微生物次级代谢
《微生物次级代谢》课件
转录后水平调控
通过控制mRNA的稳定性 、翻译效率和翻译后修饰 来影响次级代谢基因的表 达。
表观遗传调控
通过DNA甲基化、组蛋白 乙酰化等修饰来影响次级 代谢基因的表达。
酶活性调控
酶的合成与降解
通过调节酶的合成和降解来控制次级代谢产物的生成。
次级代谢产物的生物利用与开发
次级代谢产物在医药领域的应 用：如抗生素、激素、抗肿瘤
药物等。
次级代谢产物在工业领域的应 用：如生物塑料、生物燃料、 生物催化剂等。
次级代谢产物在农业领域的应 用：如植物生长调节剂、杀虫
剂、除草剂等。
次级代谢产物的开发前景：随 着生物技术的不断发展，次级 代谢产物在未来的应用前景将 更加广泛。
细胞密度与次级代谢
在达到一定细胞密度后，次级代谢产物开始生成，并 随着细胞密度的增加而增加。
04
次级代谢在生物工程中的应用
次级代谢产物的分离纯化
分离纯化方法
利用物理、化学和生物学方法，从微生物发酵液 中分离纯化次级代谢产物。
技术手段
采用色谱技术、沉淀法、结晶法等手段进行分离 纯化。
注意事项
需注意避免产物的降解和损失，提高产物的纯度 和收率。
05
次级代谢的研究进展与展望
次级代谢产物的发现与鉴定
次级代谢产物的发现
通过基因组学、转录组学和代谢组学技术，发现新的次级代 谢产物。
次级代谢产物的鉴定
利用色谱技术、光谱技术和质谱技术等手段，对次级代谢产 物进行分离、纯化和鉴定。
次级代谢的生物合成机制研究
生物合成途径
研究次级代谢产物的生物合成途径， 包括起始、延伸和终止等步骤。
微生物次级代谢与次级代谢产物
微生物次级代谢与次级代谢产物
初级代谢： 初级代谢
微生物从外界吸收各种营养物质， 微生物从外界吸收各种营养物质，通过 分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所 分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所 必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。 必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。 的物质和能量的过程
次级代谢只存在于某些生物（ 次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些 微生物） 微生物）中，并且代谢途径和代谢产物因生物不 同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同 同而不同， 而产生不同的次级代谢产物。 而产生不同的次级代谢产物。
一、次级代谢与次级代谢产物
2.不同的微生物可产生不同的次级代谢产物 不同的微生物可产生不同的次级代谢产物
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同
另外，催化次级代谢产物合成的酶往往是一些诱导酶，它们是 2、对产生者自身的重要性不同 在产生菌对数生长末期或稳定生长期里，由于某种中间代谢产 3、同微生物生长过程的关系明显不同 物积累而诱导机体合成的一种能催化次级代谢产物合成的酶， 这些酶通常因环境条件变化而不能合成。 4、对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同
一类与生物生存有关的、 一类与生物生存有关的、涉及到产能代谢和耗 能代谢的代谢类型，普遍存在于一切生物中。 能代谢的代谢类型，普遍存在于一切生物中。
第五节
微生物次级代谢与次级代谢产物
一、次级代谢与次级代谢产物
某些生物为了避免在初级代谢过程某种中 间产物积累所造成的不利作用而产生的一类有 利于生存的代谢类型。 利于生存的代谢类型。 通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物， 通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物，大 可以认为是某些生物在一定条件下通过突变 多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用， 多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分 获得的一种适应生存的方式。 获得的一种适应生存的方式。
《微生物次级代谢》课件
一、课件封面《微生物次级代谢》课件副了解微生物的次级代谢及其应用作者：[你的名字]日期：[制作日期]二、目录1. 微生物次级代谢的定义与特点2. 微生物次级代谢的生物合成途径3. 微生物次级代谢产物的分类及实例4. 微生物次级代谢的调控机制5. 微生物次级代谢在工业、医药和农业中的应用三、微生物次级代谢的定义与特点1. 定义微生物次级代谢是指微生物在生长发育的特定阶段，通过代谢途径产生的非生长必需的小分子物质。
