好氧發(fā)酵產(chǎn)物積累機制

1、好氧發(fā)酵產(chǎn)物積累機制第1頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 在有氧條件條件下： 丙酮酸進入線粒體，脫氫和脫羧生成乙酰COA，在TCA循環(huán)中脫氫，并氧化形成CO2和 H2O，或者各種代謝物，NADH2經(jīng)呼吸鏈將氫傳遞給氧生成水。 另外，乙酰輔酶A在生物合成過程中作為C2化合物加以利用，形成脂肪等。第2頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二第一節(jié) 檸檬酸的發(fā)酵機制一、檸檬酸的合成途徑 黑曲霉 (Asp.niger) 原料：sugar ， alcohol， acetic acid 途徑： EMP（HMP） 丙酮酸羧化 TCA環(huán) 黑曲霉生長，EMP與HMP途

2、徑的比率是2：1，生產(chǎn)檸檬酸時為4：1。 葡萄糖 檸檬酸(citric acid) 理論轉(zhuǎn)化率106.7%R第3頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二目的產(chǎn)物提供4C化合物TCA循環(huán)第4頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二檸檬酸的生物合成途徑CO2阻斷AMPPiNH4+ ATP citrateNH4+ k+激活抑制12第5頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二二、 檸檬酸生物合成的代謝調(diào)節(jié) 積累檸檬酸應(yīng)采取的措施：想方設(shè)法提高檸檬酸合成反應(yīng)所需酶的活力；必須切斷檸檬酸的去路；順烏頭酸酶失活，環(huán)阻斷。保證中間產(chǎn)物的供給；草酰乙酸的及時

3、供給，丙酮酸 二氧化碳固定反應(yīng)對檸檬酸 積累有重要意義。 CO2 乙酰COA草酰乙酸 CO2 第6頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 1 糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié) 第一個調(diào)節(jié)的酶是磷酸果糖激酶（PFK）：AMP、無機磷、NH4+對該酶有活化作用 ATP、檸檬酸對該酶有抑制作用 Q：PFK在正常生理條件下能被檸檬酸抑制，但在檸檬酸發(fā)酵中，檸檬酸濃度很高，為什么EMP途徑仍能保持暢通呢？ 第7頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二由于TCA循環(huán)降低，ATP的生成減少，蛋白質(zhì)和核酸合成受阻，細胞內(nèi)的NH4+異常高，從而降低了檸檬酸對PFK的抑制。檸檬酸發(fā)酵

4、需要下述環(huán)境條件： 磷酸鹽濃度低；氮源為NH4+鹽； pH值低（低于2.0）； 溶氧量高；Mn2+ 、 Fe2+ 、 Zn2+含量極低。檸檬酸發(fā)酵中黑曲霉對Mn2+極端敏感。黑曲霉在缺錳的條件下發(fā)酵 ，細胞有生理和代謝的變化。Mn2+的效應(yīng)可以認為是NH4+水平升高而減弱了檸檬酸對EMP途徑關(guān)鍵酶（PFK）的抑制。第8頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二第二個調(diào)節(jié)的酶是丙酮酸激酶（PK） PK 被NH4+ 、K+激活磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸ATP二氧化碳的固定反應(yīng) 參與二氧化碳固定反應(yīng)的酶：丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶第9頁，共58頁，2022年，5月20日，15點3

5、8分，星期二 2 TCA環(huán)的調(diào)節(jié) 檸檬酸合成酶是該途徑的第一個限速酶，由乙酰輔酶中的高能硫酯鍵水解釋放大量能量，推動合成檸檬酸。檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸 兩步反應(yīng)均由順烏頭酸酶催化，該酶需要Fe+， I 若用絡(luò)合劑除去反應(yīng)液中的鐵，則酶活性被抑制，造成檸檬酸的積累。第10頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 II 阻斷順烏頭酸酶的催化作用：該酶是個含鐵的非血紅蛋白，以Fe4S4作為輔基。因此，在菌體生長到足夠菌數(shù)時，適量加入亞鐵氰化鉀（黃血鹽），使與鐵硫中心的Fe+ 生成絡(luò)合物，則該酶失活或活性減少，而積累檸檬酸。III 通過誘變或其他方法，造成生產(chǎn)菌種順烏頭酸酶的缺損或活

6、力很低，同樣積累檸檬酸。 3 及時補加草酰乙酸 外加草酰乙酸 選育回補途徑旺盛的菌種。第11頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 檸檬酸積累機理1、由于錳的缺乏，抑制了蛋白質(zhì)的合成，而導(dǎo)致細胞內(nèi)的NH4+ 濃度升高，促進了EMP途徑的暢通。 2、由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供草酰乙酸。 3、在控制Fe+含量的情況下，順烏頭酸酶活性低，從而使檸檬酸積累。 順烏頭酸水合酶在催化時建立如下平衡 檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸90 ：3：7第12頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 4、丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶和丙酮酸固定CO反應(yīng)相平衡，以及檸檬酸合成酶不

