第六章 微生物发酵机理课件

主讲：鲍成满第六章微生物发酵机理第六章微生物发酵机理微生物发酵机理：是指微生物通过其代谢活动，利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。代谢控制发酵：人为地改变微生物的代谢调控机制，使有用中间代谢产物过量积累。第六章微生物发酵机理第一节微生物基础物质代谢第二节厌氧发酵产物的合成机制第三节好氧发酵产物的合成机制第六章微生物发酵机理第一节微生物基础物质代谢淀粉、纤维素等，最重要的葡萄糖。不同类型的微生物对葡萄糖分解方式和途径也不一样：厌氧分解：酒精、乳酸、丙酮和丁醇等好氧分解：柠檬酸、谷氨酸和抗生素等一微生物对培养基中碳源的代谢第六章微生物发酵机理氮源：蛋白质及其分解产物，无机含氮物，分子态氮。过程：蛋白质被肽酶分解生成氨基酸，经脱氨作用生成有机酸，脱羧作用生成氨类。二微生物对培养基中氮源的代谢第六章微生物发酵机理PEP丙酮酸

-酮戊二酸核糖-5-磷酸甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸丝氨酰苏氨酸半胱氨酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸胆固醇亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸异亮氨酸甲硫酰氨苏氨酸缬氨酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸蛋白质淀粉、糖原核酸谷氨酰氨组氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖物质代谢第六章微生物发酵机理微生物能量代谢：把最初能源转换成生命活动能使用的通用能源ATP。三、微生物的能量代谢

日光（光能营养菌）

最初能源有机物（化能异养菌）—ATP

还原态无机物（化能自养菌）第六章微生物发酵机理微生物能量的获取方式1微生物的厌氧发酵

ATP生成靠底物水平磷酸化底物水平磷酸化：物质在生物氧化过程中生成的一些含有高能键的化合物，它们可以不经电子传递链，而直接偶联ATP或GTP的合成，这种反应称为底物水平磷酸化。第六章微生物发酵机理EMP途径将一分子葡萄糖转变成两分子丙酮酸；产生2分子ATP和2分子NADH。HMP途径将一分子6-磷酸葡萄糖转变为1分子3-磷酸甘油醛，3分子CO2和6分子NADPH。ED途径将1分子葡萄糖转变为2分子丙酮酸，1分子ATP，1分子NADPH和1分子NADH。PK途径将1分子葡萄糖转变为1分子乳酸、1分子CO2和一分子乙醇或乙酸。葡萄糖的分解途径主要有：EMP途径、HMP途径、ED途径和PK途径等四种。第六章微生物发酵机理葡萄糖葡萄糖-6-磷酸ATPADP(1)果糖-6-磷酸ATPADPMg2+(2)果糖-1，6-二磷酸(3)甘油醛-3-磷酸二羟丙酮磷酸(4)(5)2Pi(6)1，3-二磷酸甘油酸2ADP2ATP(7)3-磷酸甘油酸(8)2-磷酸甘油酸2H2OMg2+(9)磷酸烯醇式丙酮酸2ATP2ADP(10)烯醇式丙酮酸丙酮酸乳酸(11)2CO2乙醛+2H+(12)(13)2NAD+2(NADH+H+)+2H+乙醇(14)糖酵解全过程（EMP途径）己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶EMP途径第六章微生物发酵机理GTP三羧酸循环反应过程

第六章微生物发酵机理磷酸戊糖途径(HMP)5-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤藓糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖

C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶3CO2第六章微生物发酵机理电子载体：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NADH(nicotinamideadeninedinucleotide)，又称辅酶Ⅰ(CoⅠ)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADPH(nicotinamideadeninedinucleotidephosphate)，又称辅酶Ⅱ(CoⅡ)黄素单核苷酸FMN第六章微生物发酵机理FAD(黄素腺嘌呤二核苷酸)的生物化学功能：主要使饱和酰基衍生物脱氢形成α,β-不饱和酰基衍生物。第六章微生物发酵机理辅酶A用HSCoA表示；其乙酰化产物：CH3COSCoA，是一个新陈代谢的调节者，也可以看作是新陈代谢的钥匙，在生物化学中占有重要的位置。第六章微生物发酵机理2微生物的呼吸将电子交给NAD（P）或FAD（或FMN）等点子载体，通过电子传递链，经逐步释放出能量后再交给最终电子受体。电子传递链O2

