7-真菌的代谢

四、青霉素和头孢菌素 （一）青霉素
青霉素 (penicillin)是Fleming于 1929年从点青霉(Penicillium notatum)获得，而现代商业产品却是来自产黄青霉 (P.chrysogenum)的突变株 青霉素并不是一个单一的化合物，而是以 6-氨基青霉烷酸(6aminopenicillanic acid，简写:6-APA)分子为基础的一组相关的 化合物。青霉素分子的基本结构包括一个β -内酰胺环、一个五 元的噻唑烷环和一条侧链。
瓜笄霉的 ¡ ＋ ¡¡ － ¡ 系菌株混合培养时，产生大量的β－胡萝 卜素 (培养六天的发酵液中产率达到 140毫克 /100毫升)。 接合笄霉(Choanehpora conjuncta)、三孢布拉氏霉 (Blakeslea trispora)、好食脉孢菌以及菌核青霉(Penicillium sclerotiorum)等 目前工业生产采用三孢布拉氏霉的 ¡ ＋ ¡¡ － ¡ 菌株。
第四节
次生代谢产物
次生代谢(secondary metabolism)包括许多而且很少具有共同途 径的代谢类型。在机体内只是当正常的生长被限制时次生代谢 才活跃起来 初级代谢的中间物不能用于生长而是被 ¡ 搁置 ¡ 或是转为特殊的 途径而产生次生代谢物。
真菌产生的次生代谢物主要有三个特点：
(1)产物是极端专一的，仅限于一个种或一个种内的某一株系 ; (2)次生代谢物在产生它们的机体生命活动中没有明显的功能 ; (3)它们是在机体生长受到限制时产生的。
NADH
2
NAD
(CH 3 ) 2 CHCH
转 氨 作用
2 COCOOH
脱氢 作 用
(CH 3 ) 2 C CHCOSCo A
(CH 3 ) 2 CHCH
2 COSCoA
α ¡ 酮 异己 酸
β ¡ 甲 基巴 豆 酰 C oA CO 2
H3 C C HOOCH
2C
异戊 酰 C oA
CO 2
H SCoA
O C H C CH 3 OCH 3 O S H N N O O C H C NH2
氨苄青霉素 二甲氧苯青霉素
O
苯氧乙基青霉素
青霉素G
O H3C C H3C HOOC C N O O C CH2 CH CH CH2 CH3 S C C H N C CH2 O
H3C
青霉素 V
C
H3C HOOC
青霉素 F
黄曲霉毒素(aflatoxin)是 由黄曲霉(Aspergillus flavus)和寄生曲霉 (A.parasiticus)产生的一 种肝毒素。
目前已分离出AFB1、 AFB2、 AFG1、 AFG2、 AFM1、 AFM2、 AFP1、 AFQ、 AFH1、 AFGM、 AFB2a和毒 醇等12种，其中以B1的毒性 最强。各种黄曲霉毒素的结构 非常相似，都含有一个糠酸呋 喃的基本毒性结构和一个氧杂 萘邻酮结构。
（ A）麦角碱的麦角灵母核，麦角碱结构 中 6位 N原子常由甲基取代，在 8-9或 9-10 位上有双键存在并且 8位上有含 C原子基 团； （ B）棒麦角素；（ C）麦角酸； （ D）麦角新碱，羟基被由三个氨基酸组 成的缩氨酸所代替；（ E）麦角胺，第一 个连在麦角酸上的氨基酸是丙氨酸 （Ⅰ），但在其他的缩氨酸生物碱中所连 接的基团可以是缬氨酸或α -氨絡酸。麦 角胺的第二个氨基酸（Ⅱ）是苯丙氨酸， 但是也有可能是缬氨酸，亮氨酸，异亮氨 酸，高亮氨酸和α -氨絡酸。第三个氨基 酸（Ⅲ）在所有的麦角碱中都是脯氨酸。
第一节
碳代谢
第七章
真菌的代谢
碳代谢的作用至少有三方面：
(1)产生 ATP; (2)形成还原型辅酶，供给生物合成反应之用 ; (3)为生物合成提供中间物。 一、发酵和呼吸的概念 二、糖酵解 （一）糖酵解途径 １、 EMP途径 ２、 HMP途径 ３、 ED途径
（二）真菌中糖酵解途径的相互关系 三、真菌的发酵 （一）乙醇发酵 （二）乳酸发酵 （三）甘油和其它多元醇的发酵 四、有氧呼吸 （一）三羧酸循环 （二）TCA循环的中间代谢 （三）TCA循环在能量释放中的作用 （四）真菌中影响呼吸的因素
CH 3
H3 C CH 3 CH 3 CH 3
CH 3
β－胡萝卜素的结构式
赤霉素是由乙酸合 成的，而合成途径 与类胡萝卜素是一 致的，合成的中间 物是甲羟戊酸、异 戊烯焦磷酸 (IPP)、牦牛儿焦 磷酸 (geraniol PP)
牻牛儿焦磷酸
CH 2 O P P H 3C CH 3
CH3 CH 3 CH 3 CH CH 3 CH 2O P P
2C
2 CH 2 OH
甲羟 戊酸
CH 3 COCH
2 C OSCoA
+
CH 3 COS CoA
乙 酰 乙酰 C oA
3 CH 3 COS CoA
乙酰 C oA
1
2. 甲羟戊酸合成之后，合成类胡萝卜素的第二个中间产物是异 戊烯焦磷酸(IPP)
H3 C C(OH)CH 2 CH 2 OH HOOCH 2 C ATP ADP H3 C C(OH)CH 2 CH 2 ¡ P HOOCH 2 C ATP ADP H3 C C(OH)CH 2 CH 2 ¡ P ¡ P HOOCH 2 C ATP ADP H3 C C(OH)CH 2 CH 2 ¡ P ¡ P H 2C + CO 2 + P i 异戊烯焦磷酸 5¡ 二磷酸甲羟戊酸 5¡ 磷酸甲羟戊酸 甲羟戊酸
AF分子中的二呋喃环是产生毒性的重要结构基础，而香豆素 可能与致癌作用有关， AF的毒性、致突变及致癌作用由强到 弱的顺序依次为 AFB1 AFG1 AFM1 AFB2 AFG2。


