控制生物素的含量就可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的透性和影响谷氨酸的分泌。当培养液内生物素含量很高时，只要添加适量的青霉素也有提高谷氨酸产量的效果。其原因是青霉素可抑制细菌细胞壁肽聚糖合成中转肽酶的活性，结果引起其结构中肽桥间无法进行交联，造成细胞壁的缺损。这种细胞的细胞膜在细胞膨压的作用下，利于代谢产物的外渗，并因此降低了谷氨酸的反馈抑制和提高了产量。

2．通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性应用谷氨酸产生菌的油酸缺陷型菌株，在限量添加油酸的培养基中，也能因细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸的产量。这是因为油酸是一种含有一个双键的不饱和脂肪酸（十八碳烯酸），它是细菌细胞膜磷脂中的重要脂肪酸。油酸缺陷型突变株因其不能合成油酸而使细胞膜缺损。另一种可以利用石油发酵产生谷氨酸的（解烃棒杆菌）的甘油缺陷型突变株，由于缺乏a-磷酸甘油脱氢酶，故无法合成甘油和磷脂。其细胞内的磷脂含量不到亲株含量的一半，但当供应适量甘油（200μg/ml）时，菌体即能合成大量谷氨酸（72g/L），且不受高浓度生物素或油酸的干扰。

2. 简述生物体内代谢调节的几种主要方式

根据生物的进化程度不同，代谢调节大体上可分神经、激素和酶三个水平，而最原始、也最基本的是酶水平的调节。神经和激素水平的调节最终也通过酶起作用。
酶水平代谢调节主要有两种类型：一种是通过激活或抑制酶的催化活性，另一种是通过控制酶合成或降解的量。有下列几种重要方式:
1、别构调节
代谢途径的速率和方向主要依赖调节酶的量和活性，必需的不可逆反应是控制部位。代谢途径中第一个不可逆反应常是重要的控制因素，催化这些关键步骤的酶属于别构酶。这类酶是复杂的寡聚蛋白质，含有好几个亚基，它们除含催化部位外，还含有调节部位。一定的效应物与调节部位结合后可改变酶分子的构象，进而影响其催化活性。对酶的催化活性起激活作用的效应物称作正效应物，起抑制作用的为负效应物。效应物可以是底物、产物、代谢途径的终产物、核苷酸类化合物等。调节分解代谢的别构酶可被正效应物ADP或AMP激活而被负效应物ATP抑制。别构调节是最迅速的代谢调节方式，其中以终产物对代谢序列反应中早期步骤的抑制作用（反馈抑制）最为常见；如大肠杆菌中异亮氨酸抑制催化其合成代谢系列反应第一个步骤的酶。一条代谢途径中的别构酶也可对其他代谢途径的中间物或产物作出反应，不同酶系统的速度能用这种方式互相协调。
2、共价修饰
对酶分子的化学结构进行修饰也可影响酶的催化活性，其中最重要的是侧链羟基的磷酸化。例如，在糖原降解代谢中很重要的糖原磷酸化酶有a、b两种类型。a型有充分的催化活性，b型几乎没有催化活性。b型酶经蛋白激酶的作用在酶分子中某一特定的丝氨酸羟基上引入一个磷酸基，就转变为a型。a型经蛋白磷酸酶水解脱去磷基团又可恢复成低活性的b型。生物可通过蛋白激酶和磷酸酶的作用影响磷酸化酶的活性，进而调节糖原的降解，蛋白激酶的活化又要经过几个步骤。所以，这种调节方式有放大效应，十分敏感；很少的信号物质便可产生迅速而巨大的效应。如肾上腺素刺激糖原的降解。
3、酶量调节
调节酶的合成和分解也受到调控。主要方式是调控酶的合成量。这是激活或阻止酶基因表达的结果。如大肠杆菌通常以葡萄糖为碳源，在培养基中仅有乳糖而无葡萄糖时，乳糖可诱导大肠杆菌产生能分解乳糖为半乳糖和葡萄糖的β-半乳糖苷酶，从而使乳糖得以利用（见操纵子）。高等生物也有这种能力，如在饥饿状态下糖异生途径较活跃，此时该代谢途径中丙酮酸羟化酶的合成量增加了10倍。
4、区域化
真核细胞含有膜包裹着的多种细胞器，使各种酶和酶系被隔离在细胞的不同区域。如糖酵解、戊糖磷酸途径和脂肪酸合成的酶系存在于胞液中；而脂肪酸氧化、三羧酸循环和氧化磷酸化等过程在线粒体中进行。像糖异生和尿素合成这些过程又依赖胞液和线粒体两个区域中的反应相互影响。一些特定分子的命运依赖它们存在于胞液还是线粒体中；因此，它们穿过线粒体内膜的转运常被调节。例如，输入线粒体的脂肪酸比在胞液中酯化或输出的脂肪酸降解得更迅速。

