微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)

微生物次級(jí)代謝調(diào)整4.一個(gè)微生物所含有次級(jí)代謝產(chǎn)物往往是一組結(jié)構(gòu)相同化合物；（P73）5.一個(gè)微生物不一樣菌株能夠產(chǎn)生分子結(jié)構(gòu)迥異次級(jí)代謝物；不一樣種類微生物也能產(chǎn)生同一個(gè)次級(jí)代謝物；

6.次級(jí)代謝產(chǎn)物合成比生長(zhǎng)對(duì)環(huán)境原因更敏感。如菌體生長(zhǎng)，磷酸鹽濃度0.3～300mmol/L；產(chǎn)物合成，磷酸鹽濃度0.1～10mmol/L，微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第1頁(yè)微生物次級(jí)代謝調(diào)整7.一簇抗生素中各組分多少取決于遺傳原因和環(huán)境原因;如初級(jí)代謝特異性很高，而次級(jí)代謝合成所包括酶特異性較低。次級(jí)代謝差錯(cuò)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)無(wú)關(guān)緊要，而初級(jí)代謝差錯(cuò)卻會(huì)造成致命后果。8.由生長(zhǎng)久向生產(chǎn)期過(guò)渡時(shí)，菌體形態(tài)會(huì)有所改變；次級(jí)代謝產(chǎn)物合成過(guò)程是一類由多基因（基因簇）控制代謝過(guò)程；這些基因不但位于微生物染色體中也位于質(zhì)粒中，且后者基因在次級(jí)代謝產(chǎn)物合成過(guò)程中往往起主導(dǎo)作用。微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第2頁(yè)次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成二、次級(jí)代謝產(chǎn)物構(gòu)建單位生源說(shuō)和生物合成

生源說(shuō)指是代謝產(chǎn)物分子中構(gòu)建單位各種原子起源；（有機(jī)化學(xué)）

生物合成指是各構(gòu)建單位在各種酶作用下合成次級(jí)代謝產(chǎn)物過(guò)程。（生物化學(xué)）三、次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成步驟①養(yǎng)分?jǐn)z入；②經(jīng)過(guò)中樞代謝路徑（初級(jí)代謝）養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為中間體；微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第3頁(yè)次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成③小分子建筑單位（前體，進(jìn)入次級(jí)代謝）形成；中間體：對(duì)初級(jí)代謝而言；有時(shí)二者是同一物質(zhì)，有時(shí)前體在中間體基礎(chǔ)上結(jié)構(gòu)略有改變。前體：對(duì)次級(jí)代謝而言；④前體進(jìn)入次級(jí)代謝生物合成路徑；⑤在次級(jí)代謝主要骨架形成后作最終修飾，成為產(chǎn)物。微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第4頁(yè)

由初級(jí)代謝物衍生次級(jí)代謝物路徑

加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中一些化合物，能被微生物直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而本身結(jié)構(gòu)無(wú)多大改變，且含有促進(jìn)產(chǎn)物合成作用。

前體：是指養(yǎng)分或基質(zhì)進(jìn)入一路徑后被轉(zhuǎn)化為一個(gè)或各種不一樣物質(zhì)，它們均被深入代謝，最終取得該路徑終產(chǎn)物。中間體四、由初級(jí)代謝物衍生次級(jí)代謝物路徑莽草酸路徑（芳香中間體）：莽草酸，對(duì)氨基苯甲酸，色氨酸，苯丙氨酸，酪氨酸。微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第5頁(yè)

由初級(jí)代謝物衍生次級(jí)代謝物路徑

莽草酸路徑負(fù)責(zé)大多數(shù)放線菌和許多植物次生代謝物生物合成；而大多數(shù)真菌產(chǎn)生芳香代謝物是由乙酸經(jīng)過(guò)聚酮（polyketide）路徑合成。葡萄糖碳架摻入路徑：差向異構(gòu)化、氨化、去羥基、重排、脫羧、氧化和還原。3.甲羥戊酸路徑：異戊二烯單位，甲羥戊酸由乙酰CoA合成。4.短鏈脂肪酸路徑：乙酸、丙酸、丙二酸、甲基丙二酸，形成乙酰CoA、丙二酰CoA、甲基丙二酰CoA等前體，作為抗生素建筑材料進(jìn)入次級(jí)代謝路徑。微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第6頁(yè)

由初級(jí)代謝物衍生次級(jí)代謝物路徑

乙酰CoA與幾個(gè)分子丙二酰CoA或甲基丙二酰CoA線性縮合生成聚酮（polyketide）代謝物。如：四環(huán)素簇，大環(huán)內(nèi)酯和多烯大環(huán)內(nèi)酯環(huán)骨架。5.與核苷相關(guān)路徑：嘌呤和嘧啶堿。由氨基酸衍生物路徑：丙酮酸丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸和異亮氨酸。甲基化：四氫葉酸甲硫氨酸S-腺苷甲硫氨酸；形式：N-甲基化；O-甲基化微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第7頁(yè)

