第六章海洋微生物代谢物的生物活性课件

第六章海洋微生物代谢物的生物活性

海洋微生物学研究已经走出了仅仅进行种群调查的阶段，走上了涉及生态学、生物化学、分子生物学、遗传学等领域的全面研究和应用开发阶段。海洋生物的特异环境、奇特的功能其代谢物及其结构.代谢物的合成途径及其相关的酶一、研究内容的发展第六章海洋微生物代谢物的生物活性海洋微生物学研究已1与特殊功能有关的或者与代谢物合成有关的功能基因。从人类的应用说，海洋微生物代谢物可以分为食品类、医药类、材料类等。医疗价值或保健作用的化合物是人们寻找和研究工作的首选与特殊功能有关的或者与代谢物合成有关的功能基因。2二、微生物代谢物微生物代谢物分为初级代谢物和次生代谢物1.初级代谢物定义：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。特征：（1）不同的微生物初级代谢产物基本相同；（2）初级代谢产物合成过程是连续不断的。二、微生物代谢物微生物代谢物分为初级代谢物和次生代谢物1.32.次生代谢物定义：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。举例：抗生物、毒素、激素、色素等。特征：（1）不同的微生物次生代谢产物不同；（2）抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物。2.次生代谢物定义：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十4图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉素最远的细菌个大、色浓，活力十足；距青霉菌较近的细菌个较小、色较浅，活力较差；而最接近青霉菌的细菌个最小、色发白，显然已经死亡抗生素图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉素最远的细菌个大、色浓5烟草野火病菌产生的野火毒素毒素烟草野火病菌产生的野火毒素毒素6稻绿核菌子实体的形态健粒子实体黄色有薄膜包被墨绿色橙黄色淡黄色中心：白色肉质块色素稻绿核菌子实体的形态健粒子实体黄色有薄膜包被墨绿色橙黄色淡黄7从自然界分离的菌种产品基因工程诱变育种诱变育种生产用菌种扩大培养原料微生物菌体代谢产物分离提纯发酵罐发酵条件控制接种培养基配置灭菌从自然界分离的菌种产品基因工程诱变育种诱变育种生产用菌种86.1微生物的筛选根据生态学的知识和经验去寻找特定功能或活性的代谢物及其生产者－－微生物。一些咸水虾的卵子被真菌感染，一些虾卵却保持完好时，开始从无感染的卵子上找原因。

6.1微生物的筛选根据生态学的知识和经验去寻找特定功能或9研究者相信，卵子不被感染应该归功于抗真菌的物质，结果在完好的卵子表面发现一种细菌，从该细菌果真找到一种抗真菌代谢物；从热泉中寻找耐热菌，从这些菌中寻找热稳定的酶.

研究者相信，卵子不被感染应该归功于抗真菌的物质，结果在完10从日光曝晒的海边岩石找到抗紫外线的蓝细菌，并从中找到抗紫外物质。从健康的植物中找到产生植物保护剂的内生菌，从污染的港湾获得农药降解菌，并从中发现有关酶和基因；

从日光曝晒的海边岩石找到抗紫外线的蓝细菌，并从中找到抗紫外物11从海洋动、植物表面寻找防腐物质或微生物。从上述微生物中发现对人类疾病治疗有效的药物，对人类有用的化合物可以在很多环境分离的微生物中找到，只要应用适当的筛选模型或方法就有可能获得特定生理活性的化合物。

从海洋动、植物表面寻找防腐物质或微生物。126.2代谢物生物活性的筛选

从庞大的海洋微生物群体中寻找特定活性化合物最好首先对微生物进行筛选。第一步是选择微生物存在的环境基质，根据生物学和生态学的知识，确定采样的环境和材料；第二步对获得的菌株进行初筛，选出有可能获得目标产物的菌株；6.2代谢物生物活性的筛选从庞大的海洋微生物群体中寻找特13第三步，从选出的菌株中分离代谢物；第四步，对所得代谢物再进行筛选。

第三步，从选出的菌株中分离代谢物；14常用的活性筛选方法(1)抗菌活性

一种最简单的测试方法，称生长抑制法，常用于抗菌活性检测。样品被置于无菌滤纸上，滤纸先被置于接有目标菌的固态培养基表面，培养后观察和测量生长抑制圈的大小。

常用的活性筛选方法(1)抗菌活性15(2)对动物的影响活性①对动物幼体的定殖或变态的抑制。环节动物、鲍鱼以及咸水虾的幼体可用于检测样品对动物的毒性或其他影响，通常把多个幼体置于样品液中，然后观察对致死性或对变态过程、定殖效果、虫室形成等方面的影响。(2)对动物的影响活性①对动物幼体的定殖或变态的抑制。16②对无脊椎动物运动的影响。在加有样品的溶液中，如果一个饲养着的水螅或其他动物的附肢总是保持收缩状态，可认为是遇到了有毒性的代谢物。

②对无脊椎动物运动的影响。17③金鱼毒性试验。样品对小金鱼的影响，可表现为致死或失去平衡等。

④通过器官和生理系统检测。可检测对心脏、血压、肌肉等的作用活性。

③金鱼毒性试验。18(3)细胞水平筛选样品可通过对各种细胞株的影响而得到评价。对某些肿瘤细胞株的抑制活性是最常用的评价内容。

(3)细胞水平筛选19(4)酶抑制剂筛选法在病理学和生物化学研究中，已对多种疾病的成因有所了解，有些情况，已经知道引起疾病的具体生物化学异常，即已确定生化途径中哪一步骤发生了差错，而在很多情况下是由某一种酶活性的增强或减弱所导致的。(4)酶抑制剂筛选法20酶抑制剂筛选法

已经知道多种病症因为特定酶活性的增强而引起的。这样以该酶为靶标筛选抑制剂，将使获得适用的活性代谢物的可能性大大增加。这是一种针对具体靶标分子的筛选方法，比起应用整个动物或整个细胞作为试验标靶有其优越之处。

酶抑制剂筛选法已经知道多种病症因为特定酶活性的增强而引起的21应用酶抑制剂筛选法，可获得具体抗肿瘤、抗血栓、抗糖尿病、抗病毒、抗炎症以及降血脂、降血压等活性代谢物。1.抗肿瘤活性筛选的靶酶有DNA拓扑异构酶、芳香酶、法尼基转移酶、蛋白激酶等。应用酶抑制剂筛选法，可获得具体抗肿瘤、抗血栓、抗糖尿病222.抗血栓形成活性筛选的靶酶包括凝血酶、血小板活化因子酰基转移酶等。

3.抗病毒活性筛选的靶酶有蛋白酶、复制有关的酶等。4.抗糖尿病活性筛选的靶酶有醛糖还原酶等。2.抗血栓形成活性筛选的靶酶235.抗炎症活性筛选的靶酶有溶磷脂酶、磷酸脂酶、脂氨酶等。6.抗神经退化活性筛选的靶酶有乙酞胆碱醋酶（需要同时筛选对丁酰胆碱酯酶不抑制的活性）。7.降血脂活性的筛选靶酶有鳌烯合成酶、脂酰辅酶A胆固醇酰转移酶（A-CAT））等。5.抗炎症活性筛选的靶酶248.降血压活性的筛选靶酶有肾上腺素合成酶、内皮质素转换酶等。

(5)免疫调节活性代谢物的筛选法免疫调节活性物为增强活性和抑制活性，在医学上分别有其重要应用。可通过皮肤注射反应观察样品对抗原免疫反应的增强或抑制作用，也可在体外应用淋巴细胞进行免疫试验。

8.降血压活性的筛选靶酶25(6)受体拮抗活性筛选每一生化反应系统，需要受到严密的机制进行调控，信号分子往往需要与受体分子结合而起动某一生理、生化过程。如样品能与受体亲和结合即与正常信号分子产生竟争从而抑制该生化过程。(6)受体拮抗活性筛选26用于抗肿瘤活性筛选的受体包括非甾体类雌激素受体或雄激素受体等。用于抗血栓活性筛选的受体包括纤维蛋白原受体。用于降血压活性筛选的受体包括内皮素受体、血管紧张素Ⅱ受体。

