现代工业发酵调控学课件储炬次级代谢复习.pptVIP

3 微生物次级代谢与调节 次级代谢产物(Secondary metabolites) 是某些微生物在生命循环的某一个阶段产生的物质，它们一般是在产生菌生长中止后合成的。 微生物产生的次级代谢物有抗生素、毒素、色素和生物碱等。 微生物次级代谢 植物中的樟脑 分化代谢物：Idiolite 分化期：idiophase 进入生长后期，当μ降低时 青霉素生产期μ=0.012 1/h 带放操作： 控制比生长速率μ 微生物次级代谢 一簇抗生素中各组分的多少取决于遗传与环境因素。 次级代谢物合成所涉及的酶的特异性较低；而初级代谢方面的特异性总是很高，因差错会导致致命性的后果。 次级代谢方面的差错对细胞的生长无关紧要，改变后的代谢产物有些还保留生物活性。 微生物次级代谢与调节 次级代谢产物是某些微生物在生命循环的某一个阶段产生的物质，它们一般是在产生菌生长中止后合成的。微生物产生的次级代谢物有抗生素、毒素、色素和生物碱等。 微生物次级代谢 有人认为，次级代谢产物之所以种类繁多，就是因为酶的底物特异性不高所致。 他们把次级代谢过程又称为多向代谢作用(pleometabolism)。 次级代谢过程的启动的原因 可能是生长期末细胞的酶的组成发生变化，与次级代谢物合成有关的酶的突然出现有关； 也可能是前体的积累，起诱导物的作用 或编码次级代谢产物的基因从分解代谢物阻遏中解除阻遏所致。 启动抗生素的几种调控机制 尽管抗生素具有非常重要的社会和经济重要性，但并不存在一个能够解释它们生理调节的通用的控制模型。 启动抗生素的几种调控机制 此类调节往往发生在转录水平，具体证据为：直到生长速率下降时，才出现编码抗生素合成的mRNA。 次级代谢物启动的假想机制 比生长速率（?）下降 限制性养分的耗竭 几种调节因子的联合作用（cAMP, 碳源，氮源，或磷源的同化速率) 严谨响应(strigent response) 微生物信号因子 碳源，氮源为限制性基质时，抗生素生产动力学 碳源为限制性基质时，指数生长期出现较早，抗生素合成较氮源限制的要晚。 碳源限制时，比生产速率高峰出现在比生长速率高峰之后。 氮源为限制性基质时，上述两个峰是同步出现的。 生长速率下降对大分子合成速率的影响 碳源限制的培养的指数期，蛋白质合成速率达最大后，很快下降，当蛋白质合成速率下降到检测不到时，抗生素合成启动。 氮源限制的培养，蛋白质合成速率始终很低，当下降到0.49mg protein/mg.h时，抗生素合成启动。 空载tRNA与抗生素合成的诱导 氨酰tRNA与空载tRNA的比率下降到最低值时，抗生素合成开始。 研究表明，在指数期早期，加入亚致死量蛋白质抑制剂，使氨酰tRNA与空载tRNA比率上升，导致抗生素合成推迟。 空载tRNA与抗生素合成的诱导 严谨响应的rel基因产物ppGpp是导致抗生素合成的因素 ppGpp水平的上升本身，并不能启动抗生素的合成。空载tRNA浓度的上升可以刺激抗生素的生产，可以绕过直接包含ppGpp的机制。，链霉素的加入的效果与此结论一致。（抑制了核糖体的功能） 空载tRNA与抗生素合成的诱导 ppGpp实际上只是空载tRNA浓度上升引起的结果。 空载tRNA上升与抗生素合成基因激活的关系有待进一步阐明。 微生物次级代谢的特征 一种微生物的不同菌株可以产生多种在分子结构上完全不同的次级代谢产物，例如，灰色链霉菌不仅可以用于生产链霉素，还可用来生产白霉素、吲哚霉素、灰霉素、灰绿霉素等。 不同种类的微生物也能产生同一种次级代谢产物。 次级代谢产物的合成对环境因素特别敏感。其合成信息的表达受环境因素调节。如对抗生素的合成需在较低的磷酸盐浓度0.1~10mM范围内进行，而生长能耐受的范围平均要大10倍，即.3~300mM。 微生物次级代谢的特征 次级代谢产物一般不在产生菌的生长期产生，而在随后的生产期形成。 种类繁多，含有不寻常的化学键，如氨基糖、苯醌、香豆素、环氧化合物、麦角生物碱、吲哚衍生物、吩嗪、吡咯、喹啉、萜烯、四环类抗生素等。 一种菌可以产生结构相近的一簇抗生素。例如，产黄青霉能产生至少10个具有不同特性的青霉素。 微生物次级代谢的特征 微生物由生长期向生产期过渡时，菌体在形态学上会发生一些变化。例如，一些产芽胞的细菌在此时会形成芽胞，真菌和放线菌会形成孢子。因此，有人把次级代谢产物的合成作用看作是细胞分化的伴随现象。 微生物的次级代谢产物的合成过程是一类由多基因控制的代谢过程。这些基因不仅位于微生物的染色体中，且位于质粒中，并且染色体外的基因在次级代谢产物的合成中往往起主导作用。 次级代谢 次级代谢物的生物合成包含： 养分吸收入细胞内