好氧發(fā)酵產(chǎn)物積累機制ppt課件

1、 第六章第六章 好氧發(fā)酵產(chǎn)物積累機制好氧發(fā)酵產(chǎn)物積累機制 好氧性發(fā)酵(aerobic fermentation)：在發(fā)酵過程中需求不斷地通入一定量的無菌空氣，如利用黑曲霉進展檸檬酸的發(fā)酵、利用棒狀桿菌進展谷氨酸的發(fā)酵、利用黃單孢菌進黃原膠多糖的發(fā)酵等等 糖的分解代謝包括糖酵解糖的共同分解途徑和三羧酸環(huán)糖的最后氧化途徑。 在有氧條件條件下：在有氧條件條件下： 丙酮酸進入線粒體，脫氫和脫羧丙酮酸進入線粒體，脫氫和脫羧生成乙酰生成乙酰COACOA，在，在TCATCA循環(huán)中脫氫，循環(huán)中脫氫，并氧化構(gòu)成并氧化構(gòu)成CO2CO2和和 H2OH2O，或者各種代，或者各種代謝物，謝物，NADH2NADH2經(jīng)呼吸

2、鏈將氫傳送給氧經(jīng)呼吸鏈將氫傳送給氧生成水。生成水。 另外，乙酰輔酶另外，乙酰輔酶A A在生物合成過在生物合成過程中作為程中作為C2C2化合物加以利用，構(gòu)成化合物加以利用，構(gòu)成脂肪等。脂肪等。第一節(jié)第一節(jié) 檸檬酸的發(fā)酵機制檸檬酸的發(fā)酵機制一、檸檬酸的合成途徑一、檸檬酸的合成途徑 黑曲霉黑曲霉 (Asp.niger) 原料：原料：sugar ， alcohol， acetic acid 途徑：途徑： EMPHMP 丙酮酸羧化丙酮酸羧化 TCA環(huán)環(huán) 黑曲霉生長，黑曲霉生長，EMP與與HMP途徑的比率是途徑的比率是2：1，消費檸檬酸時為，消費檸檬酸時為4：1。 葡萄糖葡萄糖 檸檬酸檸檬酸(citric

3、 acid) 實際轉(zhuǎn)化率實際轉(zhuǎn)化率106.7%目的目的產(chǎn)物產(chǎn)物提供提供4C化合物化合物TCA循環(huán)循環(huán)檸檬酸的生物合成途徑檸檬酸的生物合成途徑CO2阻斷AMPPiNH4+ ATP citrateNH4+ k+激活抑制12二、二、 檸檬酸生物合成的代謝調(diào)理檸檬酸生物合成的代謝調(diào)理 積累檸檬酸應采取的措施：積累檸檬酸應采取的措施：想方設(shè)法提高檸檬酸合成反響所需酶的活力；想方設(shè)法提高檸檬酸合成反響所需酶的活力；必需切斷檸檬酸的去路；順烏頭酸酶失活，必需切斷檸檬酸的去路；順烏頭酸酶失活，環(huán)阻斷。環(huán)阻斷。保證中間產(chǎn)物的供應；草酰乙酸的及時供應，保證中間產(chǎn)物的供應；草酰乙酸的及時供應，丙酮酸丙酮酸 二氧化碳

4、固定反響對檸檬二氧化碳固定反響對檸檬酸酸 積累有重要意義。積累有重要意義。 CO2 乙酰乙酰COA草酰乙酸草酰乙酸 CO2 1 糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)理n 第一個調(diào)理的酶是磷酸果糖激酶PFK：AMP、無機磷、NH4+對該酶有活化作用 n ATP、檸檬酸對該酶有抑制造用n Q：PFK在正常生理條件下能被檸檬酸抑制，但在檸檬酸發(fā)酵中，檸檬酸濃度很高，為什么EMP途徑仍能堅持暢通呢？ n由于TCA循環(huán)降低，ATP的生成減少，蛋白質(zhì)和核酸合成受阻，細胞內(nèi)的NH4+異常高，從而降低了檸檬酸對PFK的抑制。n檸檬酸發(fā)酵需求下述環(huán)境條件：n 磷酸鹽濃度低；氮源為NH4+鹽； pH值低低于2.0； 溶氧量高；