用于抗肿瘤活性筛选的受体包括非甾体类雌激素受体或雄激素受体等27第七章海洋微生物生物活性物质7.1海洋细菌产生的生物活性物质：1.抗菌活性物质多属海洋细菌可产生抗生素：芽孢杆菌属交替单胞菌属假单胞菌属黄杆菌属微球菌属着色菌属钦氏菌属等菌藤黄紫交替单胞菌第七章海洋微生物生物活性物质7.1海洋细菌产生的生物活性物28①胺类抗生素,②环状的灵菌红素③硝咯菌素④生物碱类化合物⑤含溴化合物①胺类抗生素,292抗病毒及抗肿瘤物质2.1大环内脂化合物

由海洋细菌产生的抗肿瘤活性物质macrolactins,它是由一种深海细菌产生的新的大环内脂化合物,由24元内脂环、吡喃型葡萄糖和一个开链的酸构成.其组成结构含Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、E、F等6个组分。2抗病毒及抗肿瘤物质2.1大环内脂化合物30第六章海洋微生物代谢物的生物活性课件31其中macrolactinsＡ组分是一种配糖体母体，既有抗菌活性又能抑制Ｂ16－Ｆ10黑色素癌细胞，还能保护Ｔ淋巴母细胞防止人类免疫缺陷病毒(ＨＩＶ)的复制。其中macrolactinsＡ组分是一种配糖体母体，既有抗菌322.2环肽类化合物

生理活性肽类及其类似物是重要而丰富的新药来源。许多海洋生理活性肽类具有抗癌、抗病毒、抗微生物活性和酶抑制活性。近十多年来，海洋肽类（主要是环肽）的研究取得很大进展，发现了许多新的海洋生理活性肽类。2.2环肽类化合物生理活性肽类及其类似物是重要33海洋肽类（主要是环肽）主要来自于海绵、海鞘、海藻和海兔等。JasPamide是从斐济和几内亚海域离海绵目属海绵中分离得到的。它具有杀线虫活性（LD50＜1ug／ml）和细胞毒活性，对喉上皮组织癌细胞毒性体内试验LD50为0.32ug／ml。海洋肽类（主要是环肽）主要来自于海绵、海鞘、海藻和海兔等。34GeodjamolidesGeodiamolideC、D、E、F从巴布亚新几内亚海域外射海绵目属海绵中获得中的丙氨酸残基，它们对L1210细胞毒性IC50。分别为：（1）0.0025ug／ml，（2）0.039ug／ml，（3）0．014ug／ml，（4）0.006ug／ml。GeodjamolidesGeodiamolideC、D35第六章海洋微生物代谢物的生物活性课件36HymenistatinHymenistatin是从膜海绵中分离获得，它对白血病细胞P338的IC50是7.5ug/mlHymenistatinHymenistatin是从膜海绵37alterrobactinAlterrobactin是一种铁离子传导剂，能够摄取自身生长所必需的铁离子。alterrobactinAlterrobactin是一种铁383毒素河豚毒素

河豚毒素(tetrodotoxinTXX)是一种毒性很强的海洋生物活性物质，为典型的神经Ｎａ+通道阻断剂，毒性为ＮａＣＮ的1250倍，对人的致死量为0.3ｍｇ，临床药用价值很高，可用作镇痛剂、镇痉剂、搔痒镇静剂、呼吸镇静剂等。3毒素河豚毒素39目前已报道的能够产生河豚毒素的细菌有：假单胞菌属、弧菌属、发光杆菌属、气单胞菌属、邻单胞菌属、别单胞菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属等。目前已报道的能够产生河豚毒素的细菌有：404酶与酶抑制剂4.1热稳定酶从热泉和温湿孔中分离的嗜热古细菌是一群罕见的海洋微生物,能在100℃以上的环境中生长,因此需要有在高温下稳定的酶系统.已从这类微生物中分离出多种酶。4酶与酶抑制剂4.1热稳定酶414.2蛋白酶蛋白酶现已被用于洗涤剂中并作为膜清洗配方的组分。海洋船蛆的腺体内的共生细菌可以产生碱性蛋白酶,该酶具有较强的去污活性,在50℃可以加倍提高磷酸盐洗涤剂的去污效果,在工业清洗方面有一定的应用价值4.2蛋白酶蛋白酶现已被用于洗涤剂中并作为膜清洗配方的组424.3几丁质酶

几丁质及其衍生物在医药、食品、工业等方面的重要作用,几丁质酶已成为人们广泛研究的课题之一.Ｏｓａｗａ等(1995)利用几丁质作为唯一Ｃ源进行试验时，发现6种海洋细菌均可产生几丁质酶。4.3几丁质酶几丁质及其衍生物在医药、食品、工434.4葡聚糖酶

从东京湾海泥中分离到一株环状芽孢杆菌，在常规培养基中不生长，将培养基进行适当稀释后，菌株方可生长并产生一种新的葡聚糖降解酶。该酶作用于葡聚糖的α－1,3键和α－1,6键，在溶解牙齿上链球菌产生的不溶性葡聚糖方面具有一定的潜在用途。4.4葡聚糖酶从东京湾海泥中分离到一株环状芽444.5海藻解壁酶

海洋细菌产生的海藻解壁酶种类复杂,主要有琼胶酶、褐藻酸酶、卡拉胶酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶、紫菜聚糖酶等.Ｈａｔａｔｅ等从对红藻细胞壁有降解作用的海洋细菌中制备出β－1,4甘露聚糖酶、木聚糖酶和紫菜聚糖酶,并将其用于紫菜原生质体游离的研究工作。4.5海藻解壁酶海洋细菌产生的海藻解壁酶种454.6超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)

海洋蓝细菌是含有超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)的生物。Ｆｅ·ＳＯＤ首先从两种蓝细菌和两种发光杆菌属海洋细菌中提取获得。4.6超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)海洋蓝细菌是含有464.7过氧化物酶

Ｗｅｉｓ等发现，乌贼体内共生的发光细菌能够产生过氧化物酶，该酶同哺乳动物嗜中性粒细胞产生的具有抗菌活性的髓过氧化物酶(ＭＰＯ)具有相似的生化特性。4.7过氧化物酶Ｗｅｉｓ等发现，乌贼体内共生的发光474.8酶抑制剂

专一性蛋白酶抑制剂在临床治疗中具有重要作用.Cathestatins是海洋细菌产生的一种热稳定性的组织蛋白酶抑制剂，在治疗骨病等方面具有一定的应用前景。在海洋假单胞菌中,一种新型的几丁质酶抑制剂也被发现.4.8酶抑制剂专一性蛋白酶抑制剂在临床治疗中485抗心血管病化合物ＥＰＡ(二十碳五烯酸)和ＤＨＡ(二十二碳六烯酸)是哺乳动物体内不可缺少的、具有重要应用价值的不饱和脂肪酸，具有抗凝血的功能，可有效地预防和治疗血栓的形成、动脉硬化及其引起的血液循环性疾病。5抗心血管病化合物ＥＰＡ(二十碳五烯酸)和ＤＨＡ(二十二碳49从海鱼中提取的ＤＨＡ和ＥＰＡ有特殊的臭味，且分离纯化成本高。有研究表明，很多海洋细菌可产生ＤＨＡ、ＥＰＡ，而且海洋细菌中的ＥＰＡ是磷脂型的，优于鱼类的中性脂质ＥＰＡ，没有特殊的鱼腥味。因此从海洋细菌中获取ＥＰＡ和ＤＨＡ具有广泛应用前景.从海鱼中提取的ＤＨＡ和ＥＰＡ有特殊的臭味，且分离纯化成本高。507.2海洋放线菌产生的生物活性物质1.抗菌活性物质近来研究表明海洋环境中的放线菌和放线菌代谢产物却是寻找新抗生素的重要来源.头孢菌素Ｃ、Ｐ、Ｎ、硫酸小诺霉素就是由海洋放线菌分泌产生并已得到临床应用的抗生素.7.2海洋放线菌产生的生物活性物质1.抗菌活性物质51土霉素原是一种由陆地微生物———龟裂链霉菌，分泌产生的抗生素，如今从海洋底泥的放线菌中也被分离到.