有氧（好氧）呼吸除O2外的无机物或延胡索酸无氧呼吸

第六章微生物发酵机理1NADH----3ATP1FADH----2ATPFADH2根据代谢物脱下的氢的最初受体不同，分为NADH呼吸链和FADH2呼吸链第六章微生物发酵机理3光能微生物的能量代谢光合细菌中存在菌绿素通过环式光合磷酸化作用产生ATP。4化能自养微生物的能量代谢无机物氧化获得ATP和NADH或NADPH第六章微生物发酵机理第二节厌氧发酵产物的合成机制第六章微生物发酵机理葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖

1,6-二磷酸果糖二羟丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸1,3二磷酸甘油酸3–磷酸甘油酸2–磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸HexokinasePhosphoglucose

isomerasePhospho

fructokinaseAldolaseTriose

phosphate

isomeraseGlyceraldehyde

3-phosphate

dehydrogenasePhospho

glycerate

kinasePhospho

glycerate

mutaseEnolasePyruvate

kinaseLactate

dehydrogenaseNADHNADNADHNADATPATPATPATPADPADPADPADP2Pi第六章微生物发酵机理C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD+

2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2第六章微生物发酵机理己糖激酶变构抑制磷酸果糖激酶抑制丙酮酸激酶分解ADPAMP激活ATP抑制解除ATP产物激活糖代谢的调节第六章微生物发酵机理1.酵母菌的乙醇发酵：一乙醇、甘油发酵

C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP丙酮酸脱羧酶乙醇脱氢酶第六章微生物发酵机理C6H12O6+2ADP+2Pi

2CH3CH2OH+2ATP+2CO2葡萄糖生产乙醇的总反应式：第六章微生物发酵机理概念：有氧条件下，发酵作用受抑制的现象（或氧对发酵的抑制现象）。通风对酵母代谢的影响通风（有氧呼吸）缺氧（发酵）酒精生成量耗糖量/单位时间细胞的繁殖低（接近零）少旺盛高多很弱至消失巴斯德效应现象：第六章微生物发酵机理酵母菌乙醇发酵中的副产物影响：消耗糖分，带来杂质，提高或降低产品质量。酵母酒精发酵主产物：乙醇、CO2副产物醇类（杂醇油）醛类（糠醛）酸类（琥珀酸）酯类杂醇油：C原子数大于2的脂肪族醇类的统称；高沸点、颜色呈黄色或棕色，具有特殊气味。酒类风味物质，质量指标。杂醇油的产量一般为0.3一0.7％。第六章微生物发酵机理2.细菌的乙醇发酵：葡萄糖2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸3-磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙醛

乙醛2乙醇2CO22H2H+ATP2ATP菌种：运动发酵单胞菌等途径：ED第六章微生物发酵机理

酵母菌（在pH3.5-4.5时）的乙醇发酵丙酮酸脱羧酶乙醇脱氢酶

丙酮酸乙醛乙醇

通过EMP途径产生乙醇，总反应式为：C6H12O6+2ADP+2Pi2C2H5OH+2CO2+2ATP

细菌（在pH5时）的乙醇发酵通过ED途径产生乙醇，总反应如下：葡萄糖+ADP+Pi2乙醇+2CO2+ATP第六章微生物发酵机理3.甘油发酵别名：丙三醇,分子式:CH2OHCHOHCH2OH第六章微生物发酵机理用途：1医学方面，用以制取各种制剂、溶剂、吸湿剂、防冻剂2食品中用作甜味剂、烟草剂的保湿剂3工业汽车和飞机燃料以及油田的防冻剂第六章微生物发酵机理甘油发酵机制：

酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成乙醇的反应进行得很彻底，因此，在乙醇发酵中甘油的生成量很少。

如果采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时，磷酸二羟丙酮则替代乙醛作为氢受体形成甘油，这样发酵转为甘油发酵（酵母Ⅱ型发酵）。亚硫酸盐法甘油发酵

NaHSO3可作为抑制剂：乙醛+NaHSO3乙醛亚硫酸氢钠↓第六章微生物发酵机理2ATP2ADP2ADP2ATPCO2NaHSO3NAD﹢NADH+H﹢NADH+H＋NAD﹢H2OPi葡萄糖1.6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮丙酮酸乙醛乙醛HSO3α-磷酸甘油甘油第六章微生物发酵机理碱法甘油发酵

