如何解除生物代謝中的反饋抑制

1. 如何利用代謝調控提高微生物發酵產物的產量

一般改變微生物代謝調節的方法有如下幾種:

第一種 是採用物理化學誘變，獲得營養缺陷型

第二種方法是應用抗反饋調節突變法。

第三種就是控制發酵條件，改變細胞的滲透性。

一、應用營養缺陷型菌株以解除正常的反饋調節

這是氨基酸生產菌育種的最有效的辦法。營養缺陷型是指某菌種失去合成某種物質的能力，即合成途徑中某一步發生突變，使合成反應不能完成，最終產物不能積累到引起反饋調節的濃度，從而有利於中間產物的積累。例如，用高絲氨酸缺陷型生產菌進行賴氨酸發酵。一般在形成賴氨酸的過程中有3種產物生成，只有賴氨酸和蘇氨酸都達到一定濃度時，才能形成反饋抑制，從高絲氨酸切斷這兩個分支後，不能形成蘇氨酸，也就不能形成反饋抑制。最後使賴氨酸的大量積累，這是打破代謝調節的第一種方法。

在直線式的合成途徑中，營養缺陷型突變株只能累積中間代謝物而不能累積最終代謝物。

在分支代謝途徑中，通過解除某種反饋調節，就可以使某一分支途徑的末端產物得到累積。

二、應用抗反饋調節的突變株解除反饋調節

抗反饋調節突變菌株，指對反饋抑制不敏感或對阻遏有抗性的組成型菌株，或兼而有之的菌株。在這類菌株中，因其反饋抑制或阻遏已解除，或是反饋抑制和阻遏已同時解除，所以能分泌大量的末端代謝產物。

例如，當把（鈍齒棒桿菌）培養在含蘇氨酸和異

亮氨酸的結構類似物AHV（α-氨基-β-羥基戊酸）的培養基上時，由於AHV可干擾該菌高絲氨酸脫氫酶、蘇氨酸脫氫酶以及二羧酸脫水酶，所以抑制了該菌的正常生長。如果採用誘變（如用亞硝基胍作為誘變劑）後所獲得的抗AHV突變株進行發酵，就能分泌較多的蘇氨酸和異亮氨酸。這是因為，該突變株的高絲氨酸脫氫酶或蘇氨酸脫氫酶和二羧酸脫水酶的結構基因發生了突變，故不再受蘇氨酸或異亮氨酸的反饋抑制，於是有大量的蘇氨酸和異亮氨酸的累積。如進一步再選育出甲硫氨酸缺陷型菌株，則其蘇氨酸產量還可進一步提高，原因是甲硫氨酸合成途徑上的兩個反饋阻遏也被解除了。

三、控制細胞膜的滲透性

微生物的細胞膜對於細胞內外物質的運輸具有高度選擇性。 細胞內的代謝產物高濃度累積著，並自然地通過反饋阻遏限制了它們的進一步合成。採取生理學或遺傳學方法，改變細胞膜的透性，使細胞內的代謝產物迅速滲漏到細胞外。這種解除末端產物反饋抑製作用的菌株，可以提高發酵產物的產量。

1．通過生理學手段控制細胞膜的滲透性在谷氨酸發酵生產中，生物素的濃度對谷氨酸的累積有著明顯的影響，只有把生物素的濃度控制在亞適量情況下，才能分泌出大量的谷氨酸。

生物素影響細胞膜滲透性的原因，是由於它是脂肪酸生物合成中乙醯CoA羧化酶的輔基此酶可催化乙醯CoA的羧化並生成丙二酸單醯輔酶A，進而合成細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變細胞膜的成分，進而改變膜的透性和影響谷氨酸的分泌。當培養液內生物素含量很高時，只要添加適量的青黴素也有提高谷氨酸產量的效果。其原因是青黴素可抑制細菌細胞壁肽聚糖合成中轉肽酶的活性，結果引起其結構中肽橋間無法進行交聯，造成細胞壁的缺損。這種細胞的細胞膜在細胞膨壓的作用下，利於代謝產物的外滲，並因此降低了谷氨酸的反饋抑制和提高了產量。

