第9章 抗生素發(fā)酵的代謝與控制

1、代謝控制發(fā)酵課程代謝控制發(fā)酵課程初級(jí)代謝產(chǎn)物：初級(jí)代謝產(chǎn)物：微生物產(chǎn)生的對(duì)自身生長和繁殖必微生物產(chǎn)生的對(duì)自身生長和繁殖必須的物質(zhì)。而產(chǎn)生這些物質(zhì)的代謝體系稱為初級(jí)代須的物質(zhì)。而產(chǎn)生這些物質(zhì)的代謝體系稱為初級(jí)代謝謝(primary metabolism)。 初級(jí)代謝體系具體可分為：初級(jí)代謝體系具體可分為：分解代謝體系分解代謝體系素材性生物合成體系素材性生物合成體系結(jié)構(gòu)性生物合成體系結(jié)構(gòu)性生物合成體系第一節(jié)、初級(jí)代謝產(chǎn)物和初級(jí)代謝第一節(jié)、初級(jí)代謝產(chǎn)物和初級(jí)代謝次級(jí)代謝次級(jí)代謝是指微生物在一定的生長時(shí)期，以初級(jí)代是指微生物在一定的生長時(shí)期，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無明謝產(chǎn)物為

2、前體，合成一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無明確功能的物質(zhì)的過程。這一過程的產(chǎn)物，即為次級(jí)確功能的物質(zhì)的過程。這一過程的產(chǎn)物，即為次級(jí)代謝產(chǎn)物。次級(jí)代謝是相對(duì)于初級(jí)代謝而提出的一代謝產(chǎn)物。次級(jí)代謝是相對(duì)于初級(jí)代謝而提出的一個(gè)概念。個(gè)概念。次級(jí)代謝產(chǎn)物大多是分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的化合物。次級(jí)代謝產(chǎn)物大多是分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的化合物。根據(jù)其作用，可將其分為抗生素、激素、生物堿、根據(jù)其作用，可將其分為抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等類型。毒素及維生素等類型。次級(jí)代謝與初級(jí)代謝關(guān)系密切，初級(jí)代謝的關(guān)鍵次級(jí)代謝與初級(jí)代謝關(guān)系密切，初級(jí)代謝的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物往往是次級(jí)代謝的性中間產(chǎn)物往往是次級(jí)代謝的前體前體，比如糖降解

3、過，比如糖降解過程中的乙酰程中的乙酰-CoA-CoA是合成四環(huán)素、紅霉素的前體。是合成四環(huán)素、紅霉素的前體。次級(jí)代謝一般在菌體對(duì)數(shù)生長后期或穩(wěn)定期間進(jìn)次級(jí)代謝一般在菌體對(duì)數(shù)生長后期或穩(wěn)定期間進(jìn)行，但會(huì)受到環(huán)境條件的影響；某些催化次級(jí)代謝行，但會(huì)受到環(huán)境條件的影響；某些催化次級(jí)代謝的酶的專一性不高；次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成，因菌株的酶的專一性不高；次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成，因菌株不同而異，但與分類地位無關(guān)；質(zhì)粒與次級(jí)代謝的不同而異，但與分類地位無關(guān)；質(zhì)粒與次級(jí)代謝的關(guān)系密切，控制著多種抗生素的合成。關(guān)系密切，控制著多種抗生素的合成。1、初級(jí)代謝與次級(jí)代謝的關(guān)系、初級(jí)代謝與次級(jí)代謝的關(guān)系n從上圖可以看出，許多

4、物質(zhì)處于代謝的分叉點(diǎn)從上圖可以看出，許多物質(zhì)處于代謝的分叉點(diǎn)上，例如：上，例如：CH3CO-SCoA，是葡萄糖糖經(jīng)，是葡萄糖糖經(jīng)HMP、 EMP生成的中間物質(zhì)，經(jīng)羧化后可形成丙二酰生成的中間物質(zhì)，經(jīng)羧化后可形成丙二酰輔酶輔酶A，丙二酰輔酶，丙二酰輔酶A可用于脂肪酸的合成上，可用于脂肪酸的合成上，進(jìn)而又可經(jīng)多次重復(fù)縮合、環(huán)化等形成四環(huán)素進(jìn)而又可經(jīng)多次重復(fù)縮合、環(huán)化等形成四環(huán)素類 或 其 他 抗 菌 素 等 次 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物 ， 而類 或 其 他 抗 菌 素 等 次 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物 ， 而CH3COSCoA又可以進(jìn)入又可以進(jìn)入TCA循環(huán)，這類物質(zhì)循環(huán)，這類物質(zhì)稱之為：分叉中間體，還有丙酮

