第9章 抗生素发酵的代谢与控制

1、代谢控制发酵课程代谢控制发酵课程初级代谢产物：初级代谢产物：微生物产生的对自身生长和繁殖必微生物产生的对自身生长和繁殖必须的物质。而产生这些物质的代谢体系称为初级代须的物质。而产生这些物质的代谢体系称为初级代谢谢(primary metabolism)。 初级代谢体系具体可分为：初级代谢体系具体可分为：分解代谢体系分解代谢体系素材性生物合成体系素材性生物合成体系结构性生物合成体系结构性生物合成体系第一节、初级代谢产物和初级代谢第一节、初级代谢产物和初级代谢次级代谢次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代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谢产物为

2、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。这一过程的产物，即为次级确功能的物质的过程。这一过程的产物，即为次级代谢产物。次级代谢是相对于初级代谢而提出的一代谢产物。次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。个概念。次级代谢产物大多是分子结构比较复杂的化合物。次级代谢产物大多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、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。毒素及维生素等类型。次级代谢与初级代谢关系密切，初级代谢的关键次级代谢与初级代谢关系密切，初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的性中间产物往往是次级代谢的前体前体，比如糖降解

3、过，比如糖降解过程中的乙酰程中的乙酰-CoA-CoA是合成四环素、红霉素的前体。是合成四环素、红霉素的前体。次级代谢一般在菌体对数生长后期或稳定期间进次级代谢一般在菌体对数生长后期或稳定期间进行，但会受到环境条件的影响；某些催化次级代谢行，但会受到环境条件的影响；某些催化次级代谢的酶的专一性不高；次级代谢产物的合成，因菌株的酶的专一性不高；次级代谢产物的合成，因菌株不同而异，但与分类地位无关；质粒与次级代谢的不同而异，但与分类地位无关；质粒与次级代谢的关系密切，控制着多种抗生素的合成。关系密切，控制着多种抗生素的合成。1、初级代谢与次级代谢的关系、初级代谢与次级代谢的关系n从上图可以看出，许多

4、物质处于代谢的分叉点从上图可以看出，许多物质处于代谢的分叉点上，例如：上，例如：CH3CO-SCoA，是葡萄糖糖经，是葡萄糖糖经HMP、 EMP生成的中间物质，经羧化后可形成丙二酰生成的中间物质，经羧化后可形成丙二酰辅酶辅酶A，丙二酰辅酶，丙二酰辅酶A可用于脂肪酸的合成上，可用于脂肪酸的合成上，进而又可经多次重复缩合、环化等形成四环素进而又可经多次重复缩合、环化等形成四环素类 或 其 他 抗 菌 素 等 次 级 代 谢 产 物 ， 而类 或 其 他 抗 菌 素 等 次 级 代 谢 产 物 ， 而CH3COSCoA又可以进入又可以进入TCA循环，这类物质循环，这类物质称之为：分叉中间体，还有丙酮

5、酸、草酰乙酸、称之为：分叉中间体，还有丙酮酸、草酰乙酸、莽草酸等；莽草酸等；n这些分叉中间体把微生物的次级代谢和初级代这些分叉中间体把微生物的次级代谢和初级代谢紧密地联系起来。谢紧密地联系起来。1. 次级代谢产物一般不在产生菌的生长期产生，而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；在随后的生产期形成；2. 种类繁多，结构特殊，含有不常见的化合物（如：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）；含有少见的抗生素、毒素、色素和生物碱等）；含有少见的化学键（如：吩嗪、吡咯、喹啉、聚乙烯和多烯化学键（如：吩嗪、吡咯、喹啉、聚乙烯和多烯的不饱和键等）

6、；的不饱和键等）；3.一种微生物的不同菌株可以产生分子结构迥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；生同一种次级代谢物；4.次级代谢产物的合成比生长对环境因素更敏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 度感 。 如 菌 体 生 长 ， 磷 酸 盐 浓 度 0 . 3 300mmol/L；产物合成；产物合成，磷酸盐浓度磷酸盐浓度0.110mmol/L；. 酶合成的诱导调节；酶合成的诱导调节；. 反馈调节；反馈调节；. 磷酸盐的调节；磷酸盐的调节；. ATP的

7、调节作用；的调节作用；ATP的调节作用的调节作用n为什么抗生素发酵明显分为两个阶段？n为什么生长期负责抗生素合成的酶受到阻遏？n由生长期过渡到生产期的因素是什么？ 从微生物的遗传控制来看，可根据操纵子学说和代谢调节机制来探讨。问题：问题：R：阻遏基因：阻遏基因P：启动基因：启动基因O：操纵基因：操纵基因S：结构基因：结构基因E：酶：酶三、抗生素生物合成的调节与控制三、抗生素生物合成的调节与控制表表 受葡萄糖抑制的抗生素生产受葡萄糖抑制的抗生素生产CCCCCCCNNHNOOCH3OCH3CH2OCONH2OMeNHNOONH2CH3CH2OCONH2OMeC7N单元丝 裂 霉素 A丝 裂 霉素 CPEP+E-4-P由由莽草酸途径合成莽草酸途径合成PEP：磷酸烯醇式丙酮酸：磷酸烯醇式丙酮酸E-4-P：赤藓糖：赤藓糖-4-磷酸磷酸与与D-葡萄糖葡萄糖胺有关胺有关精氨酸瓜氨酸精氨酸瓜氨酸基因工程在提高生产性能上的应用：基因工程在提高生产性能上的应用：影响次级代谢产物产量的因素及改进措施影响次级代谢产物产量的因素及改进措施总结：总结：附附n1.1.简述抗生素生物合成的代谢调节机制。简述