第三章次级代谢产物的生物合成与调节.ppt

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1、内容回顾提高代谢产物的基本思想代谢工程2第三章次级代谢产物的生物合成与调节3第一节微生物次级代谢产物的概念4初级代谢是为生物提供能量、合成中间体及其关键大分子，如蛋白质、核酸等的各种相互关联的代谢网络(包括分解与合成)。一、初级代谢与次级代谢次级代谢次级代谢的概念是1958年由植物学家Rohland首先提出的，它把植物产生的与植物生长发育无关的某些特有的物质称为次级代谢产物，合成与利用的它们的途径为次级代谢。1960年微生物学家Bu,Lock把这一概念引入微生物领城。主要涉及合成过程，其终产物、次级代谢物对菌的生长不是必需的，对其生命活动可能具有某种意义，通

2、常是在生长后期开始形成的。6二、微生物次级代谢的特点1、次级代谢物有以下一些特征：种类繁多，结构特殊，含有不常见的化合物；如氨基糖、吲哚衍生物等含有少见的化学键，如β-内酰胺环、大环内酯的大环等；一种微生物所合成的次级代谢物往往是一组结构相似的化合物72、次级代谢产物合成的特点次级代谢产物以初级代谢产物为前体，并受初级代谢的调节例如：糖降解过程中的乙酰CoA是合成四环素、红霉素的前体；乙酰CoA↓*33—甲基—3，5二甲基戊酸（MVA）↓异戊二烯焦磷酸←─→γ，γ—二甲基丙烯焦磷酸└──────────────┘↓二甲基辛烯二甲基辛烯焦磷酸（GGPP）↓*2

3、八氢番茄红素↓六氢番茄红素↓ζ—胡萝卜素↓链孢红素↓番茄红素↙↘γ—胡萝卜素δ—胡萝卜素↓↓海胆酮←─β—胡萝卜素α—胡萝卜素↓↓↓角黄素β—隐黄质叶黄素↓↓虾青素玉米黄素↓↑环氧玉米黄素→辣椒红素↓↑紫黄素→辣椒玉红素↓新黄素类胡萝卜素的生物合成途径次级代谢酶的专一性低相对来说催化初级代谢产物合成的酶专一性强，催化次级代谢产物合成的某些酶专一性不强，因此在某种次级代谢产物合成的培养基中加入不同的前体物时，往往可以导致机体合成不同类型的次级代谢产物。次级代谢产物一般都在菌体的生长后期合成次级代谢则是在菌体生长到一定时期内（通常是微生物的对数生长期末期或稳定期

4、）产生的，它与机体的生长不呈平行关系，一般可明显地表现为菌体的生长期和次级代谢产物形成期二个不同的时期。次级代谢产物的合成时期可因培养条件的改变而改变，在天然培养基中，氯霉素菌体生长后期合成，而在合成培养基中，它的合成与生长平行。同种微生物的不同菌株可以产生分子结构不同的次级代谢物，如灰色链霉菌可生产链霉素、白霉素、吲哚霉素、灰霉素、灰绿霉素和灰争霉素等，不同种类的微生物亦能产生同一种次级代谢物，如产黄青霉、点青霉、土曲霉、构巢曲霉、发癣霉属的一些真菌都能产生青霉素次级代谢产物的合成具有菌株特异性如生长可在0.3～300mmol/L磷酸盐浓度下进行，而次级代

5、谢物合成的最适浓度只在0.1-10mmol/L范围次级代谢产物的合成比初级代谢对环境因素更敏感次级代谢与质粒的关系把菌体放在含有一定浓度质粒消除剂培养基中振荡培养，然后把经培养生长的菌丝涂平板，长出菌落后，测定各菌落产生抗菌生素的能力，结果不产抗生素的菌落出现率为2.7%-54.5%，对照组，不产抗生素的菌落出现率为5-7%质粒含有抗生素的结构基因质粒含有合成抗生素的调节基因质粒含有控制抗生素的分泌的相关基因质粒含有对所产生的抗生素的耐性基因三、次级代谢产物的类型由葡萄糖直接合成的次级代谢产物如曲酸，链霉素，大环内酯类抗生素的糖苷由预苯酸合成的芳香族次级代谢

6、产物如氯霉素，新霉素，磷酸五碳糖合成的次级代谢产物如嘌呤霉素，多氧霉素1、由糖或糖的衍生物为前体合成的次级代谢产物2、利用氨基酸等作为前体合成的次级代谢产物由一个氨基酸形成的次级代谢产物环丝氨酸，氮丝氨酸由两个氨基酸形成的曲霉酸以三个或三个以上氨基酸缩合以肽键结合而成的次级代谢产物放线菌素，杆菌肽3、通过乙酸丙二酸聚合途径合成的次级代谢产物四环素，红霉素，放线菌酮，利福霉素4、通过莽草酸或分支酸合成途径合成的次级代谢产物新生霉素，绿脓菌素，吲哚霉素5、通过甲羟戊酸与异戊二烯聚合途径合成的次级代谢产物类固醇、赤霉素四、次级代谢物的生物合成过程养分的摄入通过中枢

7、代谢途径养分转化为中间体小分子建筑单位的生物合成如有必要，改变其中的一些中间体这些前体进入次级代谢物生物合成的专有途径对主要骨架进行最后修饰，成为最终产物营养物质（CNPS等）初级代谢前体次级代谢产物聚合、结构修饰、装配23第二节、次级代谢的调节次级代谢产物的种类在不同的微生物中非常不同，次级代谢途径远比初级代谢复杂，代谢调节类型的多样性就可想而知。前体的作用营养期(生长期)-分化期(生产期)的关系酶的诱导反馈调节分解代谢物的调节能荷调节避开次级代谢的调节24一、前体的作用定向发酵：对任何一项发酵工艺，培养基的筛选常常要检验成百种添加物，看可否作为前体

8、，偶而发现一些前体可促进次级代谢物的合成，或者形成特