5、Mn2+ 、 Fe2+ 、 Zn2+含量極低。n檸檬酸發(fā)酵中黑曲霉對Mn2+極端敏感。黑曲霉在缺錳的條件下發(fā)酵 ，細胞有生理和代謝的變化。nMn2+的效應可以以為是NH4+程度升高而減弱了檸檬酸對EMP途徑關(guān)鍵酶PFK的抑制。n第二個調(diào)理的酶是丙酮酸激酶第二個調(diào)理的酶是丙酮酸激酶PK PK 被被NH4+ 、K+激活激活n磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸ATPn二氧化碳的固定反響二氧化碳的固定反響n 參與二氧化碳固定反響的酶：參與二氧化碳固定反響的酶：n丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶酶 2 TCA環(huán)的調(diào)理n 檸檬酸合成酶是該途徑的第一個限速酶，由乙

6、酰輔酶中的高能硫酯鍵水解釋放大量能量，推進合成檸檬酸。n檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸n 兩步反響均由順烏頭酸酶催化，該酶需求Fe+， I 假設(shè)用絡(luò)合劑除去反響液中的鐵，那么酶活性被抑制，呵斥檸檬酸的積累。nn II 阻斷順烏頭酸酶的催化作用：該酶是個含鐵的非血紅蛋白，以Fe4S4作為輔基。因此，在菌體生長到足夠菌數(shù)時，適量參與亞鐵氰化鉀黃血鹽，使與鐵硫中心的Fe+ 生成絡(luò)合物，那么該酶失活或活性減少，而積累檸檬酸。nIII 經(jīng)過誘變或其他方法，呵斥消費菌種順烏頭酸酶的缺損或活力很低，同樣積累檸檬酸。n 3 及時補加草酰乙酸n 外加草酰乙酸n 選育回補途徑旺盛的菌種。 檸檬酸積累機理n1、由于錳的缺乏

7、，抑制了蛋白質(zhì)的合成，而導致細胞內(nèi)的NH4+ 濃度升高，促進了EMP途徑的暢通。n 2、由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供草酰乙酸。n 3、在控制Fe+含量的情況下，順烏頭酸酶活性低，從而使檸檬酸積累。n 順烏頭酸水合酶在催化時建立如下平衡 n 檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸90 ：3：7n 4、丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶和丙酮酸固定CO反響相平衡，以及檸檬酸合成酶不被抑制，加強了合成檸檬酸的才干。n 5、檸檬酸積累添加，pH降低，在低pH條件下，順烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶失活，從而進一步促進了檸檬酸本身的積累。 第二節(jié)醋酸發(fā)酵機制第二節(jié)醋酸發(fā)酵機制淀粉淀粉 糖糖 酒精酒精 醋酸醋酸 1. 醋

8、桿菌發(fā)酵酒精成醋酸醋桿菌發(fā)酵酒精成醋酸 乙醇向醋酸轉(zhuǎn)化是分兩步進展的，中間產(chǎn)物乙醇向醋酸轉(zhuǎn)化是分兩步進展的，中間產(chǎn)物是乙醛。是乙醛。 CH3CH2 OH E1 CH3CHO E2 CH3COOH E1 乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶 或乙醇氧化酶，它依或乙醇氧化酶，它依賴于賴于NAD。 E2 乙醛脫氫酶乙醛脫氫酶 ，需求，需求NADP作輔酶。作輔酶。 醋桿菌為醋桿菌為G-，好氧菌，好氧菌， 1mol乙醇轉(zhuǎn)化為乙醇轉(zhuǎn)化為1mol醋酸，實際轉(zhuǎn)化率是醋酸，實際轉(zhuǎn)化率是130。 2 熱醋酸梭菌消費醋酸 熱醋酸梭菌在發(fā)酵糖類時，由糖到醋酸一步完成，還可以將CO2復原為醋酸。 CO2是經(jīng)過甲酰四氫葉酸THF和類咕啉

9、蛋白構(gòu)成醋酸的。但該菌沒有氫化酶活性，不能利用氫氣。 C6H12O6 +2H2O 2CH3COOH+2CO2+8H+8e 2CO2+8H+8e CH3COOH+ 2H2O 凈反響C6H12O6 3CH3COOH反響在厭氧條件下進展的，由己糖或戊糖生成醋酸的實際產(chǎn)率都是100。熱醋酸梭菌為產(chǎn)芽孢菌，周生鞭毛，耐高溫，最適生長溫度5560C，轉(zhuǎn)化率高，嚴厲厭氧，還可以利用戊糖。但這種方法發(fā)酵時需中和劑，因此只適宜于醋酸鹽。第三節(jié)第三節(jié) 谷氨酸發(fā)酵機制谷氨酸發(fā)酵機制 氨基酸發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的生長和代謝活動消費各種氨基酸的現(xiàn)代工業(yè)。氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵。由發(fā)酵所生成的產(chǎn)物氨基酸，都是微生