厦门大学生物系在研究红树林根际微生物时，从中分离到多株产生新型抗生素的放线菌.Ｂｉａｂａｎｉ等从海底沉积物中分离出的一株链霉菌培养液中获得一种抗微藻剂.土霉素原是一种由陆地微生物———龟裂链霉菌，分泌产生的抗生素52常见的产生抗菌活性的放线菌：小单孢菌属，链霉菌属，小四孢菌。常见的产生抗菌活性的放线菌：小单孢菌属，链霉菌属，小四孢菌。532抗肿瘤活性物质抗肿瘤海洋放线菌主要是链霉菌属产生.从报道化合物的结构类型来看，有生物碱、环肽、聚醚类毒素、萜类、多羟基甾醇等。2抗肿瘤活性物质抗肿瘤海洋放线菌主要是链霉菌属产生.547.3海洋真菌产生的生物活性物质1抗菌活性物质青霉属、曲霉属、镰刀菌属的发酵产物具有抗细菌或抗真菌生物活性.主要有：环缩二氨酸，倍半萜，氯霉素，抗微藻剂等。7.3海洋真菌产生的生物活性物质1抗菌活性物质552抗肿瘤活性物质

许多属的海洋真菌可产生抗肿瘤活性物质，这些海洋真菌有的分离自海水或海洋沉积物，有的则来自其它海洋生物体.它们产生的抗肿瘤活性物质大多具有新型的结构.。多硫二氧代呱嗪类化合物，不对称萘醌二聚物等。2抗肿瘤活性物质许多属的海洋真菌可产生抗肿56海洋微藻代谢产物一、胞外产物Fogg1966年和Ｈellebust1974年研究发现，海洋微藻在生长过程中会不断向周围环境中释放多种代谢产物.如碳水化合物、氨基酸、酶、脂类、维生素、有机磷酸、毒素、挥发性物质以及抑制和促进因子等。这些产物统称为胞外产物(Extracellularproducts,ECP)海洋微藻代谢产物一、胞外产物57１.1胞外溶解有机碳海洋中的有机碳是全球最大的储碳库之一,其有机碳主要以颗粒有机碳(ＰＯＣ)和溶解有机碳(ＤＯＣ)的形式存在。海洋微藻通过光合作用合成有机碳是海洋中ＤＯＣ的重要来源之一。１.1胞外溶解有机碳海洋中的有机碳是全球最大的储碳库之一,58Carslo1998年通过示踪实验发现,由微藻固定的碳至少有５%～１０%以ＤＯＣ形式释放到水体中，有的藻类释放ＤＯＣ高达１０%～２５%。Carslo1998年通过示踪实验发现,由微藻固定的碳至少有591.2胞外氮水中溶解有机氮(ＤＯＮ)是水体微生物的重要氮源，主要是由微藻释放的。硅藻从外界吸收的硝酸盐约有１%以ＤＯＮ的形式分泌到外界,释放速率约为10.4～13.3ｎｍｏｌ／ｈ。ＤＯＮ的释放可能是通过膜被动运输。1.2胞外氮水中溶解有机氮(ＤＯＮ)是水体微生物的重要氮源601.3胞外酶目前关于胞外酶的研究主要集中在细菌、真菌方面，藻类胞外酶研究较晚，相关报道不多。近期已陆续发现有关微藻胞外酶的报道，如胞外碳酸酐酶、胞外氨基酸氧化酶等。1.3胞外酶目前关于胞外酶的研究主要集中在细菌、真菌方面，61碳酸酐酶碳酸酐酶(Ｃarbonicanhydrase)是一含Ｚｎ的金属酶，可催化ＨＣＯ3-与ＣＯ２的相互转化。迄今,已在很多微藻中发现胞外ＣＡ酶。该酶主要使藻细胞利用水体中ＨＣＯ3-进行光合作用，ＨＣＯ3-

在靠近藻细胞表面处脱水成ＣＯ２,再经扩散或主动运输至细胞内。碳酸酐酶碳酸酐酶(Ｃarbonicanhydrase)是一621.4微藻富集微量元素已有实验和事实证明：硒、锗、锌等微量元素有明显的促进机体生长和发育、提高机体免疫功能和抗病力、防癌抗癌等多种作用.但是,由于许多无机形式的微量元素对机体有毒害作用,而使其使用范围和剂量受到很大的限制,只有当无机形式转化为有机形式后才具有普遍的食用和保健价值.1.4微藻富集微量元素已有实验和事实证明：63利用海洋微藻细胞的螯合同化作用,把无机微量元素转化成细胞内的有机螯合物则可达到这一目的；同时又可利用某些微藻本身的医疗保健作用.利用海洋微藻细胞的螯合同化作用,把无机微量元素转化成细胞内的641.5盐藻β-胡萝卜素盐藻是单细胞真核绿藻.盐藻中富含蛋白质,甘油和β-胡萝卜素,可以成为良好的饲料及饵料，其中的β-胡萝卜素对人类防癌、抗癌，降低心血管病发生率大有好处.1.5盐藻β-胡萝卜素盐藻是单细胞真核绿藻.盐藻中富含蛋651.6海洋微藻生物分子标记物海洋微藻细胞中的一些特异性分子物质,如色素、甾醇可以用来指示该类生物的存在和生物量。据此可对海洋生物生产力和种群组成特性进行快速的定量分析测定。因此，在海洋生态系统研究中将有广泛的应用前景.1.6海洋微藻生物分子标记物海洋微藻细胞中的一些特异性分子661.7可利用微藻的种类及其应用前景1螺旋藻(Ｓpirulina)螺旋藻是一种生长在非洲、墨西哥和东非大裂谷等热带高温地方碱性盐湖中的蓝藻。螺旋藻是蓝藻门念珠藻目颤藻科中的一个属,其藻体为单一藻丝,一般能聚集在一起并形成青苔;藻丝弯曲,可作有规律的螺旋状盘旋。1.7可利用微藻的种类及其应用前景1螺旋藻(Ｓpiruli67本属有30余种,我国有9种,现能进行工业化生产的主要有2种:即钝顶螺旋藻和极大螺旋藻。螺旋藻细胞进行二分分裂无性繁殖,结果使藻丝长度迅速增加。它主要靠藻丝断裂增加丝体数量,有时也形成“藻殖段”。.本属有30余种,我国有9种,现能进行工业化生产的主要有2种:68藻殖段是由于丝状体中某些细胞的死亡，或形成异形胞，或在两个营养细胞间形成双凹形分离盘，以及机械作用等将丝状体分成许多小段，每一小段称为藻殖段。藻殖段细胞分裂成新的螺旋状体,无有性生殖。藻殖段69大多数螺旋藻喜高温（25~36℃）、高碱（PH值9~11），这样的环境条件下许多其他生物都难以生存，而螺旋藻却能迅速生长繁殖。螺旋藻与其他植物一样，能够利用阳光、二氧化碳和其他矿物质合成有机物，同时放出氧气。它光合效率高，单位面积产量比大田作物高出几十倍。大多数螺旋藻喜高温（25~36℃）、高碱（PH值9~11），70作物总产量（吨/公顷/年）蛋白质含量（%）蛋白质产量（吨/公顷/年）小表玉米糙米大豆钝顶螺旋藻6.714.08.04.015~209.57.47.136.060.00.641.040.751.409~12表2-1农作物与螺旋藻的产量的比较

作物总产量（吨/公顷/年）蛋白质含量（%）蛋白质产量（71表2-2各类食品的蛋白质含量

食品种类蛋白质含量（%）螺旋藻大豆牛肉蛋小麦米60~7133~3618~20186~107表2-2各类食品的蛋白质含量食品种类蛋白质含量（%）螺旋藻72表2-3氨基酸组成比较表（占总量%）种类螺旋藻大豆牛肉蛋FAO*标准异亮氨酸亮氨酸赖氨酸蛋氨酸苯丙氨酸苏氨酸色氨酸缬氨酸4.15.84.02.03.44.21.16.01.82.72.60.41.91.60.51.80.91.71.70.40.80.80.21.00.61.00.80.40.60.50.20.84.24.84.252.22.82.81.44.2表2-3氨基酸组成比较表（占总量%）种类螺旋藻大豆牛肉蛋731.1螺旋藻生化组成特点