2. 特点（1）非生长必需：次级代谢产物对微生物的生长并非必需，但在特定环境下具有生理功能。
（2）结构多样性：次级代谢产物的结构复杂多样，具有很高的化学多样性。
（3）生物学功能：次级代谢产物具有抗菌、抗病毒、抗氧化等生物学功能。
（4）环境适应性：微生物通过次级代谢产生特定产物，以适应环境变化。
四、微生物次级代谢的生物合成途径1. 非氧化还原反应2. 氧化还原反应3. 还原酮反应4. 脱水反应5. 环合反应6. 生物合成途径的调控：酶催化、基因表达调控、代谢途径重组等。
五、微生物次级代谢产物的分类及实例1. 抗生素：如青霉素、红霉素、链霉素等。
2. 维生素：如维生素B1、维生素B2、维生素K等。
3. 毒素：如肉毒素、葡萄球菌肠毒素等。
4. 酶抑制剂：如自杀性抑制剂、非自杀性抑制剂等。
5. 植物生长调节剂：如赤霉素、生长素等。
6. 其他：如抗氧化剂、色素等。
本课件仅提供了一个简要的《微生物次级代谢》概述，后续章节将深入探讨微生物次级代谢的调控机制及其在工业、医药和农业中的应用。
希望这份课件能对你有所帮助。
如有需要，请随时向我反馈，以便我进行修改和完善。
六、微生物次级代谢的调控机制1. 基因表达调控：微生物通过转录因子、启动子、终止子等调控基因表达。
2. 酶活性调控：微生物通过酶磷酸化、酶降解等途径调控次级代谢产物的合成。
3. 代谢途径重组：微生物通过基因重组、基因编辑等技术改变代谢途径，以产生新的次级代谢产物。
微生物次级代谢产物
微生物次级代谢产物
微生物在次级代谢过程中产生的产物称次级代谢产物。
包括：抗生素，毒素，生长剌激素，色素和维生素等。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。
毒素、激素、色素等。
不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。
其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多，常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
微生物次级代谢名词解释
微生物次级代谢名词解释
嘿，你知道啥是微生物次级代谢不？这可有意思啦！微生物次级代谢呀，就好比是微生物世界里的一场奇妙魔法秀！比如说，就像一个小魔法师，它平时呢主要干些常规的事儿，维持着自己的生活，这就是初级代谢。
可突然有一天，它决定搞点特别的，弄出一些很独特的东西来，这些独特的产物就是次级代谢产物啦！
你想想看啊，微生物们在它们的小天地里，通过各种奇妙的反应和过程，制造出这些特别的玩意儿。
这就好像我们人类，有时候也会突发奇想，去尝试做一些平时不做的事情一样。
比如说我们可能会突然想去学个新乐器，或者尝试一种新的运动。
微生物的次级代谢产物那可真是五花八门啊！有的具有药用价值，能帮我们对抗疾病呢，这多厉害呀！这不就像是给我们人类送了一份大礼物吗？还有的在食品、化工等领域发挥着重要作用呢。
那这些次级代谢产物是怎么来的呢？这就涉及到一系列复杂的过程啦。
微生物会利用各种营养物质和能量，通过一系列酶的催化作用，一步一步地合成出这些独特的东西。
这过程就像搭积木一样，一块一块地堆起来，最后就形成了一个漂亮的作品。
哎呀，微生物次级代谢真的是太神奇啦！它们能创造出这么多有用的东西，给我们的生活带来了这么多的改变和好处。
所以说呀，微生
物次级代谢可绝对不是什么简单的概念，它是微生物世界里的一个精彩篇章！我们可得好好去了解它，探索它的奥秘呀！。
次级代谢产物的生物合成与调节
氯霉素，利福霉素等
怎样解除这种分解代谢物调整？
六、能荷调整（磷酸盐旳调整）
↓*2
八氢番茄红素
↓
六氢番茄红素
↓
ζ—胡萝卜素
↓
链孢红素
↓
番茄红素
↙
↘
γ—胡萝卜素
δ—胡萝卜素
↓
↓
海胆酮 ←─β—胡萝卜素
α—胡萝卜素
↓
Байду номын сангаас
↓
↓
角黄素
β—隐黄质
叶黄素
↓
↓
虾青素
玉米黄素
↓↑
环氧玉米黄素 → 辣椒红素
↓↑
紫黄素
→ 辣椒玉红素
↓
新黄素
类胡萝卜素旳生物合成途径
•次级代谢酶旳专一性低
相对来说催化初级代谢产物合成旳酶专一性强，催化 次级代谢产物合成旳某些酶专一性不强，所以在某种 次级代谢产物合成旳培养基中加入不同旳前体物时， 往往能够造成机体合成不同类型旳次级代谢产物。
41
七、细胞膜透性旳调整
外界物质旳吸收或代谢产物旳分泌都需经细胞 膜旳运送，如发生障碍，则胞内合成代谢物不 能分泌出来，影响发酵产物收获，或胞外营养 物不能进入胞内，也影响产物合成，产量下降。