10、物的中間代謝產(chǎn)物，它的積累是建立于對微生物正常代謝的抑制。也就是說，氨基酸發(fā)酵的關(guān)鍵是取決于其控制機制能否可以被解除，能否能突破微生物的正常代謝調(diào)理，人為地控制微生物的代謝。一.谷氨酸生物合成途徑 谷氨酸的生物合成途徑有EMP途徑、HMP途徑、 TCA循環(huán)、乙醛酸循環(huán)和CO2固定反響。葡萄糖先生成谷氨酸，依次經(jīng)鳥氨酸，谷氨酸生物合成精氨酸。 谷氨酸的生物合成途徑如下圖。二.谷氨酸生物合成的調(diào)理機制三. 谷氨酸發(fā)酵的代謝控制 谷氨酸發(fā)酵的代謝控制普通采取以下措施。 1控制發(fā)酵的環(huán)境條件 氨基酸發(fā)酵受菌種的生理特征和環(huán)境條件的影響，對專性好氧菌來說，環(huán)境條件的影響更大。谷氨酸發(fā)酵必需嚴厲控制菌體生

11、長的環(huán)境條件，否那么就幾乎不積累谷氨酸。下表表示谷氨酸消費菌因環(huán)境條件改動而引起的發(fā)酵轉(zhuǎn)換，這也就是說氨基酸發(fā)酵是人為地控制環(huán)境條件而使發(fā)酵發(fā)生轉(zhuǎn)換的一個典型例子。 2控制細胞膜浸透性 在發(fā)酵過程中，控制運用那些影響細胞膜通透性的物質(zhì)，有利于代謝產(chǎn)物分泌出來，從而防止了末端產(chǎn)物的反響調(diào)理，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。 以葡萄糖為原料，利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵消費谷氨酸時，谷氨酸消費菌為-酮戊二酸脫氫酶缺失突變株，當谷氨酸的合成到達50 mg/g干細胞時，由于反響調(diào)理作用，谷氨酸的合成便終止。假設(shè)改動細胞膜通透性，使胞內(nèi)代謝產(chǎn)物谷氨酸浸透到胞外，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。 所以代謝產(chǎn)物的細胞浸透性是氨甚酸發(fā)酵必

12、需思索的重要要素。對于谷氨酸發(fā)酵來說，生物素是谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵物質(zhì)。當細胞內(nèi)的生物素程度高時，谷氨酸不能透過細胞膜，因此得不到谷氨酸。 谷氨酸發(fā)酵消費中，谷氨酸消費菌菌屬于生物素缺陷型菌種，生物素作為脂肪酸生物合成最初反響的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的合成，進而影響磷脂的合成。當磷脂合成減少到正常量的一半左右時，細胞變形，谷氨酸向膜外漏出，積累于發(fā)酵液中。 因此可以經(jīng)過限量控制生物素的含量，也就是經(jīng)過控制生物素亞適量，提高細胞膜的浸透性。 在發(fā)酵的前期，滿足細胞的生長，合成完好的細胞膜；中期生物素耗盡，細胞膜合成不完好，完生長菌型細胞向產(chǎn)酸型細胞的轉(zhuǎn)變，細胞膜的浸透性添加，使得

13、谷氨酸浸透到細胞外，在細胞內(nèi)谷氨酸達不到引起反響調(diào)理的程度，從而使谷氨酸可以源源不斷被優(yōu)先合成。 影響谷氨酸產(chǎn)生菌細胞膜通透性的物質(zhì)可分為兩大類： 一類是生物素、油酸和外表活性劑，其作用是引起細胞膜的脂肪酸成分或量的改動，尤其是改動油酸含量，從而改動細胞膜通透性； 另一類是青霉素，其作用是抑制細胞壁肽聚糖合成中肽鏈的交聯(lián)，由于細胞膜失去細胞壁的維護，細胞膜遭到物理損傷，從而使浸透性加強。 另外，代謝控制還包括控制支路代謝，消除終產(chǎn)物的反響抑制和反響阻遏等等。三、現(xiàn)有谷氨酸消費菌的主要特征 從細菌的鑒定和分類的結(jié)果來看，現(xiàn)有谷氨酸消費菌分屬于捧狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬，但是它們在形