3. 如何解除生物代谢中的反馈抑制

减少环境中的代谢产物，代谢产物减少了就不会反馈抑制了！

4. 什么叫反馈抑制

反馈抑制（feedbackinhibition）：是指最终产物抑制作用，即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的酶的活性调节，所引起的抑制作用。反馈抑制与反馈阻遏的区别在于：反馈阻遏是转录水平的调节，产生效应慢，反馈抑制是酶活性水平调节，产生效应快。此外，前者的作用往往会影响催化一系反应的多个酶，而后者往往只对是一系列反应中的第一个酶起作用。多价反馈抑制
分支代谢途径中的多个终产物每一个单独过量时对共同途径中较早的一个酶不产生抑制作用，因而并不影响整个代谢进度，只有多个终产物同时过量才会对关键酶产生抑制作用。

协同反馈抑制
协同反馈抑制与多价反馈抑制相同的是要多个终产物同时过量才会对关键酶产生抑制作用。两者的不同点单一终产物过量时协同反馈抑制会抑制分支上的第一个酶，但不影响其它代谢。

累积反馈抑制
多个终产物中任何一个过量都能单独的部分抑制共同途径中的关键酶，但要达到最大抑制效果，必须要多个终产物同时过量，各终产物的反馈抑制有累积作用。

增效反馈抑制
任何一个终产物过量时，仅部分抑制共同途径关键酶的活性，多个终产物过量时，可引起强烈抑制，其抑制程度大于各产物单独过量时抑制效果的总和。

顺序反馈抑制
终产物通过在过量时抑制各自支路上的第一个酶使之前的中间产物堆积，间接抑制共同途径的关键酶。

5. 说明反馈调节过程

所谓反馈，就是系统的输出变成了决定系统未来功能的输入；一个系统，如果其状态能够决定输入，就说明它有反馈机制的存在。要使反馈系统能起控制作用，系统应具有某个理想的状态或位置点，系统就能围绕位置点而进行调节。反馈分为正反馈和负反馈。负反馈控制可使系统保持稳定，正反馈使偏离加剧。在中学生物学里，反馈调节的方式涉及多个方面。

一、生态系统中抵抗力稳定性的反馈调节

生态系统抵抗力稳定性是指生态系统具有抵抗外界干扰并使得自身的结构和功能保持原状的能力。这种能力是通过自身的自动调节能力实现的，这种自动调节的能力是通过生态系统内部的反馈机制来实现的，包括负反馈机制和正反馈机制。例如，在生物生长过程中个体越来越大，在种群持续增长过程中，种群数量不断上升，这都属于正反馈。正反馈也是有机体生长和存活所必需的。但是，正反馈不能维持稳态，要使系统维持稳态，只有通过负反馈控制。

1、负反馈

负反馈是比较常见的一种反馈，它的作用是能够使生态系统保持相对稳态。反馈的结果是抑制或减弱最初发生变化的那种成分所发生的变化。例如，草原上的草食动物因为迁入而增加，植物就会因为受到过度啃食而减少，植物数量减少以后，反过来就会抑制动物的数量。同样，当草原上的兔子数量增多的时候，植被迅速减少造成兔的食物不足，这时食兔动物(如狐、鹰等)有了丰富的食物来源，数量随之增加。由于食物不足和天敌数量增加，就会使兔的数量下降，从而减轻了对植物的压力，植物数量得以恢复。 由于生态系统具有负反馈的自我调节机制，所以在通常情况下，生态系统会保持自身的生态平衡。

2、正反馈

正反馈是一种比较少见的反馈，其作用正好与负反馈调节相反，即生态系统中某一成分的变化所引起的其他一系列变化，反过来加速最初发生变化的成分所发生的变化，因此正反馈调节的作用往往是使生态系统远离稳态。在自然生态系统中正反馈的实例不多，常见的例子是一个湖泊受到了污染，鱼类的数量就会因为死亡而减少，鱼体死亡腐烂后又会进一步力加重污染并引起更多的鱼类死亡。