①螺旋藻含蛋白质高达60%以上，由18种氨基酸组成，含有人体和动物所必需的8种氨基酸。②螺旋藻还含有6种维生素，其中维生素B12含量特别高，比动物肝脏高3.5倍，是现在已知所有生物体中维生素B12含量最高的一种。1.1螺旋藻生化组成特点

①螺旋藻含蛋白质高达60%以上，74β-胡萝卜素含量也很高，β-胡萝卜素是维生素A的前体，吸入体内后贮于肝和小肠壁细胞内在酶的作用下转化为维生素A。近年来，国内外专家一致认定，β-胡萝卜素具有防癌、扩癌，增强人体免疫力功能和延缓衰老的作用。β-胡萝卜素含量也很高，β-胡萝卜素是维生素A的前体，吸入体75③r-亚麻酸及其他不饱和脂肪酸在螺旋藻细胞里含量达到1.7%左右，它们具有降血脂、软化血管的功能。④藻胆蛋白是蓝藻物有的光合色素，含量可高达干重的18%。国外研究证明，它不仅是很好的纯天然的蓝色素，广泛用于食品、化妆品，而且有提高机体免疫力和搞艾滋病的功效。③r-亚麻酸及其他不饱和脂肪酸在螺旋藻细胞里含量达到1.7%76⑤螺旋藻含有多种人体必需的微量元素和矿物质，如：铁、锌、铜、硒等，这些微量元素和矿物质均与有机物结合，易为人体吸收利用，能有效地调节机体平衡及酶的活性。另外，又发现螺旋藻中含有的一些小分子多糖、蛋白多糖等生物活性物质，也有极好的药效。⑤螺旋藻含有多种人体必需的微量元素和矿物质，如：铁、锌、铜、77螺旋藻的细胞壁不是由纤维素构成的，而是由一些多糖类物质构成的，易消化吸收，螺旋藻的消化率高达86%以上。螺旋藻主要营养成分详见表2-4，它与一些主副食品蛋白质含量及含热量的比较见表2-5、2-6螺旋藻的细胞壁不是由纤维素构成的，而是由一些多糖类物质构成的78表2-4

螺旋藻（100克）的主要成分一般成分蛋白质脂肪碳水化合物纤维灰分水分50~70克6~9克15~20克2~4克6~8克2~5克色素类叶绿素类胡萝卜素藻青蛋白800~2000毫克200~400毫克8500~7000毫克表2-4

螺旋藻（100克）的主要成分一蛋白质50~779矿

物质钙铁钾镁100~400毫克50~100毫克1000~2000毫克200~300毫克维

生素类维生素A维生素B1维生素B2维生素B6维生素B12维生素E肌醇r亚麻酸泛酸钙叶酸维生素PP100~~200毫克1.5~4毫克3~5毫克0.5~0.7毫克0.05~0.2毫克5~20毫克40~100毫克800~1300毫克1毫克0.05毫克305毫克小分子多糖3克

矿钙100~400毫克维维生素A100~~200毫80表2-5蛋白质含量与热量比较（克/100克）食品名称蛋白质热量（卡路里）大米猪肉牛肉鸡肉鸡蛋鱼豆腐螺旋藻6.516.721.021.012.724.36.060~703402791491351561145836表2-5蛋白质含量与热量比较（克/100克）食品名称蛋白质812-6表钝顶螺旋藻（S.platensis）极大螺旋藻（S.maxima）和豆类成分的比较种类%干重水灰分粗脂肪粗纤维碳水化合物粗蛋白S.platensis(a)S.maxima(b)豆类6~104~77~104~56~9149~14416~123~813~610~188~1319~3556~7760~7134~402-6表钝顶螺旋藻（S.platensis）极大螺旋藻（82螺旋藻具有以上重要的生化组成特点，从而人们称之为最理想的营养库，并被联合国教科文组织推荐为“明天最理想和最完美的食品”。螺旋藻具有以上重要的生化组成特点，从而人们称之为最理想的营养832.小球藻绿藻门，卵孢藻科。藻体单细胞，球形或椭圆形，直径仅数微米。无鞭毛，浮游生活。

繁殖时，原生质体分裂数次，生成2、4、8或16个不动孢子；因孢子的形态与母细胞相似，故称“似亲孢子”。2.小球藻绿藻门，卵孢藻科。藻体单细胞，球形或椭圆形，直径仅84富含脂肪、蛋白质、碳水化合物、矿物盐类和各种维生素，可作高蛋白质食物，是宇航中的理想食粮。又可利用小球藻光合作用时释放氧、吸收二氧化碳，解决宇航中氧的供应。因它繁殖快，又易于控制，为良好的研究材料。富含脂肪、蛋白质、碳水化合物、矿物盐类和各种维生素，可作高蛋853.盐藻盐藻即杜氏藻（Dunaliella），是绿藻门团藻目多睫毛藻科的一个属，包含约30个种，其中最有代表性和应用最广的是盐生杜氏藻（D．Salinā）。盐藻为单细胞藻类，外包一层薄胶鞘，无细胞壁。个体呈梨形、卵形或椭圆形，具2条等长鞭毛，可自由游动。3.盐藻盐藻即杜氏藻（Dunaliella），是绿藻门团藻目86其繁殖主要靠细胞纵裂的无性繁殖，有性生殖为同配接合。生长于海水及咸水湖、盐湖等高盐环境下，是耐盐性最强的单细胞藻类。其繁殖主要靠细胞纵裂的无性繁殖，有性生殖为同配接合。生长于海87盐藻培养与其它藻类培养相比，具有以下两个显著特点：（1）成本较低由于该藻无细胞壁而又有鞭毛，故易于采收、提取，且减少了对机械搅拌的依赖。（2）经济价值高与传统藻类培养不同，盐藻培养以加工提取β-胡萝卜素为主，产品用途广、价格高，且作为食用色素易为人们所接受。盐藻培养与其它藻类培养相比，具有以下两个显著特点：884红球藻红球藻是绿藻门绿藻纲团藻目红球藻科的一个属,在淡水中分布较广。多数种类分布在平原和淡水中,个别种类可在雪中生存,成为欧洲高山的“红雪”。红球藻的繁殖为细胞分裂,产生2、4、8…ｎ个细胞。在环境不良时进行无性生殖,发育成厚壁孢子,因血色素积累而成红色。4红球藻红球藻是绿藻门绿藻纲团藻目红球藻科的一个属,在淡水89红球藻，特别是雨生红球藻（Haenatcoccuspluvialis）细胞内虾青素含量很高，超过细胞干重的2％。虾青素属于类胡萝卜素虾青素的化学系统名为（IUPAC），相对分子量为596．86。纯虾青素是暗红棕色粉末，熔点224度，不溶于水，能溶于大多数有机溶剂。红球藻，特别是雨生红球藻（Haenatcoccuspluv90虾青素的化学结构是由四个异戊二烯单位以共轭双键形式连接，两端又有二个异戊二烯单位组成六节环结构。虾青素的化学结构是由四个异戊二烯单位以共轭双键形式连接，两端91虾青素的生理功能

1.虾青素具有很强的抗氧化功能，能清除体内由紫外线照射产生的自由基，调节降低由光化学引起的危害，对紫外线引起的皮肤癌有很好的疗效。2.虾青素还能显著促进淋巴结抗体的产生，特别是能促进与体内T细胞有关的抗原的抗体的产生。虾青素的生理功能

1.虾青素具有很强的抗氧化功能，能清除体内923.虾青素与脂肪酸结合形成的酯比脂肪酸与其它类胡萝卜素形成的酯稳定，不易被氧化。4.虾青素在某些条件下对抗脂肪氧化的保护作用比β-胡萝卜素高10倍，比维生素E高100倍，故又称超级维生素E。3.虾青素与脂肪酸结合形成的酯比脂肪酸与其它类胡萝卜素形成的935.虾青素对鱼类的生长繁殖有重要作用，促进鱼卵受精，减少胚胎发育的死亡，促进个体生长，增加成熟速度和生殖力.5.虾青素对鱼类的生长繁殖有重要作用，促进鱼卵受精，减少胚胎94虾青素的应用

虾青素目前主要用作三文鱼的饲料添加剂。三文鱼的鲜红的肉色是非常重要的质量指标，但三文鱼自身并不能合成虾青素，必须从其食物中获得。人工养殖的三文鱼如不添加虾青素，则肉成白色，品质下降。虾青素的应用

