微生物次级代谢与调节

1、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阶段产生的物质，它们一般是在产生菌生长中止后合成的。一、次级代谢产物生物合成的特征n 一、次级代谢产物一般不在生长菌的生长期产生，而在随一、次级代谢产物一般不在生长菌的生长期产生，而在随后的生产期形成。后的生产期形成。n 二、种类繁多，含有不寻常的化学键。二、种类繁多，含有不寻常的化学键。n 三、一种菌可以产生结构相近的一簇抗生素。三、一种菌可以产生结构相近的一簇抗生素。n 四、一簇抗生素中各组分的多少取决于遗传与环境因素。四、一簇抗生素中各组分的多少取决于遗传与环境因素。n 五、一种微生物的不同菌株可以产生多种在分子结构上完五、一种

2、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。全不同的次级代谢产物。n 六、次级代谢产物的合成对环境因素特别敏感。其合成因六、次级代谢产物的合成对环境因素特别敏感。其合成因素的表达受环境因素调节。素的表达受环境因素调节。n 七、微生物由生长期向生产期过渡时，菌体在形态学上会七、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。发生一些变化。n 八、微生物次级代谢产物的合成过程是一类由多基因控制八、微生物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。的代谢过程。 n 1、糖类。例如，链霉素、糖类。例如，链霉素、新霉素、卡纳霉素。新霉素、卡纳霉素。n 2、多肽类。

3、例如，青霉、多肽类。例如，青霉素、放线菌素。素、放线菌素。n 3、聚酯酰类。例如，二、聚酯酰类。例如，二甲萘烷醇、赤霉素。甲萘烷醇、赤霉素。n 4、核酸碱基类似物类。、核酸碱基类似物类。例如，焦土霉素、间型霉例如，焦土霉素、间型霉素。素。n 5、其他类型。例如，细、其他类型。例如，细交链孢菌酮酸、灵菌红素。交链孢菌酮酸、灵菌红素。n 二、二、 次次级代谢产物的级代谢产物的类型类型三、微生物次级代谢与其生命活动的关系1 次级代谢在微生物中所起的作用：次级代谢在微生物中所起的作用：富集营养物质：大肠杆菌在缺铁环境中产生肠道富集营养物质：大肠杆菌在缺铁环境中产生肠道杆菌素，与铁形成络合物，富集铁，供

4、菌体利用。杆菌素，与铁形成络合物，富集铁，供菌体利用。清除不平衡生长时积累的中间物。清除不平衡生长时积累的中间物。生物竞争。生物竞争。储存营养、生长调节剂。储存营养、生长调节剂。2 次级代谢与生长，分化的关系。细菌次级代谢与分化的关系：细菌次级代谢与分化的关系：芽孢杆菌在生长后期开始形成芽孢杆菌在生长后期开始形成芽孢和次级代谢物，这些次级代谢物可抑制生长，促进孢子生成。芽孢和次级代谢物，这些次级代谢物可抑制生长，促进孢子生成。放线菌次级代谢与分化的关系：放线菌次级代谢与分化的关系：抗生素的合成与孢子的形抗生素的合成与孢子的形成是受共同控制机制调节的两种过程。灰色链霉菌产孢子能力丧失则链霉素成是

5、受共同控制机制调节的两种过程。灰色链霉菌产孢子能力丧失则链霉素生产能力丧失。生产能力丧失。真菌次级代谢与分化的关系：真菌次级代谢与分化的关系：次级代谢物对自然生态的作用、次级代谢物对自然生态的作用、对代谢的调节、对分化的调节。次级代谢是在生长受限的分化期产生。如：对代谢的调节、对分化的调节。次级代谢是在生长受限的分化期产生。如：顶头孢霉菌节孢子所占百分比与头孢菌素有线性关系。顶头孢霉菌节孢子所占百分比与头孢菌素有线性关系。四、细胞生长期和抗生素生产期的相互关系n微生物的生长曲线可分为4个期：延滞期、对数期、稳定期和衰老期。n抗生素发酵可分为2个代谢期：生长期（营养期）和生产期（抗生素分泌期）。

6、n不少抗菌素只能在生产期产生：链霉素、青霉素、金霉素、红霉素等。n也有的生产期和生长期平行：氯霉素n 在生长期，微生物按一定比例吸收和利用主要营养物质而快速生长。生长期结束时，一种主要营养物质（如P，N或S）可能消耗殆尽或降低到一定程度，成为限制因素，使菌体的生长速度减慢或保持平衡状态，转入生产期。生长期中负责抗生素合成的酶处于被阻遏的状态，如链霉素生物合成中的转脒基酶，青霉素生物合成中的酰基转移酶和苯乙酸活化酶。一旦菌体生长接近生长末期，解除对相关酶的阻遏。五、抗生素生物合成启动的控制n （1） 抗生素生物合成酶的阻遏抗生素生物合成酶的阻遏： 研究表明，抗生素合成酶出现较晚，这种基因研究表明

7、，抗生素合成酶出现较晚，这种基因表达的控制可通过干扰表达的控制可通过干扰DNA转录和转录和RNA翻译的方翻译的方式进行，但不清楚阻遏控制是在哪一级别上进行。式进行，但不清楚阻遏控制是在哪一级别上进行。 对于杀念珠菌素和杆菌肽，合成酶的阻遏发对于杀念珠菌素和杆菌肽，合成酶的阻遏发生在转录水平上。生在转录水平上。n （2）抗生素合成出现的较晚抗生素合成出现的较晚 其原因可能是某种因素对细胞中已合成的酶有其原因可能是某种因素对细胞中已合成的酶有抑制作用。例如：头霉素产生的抑制作用。例如：头霉素产生的-内酰胺抗生素内酰胺抗生素（青霉素（青霉素N和头孢菌素和头孢菌素C）主要是在菌丝体生长完）主要是在菌丝

8、体生长完成后才合成，但研究表明生长期的菌丝体已含有成后才合成，但研究表明生长期的菌丝体已含有活性很高的活性很高的-内酰胺合成酶。内酰胺合成酶。n （3） 初级代谢的末端代谢产物反馈抑制作用初级代谢的末端代谢产物反馈抑制作用 生长期结束时，胞内的初级代谢中间物或末端生长期结束时，胞内的初级代谢中间物或末端产物对次级代谢产物合成酶产生诱导作用，从而产物对次级代谢产物合成酶产生诱导作用，从而启动次级代谢，避免了初级代谢产物的积累，解启动次级代谢，避免了初级代谢产物的积累，解除了积累物的反馈抑制作用。除了积累物的反馈抑制作用。 如：培养基中赖氨酸过量会抑制柠檬酸合成酶，如：培养基中赖氨酸过量会抑制柠檬

9、酸合成酶，进而关闭了进而关闭了-氨基己二酸的合成途径，使青霉素氨基己二酸的合成途径，使青霉素合成受到抑制。合成受到抑制。 六、反馈调节n 抗生素的生物合成途径中，反馈调节起着重要作用1、抗生素本身的积累起反馈调节作用。如：青霉素，氯霉素2、抗生素的前体是初级代谢产物时，初级代谢产物的形成受到反馈调节，会影响抗生素的形成。 如：青霉素前体物是缬氨酸，缬氨酸的合成受到的反馈调节就会影响青霉素的合成n 3、初级与次级代谢间存在分叉中间体，由交叉中间体产生的初级代谢终产物的反馈调节可影响次级代谢产物的形成。 分叉中间体：代谢中间体既可以用来合成初级代谢产物，又可以用来合成次级代谢产物，把这部分中间体叫作分叉中间体 丙