因此生态系统稳态的维持，主要是通过负反馈来调节实现的。由于正反馈机制的存在，提醒我们不能轻易地破坏生态系统的稳态。

二、微生物代谢中酶活性的反馈调节

微生物代谢的调节机制主要有两种：酶合成调节机制和酶活性调节机制。酶活性调节又包括酶活性的激活和抑制两个方面。酶活性的抑制主要是反馈抑制，它主要表现在某个代谢途径的末端产物(即最终产物)过量时，这个产物会反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性，促使整个反应过程减慢或停止，从而避免了末端产物的过多累积。反馈抑制具有作用直接、高效快速以及当末端产物浓度降低时又可重新解除等优点。如谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸过程中的调节机制。

三、动物激素分泌的反馈调节

在大脑皮层的影响下，下丘脑可以通过垂体分泌一种激素(如促甲状腺激素)来调节和控制某些内分泌腺(如甲状腺)中某激素(如甲状腺激素)的合成和分泌；而某激素进入血液后，其浓度的高低又可以反过来调节下丘脑和垂体中有关激素的合成和分泌。这种调节作用叫做反馈调节。如果这种反馈调节是促进原来激素的分泌，叫做正反馈；如果这种反馈调节是抑制原来激素的分泌，就叫做负反馈(上述例子是负反馈调节)。其中以负反馈较为明显。通过反馈调节作用，血液中的激素能够经常维持在正常的相对稳定的水平。正反馈与负反馈都是适应机体需要的激素分泌调节的一种重要形式。

6. 只有少数物质代谢途径采用反馈抑制进行调节对吗

反馈抑制（feedback inhibition），是指最终产物抑制作用，即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的酶的活性调节，所引起的抑制作用。

7. 如何弱化反馈抑制,增加反馈阻遏

微生物发酵通常是微生物的代谢控制过程。在这个过程中，对特定代谢链中关键反应的关键酶活性的控制有反馈阻遏和反馈抑制两种方式。反馈阻遏与反馈抑制通常也是共同作用的。
反馈抑制是通过变构效应物（通常是反应产物）与酶的变构中心结合，改变了酶的活性中心结构，从而降低－甚至抑制－了酶的活性，使反应停止。
而反馈阻遏则是通过反应产物与mRNA或rRNA（记不起来了）结合，阻止了酶分子的合成，从而减少了酶的产量，使反应速率下降，并最终停止。
可以说，反馈抑制是“短期行为”，没有从根本上解决问题。而反馈阻遏则是“长期行为”，是“釜底抽薪”，是从根本上截断了反应链条。
解除反应产物对关键反应中关键酶的反馈阻遏，是提高发酵产物产量的关键因素之一。

8. 如何避开固有的反馈调节方法

微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。采取生理学或遗传学方法，可以改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外，这种解除末端产物反馈抑制作用的菌株，可以提高发酵产物的产量。

9. 名词解释反馈抑制

哪门学科的要说明啊.
在生物化学里,反馈抑制指催化一个代谢途径中前面反应的酶受到同一途径的终产物抑制的现象.
生理学里,指受控部分发出反馈信息，抑制或减弱了控制部分的活动。

10. 微生物的反馈抑制有哪几种类型

同工酶反馈抑制：在分支途径中的第一个酶有几种结构不同的一组同工酶，每一种代谢终产物只对一种同工酶具有反馈抑制作用，只有当几种终产物同时过量时，才能完全阻止反应的进行。

协同反馈抑制：在分支代谢途径中，几种末端产物同时都过量，才对途径中的第一个酶具有抑制作用。若某一末端产物单独过量则对途径中的第一个酶无抑制作用。

累积反馈抑制：在分支代谢途径中，任何一种末端产物过量时都能对共同途径中的第一个酶起抑制作用，而且各种末端产物的抑制作用互不干扰。当各种末端产物同时过量时，它的抑制作用累加。

顺序反馈抑制：分支代谢途径中的两个末端产物，不能直接抑制代谢途径中的第一个酶，而是分别抑制分支点后的反应步骤，造成分支点上中间产物的积累，这种高浓度的中间产物再反馈抑制第一个酶的活性。因此，只有当两个末端产物都过量时，才能对途径中的第一个酶起到抑制作用。