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1、內(nèi)容回顧提高代謝產(chǎn)物的基本思想代謝工程2第三章次級(jí)代謝產(chǎn)物的生物合成與調(diào)節(jié)3第一節(jié)微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物的概念4初級(jí)代謝是為生物提供能量、合成中間體及其關(guān)鍵大分子，如蛋白質(zhì)、核酸等的各種相互關(guān)聯(lián)的代謝網(wǎng)絡(luò)(包括分解與合成)。一、初級(jí)代謝與次級(jí)代謝次級(jí)代謝次級(jí)代謝的概念是1958年由植物學(xué)家Rohland首先提出的，它把植物產(chǎn)生的與植物生長發(fā)育無關(guān)的某些特有的物質(zhì)稱為次級(jí)代謝產(chǎn)物，合成與利用的它們的途徑為次級(jí)代謝。1960年微生物學(xué)家Bu,Lock把這一概念引入微生物領(lǐng)城。主要涉及合成過程，其終產(chǎn)物、次級(jí)代謝物對(duì)菌的生長不是必需的，對(duì)其生命活動(dòng)可能具有某種意義，通
2、常是在生長后期開始形成的。6二、微生物次級(jí)代謝的特點(diǎn)1、次級(jí)代謝物有以下一些特征：種類繁多，結(jié)構(gòu)特殊，含有不常見的化合物；如氨基糖、吲哚衍生物等含有少見的化學(xué)鍵，如β-內(nèi)酰胺環(huán)、大環(huán)內(nèi)酯的大環(huán)等；一種微生物所合成的次級(jí)代謝物往往是一組結(jié)構(gòu)相似的化合物72、次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的特點(diǎn)次級(jí)代謝產(chǎn)物以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，并受初級(jí)代謝的調(diào)節(jié)例如：糖降解過程中的乙酰CoA是合成四環(huán)素、紅霉素的前體；乙酰CoA↓*33—甲基—3，5二甲基戊酸（MVA）↓異戊二烯焦磷酸←─→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、八氫番茄紅素↓六氫番茄紅素↓ζ—胡蘿卜素↓鏈孢紅素↓番茄紅素↙↘γ—胡蘿卜素δ—胡蘿卜素↓↓海膽酮←─β—胡蘿卜素α—胡蘿卜素↓↓↓角黃素β—隱黃質(zhì)葉黃素↓↓蝦青素玉米黃素↓↑環(huán)氧玉米黃素→辣椒紅素↓↑紫黃素→辣椒玉紅素↓新黃素類胡蘿卜素的生物合成途徑次級(jí)代謝酶的專一性低相對(duì)來說催化初級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶專一性強(qiáng)，催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的某些酶專一性不強(qiáng)，因此在某種次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的培養(yǎng)基中加入不同的前體物時(shí)，往往可以導(dǎo)致機(jī)體合成不同類型的次級(jí)代謝產(chǎn)物。次級(jí)代謝產(chǎn)物一般都在菌體的生長后期合成次級(jí)代謝則是在菌體生長到一定時(shí)期內(nèi)（通常是微生物的對(duì)數(shù)生長期末期或穩(wěn)定期
4、）產(chǎn)生的，它與機(jī)體的生長不呈平行關(guān)系，一般可明顯地表現(xiàn)為菌體的生長期和次級(jí)代謝產(chǎn)物形成期二個(gè)不同的時(shí)期。次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成時(shí)期可因培養(yǎng)條件的改變而改變，在天然培養(yǎng)基中，氯霉素菌體生長后期合成，而在合成培養(yǎng)基中，它的合成與生長平行。同種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生分子結(jié)構(gòu)不同的次級(jí)代謝物，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(zhēng)霉素等，不同種類的微生物亦能產(chǎn)生同一種次級(jí)代謝物，如產(chǎn)黃青霉、點(diǎn)青霉、土曲霉、構(gòu)巢曲霉、發(fā)癬霉屬的一些真菌都能產(chǎn)生青霉素次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成具有菌株特異性如生長可在0.3～300mmol/L磷酸鹽濃度下進(jìn)行，而次級(jí)代
5、謝物合成的最適濃度只在0.1-10mmol/L范圍次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成比初級(jí)代謝對(duì)環(huán)境因素更敏感次級(jí)代謝與質(zhì)粒的關(guān)系把菌體放在含有一定濃度質(zhì)粒消除劑培養(yǎng)基中振蕩培養(yǎng)，然后把經(jīng)培養(yǎng)生長的菌絲涂平板，長出菌落后，測(cè)定各菌落產(chǎn)生抗菌生素的能力，結(jié)果不產(chǎn)抗生素的菌落出現(xiàn)率為2.7%-54.5%，對(duì)照組，不產(chǎn)抗生素的菌落出現(xiàn)率為5-7%質(zhì)粒含有抗生素的結(jié)構(gòu)基因質(zhì)粒含有合成抗生素的調(diào)節(jié)基因質(zhì)粒含有控制抗生素的分泌的相關(guān)基因質(zhì)粒含有對(duì)所產(chǎn)生的抗生素的耐性基因三、次級(jí)代謝產(chǎn)物的類型由葡萄糖直接合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物如曲酸，鏈霉素，大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的糖苷由預(yù)苯酸合成的芳香族次級(jí)代謝
6、產(chǎn)物如氯霉素，新霉素，磷酸五碳糖合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物如嘌呤霉素，多氧霉素1、由糖或糖的衍生物為前體合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物2、利用氨基酸等作為前體合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物由一個(gè)氨基酸形成的次級(jí)代謝產(chǎn)物環(huán)絲氨酸，氮絲氨酸由兩個(gè)氨基酸形成的曲霉酸以三個(gè)或三個(gè)以上氨基酸縮合以肽鍵結(jié)合而成的次級(jí)代謝產(chǎn)物放線菌素，桿菌肽3、通過乙酸丙二酸聚合途徑合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物四環(huán)素，紅霉素，放線菌酮，利福霉素4、通過莽草酸或分支酸合成途徑合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物新生霉素，綠膿菌素，吲哚霉素5、通過甲羥戊酸與異戊二烯聚合途徑合成的次級(jí)代謝產(chǎn)物類固醇、赤霉素四、次級(jí)代謝物的生物合成過程養(yǎng)分的攝入通過中樞
7、代謝途徑養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為中間體小分子建筑單位的生物合成如有必要，改變其中的一些中間體這些前體進(jìn)入次級(jí)代謝物生物合成的專有途徑對(duì)主要骨架進(jìn)行最后修飾，成為最終產(chǎn)物營養(yǎng)物質(zhì)（CNPS等）初級(jí)代謝前體次級(jí)代謝產(chǎn)物聚合、結(jié)構(gòu)修飾、裝配23第二節(jié)、次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)次級(jí)代謝產(chǎn)物的種類在不同的微生物中非常不同，次級(jí)代謝途徑遠(yuǎn)比初級(jí)代謝復(fù)雜，代謝調(diào)節(jié)類型的多樣性就可想而知。前體的作用營養(yǎng)期(生長期)-分化期(生產(chǎn)期)的關(guān)系酶的誘導(dǎo)反饋調(diào)節(jié)分解代謝物的調(diào)節(jié)能荷調(diào)節(jié)避開次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)24一、前體的作用定向發(fā)酵：對(duì)任何一項(xiàng)發(fā)酵工藝，培養(yǎng)基的篩選常常要檢驗(yàn)成百種添加物，看可否作為前體
8、，偶而發(fā)現(xiàn)一些前體可促進(jìn)次級(jí)代謝物的合成，或者形成特