虾青素目前主要用作三文鱼的饲料添加剂。三文鱼的95虾青素的来源

（l）化学合成瑞士Hoffmann-LaRoche公司成功地合成了虾青素并投入市场，商品名为CarophyllPink。目前人工合成的虾青素仍然是三文鱼饲料色素添加剂的主要来源。虾青素的来源

（l）化学合成96（2）甲壳类动物甲壳类动物的甲壳中含有虾青素，但含量很低，并且这些甲壳中灰分、几丁质的含量较高，限制了虾青素的提取和利用。（2）甲壳类动物97（3）微藻

雨生红球藻（Haenatcoccuspluvialis）细胞内虾青素含量很高，超过细胞干重的2％；血红裸藻（Euglenasanguinea）中虾青素双酯的含量达细胞干重的0．70，此外绿藻（Eremosphaeraviridis）、小球藻（Chlorellaspp）、Botryococcusbraunil在不利条件下能生产虾青素。但这些微藻生长缓慢、需要较长的生长周期。（3）微藻

雨生红球藻（Haenatcoccuspluvi98(4)原生动物Gymnodinium、Strombidium和Favellaehrenbergii等原生动物中也有虾青素，但它们自身不能会成虾青素，没有商业价值。由此可以预言，开发红球藻培养生产虾青素技术具有广阔的发展前景和巨大的商业价值。(4)原生动物Gymnodinium、Strombidium99虾青素生产

目前利用酵母菌工业化生产虾青素受到生产周期的和酵母菌虾青素含量低（占细胞干重的0.05％）的限制。利用微藻（如红球藻）可自然产生高含量的虾青素（达细胞干重的2％以上），故利用红球藻进行大规模生产虾青素有着美好的发展前景。虾青素生产

目前利用酵母菌工业化生产虾青素受到生产周期的和酵100雨生红球藻内虾青素的合成

红球藻细胞内的虾青素虾青素在红球藻细胞内合成和积累会影响其产量。Santos和Mesquita通过电镜观察发现，虾青素不是在细胞器内，而是在细胞内质网外面的透明质内合成。雨生红球藻内虾青素的合成

红球藻细胞内的虾青素101合成的虾青素质粒最初以颗粒形式存在于核周质附近，没有生物膜，互相也不容易融合。成熟的虾青素呈各种形状，包括长丝状、棒状和颗粒状。合成的虾青素质粒最初以颗粒形式存在于核周质附近，没有生物膜，102虾青素的积累

虾青素的含量及合成速率在红球藻的生活周期中显著不同。虾青素的积累速率在游动细胞和不动细胞中是一样的，游动细胞虾青素的含量下降是因为它的合成速率低于细胞的分裂速度。虾青素的积累

虾青素的含量及合成速率在红球藻的生活周期中显103任何因素，如不利的生长条件和细胞分裂抑制物的产生等，都可引致细胞分裂速度下降，从而导致个体细胞内虾青素的快速积累。根据红球藻分批培养的结果，发现虾青素的生成速率在红球藻的不同生长阶段是不同的，红球藻生长后期的虾青素积累明显高于生长早期。任何因素，如不利的生长条件和细胞分裂抑制物的产生等，都可引致104外界条件对细胞虾青素积累的影响许多环境如光照、营养等都可以影响虾青素的形成，这些因素常常通过细胞内综合代谢而发生作用。（1）光照度光照度不但对红球藻的生长是一个非常重要的因素，而且对红球藻虾青素的合成也是很重要的。外界条件对细胞虾青素积累的影响许多环境如光照、营养等都可以105普遍认为光照度对红球藻的生长，特别是对红球藻内虾青素的合成是必需的。相反，也有人认为虾青素的合成可以在黑暗中进行，只是虾青素的合成速率在光照条件下比黑暗条件下高7倍。普遍认为光照度对红球藻的生长，特别是对红球藻内虾青素的合成是106强光对红球藻的生长不利，特别是在红球藻的生长早期，强光显著地抑制红球藻的生长诱导促进虾青素的合成。红光比蓝光对红球藻的生长有利，而蓝光对虾青素的积累有利。强光对红球藻的生长不利，特别是在红球藻的生长早期，强光显著地107（2）温度温度对红球藻虾青素的生物合成的影响与光照度很相似，较高的温度可以促进虾青素的生物合成。据Tjahjono等报道，在30℃条件下，红球藻的产量比20℃培养条件高2．5倍。（2）温度温度对红球藻虾青素的生物合成的影响与光照度很相似108但是，Borowitzka认为，最适合红球藻光合自养的温度在25～28℃之间。温度高于30℃时，红球藻的生长受到抑制。所以，较高的温度促进细胞内虾青素含量的增加，适用于红球藻培养的后期。但是，Borowitzka认为，最适合红球藻光合自养的温度在109（3）溶解氧较低的溶解氧（50％）有利于红球藻自养生长，而饱和的溶解氧则有利于红球藻的异养生长。溶解氧对红球藻虾青素含量的影响尚有待研究。（3）溶解氧较低的溶解氧（50％）有利于红球藻自养生长，而饱110（4）pH值pH值对对红球藻虾青素细胞含量的影响目前尚未有详细报道。一般认为，最适合于红球藻生长的pH值为中性至微碱性，虽然红球藻在pH=11的条件下仍然可以生长和成活，但其生长速率很低。（4）pH值pH值对对红球藻虾青素细胞含量的影响目前尚未有详111（5）培养液的流体剪切力的影响通过对搅拌速度对红球藻的生长和虾青素的影响的研究，发现如果流体剪切力高于0.05N／M，则会阻碍红球藻的生长，促进虾青素的合成。（5）培养液的流体剪切力的影响通过对搅拌速度对红球藻的生长和112（6）培养基的优化醋酸盐是应用于红球藻混合培养的比较好的碳源，它除了容易被红球藻利用于生长外，也很容易被红球藻吸收参与虾青素的合成。（6）培养基的优化醋酸盐是应用于红球藻混合培养的比较好的碳源113氮源的需求科学家有不同意见，大多数认为低浓度的氮源对虾青素的合成有利。但Goodwin报道，如果红球藻在含有醋酸盐的培养基中，高浓度的氮源有利于虾青素的合成；此外，较高的亚铁离子浓度有利于虾青素的合成；低浓度的磷酸盐可以促进虾青素的合成，但并不显著抑制红球藻的生长。氮源的需求科学家有不同意见，大多数认为低浓度的氮源对虾青素的114（7）环境条件的优化

除了对培养基的优化，其他环境条件如温度、PH、光照、溶解氧的优化组合对于提高红球藻虾青素的生长率也非常重要。

但是适于红球藻生长与虾青素合成的条件往往是互相矛盾的。（7）环境条件的优化

除了对培养基的优化，其他环境条件如115即当环境条件如温度，PH值、光照、溶解氧、培养基成分和浓度有利于红球藻生长时，虾青素的合成速率通常较低；而虾青素快速合成的时期发生在不利于红球藻生长的环境条件下。即当环境条件如温度，PH值、光照、溶解氧、培养基成分和浓度有116培养方法可采用分步培养的方法生产虾青素：首先利用红球藻的最优生长条件促使红球藻细胞于物质增加，然后改变条件使红球藻能快速合成虾青素。培养方法可采用分步培养的方法生产虾青素：117虾青素的大规模生产

室外大池培养目前利用红球藻进行工业化大规模生产虾青素仍然有许多技术问题需解决。首先，大池培养红球藻容易被其他微生物污染；大池培养使光的利用效率也受到限制。现在用大池培养的红球藻提取纯化虾青素的成本较高。虾青素的大规模生产

