微生物初級代謝與次級代謝的關(guān)系

1、微生物初級代謝與次級代謝的關(guān)系一、初級代謝與次級代謝產(chǎn)物微生物的初級代謝：初級代謝是指微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動所需要的物質(zhì)和能量的過程。這一過程的產(chǎn)物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由這些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白質(zhì)、酯類和核酸等），即為初級代謝產(chǎn)物。由于初級代謝產(chǎn)物都是微生物營養(yǎng)性生長所必需，因此，除了遺傳上有缺陷的菌株外，活細(xì)胞中初級代謝途徑是普遍存在的，也就是說它們的合成代謝流普遍存在。在這途徑上酶的特異性比次級代謝的酶要高。因?yàn)槌跫壌x產(chǎn)物合成的差錯會導(dǎo)致細(xì)胞死亡。微生物細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)方式很多，例如通過酶的定位以限制它與相

2、應(yīng)底物的接近，以及調(diào)節(jié)代謝流等可調(diào)節(jié)營養(yǎng)物透過細(xì)胞膜而進(jìn)入細(xì)胞的能力。其中調(diào)節(jié)代謝流的方式最為重要，它包括兩個方面：一是調(diào)節(jié)酶的活性，調(diào)節(jié)的是已有酶分子的活性，是在酶化學(xué)水平上發(fā)生的；二是調(diào)節(jié)酶的合成，調(diào)節(jié)的是酶分子的合成量，這是在遺傳學(xué)水平上發(fā)生的。在細(xì)胞內(nèi)這兩者往往密切配合、協(xié)調(diào)進(jìn)行，以達(dá)到最佳調(diào)節(jié)效果。 一般將微生物通過代謝活動所產(chǎn)生的自身繁殖所必需的物質(zhì)和能量的過程，稱為初級代謝，該過程所產(chǎn)生的產(chǎn)物即為初級代謝產(chǎn)物，如氨基酸、核苷類，以及酶或輔酶等。二、微生物次初級代謝次級代謝與初級代謝關(guān)系密切，初級代謝的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物往往是次級代謝的前體，比如糖降解過程中的乙酰-CoA是合成四環(huán)素、

3、紅霉素的前體；一般菌體的次級代謝在對數(shù)生長后期或穩(wěn)定期間進(jìn)行，受環(huán)境條件的影響； 次級代謝產(chǎn)物的合成，因菌株不同而異，但與分類地位無關(guān)；與次級代謝的關(guān)系密切的質(zhì)粒則控制著多種抗生素的合成。 次級代謝產(chǎn)物在微生物生命活動過程中的產(chǎn)生極其微量，對微生物本身的生命活動沒有明顯作用，當(dāng)次級代謝途徑被阻斷時，菌體生長繁殖仍不會受到影響，因此，它們沒有一般性的生理功能，也不是生物體生長繁殖的必需物質(zhì)，但對其它生物體往往具有不同的生理活性作用，因此，人們利用這些具有各種生理活性的次級代謝產(chǎn)物生產(chǎn)具有應(yīng)用價(jià)值的藥物。 次級代謝是指微生物在一定的生長時期，以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對于該微生物沒有明顯的生理

4、功能且非其生長和繁殖所必需的物質(zhì)的過程。這一過程的產(chǎn)物，即為次級代謝產(chǎn)物，如抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等。 次級代謝是指微生物在一定的生長時期，以初級代謝產(chǎn)物為前體物質(zhì)，合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質(zhì)的過程，這一過程的產(chǎn)物，即為次級代謝產(chǎn)物。也有人把超出生理需求的過量初級代謝產(chǎn)物也看做是次級代謝產(chǎn)物。次級代謝產(chǎn)物大多是一類分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的化合物，大多數(shù)分子中都含有苯環(huán)。一、次級代謝與次級代謝產(chǎn)物一般將微生物與外界吸收各種營養(yǎng)物質(zhì)，通過分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動的物質(zhì)和能量的過程，稱為初級代謝。次級代謝是相對于初級代謝而提出的一個概念。一般認(rèn)為，次級代謝是指微生物

5、在一定的生長時期，以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質(zhì)的過程。這一過程的產(chǎn)物，即為次級代謝產(chǎn)物。有人把超出生理需求的過量初級代謝產(chǎn)物也看作是次級代謝產(chǎn)物。次級代謝產(chǎn)物大多是分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的化合物。根據(jù)其作用，可將其分為抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等類型。次級代謝與初級代謝關(guān)系密切，初級代謝的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物往往是次級代謝的前體，比如糖降解過程中的乙酰CoA是合成四環(huán)素、紅霉素的前體；次級代謝一般在菌體對數(shù)生長后期或穩(wěn)定期間進(jìn)行，但會受到環(huán)境條件的影響；某些催化次級代謝的酶的專一性不高；次級代謝產(chǎn)物的合成，因菌株不同而異，但與分類地位無關(guān)；質(zhì)粒與次級代謝的關(guān)系密

