Carbon and Nitrogen Regulation in Gram-Positive Bacteria pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:S Karger Pub

作者:Tigemeyer, F.

出品人:

页数:155

译者:

出版时间:

价格:348.00 元

装帧:Pap

isbn号码:9783805582414

丛书系列:

图书标签:

• Carbon metabolism
• Nitrogen metabolism
• Gram-positive bacteria
• Bacterial physiology
• Regulation
• Microbiology
• Molecular biology
• Gene regulation
• Environmental microbiology
• Biochemistry

生命之基石：细胞生长与代谢的精密调控 在浩瀚的生命科学领域，对生命体如何维持自身运作、如何感知外界环境并做出适宜反应的研究，始终是核心议题。其中，细胞的生长与代谢活动，作为生命最根本的体现，其背后的调控机制更是吸引了无数科研工作者的目光。本书旨在深入剖析这一宏大主题，聚焦于细胞生长与代谢过程中至关重要的两大元素——能量代谢和碳氮平衡——是如何被精妙地感知、传递和调控的。我们将从基础的分子机制出发，层层递进，揭示微生物，特别是那些对人类健康、工业生产和环境变化具有深远影响的细菌，如何通过复杂的信号网络，精确管理其内部资源，应对外部挑战，最终实现生存与繁衍。 第一章：能量代谢的精妙奏鸣曲 能量是生命活动赖以生存的驱动力。细胞获取和利用能量的过程，即能量代谢，是一个高度有序且精密的生化过程。本章将首先勾勒出细菌能量代谢的宏观图景，介绍主要的能量获取途径，如糖酵解、三羧酸循环和氧化磷酸化，并深入探讨这些途径中关键酶的活性如何受到严格的调控。我们将重点关注能量状态感知信号，如ATP/ADP比例、NADH/NAD+比值等，以及这些信号如何被细胞内的传感器蛋白识别。 随后，我们将聚焦于能量代谢调控的核心分子机制。例如，转录因子如何响应能量信号，调控参与能量代谢途径相关基因的表达；变构酶如何通过底物或产物的结合，快速调整其催化活性；以及能量代谢中间产物如何作为信号分子，影响下游的代谢通路。我们将通过具体的案例，例如大肠杆菌在不同营养条件下的能量代谢切换，阐释这些调控机制的协同作用，以及它们如何确保细胞在资源有限的情况下，依然能够高效地产生能量，维持基本生命活动。 此外，本章还将探讨能量代谢与细胞生长之间的紧密联系。能量的供给直接影响到细胞生物合成能力，从而决定了细胞的生长速率。我们将分析能量信号如何影响DNA复制、蛋白质合成等关键的生长过程，以及细胞如何通过调控能量代谢来适应不同的生长环境，例如在低氧或高糖环境中，细胞会启动特定的代谢途径来优化能量的获取。 第二章：碳源利用与同化：生命的基石构建 碳是构成所有有机生命体的基本元素，碳源的有效利用和同化是细胞生长和生存的基石。本章将详细阐述细菌如何识别并高效地吸收和代谢各种碳源，从简单的糖类到复杂的碳水化合物。我们将深入研究碳源转运蛋白的结构与功能，以及它们如何根据细胞内外的碳源浓度，调控碳源的摄取速率。 随后，我们将聚焦于碳源代谢途径的多样性。不同种类的细菌会发展出独特的碳源代谢策略，以适应其生存的微环境。我们将介绍常见的碳源代谢途径，如戊糖磷酸途径、果糖二磷酸途径等，并重点分析这些途径中关键酶的调控机制。例如，乳糖操纵子是如何在大肠杆菌中被精确调控，以响应乳糖的存在和细胞的能量状态；以及蔗糖的降解和利用如何在其他细菌中被协同管理。 本章还将探讨碳源利用与细胞生长之间的直接关系。细胞需要充足的碳源来提供能量，同时也是合成细胞组分（如核酸、蛋白质、脂质）的碳骨架。我们将分析细胞如何通过监测细胞内碳源代谢中间产物的水平，来调控下游生物合成途径的开启与关闭，从而实现碳元素的精准分配和高效利用。例如，当葡萄糖被大量利用时，其代谢产物如何激活脂肪酸合成通路，为细胞膜的构建提供原料。 第三章：氮源感知与同化：生命的灵魂之舞 氮元素是核酸、蛋白质和许多其他重要生物分子的核心组成部分，其在细胞生长和功能维持中的作用不言而喻。本章将深入探讨细菌如何感知环境中氮源的存在和丰度，并对其进行高效的同化。我们将介绍主要的氮源，如氨、硝酸盐、亚硝酸盐、尿素和氨基酸，以及它们是如何被细胞吸收和利用的。 随后，我们将聚焦于氮源同化途径的关键酶和信号转导系统。例如，氨的固定是细菌氮代谢的核心环节，我们将详细介绍谷氨酰胺合成酶（GlnA）和其他固定酶的作用机制，以及它们如何受到细胞内氮状态的调控。