处于天然状态的这些化合物都是低毒的，在正常情况下 黄曲霉毒素是在肠中吸收并转至肝中，在肝中转化为有毒 的而且极不稳定的结构，它们可能在呋喃环的末端含有一 O 个环氧桥(图 )。这种结构的不稳定性帮助解释了为什么黄 曲霉毒素的初始效应大多限于肝中。 O
O O O
七、甾体转化

奶牛摄食被 AFB1和 AFB2污染的饲料后，在牛奶和尿中可检出 其羟基化代谢产物 AFM1和 AFM2。 AFM1除了随乳汁排出 外，还有部分存留在肌肉中。饲料中的 AFB1约有 1-6%在奶牛 体内转化成 AFM1出现在牛奶中。
3
结构：环孢菌素 A是由 11种甲基化的氨基酸构 成的复杂的环状缩氨酸 结构的多肽。 应用：环孢菌素 A已不 仅作用于抗排斥反应。 近年来，环孢菌素 A在 治疗免疫系统有关的疾 病方面，包括器官移 植、再生障碍性贫血、 肾病综合症、类风湿性 关节炎和银屑病等方面 发挥作用。
六、黄曲霉毒素
O O O O
（二）头孢菌素
头孢霉素(cephalosporin)是顶头孢霉(Cephalosporium acremonium)的次生代谢产物。它的核心结构是 7-氨基头孢菌 酸 (7-aminocephalosporanic acid， 7-ACA)，从它与青霉素结构 的相似程度推测，它可能是由青霉素做为前体物合成的。
2
青霉素的中心均为β -内酰胺环（ 4碳环式氨基化合物），其 侧链的取代基团的不同和差异产生了一系列具有不同抗菌活 性的抗生素。 天然青霉素主要有：
O C CH2
采用半合成生产青霉素的方法包括三个阶段 : (1)用产黄青霉生产青霉素 V或 G; (2)用青霉素酰基转移酶降解它们而获得 6-APA; (3)加入特殊支链
一、类胡萝卜素的生物合成
类胡萝卜素是真菌的一种色素，以β－胡萝卜素和酸性类 胡萝卜素的形式存在于真菌体内。
β-胡萝卜素的合成
1.甲羟戊酸的合成是β -胡萝卜素合成的第一步 甲羟戊酸的合成可能是由乙酰辅酶 A和亮氨酸二种前体
(CH 3 ) 2 CHCH
2 CH (NH 2 )CO OH
亮 氨酸
β-胡萝卜素(β-carotene)是维生素 A的前维生素，它 在人的肠粘膜中转变成维生素 A β-胡萝卜素生产
3.C40单位是类胡萝卜素的基本骨架
二、赤霉素
β -环化酶 (β -cyclase)的作用下，在两端形成二个白芷酮环
H3 C CH 3 H3 C CH 3 CH 3
赤霉素 (gibberellin)是一种双萜类化合物的植物激素。它首 先是从藤仓赤霉 (Gibberella fujikuroi)的无性世代串珠镰刀菌 (Fusarium moniliforme)中发现的。
RNH H S
7 8
6
N5
1
2 3
CH2OA c
R支链: R=H 7-氨基头孢菌酸 R=D-α-aminoadipoyl 头孢霉素C
4
O CO2H
头孢菌素的结构式
五、环孢菌素A
头孢菌素的一个最显著特征就是和青霉素相比它具有较低 的化学反应性。然而，和青霉素相比，某些β -内酰胺酶更 容易使头孢菌素断裂，这便导致了头孢菌素二代、三代、 四代的产生，这些化合物的抗菌性、对微生物抗药性的敏 感程度、吸收、代谢和副作用均不相同。 去掉头孢菌素 C的侧链便可产生 7-氨基头孢菌酸（ 7ACA），将其和不同的酸发生反应便能产生一系列头孢菌 素。 环孢菌素 A（ cyclosporine A）是近年来在器官移植发展 方面应用最成功的一种药物。 