酒精酵母在碱性（pH7.6以上）的条件下，发酵产生的乙醛不能作为受氢体，而是２分子乙醛之间发生歧化反应，相互氧化还原，生成等量的乙醇和乙酸。此时，由３－磷酸甘油醛脱氢生成的NADH+H+用来还原磷酸二羟丙酮，并进而生成甘油．

第六章微生物发酵机理2C6H12O6+H2OCH2OHCHOHCH2OH2+C2H5OH+CH3COOH+2CO2碱法甘油发酵的产品有甘油、乙醇、乙酸，不产生ATP，所以此法只能在酵母的非生长情况下进行发酵。第六章微生物发酵机理二乳酸发酵2-羟基丙酸；α-羟基丙酸；丙醇酸分子式:CH3CH(OH)COOH用途：1食品工业保鲜、调味剂2医学方面，乳酸蒸汽消毒、防腐剂、聚乳酸手术缝线3其它工业，控制发酵PH、清洁去垢等。第六章微生物发酵机理乳酸菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸，称为乳酸发酵。同型乳酸发酵：在乳酸发酵过程中，发酵产物中只有乳酸；（经EMP途径）异型乳酸发酵：发酵产物中除乳酸外，还有乙醇、乙酸及CO2等其它产物的。（磷酸酮解途径）第六章微生物发酵机理葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2(1,3-二-磷酸甘油酸）2乳酸2丙酮酸2NAD+2NADH24ATP4ADP2ATP2ADPLactococcuslactis（乳酸乳球菌）Lactobacillusplantarum（植物乳杆菌）EMP途径2NAD+2NADH21同型乳酸发酵：乳酸脱氢酶第六章微生物发酵机理6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛乳酸乙酰磷酸NAD+NADPH2NAD+NADPH2ATPADP乙醛乙酰CoA2ADP2ATP-2H-CO2乙醇Leuconostocmesenteroides（肠膜明串珠菌）NAD+NADPH2NAD+NADPH22异型乳酸发酵：葡萄糖6-磷酸葡糖酸途径1分子乳酸，一份子乙醇第六章微生物发酵机理2葡萄糖ATPADP6－磷酸果糖6－磷酸果糖ADPPi4－磷酸赤藓糖3－磷酸甘油醛7－磷酸景天庚酮糖5－磷酸木酮糖5－磷酸核糖乙酰磷酸ATP乙酰5－磷酸木酮糖5－磷酸核酮糖乙酰磷酸2分子3－磷酸甘油醛乳酸ADPATPNAD＋NADH＋H＋NAD＋NADH＋H＋ADPATP3分子乙酸葡萄糖经双歧途径发酵生成乳酸和乙酸13245676-磷酸果糖解酮酶转二羟基丙酮基酶转羟乙醛基酶5－磷酸核糖异构酶5－磷酸核酮糖－3－差向异构酶5－磷酸木酮糖磷酸酮解酶乙酸激酶双歧途径：两歧双歧杆菌第六章微生物发酵机理第三节好氧发酵产物合成机制柠檬酸发酵机制

氨基酸发酵机制第六章微生物发酵机理GTPTCA循环第六章微生物发酵机理磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶A柠檬酸顺乌头酸衣康酸异柠檬酸草酰琥珀酸α－酮戊二酸谷氨酸琥珀酰辅酶A琥珀酸延胡索酸葡萄糖苹果酸草酰乙酸乙醛酸乙酰辅酶A123316451567891012111413反馈抑制苹果酸脱氢酶CO2参与嘌呤和嘧啶的合成脂肪酸天冬氨酸参与蛋白质合成参与蛋白质合成丙酮酸脱氢酶第六章微生物发酵机理PEP丙酮酸

-酮戊二酸核糖-5-磷酸甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸丝氨酰苏氨酸半胱氨酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羟丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸胆固醇亮氨酸赖氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸异亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸异亮氨酸甲硫酰氨苏氨酸缬氨酸琥珀酰CoA苹果酸草酰乙酸柠檬酸异柠檬酸乙醛酸蛋白质淀粉、糖原核酸谷氨酰氨组氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二单酰CoA1-磷酸葡萄糖物质代谢第六章微生物发酵机理柠檬酸是目前世界上以生物化学方法生产，产量最大的有机酸。我国是柠檬酸的第一大生产国，估计年产约50万吨欧洲是柠檬酸的第二大生产地，产量约30万吨美国柠檬酸年产量约25万吨柠檬酸发酵第六章微生物发酵机理用途1食品：配制各种水果型的饮料以及软饮料,各种肉类和蔬菜在腌制加工时，加入或涂上柠檬酸可以改善风味，除腥去臭，抗氧化；2化工纺织：可作化学分析用试剂，用作实验试剂、色谱分析试剂及生化试剂；3化妆品：用于乳液、乳霜、洗发精、美白用品、抗老化用品。第六章微生物发酵机理