在青霉素发酵中，产生菌细胞膜输入硫化物能 力旳大小影响青霉素发酵单位旳高下。假如输 入硫化物能力增长，硫源供给允足，合成青霉 素旳量就增多。
（1）筛选营养缺陷型回复突变株
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第16页
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第17页
4 磷酸盐调整
过量磷酸盐对四环类、氨基糖苷类和多 烯类、大环内酯类等32种抗生素生物合 成产生阻抑作用。这些次级代谢产物生 物合Hale Waihona Puke 只有在适当磷酸盐浓度下才能进 行。
磷酸盐浓度高低还能调整次级代谢产物 合成期出现早晚，当磷酸盐靠近耗尽时， 才开始进入次级代谢产物合成期。磷酸 盐起始浓度高，耗尽时间长，合成期就 向后拖延。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第30页
比如，在合成杀假丝菌素灰色链霉菌培养 液中添加5 mmol/L磷酸盐，产生菌对氧需 要量显著增加，细胞内ATP浓度增大，抗 生素合成马上停顿，同时还伴有RNA、 DNA和蛋白质合成速率恢复到菌体生长久 速率水平，促进了初级代谢；当磷酸盐被 耗尽时，菌体生长速率开始下降，抗生素 合成又重新开始。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第38页
诱导酶合成诱导剂有些需外源加入，称 外源诱导剂，
有些是菌体代谢过程中本身产生，则称 内源诱导剂。
在抗生素发酵过程中，有初级代谢产物 似乎对次级代谢产物合成酶也起诱导作 用。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第39页
4．7 反馈调整
在次级代谢产物合成中，反馈调整起着主要作
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第2页
1 初级代谢对次级代谢调整
微生物初级代谢对次级代谢含有调整作 用。当初级代谢和次级代谢含有共同合 成路径时，初级代谢终产物过量，往往 会抑制次级代谢合成，这是因为这些终 产物抑制了在次级代谢产物合成中主要 分叉中间体合成。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
微生物次级代谢
第二节
次级代谢产物的生物合
一、次级代谢产物的生源
生源：次级代谢产物分子构建单位的来源。
聚酮体
甲羟戊酸
生源
环多醇和氨基环多醇
芳香族化合物
环己醇与氨基环己醇
由芳香中间体合成的抗生素和其它次级 代谢物
二、次级代谢的调节控制
微生物体内的次级代谢和初级代谢一样，都受菌体代
谢的调节. 由于它们的代谢途径是相互交错的，所以
在调节控制上是相互影响的。
(1)初级代谢对次级代谢的调节
微生物的初级代谢对次级代谢具有调节作用。当 初级代谢和次级代谢具有共同的合成途径时，初级
代谢的终产物过量，往往会抑制次级代谢的合成，
这是因为这些终产物抑制了在次级代谢产物合成中 重要的分叉中间体的合成。
如赖氨酸和青霉素的生物合成过程中有共同中间体 a—氨基己二酸，当培养液中赖氨酸过量时，则抑制 a—氨基己二酸的合成，进而影响到青霉素的合成。
生物碱：
大部分生物碱是植物产生的，有些微生物也能产生。
毒素：
微生物一定条件下产生的对人和动物有毒害作用的化合物。
色素：
微生物在代谢过程中产生各种有色的产物，有的微生物 将产生的色素分泌到细胞外，有的在细胞内积累，从而使菌 落呈现各种颜色。
维生素：
在特定条件下，微生物产生的远远超过自身需要的那些微生 物。
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次级代谢：微生物在一定的生长时期，以初级
代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动 无明确功能的物质的过程。 产物：毒素、色素、抗生素、生物碱等。
初级代谢与次级代谢之间的关系
初级代谢与次级代谢是在某些机体内存在的两种既有 系又有区别的代谢类型，初级代谢是次级代谢的基础， 初级代谢为次级代谢产物合成提供前体物和所需能量。 次级代谢是初级代谢在特定条件下的继续与发展，避 免初级代谢产物过量积累对机体的毒害。
微生物次级代谢及其调节
① 前体聚合作用；
前体一旦形成，便流向次级代谢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。
②次级代谢物结构的结构修饰：氧化、氯化、氨化、甲基
化和羟基化。
