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次级代谢的调节控制方式 一、初级代谢对次级代谢的调节 二、碳代谢物的调节 三、氮代谢物的调节 四、磷酸盐的调节 五、ATP调节 六、酶的诱导调节 七、反馈调节 八、细胞膜通透性调节 九、金属离子和溶解氧的调节 十、微生物生长速率的调节 一、初级代谢对次级代谢的调节 次级代谢产物的合成途径并不是独立存在的，而是与初级代谢产物合成 途径间存在着紧密的联系。次级代谢产物往往都是以初级代谢产物为母 体衍生而来的，而且催化特殊次级代谢产物合成反应的酶也可以从那些 初级代谢途径的酶演化而来。因此，微生物的初级代谢对次级代谢具有 调节作用。当初级代谢和次级代谢具有共同的合成途径时，初级代谢的 终产物过量，往往会抑制次级代谢产物的合成，这是因为这些终产物抑 制了在次级代谢产物合成中的重要的分支处中间体的合成。 一、初级代谢对次级代谢的调节 例如，在赖氨酸和青霉素的生物合成过程中有共同中间体α-氨基己二酸， 当培养液中赖氨酸过量时，则抑制α-氨基己二酸的合成，进而影响到青 霉素的合成。 20世纪40年代初期就发现，青霉素发酵过程中，虽然葡萄糖被菌体利用最快，但对 青霉素合成并不适宜。而乳糖利用虽然较为缓慢，却能提高青霉素产量。如果细菌 在葡萄糖和乳糖的混合培养基中生长，那么在抗生素合成前，菌体一般首先利用葡 萄糖，在葡萄糖耗尽后，抗生素合成开始，此时菌体才利用第二种碳源。这种情况 说明，次级代谢的碳源分解调节比初级代谢更为复杂。 二、碳代谢物的调节 次级代谢产物受碳源分解产物调节的机制存在以下几种可能的情况： 1.可能与菌体生长速率控制次级代谢产物合成有关，菌体生长最好的碳源能抑制次 级代谢产物合成。因此，在低生产率的情况下可减少葡萄糖的干扰作用。 2.可能与分解代谢产物的堆积浓度有关，如乳糖之所以比葡萄糖优越是因为前者被 水解为可利用的单糖的速度正好符合青霉素菌在生产期合成抗生素的需要，而不会 有分解代谢产物如丙酮酸的堆积。 二、碳代谢物的调节 三、氮代谢物的调节 氮源分解调节是类似于碳源分解调节一类 的分解阻遏方式。它主要指含氮底物的酶 (如蛋白酶、硝酸还原酶、酰胺酶、组氨酸 酶和脲酶)的合成受快速利用的氮源，尤其 是氨的阻遏。 四、磷酸盐的调节 磷酸盐不仅是菌体生长的主要限制性营养成 分，还是调节抗生素生物合成的重要参数。已发 现过量磷酸盐对四环类、氨基糖苷类和多烯大环 内酯类等32种抗生素的生物合成产生阻抑作用。 所以，在工业生产中，磷酸盐常常被控制在适合 菌体生长的浓度以下，即所谓的亚适量。 当磷酸盐为0.3-300mmol/L的浓度时，可促进 菌体的生长；浓度为10mmol/L或大于10mmol/L 的浓度时，对许多抗生素的合成就产生阻遏10mmol/L 的磷酸盐就能完全抑制杀假丝菌素的合成。磷酸盐 浓度高低还能调节发酵合成期出现的早晚，磷酸盐 接近耗尽后，才开始进入合成期。磷酸盐起始浓度 高，耗尽时间长，合成期就向后拖延。金霉素、万 古霉素等的发酵都有此现象。磷酸盐还能使处于非 生长状态的、产抗生素的菌体逆转成生长状态的、 不产抗生素的菌体。 四、磷酸盐的调节 磷酸盐调节抗生素的生物合成有不同的机制。 按效应来说，有直接作用(即磷酸盐自身影响 抗生素合成)和间接效应(即磷酸盐调节胞内其 他效应剂，如ATP、腺苷酸、能荷和cAMP)， 进而影响抗生素合成。具体地说，磷酸盐能影 响抗生素合成中磷酸酯酶和前体形成过程中某 种酶的活性；ATP直接影响某些抗生素合成和 糖代谢中某些酶的活性。 四、磷酸盐的调节 五、ATP调节 能荷调节：能荷——指细胞中ATP、ADP、AMP系统中可为代谢反应供能的 高能磷酸键的量度。能荷调节——指细胞通过改变ATP、ADP、AMP三者比 例来调节其代谢活动，也称腺苷酸调节。能荷不仅调节形成ATP的分解代谢 酶类（如磷酸果糖激酶、异柠檬酸脱氢酶、柠檬酸合成酶等）的活性，也调 节利用ATP的生物合成酶类（如柠檬酸裂解酶、磷酸核糖焦磷酸合成酶等） 的活性。 六、酶的诱导调节 次级代谢产物的诱导机制可能按以下两种方式进行： 诱导物→刺激影响初级代谢造成代谢流的改变成→ 大量生产次生代谢物；诱导物→次生代谢物合成酶 的合成→大量生产次生代谢物。 大多数分解代谢酶属于诱导酶，可以通过加入诱导物使酶的产量大幅度提高。 如在链霉素生产中，如果加入诱导物甘露聚糖，可使甘露糖链霉素酶产量提 高，而这种酶是转化甘露糖链霉素为链霉素的关键酶。因此甘露聚糖的加入 会提高链霉素产量。 ? 六、酶的诱导调节 七、反馈调节 Lagstor在1935年发现：产生50μ