我们将深入分析GS/GOGAT系统，阐述其在氨的同化和氮平衡维持中的关键作用。 本章还将重点关注氮源感知系统，特别是氨信号转导系统（如NRII/NRI体系）。我们将揭示这些系统如何通过蛋白质磷酸化/去磷酸化等方式，将外部的氮源信号传递到细胞内部，进而调控与氮代谢相关的基因表达。例如，当细胞内氨浓度升高时，转录因子NRI的活性会被抑制，从而降低对氨合成酶的表达需求。 最后，本章将探讨氮源的有效利用与细胞的生长和分化之间的紧密联系。充足的氮源是合成蛋白质和核酸的前提，直接影响细胞的生长速率和生物量。我们将分析氮源供应如何影响转录、翻译等过程，以及细胞如何通过优化氮源的分配，来满足其在不同生长阶段的需求。 第四章：碳氮耦合：生命网络的精密平衡 细胞的生存和生长并非孤立地处理碳和氮，而是需要将二者的代谢过程进行精密的耦合与协调。本章将聚焦于碳源和氮源代谢之间的相互作用，以及它们如何共同调控细胞的生长与分化。我们将深入探讨，当碳源和氮源供应不平衡时，细胞会采取哪些策略来应对。 例如，当碳源充足但氮源匮乏时，细胞可能会抑制蛋白质的合成，将能量用于储存碳源，以备后续氮源可用时使用。反之，当氮源充足但碳源匮乏时，细胞可能会优先利用现有的碳源进行能量产生，并降低蛋白质的合成速率。我们将通过具体的案例，如碳氮比（C/N ratio）如何影响细菌的生长模式和代谢输出，来阐释这种耦合调控的重要性。 本章还将深入研究，碳氮代谢的信号通路是如何相互交织和影响的。例如，某些转录因子可能同时响应碳源和氮源的信号，从而协同调控多个代谢基因的表达。我们还将探讨，一些重要的代谢中间产物，如乙酰-CoA或α-酮戊二酸，是如何同时参与到碳源和氮源的代谢途径中，并作为“汇聚点”，协调二者的流动。 此外，我们将讨论碳氮耦合在细菌适应环境变化中的作用。在资源动态变化的生态环境中，细菌需要具备高度的灵活性，以在不同的碳氮供应条件下维持生存。我们将分析，细胞如何通过调节其代谢途径的“开关”，来应对外界环境的快速变化，例如在饥饿期和生长期的代谢转换。 第五章：信号转导与基因调控：生命指令的传递与执行 细胞并非被动地响应外界环境，而是通过复杂的信号转导网络，将环境信息转化为内部的生理反应。本章将深入探讨，细胞是如何感知、传递和整合碳源和氮源相关的信号，并最终调控基因表达，以实现精准的生长和代谢控制。 我们将重点介绍，参与碳氮代谢信号转导的关键蛋白家族，例如激酶、磷酸酶、信号传导蛋白以及转录因子。我们将详细解析，这些蛋白如何通过磷酸化、去磷酸化、构象变化等机制，将外部信号逐级传递，并最终影响目标基因的转录活性。例如，我们将深入剖析，如何感应胞内ATP水平和ATP/ADP比值的腺苷酸环化酶，以及它如何通过cAMP的产生来影响下游的碳源代谢基因表达。 本章还将详细阐述，转录因子在碳氮调控中的核心作用。我们将介绍，不同类型的转录因子（如DNA结合蛋白、转录激活因子、转录抑制因子）是如何识别其目标DNA序列，并精确地调控相关基因的转录。例如，我们将以lac操纵子和trp操纵子为例，详细解析诱导型和阻遏型操纵子的工作原理，以及它们如何响应环境中的诱导物或阻遏物。 此外，我们还将探讨，不同的信号转导通路是如何相互作用和整合的。细胞通常拥有多个平行的信号转导网络，这些网络之间可能存在交叉对话，从而实现对复杂环境信号的综合判断。我们将分析，这些信号网络的整合如何确保细胞在面临多重刺激时，能够做出最有利的生理反应。 第六章：微生物生长与代谢调控的意义与展望 本章将对全书内容进行总结，并展望微生物生长与代谢调控研究的未来发展方向。我们将回顾碳和氮元素在细胞生命活动中的核心地位，以及它们如何通过精密的调控机制，确保细胞的生存、生长和繁衍。 我们将强调，对微生物生长与代谢调控的深入理解，不仅具有重要的基础科学意义，更具有巨大的应用价值。例如，在生物技术领域，通过优化微生物的代谢途径，可以提高目标产物的产量，如抗生素、酶制剂、生物燃料等。在农业领域，深入了解土壤微生物的碳氮代谢，有助于改良土壤肥力，提高作物产量。在医学领域，对病原微生物的碳氮代谢进行研究，可以为开发新的抗菌药物提供靶点。 最后，我们将探讨当前研究面临的挑战和未来的发展方向。例如，如何开发更精密的工具来实时监测细胞内碳氮代谢的变化；如何利用计算生物学和系统生物学的方法，构建更全面的微生物代谢模型；以及如何利用合成生物学技术，设计和改造微生物，以实现特定的功能。本章将激励读者，继续探索生命奥秘，为人类的健康和可持续发展做出贡献。

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