1976年瑞士Sandoz公司首次报 道了从挪威山的土壤中分离出一种真菌 ¡ 膨大弯颈霉 （ Tolypocladium inflatum产生环孢菌素 A。此后各国的科学 家又陆续报道了 13种其他产生菌，如茄病镰刀菌 (Fusarium solani)和侵菅新赤壳菌(Neocosmospora varinfecta)等。我国于 1983年报道了从我国土壤中筛选到环孢菌素 A的产生菌茄病 镰刀菌，在国内率先研制成功环孢菌素 A。 环孢菌素 A作用于人体免疫系统的 T淋巴细胞，抑制白细 胞介素 -2的产生，对抗原不产生应答，因而阻止对移植器官 的排斥。
革兰氏阳性菌的细胞壁存在的青霉素结合蛋白（ PBP）可以与β -内酰胺 环抗生素的不同侧链结合产生不同的效应，如与 PBP-1（一种转肽酶） 反应，将导致细胞溶解；与 PBP-2（也是一种转肽酶）连接，将产生椭 圆形细胞，这种细胞不能复制。 青霉素存在的一个严重问题是 β -内酰胺环的高度反应性，这使得它对许 多降解过程都非常敏感。 1 和氢氧离子的反应，这能导致它形成无活性的青霉酸， 2 具有酸敏感性，低 pH值能导致其分解。 3 对青霉素酶（ penicillinase）具有敏感性，这些酶由细菌产生，能够使 细菌对青霉素产生抗药性。 4 最常见的一种为 β -内酰胺酶（β -lactamase），它能使β -内酰胺环断 裂从而使抗生素失活。很多不同种类的酰基转移酶也已被发现，它们 的作用机制均是断裂抗生素侧链上的酰胺基，从而使其失活。
B1
O
B2
O
OCH3 O O O O O O O
OCH3
O
M1
OH
O
M2
OH
O
OCH3 O O O O O O O
OCH3
O
G1
O
O
G2
O
O
OCH3 O O O O
OCH3
O
O
O
O
B2a
O
G2a
O
O
OCH3 O OH O OH O O
OCH3
黄曲霉毒素的性质

黄曲霉毒素的毒性

AFB1难溶于水，易溶于甲醇、丙酮和氯仿等有机溶剂，但 不溶于石油醚、己烷和乙醚中。一般在中性及酸性溶液中较 稳定，但在强酸性溶液中稍有分解，在 pH 9-10的强碱溶液 中分解迅速，但此反应可逆，即在酸性条件百度文库又能恢复原来 结构。 AFB1对热非常稳定 , 268-269℃方可破坏 , 故一般烹调温度不 破坏其毒性。某些化学试剂如 5%次氯酸钠和丙酮可使 AFB1 完全分解，因此在实验室中用此方法对接触过 AFB1的器皿作 解毒处理。但在紫外线照射可使之分解。 AFB1和 AFB2在紫外光下可产生蓝紫色荧光 , AFG1和 AFG2 则产生黄绿色荧光，该特性是检测粮油食品中黄曲霉毒素 的重要依据。
CHCOSCo
A
β ¡ 甲 基 戊烯 二 酸单 酰 Co A H 2O
2N A D PH 2 2N A DP H 3C C( OH)CH
2 COS
H 3C CoA HOOCH
2C
HSC oA
β ¡ 羟基 ¡ β ¡ 甲基 戊二酸单酰 CoA ( HM G C oA )
H M G Co A 还 原酶
C( OH)CH HOOCH
C
CH 3
+
A
B
H 3C
CH3
H3 C
CH 3
三环双萜
牻牛儿牻牛儿焦磷酸
O
OC OH HO CH 2 CH 3 COOH
赤霉酸
三、麦角生物碱
麦角碱（ergot alkaloid）是从麦角中提取的生物碱， 麦角是由麦角菌属（Claviceps）的真菌侵染麦类植物而形成的菌核。 人畜误食麦角后会引起中毒或流产，已被妇产科用于子宫收缩和止血药。