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类型模块三微生物次级代谢调节.pptx

  • 上传人:拉拉链
  • 文档编号:13383461
  • 上传时间:2022-08-16
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    1、模块三 微生物次级代谢调节,一、微生物次级代谢的特征,次级代谢产物一般不在产生菌的生长期产生,而在随后的 生产期形成;,种类繁多,结构特殊,含有不常见的化合物;如:抗生素、 毒素、色素和生物碱等,如氨基糖、苯醌、香豆素、麦角生 物碱、萜烯、四环类抗生素等;,含有少见的化学键;如:吩嗪、吡咯、喹啉、聚乙烯和多烯 的不饱和键等;,微生物次级代谢调节,4. 一种微生物所含有的次级代谢产物往往是一组结构相似 的化合物;(P73),5. 一种微生物的不同菌株可以产生分子结构迥异的次级代谢 物;不同种类的微生物也能产生同一种次级代谢物;,6. 次级代谢产物的合成比生长对环境因素更敏感。如菌体生 长,磷酸盐

    2、浓度0.3300mmol/L;产物合成,磷酸盐浓度 0.110mmol/L,,微生物次级代谢调节,7. 一簇抗生素中各组分的多少取决于遗传因素和环境因素;,如初级代谢的特异性很高,而次级代谢合成所涉及的酶的 特异性较低。,次级代谢的差错对细胞的生长无关紧要,而初级代谢的 差错却会导致致命后果。,8. 由生长期向生产期过渡时,菌体形态会有所变化;,次级代谢产物的合成过程是一类由多基因(基因簇)控制的 代谢过程;这些基因不仅位于微生物的染色体中也位于质粒 中,且后者的基因在次级代谢产物的合成过程中往往起主导 作用。,次级代谢产物的生物合成,二、次级代谢产物的构建单位的生源说和生物合成,生源说指的是

    3、代谢产物分子中构建单位的各种原子的起源; (有机化学),生物合成指的是各构建单位在多种酶的作用下合成次级代 谢产物的过程。 (生物化学),三、次级代谢产物的生物合成,步骤, 养分的摄入;, 通过中枢代谢途径(初级代谢)养分转化为中间体;,次级代谢产物的生物合成, 小分子建筑单位(前体,进入次级代谢)的形成;,中间体 :对初级代谢而言;,有时二者是同一物质,有时前体在中间体的基础上结构略有 改变。,前体: 对次级代谢而言;, 前体进入次级代谢生物合成途径;, 在次级代谢的主要骨架形成后作最后的修饰,成为产物。,由初级代谢物衍生次级代谢物的途径,加入到发酵培养基中的某些化合物,能被微生物直接结合到

    4、产物分子中去,而自身的结构无多大变化,且具有促进产物合成的作用。,前体:,是指养分或基质进入一途径后被转化为一种或多种不同的物质,它们均被进一步代谢,最终获得该途径的终产物。,中间体,四、由初级代谢物衍生次级代谢物的途径,莽草酸途径(芳香中间体):莽草酸,对氨基苯甲酸,色 氨酸,苯丙氨酸,酪氨酸。,由初级代谢物衍生次级代谢物的途径,莽草酸途径负责大多数放线菌和许多植物次生代谢物的生 物合成;而大多数真菌产生的芳香代谢物是由乙酸通过 聚酮(polyketide)途径合成。,葡萄糖碳架掺入途径:差向异构化、氨化、去羟基、重排、 脱羧、氧化和还原。,3. 甲羟戊酸途径:异戊二烯单位,甲羟戊酸由乙酰C

    5、oA合成。,4. 短链脂肪酸途径: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 等前体, 作为抗生素建筑材料进入次级代谢途径。,由初级代谢物衍生次级代谢物的途径,乙酰CoA与几个分子丙二酰CoA或甲基丙二酰CoA线性缩 合生成聚酮(polyketide)代谢物。如:四环素簇,大环 内酯和多烯大环内酯环骨架。,5. 与核苷有关的途径:嘌呤和嘧啶碱。,由氨基酸衍生物的途径:丙酮酸 丙氨酸、缬氨酸、 亮氨酸和异亮氨酸。,甲基化:四氢叶酸 甲硫氨酸 S-腺苷甲硫氨酸 ;,形式:N-甲基化;O-甲基化,前体聚合作用,五、前体聚合作用,前体一旦形成,便流向次级代谢