14、狀及生理方面仍有許多共同的特征。歸納起來主要有以下特征。1細胞形狀為球形，棒形以致短桿形。2革蘭氏染色陽性，無芽孢，無鞭毛，不能運動。 3都是需氧型微生物。 4都是生物素缺陷型。 5脲酶強陽性。 6不分解淀粉、纖維素、油脂、酪蛋白及明膠等。 7發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯的形狀變化，同時發(fā)生細胞膜浸透性的變化。8CO2固定反響酶系活力強。9異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循壞弱。10-酮戊二酸氧化才干缺失或微弱。11復原型輔酶NADPH2進入呼吸鏈才干弱。 12檸檬酸合成酶、烏頭酸梅、異檸檬酸脫氫酶以及谷氨酸脫氫酶活力強。 13能利用醋酸，不能利用石蠟。14具有向環(huán)境中走漏谷氨酸的才干。 15不分解

15、利用谷氨酸，并能耐高濃度的谷氨酸，產(chǎn)谷氨酸5%以上。 第五節(jié)第五節(jié) 抗生素發(fā)酵機制抗生素發(fā)酵機制 次級代謝產(chǎn)物次級代謝產(chǎn)物-(secondary metabolite)分解代謝：將從環(huán)境中吸收的各種碳源、氮源等分解代謝：將從環(huán)境中吸收的各種碳源、氮源等物質(zhì)降解，為細胞的生命活動提供能源和小分子物質(zhì)降解，為細胞的生命活動提供能源和小分子中間體。如中間體。如TCA、EMP和和HMP等。等。合成代謝：利用分解代謝的能量和中間體合成氨合成代謝：利用分解代謝的能量和中間體合成氨基酸、核酸等單體物質(zhì)，及蛋白質(zhì)、核酸、多糖基酸、核酸等單體物質(zhì)，及蛋白質(zhì)、核酸、多糖等多聚物。等多聚物。代謝類型代謝類型初級代謝

16、和次級代謝初級代謝和次級代謝初級代謝：與生物生存有關(guān)的，涉及能量產(chǎn)生和初級代謝：與生物生存有關(guān)的，涉及能量產(chǎn)生和能量耗費的代謝類型。產(chǎn)物都是有機體生存必不能量耗費的代謝類型。產(chǎn)物都是有機體生存必不可少的物質(zhì)，如單糖、核苷酸、脂肪酸，以及蛋可少的物質(zhì)，如單糖、核苷酸、脂肪酸，以及蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類等。白質(zhì)、核酸、多糖、脂類等。次級代謝：某些微生物為了防止代謝過程中，某次級代謝：某些微生物為了防止代謝過程中，某種代謝產(chǎn)物的積累呵斥的不利作用，而產(chǎn)生的一種代謝產(chǎn)物的積累呵斥的不利作用，而產(chǎn)生的一類有利于生存的代謝類型，通常是在生長后期產(chǎn)類有利于生存的代謝類型，通常是在生長后期產(chǎn)生。產(chǎn)物種類很多

17、，最著名的是抗生素，其它還生。產(chǎn)物種類很多，最著名的是抗生素，其它還有氨基糖、香豆素、麥角生物堿、吲哚衍生物、有氨基糖、香豆素、麥角生物堿、吲哚衍生物、核苷、肽、喹啉等。核苷、肽、喹啉等。一、一、 次級代謝產(chǎn)物的特征次級代謝產(chǎn)物的特征 、次級代謝產(chǎn)物是由微生物產(chǎn)生，不參與微生物的生長與繁衍。、次級代謝產(chǎn)物的生物合成最少也要有一部分取決于與初級代謝產(chǎn)物無關(guān)的遺傳物質(zhì)，并與由這類遺傳信息構(gòu)成的酶所催化的代謝途徑有關(guān)。、它的消費大多數(shù)是基于菌種的特異性來完成的。、次級代謝產(chǎn)物發(fā)酵閱歷兩個階段，即營養(yǎng)增殖期和產(chǎn)物構(gòu)成期。如在菌體活潑增殖階段幾乎不產(chǎn)生抗生素。待到細胞停頓生長，進入到恒定期才開場活潑地合