2．通過細胞膜缺損突變而控制其滲透性應用谷氨酸產生菌的油酸缺陷型菌株，在限量添加油酸的培養基中，也能因細胞膜發生滲漏而提高谷氨酸的產量。這是因為油酸是一種含有一個雙鍵的不飽和脂肪酸（十八碳烯酸），它是細菌細胞膜磷脂中的重要脂肪酸。油酸缺陷型突變株因其不能合成油酸而使細胞膜缺損。另一種可以利用石油發酵產生谷氨酸的（解烴棒桿菌）的甘油缺陷型突變株，由於缺乏a-磷酸甘油脫氫酶，故無法合成甘油和磷脂。其細胞內的磷脂含量不到親株含量的一半，但當供應適量甘油（200μg/ml）時，菌體即能合成大量谷氨酸（72g/L），且不受高濃度生物素或油酸的干擾。

2. 簡述生物體內代謝調節的幾種主要方式

根據生物的進化程度不同，代謝調節大體上可分神經、激素和酶三個水平，而最原始、也最基本的是酶水平的調節。神經和激素水平的調節最終也通過酶起作用。
酶水平代謝調節主要有兩種類型：一種是通過激活或抑制酶的催化活性，另一種是通過控制酶合成或降解的量。有下列幾種重要方式:
1、別構調節
代謝途徑的速率和方向主要依賴調節酶的量和活性，必需的不可逆反應是控制部位。代謝途徑中第一個不可逆反應常是重要的控制因素，催化這些關鍵步驟的酶屬於別構酶。這類酶是復雜的寡聚蛋白質，含有好幾個亞基，它們除含催化部位外，還含有調節部位。一定的效應物與調節部位結合後可改變酶分子的構象，進而影響其催化活性。對酶的催化活性起激活作用的效應物稱作正效應物，起抑製作用的為負效應物。效應物可以是底物、產物、代謝途徑的終產物、核苷酸類化合物等。調節分解代謝的別構酶可被正效應物ADP或AMP激活而被負效應物ATP抑制。別構調節是最迅速的代謝調節方式，其中以終產物對代謝序列反應中早期步驟的抑製作用（反饋抑制）最為常見；如大腸桿菌中異亮氨酸抑制催化其合成代謝系列反應第一個步驟的酶。一條代謝途徑中的別構酶也可對其他代謝途徑的中間物或產物作出反應，不同酶系統的速度能用這種方式互相協調。
2、共價修飾
對酶分子的化學結構進行修飾也可影響酶的催化活性，其中最重要的是側鏈羥基的磷酸化。例如，在糖原降解代謝中很重要的糖原磷酸化酶有a、b兩種類型。a型有充分的催化活性，b型幾乎沒有催化活性。b型酶經蛋白激酶的作用在酶分子中某一特定的絲氨酸羥基上引入一個磷酸基，就轉變為a型。a型經蛋白磷酸酶水解脫去磷基團又可恢復成低活性的b型。生物可通過蛋白激酶和磷酸酶的作用影響磷酸化酶的活性，進而調節糖原的降解，蛋白激酶的活化又要經過幾個步驟。所以，這種調節方式有放大效應，十分敏感；很少的信號物質便可產生迅速而巨大的效應。如腎上腺素刺激糖原的降解。
3、酶量調節
調節酶的合成和分解也受到調控。主要方式是調控酶的合成量。這是激活或阻止酶基因表達的結果。如大腸桿菌通常以葡萄糖為碳源，在培養基中僅有乳糖而無葡萄糖時，乳糖可誘導大腸桿菌產生能分解乳糖為半乳糖和葡萄糖的β-半乳糖苷酶，從而使乳糖得以利用（見操縱子）。高等生物也有這種能力，如在飢餓狀態下糖異生途徑較活躍，此時該代謝途徑中丙酮酸羥化酶的合成量增加了10倍。
4、區域化
真核細胞含有膜包裹著的多種細胞器，使各種酶和酶系被隔離在細胞的不同區域。如糖酵解、戊糖磷酸途徑和脂肪酸合成的酶系存在於胞液中；而脂肪酸氧化、三羧酸循環和氧化磷酸化等過程在線粒體中進行。像糖異生和尿素合成這些過程又依賴胞液和線粒體兩個區域中的反應相互影響。一些特定分子的命運依賴它們存在於胞液還是線粒體中；因此，它們穿過線粒體內膜的轉運常被調節。例如，輸入線粒體的脂肪酸比在胞液中酯化或輸出的脂肪酸降解得更迅速。