室外大池培养118第六章海洋微生物代谢物的生物活性

海洋微生物学研究已经走出了仅仅进行种群调查的阶段，走上了涉及生态学、生物化学、分子生物学、遗传学等领域的全面研究和应用开发阶段。海洋生物的特异环境、奇特的功能其代谢物及其结构.代谢物的合成途径及其相关的酶一、研究内容的发展第六章海洋微生物代谢物的生物活性海洋微生物学研究已119与特殊功能有关的或者与代谢物合成有关的功能基因。从人类的应用说，海洋微生物代谢物可以分为食品类、医药类、材料类等。医疗价值或保健作用的化合物是人们寻找和研究工作的首选与特殊功能有关的或者与代谢物合成有关的功能基因。120二、微生物代谢物微生物代谢物分为初级代谢物和次生代谢物1.初级代谢物定义：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。特征：（1）不同的微生物初级代谢产物基本相同；（2）初级代谢产物合成过程是连续不断的。二、微生物代谢物微生物代谢物分为初级代谢物和次生代谢物1.1212.次生代谢物定义：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。举例：抗生物、毒素、激素、色素等。特征：（1）不同的微生物次生代谢产物不同；（2）抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物。2.次生代谢物定义：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十122图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉素最远的细菌个大、色浓，活力十足；距青霉菌较近的细菌个较小、色较浅，活力较差；而最接近青霉菌的细菌个最小、色发白，显然已经死亡抗生素图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉素最远的细菌个大、色浓123烟草野火病菌产生的野火毒素毒素烟草野火病菌产生的野火毒素毒素124稻绿核菌子实体的形态健粒子实体黄色有薄膜包被墨绿色橙黄色淡黄色中心：白色肉质块色素稻绿核菌子实体的形态健粒子实体黄色有薄膜包被墨绿色橙黄色淡黄125从自然界分离的菌种产品基因工程诱变育种诱变育种生产用菌种扩大培养原料微生物菌体代谢产物分离提纯发酵罐发酵条件控制接种培养基配置灭菌从自然界分离的菌种产品基因工程诱变育种诱变育种生产用菌种1266.1微生物的筛选根据生态学的知识和经验去寻找特定功能或活性的代谢物及其生产者－－微生物。一些咸水虾的卵子被真菌感染，一些虾卵却保持完好时，开始从无感染的卵子上找原因。

6.1微生物的筛选根据生态学的知识和经验去寻找特定功能或127研究者相信，卵子不被感染应该归功于抗真菌的物质，结果在完好的卵子表面发现一种细菌，从该细菌果真找到一种抗真菌代谢物；从热泉中寻找耐热菌，从这些菌中寻找热稳定的酶.

研究者相信，卵子不被感染应该归功于抗真菌的物质，结果在完128从日光曝晒的海边岩石找到抗紫外线的蓝细菌，并从中找到抗紫外物质。从健康的植物中找到产生植物保护剂的内生菌，从污染的港湾获得农药降解菌，并从中发现有关酶和基因；

从日光曝晒的海边岩石找到抗紫外线的蓝细菌，并从中找到抗紫外物129从海洋动、植物表面寻找防腐物质或微生物。从上述微生物中发现对人类疾病治疗有效的药物，对人类有用的化合物可以在很多环境分离的微生物中找到，只要应用适当的筛选模型或方法就有可能获得特定生理活性的化合物。

从海洋动、植物表面寻找防腐物质或微生物。1306.2代谢物生物活性的筛选

从庞大的海洋微生物群体中寻找特定活性化合物最好首先对微生物进行筛选。第一步是选择微生物存在的环境基质，根据生物学和生态学的知识，确定采样的环境和材料；第二步对获得的菌株进行初筛，选出有可能获得目标产物的菌株；6.2代谢物生物活性的筛选从庞大的海洋微生物群体中寻找特131第三步，从选出的菌株中分离代谢物；第四步，对所得代谢物再进行筛选。

第三步，从选出的菌株中分离代谢物；132常用的活性筛选方法(1)抗菌活性

一种最简单的测试方法，称生长抑制法，常用于抗菌活性检测。样品被置于无菌滤纸上，滤纸先被置于接有目标菌的固态培养基表面，培养后观察和测量生长抑制圈的大小。

常用的活性筛选方法(1)抗菌活性133(2)对动物的影响活性①对动物幼体的定殖或变态的抑制。环节动物、鲍鱼以及咸水虾的幼体可用于检测样品对动物的毒性或其他影响，通常把多个幼体置于样品液中，然后观察对致死性或对变态过程、定殖效果、虫室形成等方面的影响。(2)对动物的影响活性①对动物幼体的定殖或变态的抑制。134②对无脊椎动物运动的影响。在加有样品的溶液中，如果一个饲养着的水螅或其他动物的附肢总是保持收缩状态，可认为是遇到了有毒性的代谢物。

②对无脊椎动物运动的影响。135③金鱼毒性试验。样品对小金鱼的影响，可表现为致死或失去平衡等。

④通过器官和生理系统检测。可检测对心脏、血压、肌肉等的作用活性。

③金鱼毒性试验。136(3)细胞水平筛选样品可通过对各种细胞株的影响而得到评价。对某些肿瘤细胞株的抑制活性是最常用的评价内容。

(3)细胞水平筛选137(4)酶抑制剂筛选法在病理学和生物化学研究中，已对多种疾病的成因有所了解，有些情况，已经知道引起疾病的具体生物化学异常，即已确定生化途径中哪一步骤发生了差错，而在很多情况下是由某一种酶活性的增强或减弱所导致的。(4)酶抑制剂筛选法138酶抑制剂筛选法

已经知道多种病症因为特定酶活性的增强而引起的。这样以该酶为靶标筛选抑制剂，将使获得适用的活性代谢物的可能性大大增加。这是一种针对具体靶标分子的筛选方法，比起应用整个动物或整个细胞作为试验标靶有其优越之处。

酶抑制剂筛选法已经知道多种病症因为特定酶活性的增强而引起的139应用酶抑制剂筛选法，可获得具体抗肿瘤、抗血栓、抗糖尿病、抗病毒、抗炎症以及降血脂、降血压等活性代谢物。1.抗肿瘤活性筛选的靶酶有DNA拓扑异构酶、芳香酶、法尼基转移酶、蛋白激酶等。应用酶抑制剂筛选法，可获得具体抗肿瘤、抗血栓、抗糖尿病1402.抗血栓形成活性筛选的靶酶包括凝血酶、血小板活化因子酰基转移酶等。

3.抗病毒活性筛选的靶酶有蛋白酶、复制有关的酶等。4.抗糖尿病活性筛选的靶酶有醛糖还原酶等。2.抗血栓形成活性筛选的靶酶1415.抗炎症活性筛选的靶酶有溶磷脂酶、磷酸脂酶、脂氨酶等。6.抗神经退化活性筛选的靶酶有乙酞胆碱醋酶（需要同时筛选对丁酰胆碱酯酶不抑制的活性）。7.降血脂活性的筛选靶酶有鳌烯合成酶、脂酰辅酶A胆固醇酰转移酶（A-CAT））等。5.抗炎症活性筛选的靶酶1428.降血压活性的筛选靶酶有肾上腺素合成酶、内皮质素转换酶等。

(5)免疫调节活性代谢物的筛选法免疫调节活性物为增强活性和抑制活性，在医学上分别有其重要应用。可通过皮肤注射反应观察样品对抗原免疫反应的增强或抑制作用，也可在体外应用淋巴细胞进行免疫试验。

8.降血压活性的筛选靶酶143(6)受体拮抗活性筛选每一生化反应系统，需要受到严密的机制进行调控，信号分子往往需要与受体分子结合而起动某一生理、生化过程。如样品能与受体亲和结合即与正常信号分子产生竟争从而抑制该生化过程。(6)受体拮抗活性筛选144用于抗肿瘤活性筛选的受体包括非甾体类雌激素受体或雄激素受体等。用于抗血栓活性筛选的受体包括纤维蛋白原受体。用于降血压活性筛选的受体包括内皮素受体、血管紧张素Ⅱ受体。

用于抗肿瘤活性筛选的受体包括非甾体类雌激素受体或雄激素受体等145第七章海洋微生物生物活性物质7.1海洋细菌产生的生物活性物质：1.抗菌活性物质多属海洋细菌可产生抗生素：芽孢杆菌属交替单胞菌属假单胞菌属黄杆菌属微球菌属着色菌属钦氏菌属等菌藤黄紫交替单胞菌第七章海洋微生物生物活性物质7.1海洋细菌产生的生物活性物146①胺类抗生素,②环状的灵菌红素③硝咯菌素④生物碱类化合物⑤含溴化合物①胺类抗生素,1472抗病毒及抗肿瘤物质2.1大环内脂化合物