18、成抗生素，成為消費期。 、普通都同時產(chǎn)生構(gòu)造上相類似的多中副組分。、普通都同時產(chǎn)生構(gòu)造上相類似的多中副組分。 、消費才干受微量金屬離子、消費才干受微量金屬離子Fe2+、 Fe3+、Mn2+、Co2+、Zn2+和和 磷酸鹽等無機離子的影響。磷酸鹽等無機離子的影響。 、 在多數(shù)條件下，添加前體是有效的。在多數(shù)條件下，添加前體是有效的。 、 次級代謝酶的底物特異性在某種程度上說是比較廣的。次級代謝酶的底物特異性在某種程度上說是比較廣的。假設(shè)提供底物構(gòu)造類似物，那么可得到與天然物不同的次級假設(shè)提供底物構(gòu)造類似物，那么可得到與天然物不同的次級代謝物。代謝物。 、培育溫度過高或菌種移植次數(shù)過多，使抗生素消

19、費才干、培育溫度過高或菌種移植次數(shù)過多，使抗生素消費才干下降，能夠的緣由是參與抗生素合成的菌種的質(zhì)粒零落。下降，能夠的緣由是參與抗生素合成的菌種的質(zhì)粒零落。 、一種產(chǎn)物可由多種中間體和途徑來獲得。、一種產(chǎn)物可由多種中間體和途徑來獲得。 二、生物合成抗生素與初級代謝的關(guān)系二、生物合成抗生素與初級代謝的關(guān)系 1.從代謝方面分析：從代謝方面分析：許多抗生素的根本構(gòu)造是由少數(shù)幾種初許多抗生素的根本構(gòu)造是由少數(shù)幾種初級代謝產(chǎn)物構(gòu)成的，所以次級產(chǎn)物是以初級級代謝產(chǎn)物構(gòu)成的，所以次級產(chǎn)物是以初級產(chǎn)物為母體衍生出來的，次級代謝途徑并不產(chǎn)物為母體衍生出來的，次級代謝途徑并不是獨立的，而是與初級代謝途徑有親密聯(lián)絡(luò)

20、是獨立的，而是與初級代謝途徑有親密聯(lián)絡(luò)的。的。 糖代謝的中間體，即可以來合成初級代糖代謝的中間體，即可以來合成初級代謝產(chǎn)物，又可以來合成次級代謝產(chǎn)物，這種謝產(chǎn)物，又可以來合成次級代謝產(chǎn)物，這種中間體叫分叉中間體，如丙二酰中間體叫分叉中間體，如丙二酰Co。G 乙酰乙酰 Co 丙二酰丙二酰 CoA 脂肪酸初級脂肪酸初級四環(huán)素或其他抗生四環(huán)素或其他抗生素次級素次級 初級代謝和次級代謝的分叉中間初級代謝和次級代謝的分叉中間體體分叉中間體初級終點產(chǎn)物次級終點產(chǎn)物氨基己二糖 賴氨酸 青霉素,頭孢酶素丙二酰Co脂肪酸 四環(huán)素族,利福霉素族乙酰Co 大環(huán)內(nèi)酯族,多烯族抗生素莽草酸 對氨基苯丙氨酸氯霉素,綠膿菌

21、素苯丙氨酸,酪氨酸新生霉素由初級代謝產(chǎn)物衍生的次級代謝產(chǎn)物的途徑有七種：由初級代謝產(chǎn)物衍生的次級代謝產(chǎn)物的途徑有七種：葡萄糖碳架摻入途徑、莽草酸途徑、與核苷有關(guān)的途徑、葡萄糖碳架摻入途徑、莽草酸途徑、與核苷有關(guān)的途徑、聚酮糖途徑、由氨基酸衍生的途徑、甲羥戊酸途徑、其聚酮糖途徑、由氨基酸衍生的途徑、甲羥戊酸途徑、其它復合途徑。它復合途徑。2.從遺傳方面分析：初級產(chǎn)物和次級產(chǎn)物同樣都遭到核內(nèi)DNA的調(diào)理控制的。所不同的是次級代謝產(chǎn)物還遭到“與初級代謝產(chǎn)物合成無關(guān)的遺傳物質(zhì)的控制，即受核內(nèi)遺傳物質(zhì)染色體遺傳物質(zhì)和核外遺傳物質(zhì)質(zhì)粒的控制。有一部分代謝產(chǎn)物的構(gòu)成，取決于由質(zhì)粒信息產(chǎn)生的酶所控制的代謝途徑