黑曲霉分生孢子头第六章微生物发酵机理葡萄糖苹果酸柠檬酸草酰乙酸顺乌头酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2柠檬酸的生物合成途径实现柠檬酸积累：一、设法阻断代谢途径，实现柠檬酸的积累二、代谢途径被阻断部位之后的产物，必须有适当的补充机制CO2ATPADPCO2ADPATP磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶顺乌头酸酶抑制剂阻断柠檬酸的发酵机制第六章微生物发酵机理总反应式：2C6H12O6+3O22C6H8OH+4H2O

第六章微生物发酵机理柠檬酸合成的代谢调节第一个调节酶是磷酸果糖激酶柠檬酸和ATP对该酶有抑制生产菌需要解除该抑制作用AMP、无机磷以及NH4+对该酶有活化作用NH4+有效解除柠檬酸和ATP对该酶抑制，故生产上通过添加铵盐来提高柠檬酸产量Mn2+的影响：Mn2+缺乏可能干扰蛋白质合成，导致蛋白质分解NH4+水平升高减少柠檬酸对该酶的抑制第六章微生物发酵机理第二个调节点：CO2固定的酶活力高，保证草酰乙酸的供应第三个调节点：TCA环上调节顺乌头酸酶：理论上此酶失活TCA环阻断积累柠檬酸顺乌头酸酶需要Fe2+故在发酵液中添加黄血盐络合Fe2+阻断TCA环，积累柠檬酸通过诱变或其他方法，造成生产菌种顺乌头酸酶的缺损或活力很低，同样积累柠檬酸。及时补加草酰乙酸第六章微生物发酵机理氨基酸发酵氨基酸发酵工业是利用微生物的生长和代谢活动生产各种氨基酸的现代工业。氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵。发酵所生成的产物——氨基酸，都是微生物的中间代谢产物，它的积累是建立于对微生物正常代谢的抑制。氨基酸发酵的关键是取决于其控制机制是否能够被解除，是否能打破微生物的正常代谢调节，人为地控制微生物的代谢。第六章微生物发酵机理氨基酸发酵的代谢控制谷氨酸发酵机制第六章微生物发酵机理控制发酵的环境条件控制细胞渗透性控制代谢旁路降低反馈作用物的浓度消除终产物的反馈抑制与阻遏作用促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物合成氨基酸发酵的代谢控制第六章微生物发酵机理1控制发酵的环境条件氨基酸发酵是人为地控制环境条件而使发酵发生转换氨基酸发酵受菌种的生理特征和环境条件的影响。对专性好氧菌来说，环境条件的影响更大。谷氨酸发酵必须严格控制菌体生长的环境条件，否则就几乎不积累谷氨酸。第六章微生物发酵机理环境因子发酵产物转换溶解氧谷氨酸乳酸和琥珀酸α－酮戊二酸（通气不足）（适中）（通风过量，转速过快）NH4+α－酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺（适量）（缺乏）（过量）pH值谷氨酰胺，N-乙酰谷酰胺谷氨酸（pH值5～8，NH4+过多）（中性或微碱性）磷酸缬氨酸谷氨酸（高浓度磷酸盐）（磷酸盐适中）生物素乳酸或琥珀酸谷氨酸（过量）（限量）谷氨酸产生菌因环境条件变化而引起的发酵转换第六章微生物发酵机理2控制细胞渗透性谷氨酸的生物合成途径第六章微生物发酵机理影响细胞膜通透性，有利于代谢产物分泌出来，避免了末端产物的反馈调节，有利于提高发酵产量。第六章微生物发酵机理生物素油酸表面活性剂其作用是引起细胞膜的脂肪成分的改变，尤其是改变油酸的含量，从而改变细胞膜通透性一二：青霉素：抑制细胞壁的合成影响谷氨酸产生菌细胞膜通透性的物质第六章微生物发酵机理3控制旁路代谢D-苏氨酸L-苏氨酸α-酮基丁酸L-异亮氨酸L-苏氨酸脱氢酶反馈抑制D-苏氨酸脱氢酶第六章微生物发酵机理4降低反馈作用物的浓度谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸半缩醛N-乙酰鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸精氨酸反馈抑制瓜氨酸营养缺陷型第六章微生物发酵机理通过使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法来进行S-（β－氨基乙基）-L半胱氨酸(AEC)赖氨酸结构类似物