2. 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CoA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。
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
5. 次级代谢产物的合成具有菌株特异性；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， 磷酸盐浓度0.3～300mmol/L；产物合成，磷酸盐浓度 0.1～ 10mmol/L， 7. 次级代谢酶在细胞中具有特定的位置和结构； 8. 由生长期向生产期过渡时，菌体形态会有所变化； 9. 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
思考题
• 1、微生物次级代谢的类型和特征。 • 2、次级代谢产物生物合成的主要调节机制。
由初级代谢物衍生次级代谢物的途径
1. 莽草酸途径（芳香次级代谢产物中间体）：莽草酸，对氨基 苯甲酸，色 氨酸，苯丙氨酸，酪氨酸。
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。
第四节微生物的次级代谢
第三章发酵生物化学基础第一节糖的微生物代谢（自学）第二节脂类和脂肪酸的微生物代谢（自学）第三节氨基酸和核酸的微生物代谢（自学）第四节微生物的次级代谢从前面的章节中，我们了解了微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，产生出维持生命活动的物质和能量的初级代谢过程。
此外，微生物还能进行次级代谢。
本节将概述次级代谢的概念及其类型。
介绍几个有代表性的次级代谢产物的生物合成途了解次级代谢的特点。
简要介绍当前流行的有关次级代谢的生理功能的学说。
一、次级代谢的概念及类型（一）次级代谢的概念次级代谢的概念是1958年由植物学家Rohland首先提出来的。
他把值物产生的与植物生长发育无关的某些特有的物质称为次级代谢物质，合成和利用它们的途径即为次级代谢。
1960年微生物学家Bu’Lock把这一概念引入微生物学领域。
次级代谢并没有一个十分严格的定义，它是相对于初级代谢而提出的—个概念，主要是指次级代谢产物的合成。
它具有许多特点，根据这些特点可以认为次级代谢是指：微生物在一定的生长时期(一般是稳定生长期)，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质的过程。
这一过程的产物即为次级代谢产物。
另外，也有把初级代谢产物的非生理量的积累，看成是次级代谢产物，例如微生物发酵产生的维生素、柠檬酸、谷氨酸等。
（二）次级代谢产物的类型次级代谢产物种类繁多，如何区分类型尚无统一标准。
有的研究者按照次级代谢产物的产生菌不同来区分；有的根据次级代谢产物的结构或作用来区分；有的则根据次级代谢产物合成途径来区分。
现简介如下：1，根据产物合成途径区分类型根据产物合成途径可以分为五种类型。
（1）与糖代谢有关的类型以糖或糖代谢产物为前体合成次级代谢产物有三种情况：（A ）直接由葡萄糖合成次级代谢产物。
例如，曲霉属(Aspergillus)产生的曲酸、蛤蟆菌(Amanitamuscarina)产生的蕈毒碱，放线菌产生的链霉素以及大环内酯抗生素中的糖苷等。
微生物次级代谢与次级代谢物
某些生物为了避免在初级代谢过程某种中间产物积累所造成的不 利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。可以认为是某些生物在 一定条件下通过突变获得的一种适应生存的方式。通过复杂的次级代 谢合成的产物通常称为次级代谢产物。
次生代谢物往往具有分子结构复杂、代谢途径独特、在生长后期 合成、产量较低、生理功能不很明确（尤其是抗生素）以及其合成一 般受质粒控制等特点。
5.二者既有联系又有区别 初级代谢是次级代谢的基础，它可以为次级代谢产物合成提供前 体物和所需要的能量； 初级代谢产物合成中的关键性中间体也是次级代谢产物合成中的 重要中间体物质。 而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续与发展，避免初级 代谢过程中某种（或某些）中间体或产物过量积累对机体产生的毒害 作用。
3.同微生物生长过程的关系明显不同
初级代谢自始至终存在于一切生活的机体中， 同机体的生长过程呈平行关系； 次级代谢则是在机体生长的一定时期内（通常 是微生物的对数生长期末期或稳定期）产生的，它 与机体的生长不呈平行关系，一般可明显地表现为 机体的生长期和次级代谢产物形成期二个不同的时 期。
4.对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同