22、，這類物質(zhì)稱為質(zhì)粒產(chǎn)物。由于這類物質(zhì)的構(gòu)成直接或間接受質(zhì)粒遺傳物質(zhì)的控制,因此產(chǎn)生了質(zhì)粒遺傳的觀念。當然也有只由染色體DNA控制的抗生素。因此，兩者在遺傳上既有一樣的部分，又有不同的部分。 三三 抗生素消費菌的主要代謝調(diào)抗生素消費菌的主要代謝調(diào)理機制理機制n 受DNA控制的酶合成的調(diào)理機制，包括酶的誘導和酶的阻遏有終點產(chǎn)物和分解產(chǎn)物；n 酶活性的調(diào)理機制，包括終點產(chǎn)物的抑制或活化，利用輔酶的酶活調(diào)理、酶原的活化和潛酶的活化；n 細胞膜透性的調(diào)理； 微生物的代謝調(diào)理機制可從微生物的代謝調(diào)理機制可從DNA程度研程度研討酶合成的調(diào)理機制和從酶化學觀念研討酶活討酶合成的調(diào)理機制和從酶化學觀念研討酶活性

23、的調(diào)理機制兩方面著手，可分為：性的調(diào)理機制兩方面著手，可分為： 微生物體內(nèi)的次級代謝和初級代謝一樣，都受菌體代謝的調(diào)理。次級代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)理與初級代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)理在某些方面是一樣的，也是調(diào)理參與生物合成的酶合成誘導或阻遏和控制酶活性激活或抑制。但次級代謝的調(diào)理也有其獨特的一面。以下是影響抗生素合成的主要代謝調(diào)理機制。1 初級代謝對次級代謝的調(diào)理初級代謝對次級代謝的調(diào)理 次級代謝產(chǎn)物的合成途徑并不是獨立存在的，而是與初級代謝產(chǎn)物合成途徑間存在著嚴密的聯(lián)絡(luò)。 次級代謝產(chǎn)物往往都是以初級代謝產(chǎn)物為母體衍生而來的，而且催化特殊次級代謝產(chǎn)物合成反響的酶也可以從那些初級代謝途徑的酶演化而來。因

24、此，微生物的初級代謝對次級代謝具有調(diào)理作用。 當初級代謝和次級代謝具有共同的合成途徑時，初級代謝的終產(chǎn)物過量，往往會抑制次級代謝的合成，這是由于這些終產(chǎn)物抑制了在次級代謝產(chǎn)物合成中重要的分叉中間體的合成。 如賴氨酸和青霉素的生物合成過程中有共同中間體-氨基己二酸，當培育液中賴氨酸過量時，那么抑制-氨基己二酸的合成，進而影響到青霉素的合成。2 碳代謝物的調(diào)理碳代謝物的調(diào)理 普通情況下，凡是能被微生物快速利用、促進產(chǎn)生菌快速生長的碳源，對次級代謝產(chǎn)物的生物合成都表現(xiàn)出抑制造用。這種抑制造用并不是由于快速利用碳源直接作用的結(jié)果，而是由于其代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物引起的。 這種阻遏作用是由于菌體在生長

25、階段，速效碳源如葡萄糖和檸檬酸等的分解產(chǎn)物阻遏了次級代謝過程中酶系的合成，只需當這類碳源耗盡時，才干解除其對參與次級代謝的酶的阻遏，菌體才干轉(zhuǎn)入次級代謝產(chǎn)物的合成階段。 20世紀40年代初期就發(fā)現(xiàn)，青霉素發(fā)酵過程中，雖然葡萄糖被菌體利用最快，但對青霉素合成并不適宜。而乳糖利用雖然較為緩慢，卻能提高青霉素產(chǎn)量。 知有許多次級代謝產(chǎn)物，如麥角生物堿、頭孢菌素C、螺旋霉素、紫色桿菌素、嘌呤霉素、吲哚霉素、絲裂霉素、桿菌肽、新生霉素、放線菌素和香豆素等的生物合成都遭到葡萄糖的阻遏，因此在這些產(chǎn)物的發(fā)酵過程中常采用其他碳源。3 氮代謝物的調(diào)理氮代謝物的調(diào)理 許多次級代謝產(chǎn)物的生物合成同樣遭到氮分解產(chǎn)物的