7、被抑制，增強了合成檸檬酸的能力。 5、檸檬酸積累增加，pH降低，在低pH條件下，順烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶失活，從而進一步促進了檸檬酸自身的積累。第13頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 第二節(jié)醋酸發(fā)酵機制淀粉 糖 酒精 醋酸 1. 醋桿菌發(fā)酵酒精成醋酸 乙醇向醋酸轉(zhuǎn)化是分兩步進行的，中間產(chǎn)物是乙醛。 CH3CH2 OH E1 CH3CHO E2 CH3COOH E1 乙醇脫氫酶 或乙醇氧化酶，它依賴于NAD。 E2 乙醛脫氫酶 ，需要NADP作輔酶。 醋桿菌為G-，好氧菌， 1mol乙醇轉(zhuǎn)化為1mol醋酸，理論轉(zhuǎn)化率是130。第14頁，共58頁，2022年，5月2

8、0日，15點38分，星期二 2 熱醋酸梭菌生產(chǎn)醋酸 熱醋酸梭菌在發(fā)酵糖類時，由糖到醋酸一步完成，還可以將CO2還原為醋酸。 CO2是通過甲酰四氫葉酸（THF）和類咕啉蛋白形成醋酸的。但該菌沒有氫化酶活性，不能利用氫氣。 C6H12O6 +2H2O 2CH3COOH+2CO2+8H+8e 2CO2+8H+8e CH3COOH+ 2H2O 凈反應(yīng)C6H12O6 3CH3COOH反應(yīng)在厭氧條件下進行的，由己糖或戊糖生成醋酸的理論產(chǎn)率都是100。熱醋酸梭菌為產(chǎn)芽孢菌，周生鞭毛，耐高溫，最適生長溫度5560C，轉(zhuǎn)化率高，嚴格厭氧，還可以利用戊糖。但這種方法發(fā)酵時需中和劑，因此只適合于醋酸鹽。第15頁，共

9、58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二第三節(jié) 谷氨酸發(fā)酵機制 氨基酸發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的生長和代謝活動生產(chǎn)各種氨基酸的現(xiàn)代工業(yè)。氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵。由發(fā)酵所生成的產(chǎn)物氨基酸，都是微生物的中間代謝產(chǎn)物，它的積累是建立于對微生物正常代謝的抑制。也就是說，氨基酸發(fā)酵的關(guān)鍵是取決于其控制機制是否能夠被解除，是否能打破微生物的正常代謝調(diào)節(jié)，人為地控制微生物的代謝。第16頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二一.谷氨酸生物合成途徑 谷氨酸的生物合成途徑有EMP途徑、HMP途徑、 TCA循環(huán)、乙醛酸循環(huán)和CO2固定反應(yīng)。葡萄糖先生成谷氨酸，依次經(jīng)鳥氨酸，谷氨酸

10、生物合成精氨酸。 谷氨酸的生物合成途徑如圖所示。第17頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二第18頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二二.谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制第19頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二三. 谷氨酸發(fā)酵的代謝控制 谷氨酸發(fā)酵的代謝控制一般采取下列措施。 1控制發(fā)酵的環(huán)境條件 氨基酸發(fā)酵受菌種的生理特征和環(huán)境條件的影響，對專性好氧菌來說，環(huán)境條件的影響更大。谷氨酸發(fā)酵必須嚴格控制菌體生長的環(huán)境條件，否則就幾乎不積累谷氨酸。下表表示谷氨酸生產(chǎn)菌因環(huán)境條件改變而引起的發(fā)酵轉(zhuǎn)換，這也就是說氨基酸發(fā)酵是人為地控制環(huán)境條件而

11、使發(fā)酵發(fā)生轉(zhuǎn)換的一個典型例子。第20頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二第21頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 2控制細胞膜滲透性 在發(fā)酵過程中，控制使用那些影響細胞膜通透性的物質(zhì)，有利于代謝產(chǎn)物分泌出來，從而避免了末端產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。 以葡萄糖為原料，利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時，谷氨酸生產(chǎn)菌為-酮戊二酸脫氫酶缺失突變株，當谷氨酸的合成達到50 mg/g（干細胞）時，由于反饋調(diào)節(jié)作用，谷氨酸的合成便終止。如果改變細胞膜通透性，使胞內(nèi)代謝產(chǎn)物谷氨酸滲透到胞外，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。 第22頁，共58頁，2022年，5月20