6、切，控制著多種抗生素的合成。次級代謝不象初級代謝那樣有明確的生理功能，因?yàn)榇渭壌x途徑即使被阻斷，也不會影響菌體生長繁殖。次級代謝產(chǎn)物通常都是限定在某些特定微生物中生成，因此它們沒有一般性的生理功能，也不是生物體生長繁殖的必需物質(zhì)，雖然對它們本身可能是重要的。關(guān)于次級代謝的生理功能，目前尚無一致的看法。三、微生物初級代謝與次級代謝的關(guān)系初級代謝（ primary metabolism ）是一類主要發(fā)生在生長繁殖期的普遍存在于一切生物中的代謝類型。次級代謝（ secondary metabolism ）是某些生物為了避免在初級代謝過程中某種中間產(chǎn)物積累所造成不利作用或外環(huán)境因素脅迫而產(chǎn)生的一類有

7、利于生存的代謝類型。次級代謝與初級代謝是一個相對的概念，二種代謝既有區(qū)別又有聯(lián)系，它們的區(qū)別主要表現(xiàn)為： (1)次級代謝只存在于某些生物當(dāng)中，而且代謝途徑和代謝產(chǎn)物因生物不同而異，就是同種生物也會因營養(yǎng)和環(huán)境條件不同而產(chǎn)生不同的次級代謝產(chǎn)物。而初級代謝是一類普遍存在于各類生物中的基本代謝類型，代謝途徑與產(chǎn)物的類同性強(qiáng)。 (2) 次級代謝產(chǎn)物對于產(chǎn)生者本身不是機(jī)體生存所必需的物質(zhì)，即使在次級代謝過程的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，不會導(dǎo)致機(jī)體生長的停止和死亡，一般只是影響機(jī)體合成某種次級代謝產(chǎn)物的能力。而初級代謝產(chǎn)物如單糖或單糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等單體以及由它們組成的各種 大分子聚合物如核酸、蛋白質(zhì)、

8、多糖、脂類等通常都是機(jī)體生存必不可少的物質(zhì)，只要這些物質(zhì)合成過程的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，輕則表現(xiàn)為生長緩慢，重則導(dǎo)致生長停止、機(jī)體發(fā)生突變甚至死亡等。 (3) 次級代謝通常是在微生物的對數(shù)生長期末期或穩(wěn)定期才出現(xiàn)，它與機(jī)體的生長不呈現(xiàn)平行關(guān)系，而是明顯地分為機(jī)體的生長期和次級代謝產(chǎn)物形成期兩個不同時期。初級代謝則自始至終存在于一切生活的機(jī)體之中，它同機(jī)體的生長過程基本呈平行關(guān)系。 (4) 次級代謝產(chǎn)物雖然也是從少數(shù)幾種初級代謝過程中產(chǎn)生的中間體或代謝產(chǎn)物衍生而來，但它的骨架碳原子的數(shù)量與排列上的微小變化，或氧、氮、氯、硫等元素的加入，或在產(chǎn)物氧化水平上的微小變化都可以導(dǎo)致產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物各種各

9、樣，并且每種類型的次級代謝產(chǎn)物往往是一群化學(xué)結(jié)構(gòu)非常相似而成分不同的混合物。例如目前已知新霉素有 4 種，桿菌肽有 10 種，多粘菌素有 10 種，放線菌素有 20 多種等。這些次級代謝產(chǎn)物通常被機(jī)體分泌到胞外，它們雖然不是機(jī)體生長與繁殖所必需的物質(zhì)，但它們與機(jī)體的分化有一定的關(guān)系，并在同其他生物的生存競爭中起著重要作用，而且它們中有許多對人類健康和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重大影響。而初級代謝產(chǎn)物的性質(zhì)與類型在各類生物里相同或基本相同。如 20 種氨基酸、 8 種核苷酸以及由它們聚合而成的蛋白質(zhì)、核酸等在不同生物中其本質(zhì)基本相同，在機(jī)體的生長與繁殖上起著重要而相似的作用。 (5) 機(jī)體內(nèi)兩種代謝類型

10、對環(huán)境條件變化的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同。次級代謝對環(huán)境條件變化很敏感，其產(chǎn)物的合成往往會因環(huán)境條件變化而受到明顯影響。而初級代謝對環(huán)境條件變化的相對敏感性小，相對較為穩(wěn)定。 (6) 催化次級代謝產(chǎn)物合成的某些酶專一性較弱。因此在某種次級代謝產(chǎn)物合成的培養(yǎng)基里加進(jìn)不同的前體物時，往往可以導(dǎo)致機(jī)體合成不同種類的次級代謝產(chǎn)物，這或許是某些次級代謝產(chǎn)物為什么是由許多混合物組成的原因之一。例如在青霉素發(fā)酵中可以通過加人不同前體物的方式合成不同類型的青霉素。另外催化次級代謝產(chǎn)物合成的酶往往都是一些誘導(dǎo)酶，它們是在產(chǎn)生菌對數(shù)生長期末期或穩(wěn)定生長期中，由于某種中間產(chǎn)物積累而誘導(dǎo)機(jī)體合成一種能催化次級代謝產(chǎn)物合成的酶。這些酶通常因環(huán)境條件變化而不能合成。相對而言催化初級代謝產(chǎn)物合成的酶專一性和穩(wěn)定性較強(qiáng)。 次級代謝與初級代謝之間的聯(lián)系非常密切，具體表現(xiàn)為次級代謝以初級代謝為基礎(chǔ)。因?yàn)槌跫壌x可以為次級代謝產(chǎn)物合成提供前體物和為次級代謝產(chǎn)物合成提供所需要的能量，而次級代謝則是初級代謝在特定條件下的繼續(xù)和