2.对产生者自身的重要性不同
初级代谢产物，如单糖或单糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等 单体以及由它们组成的各种大分子聚合物，蛋白质、核酸、 多糖、脂类等通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这 些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停 止、重则导致机体发生突变或死亡。 次级代谢产物对于产生者本身来说，不是机体生存所必 需的物质，即使在次级代谢的某个环节上发生障碍。不会导 致机体生长的停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级 代谢产物的能力。
根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素 等类型。
微生物次级代谢与次级代谢产物
相对来说催化初级代谢产物合成的酶专一性强，催化次级代谢 产物合成的某些酶专一性不强，因此在某种次级代谢产物合成 的培养基中加入不同的前体物时，往往可以导致机体合成不同 类型的次级代谢产物，
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1初、级存代在谢范是围次级及代产谢物的类基型础不，它同可以为次级代谢产物合成提供 2前、体对物产和生所者需要自的身能的量重；要性不同
合代成谢过产程物的也某看个作环是节次上级发代生谢障产碍物，。轻则引起生长停止、重则导 致机体发生突变或死亡。 次级次代级谢代产谢物产对物于通产常生都者分本泌身来到说胞，外不，是有机些体与生机存体所的必分需化的有物一质定的
，关即系使，在并次在级同代其谢它的生某物个的环生节存上竞发争生中障起碍着。重不要会 的导作致用机。体生长的 停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。
基镁水0杨.05酸%，、但硫可酸以亚合铁成0.0大01量%的龙胆醇、甲基醌醇和棒曲霉素。
一、次级代谢与次级代谢产物
次级代谢产物的骨架碳原子的数量和排列上的微 每种类型的次级代谢产物往往是一群化学结构非 小常变相化似，的氧不、同氮成、分氯的、混硫合等物元。素的加入，或在产物氧化
水平上的微小新变霉化素都有可4以种导致产生各种各样的次级代谢
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系：
1、存在范围及产物类型不同 初级代谢系统、代谢途径和初级代谢产物在各
类生物中基本相同。它是一类普遍存在于各类生物 中的一种基本代谢类型。
次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些 微生物）中，并且代谢途径和代谢产物因生物不 同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同 而产生不同的次级代谢产物。
微生物次级代谢及其调节
转录因子是能够结合DNA并调控基因转录的蛋白质，它们对次级代谢产物的合成起着重要的调控作用 。
翻译后水平调节
酶的磷酸化与去磷酸化
某些酶的活性可以通过磷酸化或去磷 酸化进行调节，从而影响次级代谢产 物的合成。
蛋白质相互作用
蛋白质之间的相互作用可以影响酶的 活性和稳定性，进而调节次级代谢产 物的合成。
基因敲除和互补实验
基因敲除
通过基因工程技术将特定基因从微生物染色体中删除，观察其表型变化，以确 定该基因在次级代谢中的作用。
互补实验
将已敲除的基因通过同源重组技术恢复，观察表型变化，以验证基因敲除的正 确性。
异源表达
将微生物的次级代谢相关基因克隆到宿主菌中，通过异源表 达来研究基因的功能和产物性质。
微生物在次级代谢过程中，基因的突变和重组是常见的调节方式。这些变化可以影响代谢产物的合成途径和产量。
基因沉默与去沉默
某些基因在特定条件下会被沉默，而在其他条件下会被激活。这种调节方式有助于微生物在特定环境下合成所需 的次级代谢产物。
转录水平调节
调节性RNA
某些RNA分子可以与靶基因结合，影响其转录效率和稳定性，从而调节次级代谢产物的合成。
这些化合物通常在微生物生长的稳定 期大量积累，不直接参与微生物的生 长繁殖过程，但对微生物的生存和适 应环境具有重要意义。
次级代谢产物的分类
根据化学结构
可以分为氨基酸类、多肽类、蛋白质 类、核酸碱基类、糖类、脂类、色素 类等。
根据功能
可以分为抗生素类、激素类、生物碱 类、毒素类等。
次级代谢产物的主要生物活性
微生物次级代谢及其 调节
目录