12、日，15點38分，星期二 所以代謝產(chǎn)物的細胞滲透性是氨甚酸發(fā)酵必須考慮的重要因素。對于谷氨酸發(fā)酵來說，生物素是谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵物質(zhì)。當細胞內(nèi)的生物素水平高時，谷氨酸不能透過細胞膜，因而得不到谷氨酸。 谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，谷氨酸生產(chǎn)菌菌屬于生物素缺陷型菌種，生物素作為脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的合成，進而影響磷脂的合成。當磷脂合成減少到正常量的一半左右時，細胞變形，谷氨酸向膜外漏出，積累于發(fā)酵液中。第23頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 因而可以通過限量控制生物素的含量，也就是通過控制生物素亞適量，提高細胞膜的滲透性。 在發(fā)酵的前期

13、，滿足細胞的生長，合成完整的細胞膜；中期生物素耗盡，細胞膜合成不完整，完成長菌型細胞向產(chǎn)酸型細胞的轉(zhuǎn)變，細胞膜的滲透性增加，使得谷氨酸滲透到細胞外，在細胞內(nèi)谷氨酸達不到引起反饋調(diào)節(jié)的程度，從而使谷氨酸能夠源源不斷被優(yōu)先合成。 第24頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 影響谷氨酸產(chǎn)生菌細胞膜通透性的物質(zhì)可分為兩大類： 一類是生物素、油酸和表面活性劑，其作用是引起細胞膜的脂肪酸成分或量的改變，尤其是改變油酸含量，從而改變細胞膜通透性； 另一類是青霉素，其作用是抑制細胞壁肽聚糖合成中肽鏈的交聯(lián)，由于細胞膜失去細胞壁的保護，細胞膜受到物理損傷，從而使?jié)B透性增強。 另外，代謝控制

14、還包括控制支路代謝，消除終產(chǎn)物的反饋抑制和反饋阻遏等等。第25頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二三、現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征 從細菌的鑒定和分類的結(jié)果來看，現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌分屬于捧狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬，但是它們在形態(tài)及生理方面仍有許多共同的特征。歸納起來主要有以下特征。（1）細胞形態(tài)為球形，棒形以至短桿形。（2）革蘭氏染色陽性，無芽孢，無鞭毛，不能運動。 （3）都是需氧型微生物。 （4）都是生物素缺陷型。 （5）脲酶強陽性。 （6）不分解淀粉、纖維素、油脂、酪蛋白及明膠等。 （7）發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯的形態(tài)變化，同時發(fā)生細胞膜滲透性的變化。第26頁，共

15、58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二（8）CO2固定反應(yīng)酶系活力強。（9）異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循壞弱。（10）-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱。（11）還原型輔酶（NADPH2）進入呼吸鏈能力弱。 （12）檸檬酸合成酶、烏頭酸梅、異檸檬酸脫氫酶以及谷氨酸脫氫酶活力強。 （13）能利用醋酸，不能利用石蠟。（14）具有向環(huán)境中泄漏谷氨酸的能力。 （15）不分解利用谷氨酸，并能耐高濃度的谷氨酸，產(chǎn)谷氨酸5%以上。第27頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 第五節(jié) 抗生素發(fā)酵機制 次級代謝產(chǎn)物-(secondary metabolite)分解代謝：將從

16、環(huán)境中吸收的各種碳源、氮源等物質(zhì)降解，為細胞的生命活動提供能源和小分子中間體。如TCA、EMP和HMP等。合成代謝：利用分解代謝的能量和中間體合成氨基酸、核酸等單體物質(zhì)，及蛋白質(zhì)、核酸、多糖等多聚物。代謝類型第28頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二初級代謝和次級代謝初級代謝：與生物生存有關(guān)的，涉及能量產(chǎn)生和能量消耗的代謝類型。產(chǎn)物都是有機體生存必不可少的物質(zhì)，如單糖、核苷酸、脂肪酸，以及蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類等。次級代謝：某些微生物為了避免代謝過程中，某種代謝產(chǎn)物的積累造成的不利作用，而產(chǎn)生的一類有利于生存的代謝類型，通常是在生長后期產(chǎn)生。產(chǎn)物種類很多，最著名的是抗生