26、影響。對不同氮源的研討發(fā)現(xiàn)，黃豆餅粉等利用較慢的氮源，可以防止和減弱氮代謝物的阻遏作用，有利于次級代謝產(chǎn)物的合成；而以無機氮或簡單的有機氮等容易利用的氮作為氮源銨鹽、硝酸鹽、某些氨基酸時，能促進菌體的生長，卻不利于次級代謝產(chǎn)物的合成。例如，易利用的銨鹽有利于灰色鏈霉菌迅速生長，但對鏈霉素合成那么是最差的氮源。4 磷酸鹽的調(diào)理磷酸鹽的調(diào)理 磷酸鹽不僅是菌體生長的主要限制性營養(yǎng)成分，還是調(diào)理次級代謝產(chǎn)物生物合成的重要要素。過量的磷酸鹽也象葡萄糖一樣抑制次級代謝產(chǎn)物的合成，這種抑制造用被稱為磷酸鹽調(diào)理。 已發(fā)現(xiàn)過量磷酸鹽對四環(huán)素類、氨基糖苷類、多烯類和大環(huán)內(nèi)酯類等32種抗生素的生物合成產(chǎn)生阻抑作用。

27、這些次級代謝產(chǎn)物的生物合成只需在適當?shù)牧姿猁}濃度下才干進展。磷酸鹽濃度 10mmol/L 往往對次級代謝產(chǎn)物的合成有抑制造用例如， 10mmol/L的磷酸鹽就能完全抑制殺假絲菌素的合成。 磷酸鹽濃度的高低還能調(diào)理次級代謝產(chǎn)物合成期出現(xiàn)的早晚，當磷酸鹽接近耗盡時，才開場進入次級代謝產(chǎn)物的合成期。磷酸鹽起始濃度高，耗盡時間長，合成期就向后拖延。如金霉素、萬古霉素等的發(fā)酵都有這些景象。 磷酸鹽還能使處于非生長形狀的、產(chǎn)抗生素的菌體逆轉(zhuǎn)成生長形狀的、不產(chǎn)抗生素的菌體。5 ATP調(diào)理調(diào)理 ATP直接影響次級代謝產(chǎn)物合成和糖代謝中某些酶的直接影響次級代謝產(chǎn)物合成和糖代謝中某些酶的活性。在四環(huán)素的生物合成中

28、，活性。在四環(huán)素的生物合成中，ATP程度對四環(huán)素合成起程度對四環(huán)素合成起調(diào)理作用。磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶調(diào)理作用。磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸，再經(jīng)羧基轉(zhuǎn)移酶作用生成丙二酰作用下生成草酰乙酸，再經(jīng)羧基轉(zhuǎn)移酶作用生成丙二酰CoA四環(huán)素合成的前體，此途徑在四環(huán)素合成期起決四環(huán)素合成的前體，此途徑在四環(huán)素合成期起決議作用。而草酰乙酸是三羧酸議作用。而草酰乙酸是三羧酸TCA循環(huán)中的重要中間循環(huán)中的重要中間產(chǎn)物，催化其構(gòu)成的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的合成受產(chǎn)物，催化其構(gòu)成的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的合成受ATP和過量磷酸鹽的劇烈抑制，從而降低了草酰乙酸的生和過

29、量磷酸鹽的劇烈抑制，從而降低了草酰乙酸的生成，最終降低了四環(huán)素生物合成前體丙二酰成，最終降低了四環(huán)素生物合成前體丙二酰CoA的濃度，的濃度，影響四環(huán)素的生物合成。影響四環(huán)素的生物合成。6 酶的誘導調(diào)理酶的誘導調(diào)理構(gòu)造酶：是菌體生長繁衍所必需的酶系，它的產(chǎn)生普通構(gòu)造酶：是菌體生長繁衍所必需的酶系，它的產(chǎn)生普通不受培育基成分的影響；不受培育基成分的影響； 誘導酶：是在一定的誘導物存在下，才干構(gòu)成。誘導酶：是在一定的誘導物存在下，才干構(gòu)成。 在次級代謝過程中，有些參與次級代謝產(chǎn)物合成的酶在次級代謝過程中，有些參與次級代謝產(chǎn)物合成的酶為誘導酶，如鏈霉素生物合成中的轉(zhuǎn)脒基酶、甘露糖鏈為誘導酶，如鏈霉素生