5消除终产物的反馈抑制与阻遏天冬氨酸天冬氨酰胺磷酸天冬氨酸半缩醛高丝氨酸苏氨酸赖氨酸天冬氨酸激酶协同反馈抑制AEC6促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物合成第六章微生物发酵机理谷氨酸生物合成途径

包括：EMP、HMP、TCA、乙醛酸循环、CO2固定反应谷氨酸生产菌在10%高浓葡萄糖中产生5%高浓谷氨酸，是非正常代谢，所以要从菌体自身、外界来控制完成，即控制代谢。第六章微生物发酵机理NADPH2乙酰辅酶A6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核糖3-磷酸甘油醛果糖-1，6-二磷酸苹果酸丙酮酸CO2异柠檬酸草酰乙酸顺乌头酸乳酸NAD+NADH2柠檬酸NADP+NADH2NAD+草酰琥珀酸α－酮戊二酸琥珀酸延胡索酸谷氨酸乙醛酸CO2CO2葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径EMP途径HMP途径TCA循环CO2CO2固定反应a-酮戊二酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶葡萄糖第六章微生物发酵机理外在环境：溶解氧、氨离子、PH值、磷酸、生物素

谷氨酸生产菌有利于谷氨酸积累的条件：不分解利用谷氨酸；耐高浓度谷氨酸；谷氨酸膜透性好；a-酮戊二酸脱氢酶要弱；保证TCA环中间体的补充。内在因子选育菌种增加膜通透性生物素缺陷（膜）加青霉素（壁）2、影响GA积累的因素第六章微生物发酵机理谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸-γ-半醛N-乙酰鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸精胺琥珀酸精氨酸负反馈控制N-乙酰谷氨酸激酶Arg-Cit

-鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸发酵机制第六章微生物发酵机理核苷酸发酵全合成途径补救途径

嘌呤核苷酸的代谢调节第六章微生物发酵机理核酸由众多的单体核苷酸通过3‘，5’－磷酸二酯键聚合而成。核苷酸由碱基、核糖、磷酸组成。第六章微生物发酵机理核苷酸类中的肌苷酸（IMP）、鸟苷酸（GMP）、黄苷酸（XMP）呈强鲜味。当核苷酸与氨基酸类物质混合使用时，鲜味不是简单的叠加，而是成倍地提高。第六章微生物发酵机理（一）生物合成途径从头合成途径（denovosynthesis）由氨基酸、磷酸戊糖、CO2和NH3合成核苷酸。嘌呤核苷酸：直接生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）,然后转变为其它嘌呤核苷酸。第六章微生物发酵机理

葡萄糖

HMP5‘－磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸（PRPP）

PRPP转酰胺酶

5’-IMPAMPSAMPXMPGMP第六章微生物发酵机理天冬氨酸，Mg2+，GTP腺苷酸代琥珀酸合成酶延胡索酸腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸AMPIMPIMP脱氢酶NAD+H2ONADH+H+

XMPGMP合成酶谷氨酰氨Mg2+,ATP谷氨酸GMP由IMP合成AMP及GMP第六章微生物发酵机理IMP合成途径的代谢调控第六章微生物发酵机理2.补救合成途径（salvagesynthesis）