• 微生物次级代谢产物概述 • 次级代谢的生物合成途径 • 次级代谢的调节机制 • 次级代谢产物的应用 • 次级代谢的研究方法 • 次级代谢的未来展望
微生物次级代谢与调节一
15
抗生素的生源学(Biogenesis)
1)合成次级代谢物是作为储藏物。 2)作为正常代谢的无用的副产物。 3)大分子消化后残留的碎片。 4)解除体内有害代谢物的毒性。 5)支路代谢物。 6)竞争需要 用于抑制其它微生物，争夺有限 的养分。
2017年1月2日 现代工业发酵调控学 郭晓燕 16
抗生素的生源学(Biogenesis)
2017年1月2日
现代工业发酵调控学 郭晓燕
43
前体与诱导物的区别
如甲硫氨酸除了可作为头孢菌素合成的前体， 提供S的作用，更为重要的作用在于诱导节 孢子的形成，而后者的多寡影响头孢菌素的 合成。 甲硫氨酸可被亮氨酸取代。
2017年1月2日
现代工业发酵调控学 郭晓燕
44
前体与诱导物的区别
诱导物的另一个特征是其诱导系数特别高， 如给链霉素生物合成受阻的突变株1g 纯 的A因子(在接种时)，可诱导1g链霉素的 形成，其诱导系数为106 。
2017年1月2日
现代工业发酵调控学 郭晓燕
37
2017年1月2日
现代工业发酵调控学 郭晓燕
38
（7）脒基和甲基
脒基的供体一般是精氨酸 甲基的供体是甲硫氨酸
2017年1月2日
现代工业发酵调控学 郭晓燕
39
（8）经修饰的嘌呤或嘧啶碱
2017年1月2日
现代工业发酵调控学 郭晓燕
40
4.2.2前体的作用
2017年1月2日 现代工业发酵调控学 郭晓燕 4
微生物次级代谢的特征
有人认为，次级代谢产物之所以种类繁多， 就是因为酶的底物特异性不高所致。 他们把次级代谢过程又称为多向代谢作用 (pleometabolism)。
微生物次级代谢调节
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； 前体：活化丙酸单位； 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。 调节机制： ① 丙醇既可作前体，又可起诱导； ② 红霉素A（终产物）对转甲基酶有强烈抑制作用。
② ATP浓度的降低与ATP-二磷酸酯酶活性的增加有关； ③ 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
④ 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。
次级代谢产物的生物合成
③ 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； 前体： 对次级代谢而言； 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。 ④ 前体进入次级代谢生物合成途径； ⑤ 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
磷酸盐是一些次级代谢的限制因素，高浓度磷酸盐表现出较 强的抑制作用。
几类抗生素的生物合成
5. 碳分解产物的调节作用； 6. 氮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）
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）
微生物次级代谢物
微生物次级代谢物1. 内容1.概念⏹初级代谢：一般将微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程。
⏹次级代谢：是相对于初级代谢而言。
是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。
⏹次级代谢产物：指某些微生物生长到稳定期前后，以结构简单、代谢途径明确、产量较大的初生代谢物为前体，通过复杂的次生代谢途径所合成的各种结构复杂的化学物。
如抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等2.次级代谢物与初级代谢物的区别次生代谢物往往具有分子结构复杂、代谢途径独特、在生长后期合成、产量较低、生理功能不很明确（尤其是抗生素）以及其合成一般受质粒控制等特点。
一般地说，形态结构和生活史越复杂的微生物（如放线菌和丝状真菌），其次生代谢物的种类也就越多。
2. 练习一、填空题1．毒素是__________类的物质。
答案：蛋白质2.白喉毒素是一种_________毒素；破伤风毒素是一种__________毒素。
答案：蛋白质，蛋白质3. 微生物的次生代谢产物包括：1______，2______，3______，4______，5______。
