微生物次级代谢及其调节课件

第六章微生物次级代谢

及其调节第六章微生物次级代谢

及其调节1一、微生物的次级代谢1、次级代谢的概念（1）概念：微生物在一定生长时期（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物质的过程。一、微生物的次级代谢1、次级代谢的概念22、次级代谢产物的类型根据产物合成途径区分类型：（1）与糖代谢有关的类型直接由葡萄糖合成次级代谢产物：例如曲霉属产生的曲酸。由预苯酸合成芳香族次级代谢产物：例如放线菌产生的氯霉素等。由磷酸戊糖合成次级代谢产物：先合成重要的初级代谢产物核苷类物质，进一步合成次级代谢产物。2、次级代谢产物的类型3（2）与脂肪酸代谢有关的类型以脂肪酸为前体；次级代谢产物的合成不经过脂肪酸；M（2）与脂肪酸代谢有关的类型M4（3）与萜烯和甾体化合物有关的类型:主要由霉菌产生。（3）与萜烯和甾体化合物有关的类型:主要由霉菌产生5（4）与TCA环有关的类型从TCA环得到中间产物，进一步合成次级产物：例如由a-酮戊二酸还原生成戊烯酸；由乙酸得到的有机酸与TCA环上的中间产物缩合生成次级代谢产物。例如担子菌产生的松蕈酸就是由十八烷酸的a-亚甲基与草酰乙酸的羰基缩合而成。（4）与TCA环有关的类型6微生物次级代谢及其调节课件7微生物次级代谢及其调节课件8根据产物的作用区分类型：（1）抗生素；（2）激素；（3）维生素；（4）毒素；（5）色素；（6）生物碱。根据产物的作用区分类型：9二、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；次级代谢以初级代谢产物为前体，并受初级代谢的调节；次级代谢酶的专一性低；种类繁多，结构特殊，含有不常见的化合物和化学键；如：抗生素、毒素、色素、生物碱、氨基糖、苯醌、香豆素、麦角生物碱、萜烯、四环类抗生素等；如：吩嗪、吡咯、喹啉、聚乙烯和多烯的不饱和键等；二、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105.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；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。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11三、次级代谢产物的生物合成（一）次级代谢产物的构建单位的生源和生物合成

生源指的是代谢产物分子中构建单位的各种原子的起源：一般次级代谢产物的生源都是直接或间接地来自于微生物代谢过程中产生的一些中间物和初级代谢产物。

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。三、次级代谢产物的生物合成（一）次级代谢产物的构建单位的生源12（二）次级代谢产物的生物合成步骤小分子建筑单位（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；4、前体进入次级代谢生物合成途径（前体聚合；结构修饰；不同组分的装配）；

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；（二）次级代谢产物的生物合成步骤小分子建筑单位（前体，进入次13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。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。不同组分的装配。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14（三）几类抗生素的生物合成1.以短链脂肪酸为前体的抗生素：四环素类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。（三）几类抗生素的生物合成1.以短链脂肪酸为前体的抗生素152.以氨基酸为前体的抗生素1）β-内酰胺类抗生素：青霉素、头孢菌素；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；2.以氨基酸为前体的抗生素1）β-内酰胺类抗生素：青霉素16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。17四、次级代谢产物生物合成的主要调节机制1.初级代谢对次级代谢的调节；2.碳分解产物的调节作用；3.氮分解产物的调节作用；4.磷酸盐的调节；6.酶合成的诱导调节；5.ATP的调节作用；7.反馈调节；10、产生菌生长速率的调节：生长期和生产期8.细胞膜通透性的调节；9.金属离子和溶解氧的调节；四、次级代谢产物生物合成的主要调节机制1.初级代谢对次级18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。思考题1、微生物次级代谢的类型和特征。19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CoA合成。由初级代谢物衍生次级代谢物的途径莽草酸途径（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；20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。返回乙酰CoA与几个分子丙二酰CoA或甲基丙二酰CoA线性缩5.21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）。磷酸盐调节抗生素生物合成的机制①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)）；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。磷酸盐调节胞内其它效应剂（如ATP、腺苷酸能量负荷磷酸盐调节22返回返回23ATP的调节作用①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；②ATP浓度的降低与ATP-二磷酸酯酶活性的增加有关；③ATP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；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。返回ATP的调节作用①能量供应不足是启动寡聚酮化合物合成的24

