微生物次級代謝ppt課件

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1、4微生物次級代謝與調(diào)節(jié)4.1引論初級代謝與次級代謝定義：初級代謝：為生物提供能量、合成中間體及其關鍵大分子，如蛋白質(zhì)、核酸等的各種相互關聯(lián)的代謝網(wǎng)絡(包括分解與合成)。次級代謝：主要涉及合成過程，其終產(chǎn)物、次級代謝物對菌生長不是必需的，對其生命活動可能具有某種意義，通常在生長后期開始形成。次級代謝產(chǎn)物(SecondaryMetabolites)是某些微生物在生命循環(huán)的某一個階段產(chǎn)生的物質(zhì)，它們一般是在產(chǎn)生菌生長中止后合成的。微生物產(chǎn)生的次級代謝物有：抗生素:青霉素、萬古霉素、紅霉素色素:放線紫紅素(Act)、Red生物堿(alkaloid):嗎啡、喜樹堿毒素研

2、究微生物次級代謝的意義：獲得與次級代謝有關的基礎理論知識，并用于設計更為有效的途徑來合成這類復雜的化合物或改造它們，以獲得所需的生物性質(zhì)；有助于優(yōu)化次級代謝產(chǎn)物的工業(yè)生產(chǎn)。借助于生物合成途徑的知識，利用基因工程技術可以幫助構(gòu)建在遺傳學上能產(chǎn)生新化合物的突變株。①一般不在生長期產(chǎn)生，而在生長后期形成（一）微生物次級代謝的特性抗生素晚合成的原因之一可能是避免生長受其自身產(chǎn)物的抑制；次級代謝產(chǎn)物的合成過程一般是在培養(yǎng)基中缺乏某種營養(yǎng)物質(zhì)，菌體生長受到限制時才啟動的。②種類繁多，結(jié)構(gòu)特殊，含不常見的化學鍵：氨基糖、苯醌、香豆素、環(huán)氧化合物、麥角生物堿、戊二酰胺、多烯、

3、吡咯、喹啉、萜烯、四環(huán)類抗生素等；β-內(nèi)酰胺環(huán)、聚乙烯和多烯的不飽和鍵、大環(huán)內(nèi)酯的大環(huán)和含有普通AA和經(jīng)修飾的AA組成的環(huán)肽等；③一種菌所合成的次級代謝物往往是一簇結(jié)構(gòu)相似的化合物。舉例：產(chǎn)黃青霉能產(chǎn)生10種具有相同母核、不同側(cè)鏈的天然抗生素，結(jié)構(gòu)上的差別使它們具有不同的生物活性。(參閱表4-1/P159)一簇抗生素中組分的比例取決于遺傳和環(huán)境因素，這是由于參與次級代謝物合成的酶的專一性不強所致；而初級代謝方面的特異性總是很高，因差錯會導致致命性的后果。次級代謝方面的差錯對細胞的生長無關緊要，改變后的代謝產(chǎn)物有些還保留生物活性。④一種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生分

4、子結(jié)構(gòu)迥異的次級代謝物。例如：灰色鏈霉菌可生產(chǎn)鏈霉素、白霉素、吲哚霉素、灰霉素、灰綠霉素和灰爭霉素等；不同種類的微生物亦能產(chǎn)生同一種次級代謝物。例如：如產(chǎn)黃青霉、點青霉、土曲霉、構(gòu)巢曲霉、發(fā)癬霉屬的一些真菌都能產(chǎn)生青霉素；⑤微生物由生長期向生產(chǎn)期過渡時，菌體在形態(tài)學上會發(fā)生一些變化。例如，一些產(chǎn)芽胞的細菌在此時會形成芽胞，真菌和放線菌會形成孢子。因此，有人把次級代謝產(chǎn)物的合成作用看作是細胞分化的伴隨現(xiàn)象。⑥次級代謝產(chǎn)物的合成比生長對環(huán)境因素更敏感。其合成信息的表達受環(huán)境因素調(diào)節(jié)。例如：菌體生長可在0.3～300mmol/L磷酸鹽濃度下進行，而次級代謝物合成的最

5、適濃度為0.1～10mmol/L。⑦次級代謝產(chǎn)物的合成是由多基因控制的代謝過程。這些基因不僅位于微生物的染色體中，也位于質(zhì)粒中，并且染色體外的基因在次級代謝產(chǎn)物的合成中往往起主導作用。（二）次級代謝物的生物合成生源學(biogenesis)指的是代謝產(chǎn)物分子中構(gòu)建單位的各種原子的起源；（有機化學）生源學又稱為生物發(fā)生學，是指一些天然物質(zhì)（包括有生命的物質(zhì)）為什么會發(fā)生、存在的原因，及它對宿主，環(huán)境有何作用的科學。（生物化學）生物合成指的是各構(gòu)建單位在多種酶的作用下合成次級代謝產(chǎn)物的過程。（生物化學）次級代謝物生物合成步驟：①養(yǎng)分攝入細胞內(nèi)；②通過中樞代謝途徑養(yǎng)

6、分轉(zhuǎn)化為中間體；③次級代謝物前體的生物合成；中間體：對初級代謝而言；前體：對次級代謝而言；有時二者是同一物質(zhì)，有時前體在中間體的基礎上結(jié)構(gòu)略有改變。④如有必要，改變其中的一些中間體；⑤前體進入次級代謝物生物合成的專有途徑；⑥次級代謝的主要骨架形成后，作最后的修飾，成為產(chǎn)物。次級代謝物通常由初級代謝中間體產(chǎn)生①氧化還原反應：一般涉及醇的氧化或羰基的還原，雙鍵的引入或還原，氧原子的引入和芳香環(huán)的氧化裂解，這些反應是由脫氫酶或加氧酶催化的。②生物甲基化是各種代謝物，特別是聚酮化物的生物合成中的重要反應。甲基的主要來源為甲硫氨酸、高半胱氨酸、甘氨酸和絲氨酸。③鹵化作用

7、對分子中含鹵元素(大多數(shù)是氯)的次級代謝物是很重要的。將初級代謝中間體轉(zhuǎn)化為次級代謝終產(chǎn)物有三個生化過程：抗生素的生源學抗生素生源學研究一些微生物會產(chǎn)生這類對其它微生物、甚至對其自身有害物質(zhì)的原因及這類物質(zhì)的功能。在這方面的了解將有助于解釋抗生素的形成機制和控制其生產(chǎn)。抗生素的生源學(Biogenesis)1)合成次級代謝物是作為儲藏物。2)作為正常代謝的無用的副產(chǎn)物。3)大分子消化后殘留的碎片。4)解除體內(nèi)有害代謝物的毒性。5)支路代謝物。6)競爭需要，用于抑制其它微生物，爭奪有限的養(yǎng)分?？股氐纳磳W(Biogenesis)7)進化遺留所致。8)在自然界具

8、有生態(tài)上功能。9)調(diào)節(jié)功能，至少與形態(tài)