由海洋细菌产生的抗肿瘤活性物质macrolactins,它是由一种深海细菌产生的新的大环内脂化合物,由24元内脂环、吡喃型葡萄糖和一个开链的酸构成.其组成结构含Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、E、F等6个组分。2抗病毒及抗肿瘤物质2.1大环内脂化合物148第六章海洋微生物代谢物的生物活性课件149其中macrolactinsＡ组分是一种配糖体母体，既有抗菌活性又能抑制Ｂ16－Ｆ10黑色素癌细胞，还能保护Ｔ淋巴母细胞防止人类免疫缺陷病毒(ＨＩＶ)的复制。其中macrolactinsＡ组分是一种配糖体母体，既有抗菌1502.2环肽类化合物

生理活性肽类及其类似物是重要而丰富的新药来源。许多海洋生理活性肽类具有抗癌、抗病毒、抗微生物活性和酶抑制活性。近十多年来，海洋肽类（主要是环肽）的研究取得很大进展，发现了许多新的海洋生理活性肽类。2.2环肽类化合物生理活性肽类及其类似物是重要151海洋肽类（主要是环肽）主要来自于海绵、海鞘、海藻和海兔等。JasPamide是从斐济和几内亚海域离海绵目属海绵中分离得到的。它具有杀线虫活性（LD50＜1ug／ml）和细胞毒活性，对喉上皮组织癌细胞毒性体内试验LD50为0.32ug／ml。海洋肽类（主要是环肽）主要来自于海绵、海鞘、海藻和海兔等。152GeodjamolidesGeodiamolideC、D、E、F从巴布亚新几内亚海域外射海绵目属海绵中获得中的丙氨酸残基，它们对L1210细胞毒性IC50。分别为：（1）0.0025ug／ml，（2）0.039ug／ml，（3）0．014ug／ml，（4）0.006ug／ml。GeodjamolidesGeodiamolideC、D153第六章海洋微生物代谢物的生物活性课件154HymenistatinHymenistatin是从膜海绵中分离获得，它对白血病细胞P338的IC50是7.5ug/mlHymenistatinHymenistatin是从膜海绵155alterrobactinAlterrobactin是一种铁离子传导剂，能够摄取自身生长所必需的铁离子。alterrobactinAlterrobactin是一种铁1563毒素河豚毒素

河豚毒素(tetrodotoxinTXX)是一种毒性很强的海洋生物活性物质，为典型的神经Ｎａ+通道阻断剂，毒性为ＮａＣＮ的1250倍，对人的致死量为0.3ｍｇ，临床药用价值很高，可用作镇痛剂、镇痉剂、搔痒镇静剂、呼吸镇静剂等。3毒素河豚毒素157目前已报道的能够产生河豚毒素的细菌有：假单胞菌属、弧菌属、发光杆菌属、气单胞菌属、邻单胞菌属、别单胞菌属、不动杆菌属、芽孢杆菌属等。目前已报道的能够产生河豚毒素的细菌有：1584酶与酶抑制剂4.1热稳定酶从热泉和温湿孔中分离的嗜热古细菌是一群罕见的海洋微生物,能在100℃以上的环境中生长,因此需要有在高温下稳定的酶系统.已从这类微生物中分离出多种酶。4酶与酶抑制剂4.1热稳定酶1594.2蛋白酶蛋白酶现已被用于洗涤剂中并作为膜清洗配方的组分。海洋船蛆的腺体内的共生细菌可以产生碱性蛋白酶,该酶具有较强的去污活性,在50℃可以加倍提高磷酸盐洗涤剂的去污效果,在工业清洗方面有一定的应用价值4.2蛋白酶蛋白酶现已被用于洗涤剂中并作为膜清洗配方的组1604.3几丁质酶

几丁质及其衍生物在医药、食品、工业等方面的重要作用,几丁质酶已成为人们广泛研究的课题之一.Ｏｓａｗａ等(1995)利用几丁质作为唯一Ｃ源进行试验时，发现6种海洋细菌均可产生几丁质酶。4.3几丁质酶几丁质及其衍生物在医药、食品、工1614.4葡聚糖酶

从东京湾海泥中分离到一株环状芽孢杆菌，在常规培养基中不生长，将培养基进行适当稀释后，菌株方可生长并产生一种新的葡聚糖降解酶。该酶作用于葡聚糖的α－1,3键和α－1,6键，在溶解牙齿上链球菌产生的不溶性葡聚糖方面具有一定的潜在用途。4.4葡聚糖酶从东京湾海泥中分离到一株环状芽1624.5海藻解壁酶

海洋细菌产生的海藻解壁酶种类复杂,主要有琼胶酶、褐藻酸酶、卡拉胶酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶、紫菜聚糖酶等.Ｈａｔａｔｅ等从对红藻细胞壁有降解作用的海洋细菌中制备出β－1,4甘露聚糖酶、木聚糖酶和紫菜聚糖酶,并将其用于紫菜原生质体游离的研究工作。4.5海藻解壁酶海洋细菌产生的海藻解壁酶种1634.6超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)

海洋蓝细菌是含有超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)的生物。Ｆｅ·ＳＯＤ首先从两种蓝细菌和两种发光杆菌属海洋细菌中提取获得。4.6超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)海洋蓝细菌是含有1644.7过氧化物酶

Ｗｅｉｓ等发现，乌贼体内共生的发光细菌能够产生过氧化物酶，该酶同哺乳动物嗜中性粒细胞产生的具有抗菌活性的髓过氧化物酶(ＭＰＯ)具有相似的生化特性。4.7过氧化物酶Ｗｅｉｓ等发现，乌贼体内共生的发光1654.8酶抑制剂

专一性蛋白酶抑制剂在临床治疗中具有重要作用.Cathestatins是海洋细菌产生的一种热稳定性的组织蛋白酶抑制剂，在治疗骨病等方面具有一定的应用前景。在海洋假单胞菌中,一种新型的几丁质酶抑制剂也被发现.4.8酶抑制剂专一性蛋白酶抑制剂在临床治疗中1665抗心血管病化合物ＥＰＡ(二十碳五烯酸)和ＤＨＡ(二十二碳六烯酸)是哺乳动物体内不可缺少的、具有重要应用价值的不饱和脂肪酸，具有抗凝血的功能，可有效地预防和治疗血栓的形成、动脉硬化及其引起的血液循环性疾病。5抗心血管病化合物ＥＰＡ(二十碳五烯酸)和ＤＨＡ(二十二碳167从海鱼中提取的ＤＨＡ和ＥＰＡ有特殊的臭味，且分离纯化成本高。有研究表明，很多海洋细菌可产生ＤＨＡ、ＥＰＡ，而且海洋细菌中的ＥＰＡ是磷脂型的，优于鱼类的中性脂质ＥＰＡ，没有特殊的鱼腥味。因此从海洋细菌中获取ＥＰＡ和ＤＨＡ具有广泛应用前景.从海鱼中提取的ＤＨＡ和ＥＰＡ有特殊的臭味，且分离纯化成本高。1687.2海洋放线菌产生的生物活性物质1.抗菌活性物质近来研究表明海洋环境中的放线菌和放线菌代谢产物却是寻找新抗生素的重要来源.头孢菌素Ｃ、Ｐ、Ｎ、硫酸小诺霉素就是由海洋放线菌分泌产生并已得到临床应用的抗生素.7.2海洋放线菌产生的生物活性物质1.抗菌活性物质169土霉素原是一种由陆地微生物———龟裂链霉菌，分泌产生的抗生素，如今从海洋底泥的放线菌中也被分离到.