第六章微生物次级代谢

及其调节第六章微生物次级代谢

及其调节25一、微生物的次级代谢1、次级代谢的概念（1）概念：微生物在一定生长时期（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物质的过程。一、微生物的次级代谢1、次级代谢的概念262、次级代谢产物的类型根据产物合成途径区分类型：（1）与糖代谢有关的类型直接由葡萄糖合成次级代谢产物：例如曲霉属产生的曲酸。由预苯酸合成芳香族次级代谢产物：例如放线菌产生的氯霉素等。由磷酸戊糖合成次级代谢产物：先合成重要的初级代谢产物核苷类物质，进一步合成次级代谢产物。2、次级代谢产物的类型27（2）与脂肪酸代谢有关的类型以脂肪酸为前体；次级代谢产物的合成不经过脂肪酸；M（2）与脂肪酸代谢有关的类型M28（3）与萜烯和甾体化合物有关的类型:主要由霉菌产生。（3）与萜烯和甾体化合物有关的类型:主要由霉菌产生29（4）与TCA环有关的类型从TCA环得到中间产物，进一步合成次级产物：例如由a-酮戊二酸还原生成戊烯酸；由乙酸得到的有机酸与TCA环上的中间产物缩合生成次级代谢产物。例如担子菌产生的松蕈酸就是由十八烷酸的a-亚甲基与草酰乙酸的羰基缩合而成。（4）与TCA环有关的类型30微生物次级代谢及其调节课件31微生物次级代谢及其调节课件32根据产物的作用区分类型：（1）抗生素；（2）激素；（3）维生素；（4）毒素；（5）色素；（6）生物碱。根据产物的作用区分类型：33二、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；次级代谢以初级代谢产物为前体，并受初级代谢的调节；次级代谢酶的专一性低；种类繁多，结构特殊，含有不常见的化合物和化学键；如：抗生素、毒素、色素、生物碱、氨基糖、苯醌、香豆素、麦角生物碱、萜烯、四环类抗生素等；如：吩嗪、吡咯、喹啉、聚乙烯和多烯的不饱和键等；二、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345.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；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。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35三、次级代谢产物的生物合成（一）次级代谢产物的构建单位的生源和生物合成

生源指的是代谢产物分子中构建单位的各种原子的起源：一般次级代谢产物的生源都是直接或间接地来自于微生物代谢过程中产生的一些中间物和初级代谢产物。

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。三、次级代谢产物的生物合成（一）次级代谢产物的构建单位的生源36（二）次级代谢产物的生物合成步骤小分子建筑单位（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；4、前体进入次级代谢生物合成途径（前体聚合；结构修饰；不同组分的装配）；

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；（二）次级代谢产物的生物合成步骤小分子建筑单位（前体，进入次37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。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。不同组分的装配。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38（三）几类抗生素的生物合成1.以短链脂肪酸为前体的抗生素：四环素类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。（三）几类抗生素的生物合成1.以短链脂肪酸为前体的抗生素392.以氨基酸为前体的抗生素1）β-内酰胺类抗生素：青霉素、头孢菌素；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；2.以氨基酸为前体的抗生素1）β-内酰胺类抗生素：青霉素40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。41四、次级代谢产物生物合成的主要调节机制1.初级代谢对次级代谢的调节；2.碳分解产物的调节作用；3.氮分解产物的调节作用；4.磷酸盐的调节；6.酶合成的诱导调节；5.ATP的调节作用；7.反馈调节；10、产生菌生长速率的调节：生长期和生产期8.细胞膜通透性的调节；9.金属离子和溶解氧的调节；四、次级代谢产物生物合成的主要调节机制1.初级代谢对次级42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。思考题1、微生物次级代谢的类型和特征。43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CoA合成。由初级代谢物衍生次级代谢物的途径莽草酸途径（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；44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