1 Znajomość metabolizmu podstawą planowania procesu biotechnologicznegoMetabolizm pierwotny

2 Katabolizm Główne szlaki kataboliczne jako źródła prekursorówdla biosyntezy składników biomakromolekuł

3 Katabolizm głównych źródeł węgla Glikoliza (szlak EMP),cykl Krebsa, łańcuch oddechowy Glikoliza: Glukoza + 2 NAD+ 2 ADP + 2 Pi  2 pirogronian + 2 NADH + 2 ATP EMP szlak Embdena-Meyerhofa-Parnasa

4 Szlak pentozofosforanowy

5 Szlak Entnera-Doudoroffa

6 Cykl Krebsa

7 Reakcje anaplerotyczne – uzupełnianie puli szczawiooctanupirogronian + CO2 + ATP  szczawiooctan + ADP + Pi PEP + CO2 + ADP  szczawiooctan + ATP

8 Reakcje anaplerotyczne – cykl glioksalanowy

9 Katabolizm alternatywnych źródeł węglawęglowodory aromatyczne

10 Katabolizm alternatywnych źródeł węglakwasy tłuszczowe Reakcje anaplerotyczne: Glicerol  glicerolo-P aldehyd-3-P

11 Katabolizm alternatywnych źródeł węglaaminokwasy

12 Reakcje przyswajania źródeł azotu

13 Alternatywny łańcuch przenoszenia elektronów

14 Bilans energetyczny Glikoliza 2 ATP 2 NADH  1,5 ATP 3 Dehydrogenaza pirogronianowa NADH  2,5 ATP 5 Cykl Krebsa NADH  3  2,5 ATP FADH  1  1,5 ATP 3 ATP  2 ATP 30 W warunkach beztlenowych tylko 2 mole ATP z glikolizy

15

16 Produkty metabolizmu beztlenowego w różnych drobnoustrojachReakcje prowadzące do odtworzenia NADH są zaznaczone jako R

17 Alternatywne szlaki fermentacji beztlenowej

18 Anabolizm - biosyntezaAnabolizm pierwotny i wtórny

19 Etapy ekspresji genu

20 Regulacja ekspresji genu przez białka regulatorowe

21 Główne mechanizmy regulacji transkrypcji genów kodujących enzymy metabolizmu podstawowego Katabolizm: indukcja substratowa Substrat lub jego metabolit działa jako induktor lub efektor pozytywny aktywatora. Regulacja dotyczy szlaku katabolizmu danego substratu represja kataboliczna Łatwiej przyswajalne żródło węgla lub efektor syntezowany w komórce w jego obecności działa jako korepresor lub efektor negatywny aktywatora. Regulacja dotyczy szlaku katabolizmu trudniej przyswajalnego źródła węgla represja azotowa j.w., ale dotyczy szlaku przyswajania źródła azotu. Dotyczy także białek transportowych Anabolizm: - represja końcowym produktem szlaku końcowy produkt szlaku działa jako korepresor lub efektor negatywny aktywatora. Dotyczy szlaku biosyntezy atenuacja mechanizm specyficzny dla drobnoustrojów prokariotycznych

22 Diauksja – dwufazowość wzrostu drobnoustrojów w obecności dwóch źródeł węgla Produkcja penicyliny przez Penicillum chrysogenum

23 Regulacja ekspresji genów operonu lac

24 Represja katabolicznaIndukcja substratowa Represja kataboliczna A – Struktura regionu operatorowego B – Nie ma induktora. Represor blokuje transkrypcję, która nie może się rozpocząć pomimo obecności aktywatora związanego z efektorem (CRP:cAMP) C – Obecność induktora, a w efekcie odblokowanie represji nie wystarcza do indukcji ekspresji genu, jeżeli brak aktywacji D – Dopiero jednoczesna aktywacja i brak represji umożliwiają rozpoczęcie transkrypcji

25 Represja kataboliczna

26 Atenuacja Regulacja ekspresji operonu tryptofanowego poprzez atenuację

27 Sprzężenie energetyczne metabolizmu1. Ładunek energetyczny adenylanu 2. Efekt Pasteura U drobnoustrojów względnie anaerobowych , wydajność biomasy jest dużo większa w obecności tlenu, który hamuje fermentację alkoholową. Mechanizm: hamowanie glikolizy przez ATP i cytrynian 3. Efekt Crabtree W hodowlach tlenowych następuje częściowe hamowanie oddychania przy bardzo dużych stężeniach glukozy

28 Katabolizm glukozy – mechanizmy regulacyjne