微生物从培养基中取得完整的嘌呤、戊糖、磷酸，直接合成单核苷酸。当全生物合成途径受阻时，微生物可通过此途径合成核苷酸。第六章微生物发酵机理狭义抗生素:由微生物（包括细菌、放线菌、真菌等）产生的在低浓度条件下，对特异微生物（包括细菌、真菌、立克次体、支原体、衣原体等）的生长有抑制作用的次级代谢产物或化学半合成法制造的相同的和类似的化合物。现代抗生素定义：一切由某些微生物产生的，能抑制微生物和其他细胞增殖的化学物质。抗生素发酵机制第六章微生物发酵机理直到1952年，瓦克斯曼发现了第一个能够有效治疗人类肺结核的药物——链霉素，从而对肺结核的治疗迈出一大步。随后，氯霉素（1947年）、新霉素（1949年）、土霉素（1950年）、红霉素（1952年）、四环素（1953年）、头孢菌素（1959年）、喹诺酮类（1980年）……也都相继被发现。第六章微生物发酵机理现在有越来越多的由新型细菌感染所造成的死亡病例，而我们对这些病例出现的预警机制还很不完善。加拿大魁北克省舍布鲁克大学附属医院的专家透露，从2003年年初至今，一种普通的肠道细菌——梭状芽孢杆菌历经两年变异，已成为致命的“超级病菌”，它可引起65岁以上老年人和服用抗生素的病人产生严重痢疾，并最终致死。该病菌已使这家医院的100名病人死亡，如不采取紧急行动，这种“超级病菌”很可能会引发一场致命传染病的蔓延。第六章微生物发酵机理最近几年出现了一批抗万古霉素的新型致病菌。这些抗性菌株常常居住在医院的病房中，造成了越来越多难以治愈的医源性传染病的发生。对抗万古霉素菌种的自然选择作用，普遍认为是由动物饲料中相关抗生素的广泛使用所造成的。目前，传染病专家们已经开始敦促医院进一步健全卫生服务体系，并向议员们施压，出台相关的法律，禁止在农业生产上使用抗生素。研究人员也已经修改了万古霉素的部分化学结构，生产出若干类万古霉素衍生物，以期杀灭对万古霉素有抗性的细菌。第六章微生物发酵机理我国使用现状1我国是抗生素使用大国，也是抗生素生产大国：年产抗生素原料大约21万吨，出口3万吨，其余自用（包括医疗与农业使用)，人均年消费量138克左右(美国仅13克)。2据2006~2007年度卫生部全国细菌耐药监测结果显示，全国医院抗菌药物年使用率高达74%。而世界上没有哪个国家如此大规模地使用抗生素，在美英等发达国家，医院的抗生素使用率仅为22%~25%。第六章微生物发酵机理3另据1995~2007年疾病分类调查，中国感染性疾病占全部疾病总发病数的49%，其中细菌感染性占全部疾病的18%~21%，也就是说80%以上属于滥用抗生素，每年有8万人因此死亡。这些数字使中国成为世界上滥用抗生素问题最严重的国家之一第六章微生物发酵机理

青霉素G第六章微生物发酵机理半合成青霉素—阿莫西林（羟氨苄青霉素）头孢菌素第六章微生物发酵机理分类：β-内酰胺类抗生素:青霉素类和头孢菌素类氨基糖苷类抗生素：包括链霉素、庆大霉素、卡那霉素大环内酯类抗生素：红霉素、白霉素等氯霉素类抗生素：包括氯霉素、甲砜霉素等四环素类抗生素：包括四环素、土霉素、金霉素及强力霉素其他类抗生素：万古霉素、诺氟沙星、氧氟沙星等第六章微生物发酵机理作用机理1阻碍细菌细胞壁的合成，导致细菌在低渗透压环境下膨胀破裂死亡，主要是β-内酰胺类抗生素2与细菌细胞膜相互作用，增强细菌细胞膜的通透性、打开膜上的离子通道，让细菌内部的有用物质漏出菌体或电解质平衡失调而死。以这种方式作用的抗生素有多粘菌素和短杆菌肽等第六章微生物发酵机理3与细菌核糖体或其反应底物（如tRNA、mRNA）相互所用，抑制蛋白质的合成——这意味着细胞存活所必需的结构蛋白和酶不能被合成。以这种方式作用的抗生素包括四环素类抗生素、大环内酯类抗生素、氨基糖苷类抗生素、氯霉素等。

4阻碍细菌DNA的复制和转录，阻碍DNA复制将导致细菌细胞分裂繁殖受阻，阻碍DNA转录成mRNA则导致后续的mRNA翻译合成蛋白的过程受阻。以这种方式作用的主要是人工合成的抗菌剂喹诺酮类（如氧氟沙星）。第六章微生物发酵机理5影响叶酸代谢抑制细菌叶酸代谢过程中的二氢叶酸合成酶和二氢叶酸还原酶，妨碍叶酸代谢。因为叶酸是合成核酸的前体物质，叶酸缺乏导致核算合成受阻，从而抑制细菌生