答案：维生素，抗生素，生长刺激素，毒素，色素4.次生代谢产物是__________的结果。
答案：正常代谢途径不畅通时增强支路代谢5. 微生物细胞内外积累代谢产物的种类和数量主要取决于它们的__________和__________。
答案：遗传性，环境条件二、简答题1．如何运用代谢调控理论使微生物合成比自身需求量更多的有用代谢产物？举例说明。
答案：①应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节。
如赖氨酸发酵、肌苷酸的生产；②应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节。
如黄色短杆菌的抗α—氨基—β—羟基戊酸菌株能累积苏氨酸；③控制细胞膜的渗透性。
如在谷氨酸发酵生产中只要把生物素浓度控制在亚适量的情况下，才能分泌出大量的谷氨酸。
微生物次级代谢产物特点、作用及应用概况
微生物次级代谢产物特点、作用及应用概况一、微生物次级代谢产物概况1、微生物次级代谢产物的定义及特点在微生物的代谢活动中，通常将微生物在一定生长时间内，以初级代谢产物为前体，合成一些对当前生命活动无明确功能物质的过程称为微生物次级代谢，代谢合成的物质称为微生物次级代谢产物。
微生物次级代谢产物大多是分子结构较复杂的化合物，因微生物和培养条件的不同，代谢产物也不尽相同。
通常次级代谢产物是被分泌到细胞外，在与其他生物竞争的过程中起重要作用。
但次级代谢产物不参与细胞结构的组成，也不是酶活性所必需的，即使在某个环节发生障碍，也不会致使机体停止生长或死亡。
微生物次级代谢产物被广泛应用于农业、食品和医疗等领域，前景广阔。
2、微生物次级代谢产物的来源微生物种类多、分布广，其次级代谢产物数量众多，来源广泛。
与人类生活密切相关的次级代谢产物主要来源于细菌、真菌和放线菌等。
部分微生物次级代谢产物来源及作用见表1。
（1）细菌细菌随处可见，其生物量仅次于植物体总生物量。
细菌代谢产物具有结构多样性和广谱活性，被广泛应用于农化和医药产品的制造。
研究表明：细菌中芽抱杆菌属产生的抗菌性代谢产物，如杆菌霉素、双效菌素及抗霉菌枯草杆菌素等，被广泛应用于作物病害防治中，γ-聚谷氨酸具有较强的抗逆促生作用，被广泛应用于新型肥料生产；假单胞菌属产生的代谢产物，如2 , 4-二乙酰基间苯三酚、硝咙咯菌素等，是目前被研究最多的细菌生物防治剂。
（2）真菌真菌具有生物多样性，种类和数量众多，目前已了解的真菌种类有9. 7万余种，但仅占其种类数量的6%。
在真菌微生物次级代谢产物中，约50%是由丝状真菌产生的。
研究表明，木霉菌、非致病性濂刀菌和聚端孢霉等是少数能够产生多种抗菌代谢产物的真菌属。
木霉菌能够产生木霉素和杀病毒剂等抗生素次级代谢产物；厚垣镰孢的次级代谢产物能够有效抑制花生锈病病原菌的产生；粉红聚端孢菌能够产生大量抗病毒次生代谢产物和具有农药活性的抗生菌；单端孢菌素作为粉红聚端孢菌的产物被广泛用于棉籽枯萎病的防治。
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④一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。
例如：灰色链霉菌可生产链霉素、白霉素、吲哚霉素、 灰霉素、灰绿霉素和灰争霉素等；
不同种类的微生物亦能产生同一种次级代谢物。 例如：如产黄青霉、点青霉、土曲霉、构巢曲霉、
发癣霉属的一些真菌都能产生青霉素；
⑤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。
③卤化作用对分子中含卤元素(大多数是氯)的次级代 谢物是很重要的。
抗生素的生源学
抗生素生源学研究一些微生物会产生这类 对其它微生物、甚至对其自身有害物质的原 因及这类物质的功能。 在这方面的了解将有助于解释抗生素的形 成机制和控制其生产。
抗生素的生源学(Biogenesis)
1)合成次级代谢物是作为储藏物。 2)作为正常代谢的无用的副产物。 3)大分子消化后残留的碎片。 4)解除体内有害代谢物的毒性。 5)支路代谢物。 6)竞争需要，用于抑制其它微生物，争夺
次级代谢物通常由初级代谢中间体产生
将初级代谢中间体转化为次级代谢终产物有三个生化过程：
①氧化还原反应：一般涉及醇的氧化或羰基的还原， 双键的引入或还原，氧原子的引入和芳香环的氧化裂解， 这些反应是由脱氢酶或加氧酶催化的。
②生物甲基化是各种代谢物，特别是聚酮化物的生 物合成中的重要反应。甲基的主要来源为甲硫氨酸、高 半胱氨酸、甘氨酸和丝氨酸。
例如，一些产芽胞的细菌在此时会形成芽胞，真菌和 放线菌会形成孢子。因此，有人把次级代谢产物的合 成作用看作是细胞分化的伴随现象。
⑥次级代谢产物的合成比生长对环境因素更敏感。其合 成信息的表达受环境因素调节。