3. 如何解除生物代謝中的反饋抑制

減少環境中的代謝產物，代謝產物減少了就不會反饋抑制了！

4. 什麼叫反饋抑制

反饋抑制（feedbackinhibition）：是指最終產物抑製作用，即在合成過程中有生物合成途徑的終點產物對該途徑的酶的活性調節，所引起的抑製作用。反饋抑制與反饋阻遏的區別在於：反饋阻遏是轉錄水平的調節，產生效應慢，反饋抑制是酶活性水平調節，產生效應快。此外，前者的作用往往會影響催化一系反應的多個酶，而後者往往只對是一系列反應中的第一個酶起作用。多價反饋抑制
分支代謝途徑中的多個終產物每一個單獨過量時對共同途徑中較早的一個酶不產生抑製作用，因而並不影響整個代謝進度，只有多個終產物同時過量才會對關鍵酶產生抑製作用。

協同反饋抑制
協同反饋抑制與多價反饋抑制相同的是要多個終產物同時過量才會對關鍵酶產生抑製作用。兩者的不同點單一終產物過量時協同反饋抑制會抑制分支上的第一個酶，但不影響其它代謝。

累積反饋抑制
多個終產物中任何一個過量都能單獨的部分抑制共同途徑中的關鍵酶，但要達到最大抑制效果，必須要多個終產物同時過量，各終產物的反饋抑制有累積作用。

增效反饋抑制
任何一個終產物過量時，僅部分抑制共同途徑關鍵酶的活性，多個終產物過量時，可引起強烈抑制，其抑製程度大於各產物單獨過量時抑制效果的總和。

順序反饋抑制
終產物通過在過量時抑制各自支路上的第一個酶使之前的中間產物堆積，間接抑制共同途徑的關鍵酶。

5. 說明反饋調節過程

所謂反饋，就是系統的輸出變成了決定系統未來功能的輸入；一個系統，如果其狀態能夠決定輸入，就說明它有反饋機制的存在。要使反饋系統能起控製作用，系統應具有某個理想的狀態或位置點，系統就能圍繞位置點而進行調節。反饋分為正反饋和負反饋。負反饋控制可使系統保持穩定，正反饋使偏離加劇。在中學生物學里，反饋調節的方式涉及多個方面。

一、生態系統中抵抗力穩定性的反饋調節

生態系統抵抗力穩定性是指生態系統具有抵抗外界干擾並使得自身的結構和功能保持原狀的能力。這種能力是通過自身的自動調節能力實現的，這種自動調節的能力是通過生態系統內部的反饋機制來實現的，包括負反饋機制和正反饋機制。例如，在生物生長過程中個體越來越大，在種群持續增長過程中，種群數量不斷上升，這都屬於正反饋。正反饋也是有機體生長和存活所必需的。但是，正反饋不能維持穩態，要使系統維持穩態，只有通過負反饋控制。

1、負反饋

負反饋是比較常見的一種反饋，它的作用是能夠使生態系統保持相對穩態。反饋的結果是抑制或減弱最初發生變化的那種成分所發生的變化。例如，草原上的草食動物因為遷入而增加，植物就會因為受到過度啃食而減少，植物數量減少以後，反過來就會抑制動物的數量。同樣，當草原上的兔子數量增多的時候，植被迅速減少造成兔的食物不足，這時食兔動物(如狐、鷹等)有了豐富的食物來源，數量隨之增加。由於食物不足和天敵數量增加，就會使兔的數量下降，從而減輕了對植物的壓力，植物數量得以恢復。 由於生態系統具有負反饋的自我調節機制，所以在通常情況下，生態系統會保持自身的生態平衡。

2、正反饋

正反饋是一種比較少見的反饋，其作用正好與負反饋調節相反，即生態系統中某一成分的變化所引起的其他一系列變化，反過來加速最初發生變化的成分所發生的變化，因此正反饋調節的作用往往是使生態系統遠離穩態。在自然生態系統中正反饋的實例不多，常見的例子是一個湖泊受到了污染，魚類的數量就會因為死亡而減少，魚體死亡腐爛後又會進一步力加重污染並引起更多的魚類死亡。