    6、生物合成的专用途径。前 体聚合作用是次级代谢特有的、普遍的合成机制。,通过前体聚合作用的次级代谢物有四环类、大环内酯类、 安莎霉素类、真菌芳香化合物的聚酮类和肽类、聚醚和聚 异戊二烯类抗生素。,六、次级代谢物结构的后几步修饰:氧化、氯化、氨化、 甲基化和羟基化。,次级代谢产物生物合成的主要调节机制,七、次级代谢产物生物合成的主要调节机制,1. 酶合成的诱导调节;,2. 反馈调节;,3. 磷酸盐的调节;(P81,82),4. ATP的调节作用;(P85,86),磷酸盐调节抗生素生物合成的机制, 磷酸盐影响抗生素生物合成中的磷酸酯酶和前体形成中 某种酶的活性(直接作用));,次级代谢产物生物合成的

    7、主要调节机制,磷酸盐调节胞内其它效应剂(如ATP、腺苷酸能量负荷 和cAMP),进而影响抗生素合成(间接作用)。,ATP的调节作用, 能量供应不足是启动寡聚酮化合物合成的关键因素。如在金 霉素合成期高产菌株胞内ATP浓度比低产菌株的低许多;, ATP浓度的降低与ATP-二磷酸酯酶活性的增加有关;, ATP对初级代谢产物的某些酶,如柠檬酸合成酶与PEP 羧 化酶的活性有变构抑制作用。低浓度的ATP促进PEP羧化形 成草酰乙酸,并由此生成丙二酰CoA;,次级代谢产物生物合成的主要调节机制, 金霉素的高产菌株的腺苷酸的合成能力低,故其能量代谢 活性较低。,磷酸盐是一些次级代谢的限制因素,高浓度磷酸盐

    8、表现出较 强的抑制作用。,几类抗生素的生物合成,6. 氮分解产物的调节作用;,5. 碳分解产物的调节作用;,7. 产生菌生长速率的调节:生长期和生产期,八、几类抗生素的生物合成(前体、组成、调节机制),1. 以短链脂肪酸为前体的抗生素,活性乙酸和丙二酸单体的依次结合,形成聚酮(聚乙酰) 链。单体的头尾缩合,形成结构复杂的抗生素。,几类抗生素的生物合成,1) 大环内酯类:红霉素,结构:一大环内酯和两种糖,脱氧氨基己糖和红霉糖;,由7个丙酸单位按照与脂肪酸合成过程相似的机制形成; 以丙酰CoA为引物,依次以甲基丙二酰 CoA 作为延伸单 位接上6个丙酸单位。,前体:活化丙酸单位;,调节机制:, 红

    9、霉素A(终产物)对转甲基酶有强烈抑制作用。, 丙醇既可作前体,又可起诱导;,几类抗生素的生物合成,泰乐菌素、螺旋霉素、麦迪霉素、雷帕霉素的前体、合成 途径及调节机制。(P81),2)四环素类:,母核由乙酸或丙二酸单位缩合形成四联环,其氨甲酰基和 N-甲基分别来自CO2和甲硫氨酸;,葡萄糖或PEP转化为乙酰CoA,再与8个丙二酰CoA 依次缩合成聚九酮化合物,部分闭环形成三环化合物, 随后转化为终产物。,调节机制:,几类抗生素的生物合成, 糖代谢EMP、HMP的影响;, 磷酸盐、丙酮酸的影响;, 前体的供应;, ATP的水平等。,2. 以氨基酸为前体的抗生素,-内酰胺类抗生素,肽类抗生素。,1)

    10、-内酰胺类抗生素:青霉素、头孢菌素;,几类抗生素的生物合成,前体或中间体(P86);合成途径(P88);调节 机制(P87。88),2)肽类抗生素:不用蛋白质合成所用的转录转译机构,故 无需核糖体、tRNA和mRNA。,环孢菌素A:结构:3个罕见的氨基酸(P90);合成:从 D-Ala开始,生产环二肽,依次加上组成氨基酸,延伸形 成线状十一肽。,以经修饰的糖为前体的抗生素:氨基糖苷类、大环内酯类 和蒽环类。,链霉素:结构(P90);合成(P90,91);调节机制(P92,93),微生物初级代谢调节、次级代谢调节和代谢工程理论,代谢调控育种,生产中解除分解代谢产物阻遏,反馈阻遏,谢谢观看/欢迎下载,BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH,

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