例如：菌体生长可在0.3～300 mmol/L磷酸 盐浓度下进行，而次级代谢物合成的最适浓度 为0.1～10mmol/L。
4 微生物次级代谢与调节
4.1 引论
初级代谢与次级代谢定义：
• 初级代谢：为生物提供能量、合成中间体及其关键大分 子，如蛋白质、核酸等的各种相互关联的代谢网络(包括分 解与合成)。
• 次级代谢：主要涉及合成过程，其终产物、次级代谢物 对菌生长不是必需的，对其生命活动可能具有某种意义， 通常在生长后期开始形成。
次级代谢产物(Secondary Metabolites)是某些微 生物在生命循环的某一个阶段产生的物质，它们一 般是在产生菌生长中止后合成的。
微生物产生的次级代谢物有： •抗生素: 青霉素、万古霉素、红霉素 •色素: 放线紫红素(Act)、Red •生物碱(alkaloid): 吗啡、喜树碱 •毒素
谢产物的过程。（生物化学）
次级代谢物生物合成步骤： ① 养分摄入细胞内； ② 通过中枢代谢途径养分转化为中间体； ③ 次级代谢物前体的生物合成；
中间体 ：对初级代谢而言； 前体： 对次级代谢而言； 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。
④ 如有必要，改变其中的一些中间体； ⑤ 前体进入次级代谢物生物合成的专有途径； ⑥ 次级代谢的主要骨架形成后，作最后的修饰，成为产物。
有限的养分。
抗生素的生源学(Biogenesis)
7)进化遗留所致。 8)在自然界具有生态上功能。 9)调节功能，至少与形态学，分化方面
有关。 10) 代谢维持产物，其作用主是代谢过
程，而不是产物本身。
（二）次级代谢物的类型
可根据次级代谢产物分子中的主要 组分与初级代谢的关系，把次级代 谢产物分成五个基本类型：
次级代谢产物的类型
聚脂酰类 这类化合物均以活性脂酰作为 前体，通过聚合作用形成的。由乙酰辅酶 A可以形成两类自身缩合产物：一类是通 过头尾联接的聚乙酮(酰)化合物；另一类 是通过新形成的活性异戊二烯的寡聚作用 形成的化合物。这类化合物可形成萜类、 甾类和类胡萝卜素类次级代谢产物。属于 这类次级产物的有水稻恶苗病菌产生的赤 霉素等。
⑦次级代谢产物的合成是由多基因控制的代谢过程。
这些基因不仅位于微生物的染色体中，也位于 质粒中，并且染色体外的基因在次级代谢产物 的合成中往往起主导作用。
（二）次级代谢物的生物合成
➢生源学(biogenesis)指的是代谢产物分子中构建单位的各 种原子的起源； （有机化学） ➢生源学又称为生物发生学，是指一些天然物质（包括有生 命的物质）为什么会发生、存在的原因，及它对宿主，环境 有何作用的科学。 （生物化学） ➢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
β-内酰胺环、聚乙烯和多烯的不饱和 键、大环内酯的大环和含有普通AA和经修 饰的AA组成的环肽等；
③一种菌所合成的次级代谢物往往是一簇结构相似的化合物。
举例：
产黄青霉能产生10种具有相同母核、不同侧链的天 然抗生素，结构上的差别使它们具有不同的生物活性。
(参阅表4-1/P159)
一簇抗生素中组分的比例取决于遗传和环境因素，这是 由于参与次级代谢物合成的酶的专一性不强所致；而初 级代谢方面的特异性总是很高，因差错会导致致命性的 后果。次级代谢方面的差错对细胞的生长无关紧要，改 变后的代谢产物有些还保留生物活性。
次级代谢产物的类型
糖类 许多次级代谢产物在结构上明显与糖 类物质有关。它们的前体物质都是葡萄糖， 但是它们的结构在次级代谢过程中被修饰了。 例如，链霉素，新霉素和卡那霉素等均是分 子结构被修饰了的寡糖类抗生素。
次级代谢产物的类型
多肽类 同糖类物质一样，氨基酸或其 聚合物(多肽)在次级代谢过程中常常被修 饰，形成多肽类抗生素。例如链霉菌产 生的放线菌素是由寡肽构成的。还包括 芳香族氨基酸或其他氨基酸合成途径的 中间体产物被修饰后形成的抗生素。例 如，委内瑞拉链霉菌产生的氯霉素和头 状链霉菌产生的丝裂霉素C等。
研究微生物次级代谢的意义：
a) 获得与次级代谢有关的基础理论知识，并用于设 计更为有效的途径来合成这类复杂的化合物源自改 造它们，以获得所需的生物性质；
b) 有助于优化次级代谢产物的工业生产。
c) 借助于生物合成途径的知识，利用基因工程技术 可以帮助构建在遗传学上能产生新化合物的突变 株。
（一）微生物次级代谢的特性
①一般不在生长期产生，而在生长后期形成
抗生素晚合成的原因之一可能是避免生长受其 自身产物的抑制； 次级代谢产物的合成过程 一般是在培养基中缺乏某种营养物质，菌体生 长受到限制时才启动的。
②种类繁多，结构特殊，含不常见的化学键： 氨基糖、苯醌、香豆素、环氧化合物、
麦角生物碱、戊二酰胺、多烯、吡咯、喹啉、 萜烯、四环类抗生素等；