5、酸、草酰乙酸、稱之為：分叉中間體，還有丙酮酸、草酰乙酸、莽草酸等；莽草酸等；n這些分叉中間體把微生物的次級(jí)代謝和初級(jí)代這些分叉中間體把微生物的次級(jí)代謝和初級(jí)代謝緊密地聯(lián)系起來。謝緊密地聯(lián)系起來。1. 次級(jí)代謝產(chǎn)物一般不在產(chǎn)生菌的生長期產(chǎn)生，而次級(jí)代謝產(chǎn)物一般不在產(chǎn)生菌的生長期產(chǎn)生，而在隨后的生產(chǎn)期形成；在隨后的生產(chǎn)期形成；2. 種類繁多，結(jié)構(gòu)特殊，含有不常見的化合物（如：種類繁多，結(jié)構(gòu)特殊，含有不常見的化合物（如：抗生素、毒素、色素和生物堿等）；含有少見的抗生素、毒素、色素和生物堿等）；含有少見的化學(xué)鍵（如：吩嗪、吡咯、喹啉、聚乙烯和多烯化學(xué)鍵（如：吩嗪、吡咯、喹啉、聚乙烯和多烯的不飽和鍵等）

6、；的不飽和鍵等）；3.一種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生分子結(jié)構(gòu)迥一種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生分子結(jié)構(gòu)迥異的次級(jí)代謝物；不同種類的微生物也能產(chǎn)異的次級(jí)代謝物；不同種類的微生物也能產(chǎn)生同一種次級(jí)代謝物；生同一種次級(jí)代謝物；4.次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成比生長對(duì)環(huán)境因素更敏次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成比生長對(duì)環(huán)境因素更敏感 。 如 菌 體 生 長 ， 磷 酸 鹽 濃 度感 。 如 菌 體 生 長 ， 磷 酸 鹽 濃 度 0 . 3 300mmol/L；產(chǎn)物合成；產(chǎn)物合成，磷酸鹽濃度磷酸鹽濃度0.110mmol/L；. 酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)；酶合成的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)；. 反饋調(diào)節(jié)；反饋調(diào)節(jié)；. 磷酸鹽的調(diào)節(jié)；磷酸鹽的調(diào)節(jié)；. ATP的

7、調(diào)節(jié)作用；的調(diào)節(jié)作用；ATP的調(diào)節(jié)作用的調(diào)節(jié)作用n為什么抗生素發(fā)酵明顯分為兩個(gè)階段？n為什么生長期負(fù)責(zé)抗生素合成的酶受到阻遏？n由生長期過渡到生產(chǎn)期的因素是什么？ 從微生物的遺傳控制來看，可根據(jù)操縱子學(xué)說和代謝調(diào)節(jié)機(jī)制來探討。問題：問題：R：阻遏基因：阻遏基因P：啟動(dòng)基因：啟動(dòng)基因O：操縱基因：操縱基因S：結(jié)構(gòu)基因：結(jié)構(gòu)基因E：酶：酶三、抗生素生物合成的調(diào)節(jié)與控制三、抗生素生物合成的調(diào)節(jié)與控制表表 受葡萄糖抑制的抗生素生產(chǎn)受葡萄糖抑制的抗生素生產(chǎn)CCCCCCCNNHNOOCH3OCH3CH2OCONH2OMeNHNOONH2CH3CH2OCONH2OMeC7N單元絲 裂 霉素 A絲 裂 霉素 CPEP+E-4-P由由莽草酸途徑合成莽草酸途徑合成PEP：磷酸烯醇式丙酮酸：磷酸烯醇式丙酮酸E-4-P：赤蘚糖：赤蘚糖-4-磷酸磷酸與與D-葡萄糖葡萄糖胺有關(guān)胺有關(guān)精氨酸瓜氨酸精氨酸瓜氨酸基因工程在提高生產(chǎn)性能上的應(yīng)用：基因工程在提高生產(chǎn)性能上的應(yīng)用：影響次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的因素及改進(jìn)措施影響次級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的因素及改進(jìn)措施總結(jié)：總結(jié)：附附n1.1.簡述抗生素生物合成的代謝調(diào)節(jié)機(jī)制。簡述