厦门大学生物系在研究红树林根际微生物时，从中分离到多株产生新型抗生素的放线菌.Ｂｉａｂａｎｉ等从海底沉积物中分离出的一株链霉菌培养液中获得一种抗微藻剂.土霉素原是一种由陆地微生物———龟裂链霉菌，分泌产生的抗生素170常见的产生抗菌活性的放线菌：小单孢菌属，链霉菌属，小四孢菌。常见的产生抗菌活性的放线菌：小单孢菌属，链霉菌属，小四孢菌。1712抗肿瘤活性物质抗肿瘤海洋放线菌主要是链霉菌属产生.从报道化合物的结构类型来看，有生物碱、环肽、聚醚类毒素、萜类、多羟基甾醇等。2抗肿瘤活性物质抗肿瘤海洋放线菌主要是链霉菌属产生.1727.3海洋真菌产生的生物活性物质1抗菌活性物质青霉属、曲霉属、镰刀菌属的发酵产物具有抗细菌或抗真菌生物活性.主要有：环缩二氨酸，倍半萜，氯霉素，抗微藻剂等。7.3海洋真菌产生的生物活性物质1抗菌活性物质1732抗肿瘤活性物质

许多属的海洋真菌可产生抗肿瘤活性物质，这些海洋真菌有的分离自海水或海洋沉积物，有的则来自其它海洋生物体.它们产生的抗肿瘤活性物质大多具有新型的结构.。多硫二氧代呱嗪类化合物，不对称萘醌二聚物等。2抗肿瘤活性物质许多属的海洋真菌可产生抗肿174海洋微藻代谢产物一、胞外产物Fogg1966年和Ｈellebust1974年研究发现，海洋微藻在生长过程中会不断向周围环境中释放多种代谢产物.如碳水化合物、氨基酸、酶、脂类、维生素、有机磷酸、毒素、挥发性物质以及抑制和促进因子等。这些产物统称为胞外产物(Extracellularproducts,ECP)海洋微藻代谢产物一、胞外产物175１.1胞外溶解有机碳海洋中的有机碳是全球最大的储碳库之一,其有机碳主要以颗粒有机碳(ＰＯＣ)和溶解有机碳(ＤＯＣ)的形式存在。海洋微藻通过光合作用合成有机碳是海洋中ＤＯＣ的重要来源之一。１.1胞外溶解有机碳海洋中的有机碳是全球最大的储碳库之一,176Carslo1998年通过示踪实验发现,由微藻固定的碳至少有５%～１０%以ＤＯＣ形式释放到水体中，有的藻类释放ＤＯＣ高达１０%～２５%。Carslo1998年通过示踪实验发现,由微藻固定的碳至少有1771.2胞外氮水中溶解有机氮(ＤＯＮ)是水体微生物的重要氮源，主要是由微藻释放的。硅藻从外界吸收的硝酸盐约有１%以ＤＯＮ的形式分泌到外界,释放速率约为10.4～13.3ｎｍｏｌ／ｈ。ＤＯＮ的释放可能是通过膜被动运输。1.2胞外氮水中溶解有机氮(ＤＯＮ)是水体微生物的重要氮源1781.3胞外酶目前关于胞外酶的研究主要集中在细菌、真菌方面，藻类胞外酶研究较晚，相关报道不多。近期已陆续发现有关微藻胞外酶的报道，如胞外碳酸酐酶、胞外氨基酸氧化酶等。1.3胞外酶目前关于胞外酶的研究主要集中在细菌、真菌方面，179碳酸酐酶碳酸酐酶(Ｃarbonicanhydrase)是一含Ｚｎ的金属酶，可催化ＨＣＯ3-与ＣＯ２的相互转化。迄今,已在很多微藻中发现胞外ＣＡ酶。该酶主要使藻细胞利用水体中ＨＣＯ3-进行光合作用，ＨＣＯ3-

在靠近藻细胞表面处脱水成ＣＯ２,再经扩散或主动运输至细胞内。碳酸酐酶碳酸酐酶(Ｃarbonicanhydrase)是一1801.4微藻富集微量元素已有实验和事实证明：硒、锗、锌等微量元素有明显的促进机体生长和发育、提高机体免疫功能和抗病力、防癌抗癌等多种作用.但是,由于许多无机形式的微量元素对机体有毒害作用,而使其使用范围和剂量受到很大的限制,只有当无机形式转化为有机形式后才具有普遍的食用和保健价值.1.4微藻富集微量元素已有实验和事实证明：181利用海洋微藻细胞的螯合同化作用,把无机微量元素转化成细胞内的有机螯合物则可达到这一目的；同时又可利用某些微藻本身的医疗保健作用.利用海洋微藻细胞的螯合同化作用,把无机微量元素转化成细胞内的1821.5盐藻β-胡萝卜素盐藻是单细胞真核绿藻.盐藻中富含蛋白质,甘油和β-胡萝卜素,可以成为良好的饲料及饵料，其中的β-胡萝卜素对人类防癌、抗癌，降低心血管病发生率大有好处.1.5盐藻β-胡萝卜素盐藻是单细胞真核绿藻.盐藻中富含蛋1831.6海洋微藻生物分子标记物海洋微藻细胞中的一些特异性分子物质,如色素、甾醇可以用来指示该类生物的存在和生物量。据此可对海洋生物生产力和种群组成特性进行快速的定量分析测定。因此，在海洋生态系统研究中将有广泛的应用前景.1.6海洋微藻生物分子标记物海洋微藻细胞中的一些特异性分子1841.7可利用微藻的种类及其应用前景1螺旋藻(Ｓpirulina)螺旋藻是一种生长在非洲、墨西哥和东非大裂谷等热带高温地方碱性盐湖中的蓝藻。螺旋藻是蓝藻门念珠藻目颤藻科中的一个属,其藻体为单一藻丝,一般能聚集在一起并形成青苔;藻丝弯曲,可作有规律的螺旋状盘旋。1.7可利用微藻的种类及其应用前景1螺旋藻(Ｓpiruli185本属有30余种,我国有9种,现能进行工业化生产的主要有2种:即钝顶螺旋藻和极大螺旋藻。螺旋藻细胞进行二分分裂无性繁殖,结果使藻丝长度迅速增加。它主要靠藻丝断裂增加丝体数量,有时也形成“藻殖段”。.本属有30余种,我国有9种,现能进行工业化生产的主要有2种:186藻殖段是由于丝状体中某些细胞的死亡，或形成异形胞，或在两个营养细胞间形成双凹形分离盘，以及机械作用等将丝状体分成许多小段，每一小段称为藻殖段。藻殖段细胞分裂成新的螺旋状体,无有性生殖。藻殖段187大多数螺旋藻喜高温（25~36℃）、高碱（PH值9~11），这样的环境条件下许多其他生物都难以生存，而螺旋藻却能迅速生长繁殖。螺旋藻与其他植物一样，能够利用阳光、二氧化碳和其他矿物质合成有机物，同时放出氧气。它光合效率高，单位面积产量比大田作物高出几十倍。大多数螺旋藻喜高温（25~36℃）、高碱（PH值9~11），188作物总产量（吨/公顷/年）蛋白质含量（%）蛋白质产量（吨/公顷/年）小表玉米糙米大豆钝顶螺旋藻6.714.08.04.015~209.57.47.136.060.00.641.040.751.409~12表2-1农作物与螺旋藻的产量的比较

作物总产量（吨/公顷/年）蛋白质含量（%）蛋白质产量（189表2-2各类食品的蛋白质含量

食品种类蛋白质含量（%）螺旋藻大豆牛肉蛋小麦米60~7133~3618~20186~107表2-2各类食品的蛋白质含量食品种类蛋白质含量（%）螺旋藻190表2-3氨基酸组成比较表（占总量%）种类螺旋藻大豆牛肉蛋FAO*标准异亮氨酸亮氨酸赖氨酸蛋氨酸苯丙氨酸苏氨酸色氨酸缬氨酸4.15.84.02.03.44.21.16.01.82.72.60.41.91.60.51.80.91.71.70.40.80.80.21.00.61.00.80.40.60.50.20.84.24.84.252.22.82.81.44.2表2-3氨基酸组成比较表（占总量%）种类螺旋藻大豆牛肉蛋1911.1螺旋藻生化组成特点

①螺旋藻含蛋白质高达60%以上，由18种氨基酸组成，含有人体和动物所必需的8种氨基酸。②螺旋藻还含有6种维生素，其中维生素B12含量特别高，比动物肝脏高3.5倍，是现在已知所有生物体中维生素B12含量最高的一种。1.1螺旋藻生化组成特点

①螺旋藻含蛋白质高达60%以上，192β-胡萝卜素含量也很高，β-胡萝卜素是维生素A的前体，吸入体内后贮于肝和小肠壁细胞内在酶的作用下转化为维生素A。近年来，国内外专家一致认定，β-胡萝卜素具