前體聚合作用

五、前體聚合作用前體一旦形成，便流向次級(jí)代謝生物合成專用路徑。前體聚合作用是次級(jí)代謝特有、普遍合成機(jī)制。經(jīng)過(guò)前體聚合作用次級(jí)代謝物有四環(huán)類、大環(huán)內(nèi)酯類、安莎霉素類、真菌芳香化合物聚酮類和肽類、聚醚和聚異戊二烯類抗生素。六、次級(jí)代謝物結(jié)構(gòu)后幾步修飾：氧化、氯化、氨化、甲基化和羥基化。微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第8頁(yè)次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成主要調(diào)整機(jī)制七、次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成主要調(diào)整機(jī)制1.酶合成誘導(dǎo)調(diào)整；2.反饋調(diào)整；3.磷酸鹽調(diào)整；（P81，82）4.ATP調(diào)整作用；（P85，86）磷酸鹽調(diào)整抗生素生物合成機(jī)制①磷酸鹽影響抗生素生物合成中磷酸酯酶和前體形成中某種酶活性（直接作用)）；微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第9頁(yè)次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成主要調(diào)整機(jī)制磷酸鹽調(diào)整胞內(nèi)其它效應(yīng)劑（如ATP、腺苷酸能量負(fù)荷和cAMP），進(jìn)而影響抗生素合成（間接作用）。ATP調(diào)整作用①能量供給不足是開啟寡聚酮化合物合成關(guān)鍵原因。如在金霉素合成期高產(chǎn)菌株胞內(nèi)ATP濃度比低產(chǎn)菌株低許多；②ATP濃度降低與ATP-二磷酸酯酶活性增加相關(guān)；③ATP對(duì)初級(jí)代謝產(chǎn)物一些酶，如檸檬酸合成酶與PEP羧化酶活性有變構(gòu)抑制作用。低濃度ATP促進(jìn)PEP羧化形成草酰乙酸，并由此生成丙二酰CoA；微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第10頁(yè)次級(jí)代謝產(chǎn)物生物合成主要調(diào)整機(jī)制④金霉素高產(chǎn)菌株腺苷酸合成能力低，故其能量代謝活性較低。磷酸鹽是一些次級(jí)代謝限制原因，高濃度磷酸鹽表現(xiàn)出較強(qiáng)抑制作用。微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第11頁(yè)微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第12頁(yè)幾類抗生素生物合成6.氮分解產(chǎn)物調(diào)整作用；5.碳分解產(chǎn)物調(diào)整作用；7.產(chǎn)生菌生長(zhǎng)速率調(diào)整：生長(zhǎng)久和生產(chǎn)期八、幾類抗生素生物合成（前體、組成、調(diào)整機(jī)制）1.以短鏈脂肪酸為前體抗生素活性乙酸和丙二酸單體依次結(jié)合，形成聚酮（聚乙酰）鏈。單體頭尾縮合，形成結(jié)構(gòu)復(fù)雜抗生素。微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第13頁(yè)幾類抗生素生物合成1）大環(huán)內(nèi)酯類：紅霉素結(jié)構(gòu)：一大環(huán)內(nèi)酯和兩種糖，脫氧氨基己糖和紅霉糖；由7個(gè)丙酸單位按照與脂肪酸合成過(guò)程相同機(jī)制形成；以丙酰CoA為引物，依次以甲基丙二酰CoA作為延伸單位接上6個(gè)丙酸單位。前體：活化丙酸單位；調(diào)整機(jī)制：②紅霉素A（終產(chǎn)物）對(duì)轉(zhuǎn)甲基酶有強(qiáng)烈抑制作用。①丙醇既可作前體，又可起誘導(dǎo)；微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第14頁(yè)幾類抗生素生物合成泰樂(lè)菌素、螺旋霉素、麥迪霉素、雷帕霉素前體、合成路徑及調(diào)整機(jī)制。（P81）2）四環(huán)素類：母核由乙酸或丙二酸單位縮合形成四聯(lián)環(huán)，其氨甲?；蚇-甲基分別來(lái)自CO2和甲硫氨酸；葡萄糖或PEP轉(zhuǎn)化為乙酰CoA，再與8個(gè)丙二酰CoA依次縮合成聚九酮化合物，部分閉環(huán)形成三環(huán)化合物，隨即轉(zhuǎn)化為終產(chǎn)物。調(diào)整機(jī)制：微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第15頁(yè)幾類抗生素生物合成①糖代謝EMP、HMP影響；②磷酸鹽、丙酮酸影響；③前體供給；④ATP水平等。2.以氨基酸為前體抗生素β-內(nèi)酰胺類抗生素，肽類抗生素。1）β-內(nèi)酰胺類抗生素：青霉素、頭孢菌素；微生物次級(jí)代謝調(diào)節(jié)第16頁(yè)幾類抗生素生物合成前體或中間體（P86）；合成路徑（P88）；調(diào)整機(jī)制（P87。88）2）肽類抗生素：不用蛋白質(zhì)合成所用轉(zhuǎn)錄–轉(zhuǎn)譯機(jī)構(gòu)，故無(wú)需核糖體、tRNA和mRNA。環(huán)孢菌素A：結(jié)構(gòu)：3個(gè)罕見氨基酸（P90）；合成：從D-Ala開始，生產(chǎn)環(huán)二肽，依次加上組成氨基酸，延