因此生態系統穩態的維持，主要是通過負反饋來調節實現的。由於正反饋機制的存在，提醒我們不能輕易地破壞生態系統的穩態。

二、微生物代謝中酶活性的反饋調節

微生物代謝的調節機制主要有兩種：酶合成調節機制和酶活性調節機制。酶活性調節又包括酶活性的激活和抑制兩個方面。酶活性的抑制主要是反饋抑制，它主要表現在某個代謝途徑的末端產物(即最終產物)過量時，這個產物會反過來直接抑制該途徑中第一個酶的活性，促使整個反應過程減慢或停止，從而避免了末端產物的過多累積。反饋抑制具有作用直接、高效快速以及當末端產物濃度降低時又可重新解除等優點。如谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸過程中的調節機制。

三、動物激素分泌的反饋調節

在大腦皮層的影響下，下丘腦可以通過垂體分泌一種激素(如促甲狀腺激素)來調節和控制某些內分泌腺(如甲狀腺)中某激素(如甲狀腺激素)的合成和分泌；而某激素進入血液後，其濃度的高低又可以反過來調節下丘腦和垂體中有關激素的合成和分泌。這種調節作用叫做反饋調節。如果這種反饋調節是促進原來激素的分泌，叫做正反饋；如果這種反饋調節是抑制原來激素的分泌，就叫做負反饋(上述例子是負反饋調節)。其中以負反饋較為明顯。通過反饋調節作用，血液中的激素能夠經常維持在正常的相對穩定的水平。正反饋與負反饋都是適應機體需要的激素分泌調節的一種重要形式。

6. 只有少數物質代謝途徑採用反饋抑制進行調節對嗎

反饋抑制（feedback inhibition），是指最終產物抑製作用，即在合成過程中有生物合成途徑的終點產物對該途徑的酶的活性調節，所引起的抑製作用。

7. 如何弱化反饋抑制,增加反饋阻遏

微生物發酵通常是微生物的代謝控制過程。在這個過程中，對特定代謝鏈中關鍵反應的關鍵酶活性的控制有反饋阻遏和反饋抑制兩種方式。反饋阻遏與反饋抑制通常也是共同作用的。
反饋抑制是通過變構效應物（通常是反應產物）與酶的變構中心結合，改變了酶的活性中心結構，從而降低－甚至抑制－了酶的活性，使反應停止。
而反饋阻遏則是通過反應產物與mRNA或rRNA（記不起來了）結合，阻止了酶分子的合成，從而減少了酶的產量，使反應速率下降，並最終停止。
可以說，反饋抑制是「短期行為」，沒有從根本上解決問題。而反饋阻遏則是「長期行為」，是「釜底抽薪」，是從根本上截斷了反應鏈條。
解除反應產物對關鍵反應中關鍵酶的反饋阻遏，是提高發酵產物產量的關鍵因素之一。

8. 如何避開固有的反饋調節方法

微生物的細胞膜對於細胞內外物質的運輸具有高度選擇性。採取生理學或遺傳學方法，可以改變細胞膜的透性，使細胞內的代謝產物迅速滲漏到細胞外，這種解除末端產物反饋抑製作用的菌株，可以提高發酵產物的產量。

9. 名詞解釋反饋抑制

哪門學科的要說明啊.
在生物化學里,反饋抑制指催化一個代謝途徑中前面反應的酶受到同一途徑的終產物抑制的現象.
生理學里,指受控部分發出反饋信息，抑制或減弱了控制部分的活動。

10. 微生物的反饋抑制有哪幾種類型

同工酶反饋抑制：在分支途徑中的第一個酶有幾種結構不同的一組同工酶，每一種代謝終產物只對一種同工酶具有反饋抑製作用，只有當幾種終產物同時過量時，才能完全阻止反應的進行。

協同反饋抑制：在分支代謝途徑中，幾種末端產物同時都過量，才對途徑中的第一個酶具有抑製作用。若某一末端產物單獨過量則對途徑中的第一個酶無抑製作用。

累積反饋抑制：在分支代謝途徑中，任何一種末端產物過量時都能對共同途徑中的第一個酶起抑製作用，而且各種末端產物的抑製作用互不幹擾。當各種末端產物同時過量時，它的抑製作用累加。

順序反饋抑制：分支代謝途徑中的兩個末端產物，不能直接抑制代謝途徑中的第一個酶，而是分別抑制分支點後的反應步驟，造成分支點上中間產物的積累，這種高濃度的中間產物再反饋抑制第一個酶的活性。因此，只有當兩個末端產物都過量時，才能對途徑中的第一個酶起到抑製作用。