30、物合成中的轉(zhuǎn)脒基酶、甘露糖鏈霉素酶等。誘導酶需求有誘導物存在才干構(gòu)成。誘導物霉素酶等。誘導酶需求有誘導物存在才干構(gòu)成。誘導物起誘導作用，能提高次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。例如，蛋氨起誘導作用，能提高次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。例如，蛋氨酸能提高頭孢菌素酸能提高頭孢菌素C的產(chǎn)量，其緣由是蛋氨酸的誘導作用，的產(chǎn)量，其緣由是蛋氨酸的誘導作用，而不是作為硫源的供應物。而不是作為硫源的供應物。 誘導酶合成的誘導劑有些需外源參與，而有些是菌體誘導酶合成的誘導劑有些需外源參與，而有些是菌體代謝過程中本身產(chǎn)生的。在抗生素的發(fā)酵過程中，有的代謝過程中本身產(chǎn)生的。在抗生素的發(fā)酵過程中，有的初級代謝產(chǎn)物似乎對次級代謝產(chǎn)物的合成酶也

31、起誘導作初級代謝產(chǎn)物似乎對次級代謝產(chǎn)物的合成酶也起誘導作用。用。7 反響調(diào)理反響調(diào)理 反響調(diào)理包括反響阻遏和反響抑制。反響調(diào)理包括反響阻遏和反響抑制。反響阻遏反響阻遏feedback repression)：作用于基因程度，控制酶的合成量，：作用于基因程度，控制酶的合成量，是終產(chǎn)物抑制生物合成途徑中的一種或多種酶構(gòu)成的調(diào)理過程。是終產(chǎn)物抑制生物合成途徑中的一種或多種酶構(gòu)成的調(diào)理過程。反響抑制反響抑制 (feedback inhibition)：作用于分子程度，控制酶的活性，是：作用于分子程度，控制酶的活性，是合成途徑的終點產(chǎn)物抑制該過程中第一步酶的活性作用。合成途徑的終點產(chǎn)物抑制該過程中第一步

32、酶的活性作用。 兩者作用方式各異，功能也有所不同，目的都是防止產(chǎn)生過量的兩者作用方式各異，功能也有所不同，目的都是防止產(chǎn)生過量的物質(zhì)，保證快速有效地順應變換了的外界環(huán)境，對生長有利。物質(zhì)，保證快速有效地順應變換了的外界環(huán)境，對生長有利。 在抗生素的合成途徑中，在抗生素的合成途徑中，一方面是抗生素本身的過量積累，存在著與初級代一方面是抗生素本身的過量積累，存在著與初級代謝類似的反響調(diào)理景象。如氯霉素、卡那霉素、泰謝類似的反響調(diào)理景象。如氯霉素、卡那霉素、泰樂菌素、制霉菌素、瑞斯托霉素等抗生素都對本身樂菌素、制霉菌素、瑞斯托霉素等抗生素都對本身的合成有抑制造用。的合成有抑制造用。另一方面，初級代謝

33、和次級代謝途徑是嚴密相連的，另一方面，初級代謝和次級代謝途徑是嚴密相連的，初級代謝遭到的反響調(diào)理，也必然影響抗生素的合初級代謝遭到的反響調(diào)理，也必然影響抗生素的合成。如纈氨酸是合成青霉素的前體，其生物合成遭成。如纈氨酸是合成青霉素的前體，其生物合成遭到反響調(diào)理，必然對青霉素的合成有影響。到反響調(diào)理，必然對青霉素的合成有影響。8 細胞膜通透性調(diào)理細胞膜通透性調(diào)理 次級代謝中也存在著膜通透性調(diào)理。菌體吸收外界營養(yǎng)物質(zhì)或分泌細胞內(nèi)的代謝物都必需經(jīng)過細胞質(zhì)膜的運輸。假設(shè)細胞對某種物質(zhì)不能運輸，或是運輸功能發(fā)生了妨礙，將導致細胞內(nèi)合成代謝的產(chǎn)物不能分泌出去，影響發(fā)酵產(chǎn)物的生成和收獲；或者是細胞外的營養(yǎng)物質(zhì)不能進入菌體或進入很少，從而影響產(chǎn)生菌的生長和產(chǎn)物的合成，呵斥產(chǎn)量下降。 在青霉素的發(fā)酵中，產(chǎn)生