17、素，其它還有氨基糖、香豆素、麥角生物堿、吲哚衍生物、核苷、肽、喹啉等。第29頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二一、 次級代謝產(chǎn)物的特征 、次級代謝產(chǎn)物是由微生物產(chǎn)生，不參與微生物的生長與繁殖。、次級代謝產(chǎn)物的生物合成最少也要有一部分取決于與初級代謝產(chǎn)物無關(guān)的遺傳物質(zhì)，并與由這類遺傳信息形成的酶所催化的代謝途徑有關(guān)。、它的生產(chǎn)大多數(shù)是基于菌種的特異性來完成的。、次級代謝產(chǎn)物發(fā)酵經(jīng)歷兩個階段，即營養(yǎng)增殖期和產(chǎn)物形成期。如在菌體活躍增殖階段幾乎不產(chǎn)生抗生素。待到細胞停止生長，進入到恒定期才開始活躍地合成抗生素，成為生產(chǎn)期。第30頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38

18、分，星期二 、一般都同時產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上相類似的多中副組分。 、生產(chǎn)能力受微量金屬離子（Fe2+、 Fe3+、Mn2+、Co2+、Zn2+）和 磷酸鹽等無機離子的影響。 、 在多數(shù)條件下，增加前體是有效的。 、 次級代謝酶的底物特異性在某種程度上說是比較廣的。若提供底物結(jié)構(gòu)類似物，則可得到與天然物不同的次級代謝物。 、培養(yǎng)溫度過高或菌種移植次數(shù)過多，使抗生素生產(chǎn)能力下降，可能的原因是參與抗生素合成的菌種的質(zhì)粒脫落。 、一種產(chǎn)物可由多種中間體和途徑來取得。第31頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 二、生物合成抗生素與初級代謝的關(guān)系 1.從代謝方面分析：許多抗生素的基本結(jié)構(gòu)是由少

19、數(shù)幾種初級代謝產(chǎn)物構(gòu)成的，所以次級產(chǎn)物是以初級產(chǎn)物為母體衍生出來的，次級代謝途徑并不是獨立的，而是與初級代謝途徑有密切聯(lián)系的。 糖代謝的中間體，即可以來合成初級代謝產(chǎn)物，又可以來合成次級代謝產(chǎn)物，這種中間體叫分叉中間體，如丙二酰Co。G 乙酰 Co 丙二酰 CoA 脂肪酸（初級）四環(huán)素或其他抗生素（次級）第32頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 初級代謝和次級代謝的分叉中間體分叉中間體初級終點產(chǎn)物次級終點產(chǎn)物氨基己二糖 賴氨酸 青霉素,頭孢酶素丙二酰Co脂肪酸 四環(huán)素族,利福霉素族乙酰Co 大環(huán)內(nèi)酯族,多烯族抗生素莽草酸 對氨基苯丙氨酸氯霉素,綠膿菌素苯丙氨酸,酪氨酸新

20、生霉素由初級代謝產(chǎn)物衍生的次級代謝產(chǎn)物的途徑有七種：葡萄糖碳架摻入途徑、莽草酸途徑、與核苷有關(guān)的途徑、聚酮糖途徑、由氨基酸衍生的途徑、甲羥戊酸途徑、其它復(fù)合途徑。第33頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二第34頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二2.從遺傳方面分析：初級產(chǎn)物和次級產(chǎn)物同樣都受到核內(nèi)DNA的調(diào)節(jié)控制的。所不同的是次級代謝產(chǎn)物還受到“與初級代謝產(chǎn)物合成無關(guān)的遺傳物質(zhì)”的控制，即受核內(nèi)遺傳物質(zhì)（染色體遺傳物質(zhì)）和核外遺傳物質(zhì)（質(zhì)粒）的控制。有一部分代謝產(chǎn)物的形成，取決于由質(zhì)粒信息產(chǎn)生的酶所控制的代謝途徑，這類物質(zhì)稱為質(zhì)粒產(chǎn)物。由于這類物質(zhì)的

21、形成直接或間接受質(zhì)粒遺傳物質(zhì)的控制,因而產(chǎn)生了質(zhì)粒遺傳的觀點。當然也有只由染色體DNA控制的抗生素。因此，兩者在遺傳上既有相同的部分，又有不同的部分。第35頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 三 抗生素生產(chǎn)菌的主要代謝調(diào)節(jié)機制 受DNA控制的酶合成的調(diào)節(jié)機制，包括酶的誘導(dǎo)和酶的阻遏（有終點產(chǎn)物和分解產(chǎn)物）； 酶活性的調(diào)節(jié)機制，包括終點產(chǎn)物的抑制或活化，利用輔酶的酶活調(diào)節(jié)、酶原的活化和潛酶的活化； 細胞膜透性的調(diào)節(jié)； 微生物的代謝調(diào)節(jié)機制可從DNA水平研究酶合成的調(diào)節(jié)機制和從酶化學觀點研究酶活性的調(diào)節(jié)機制兩方面著手，可分為：第36頁，共58頁，2022年，5月20日，15

22、點38分，星期二 微生物體內(nèi)的次級代謝和初級代謝一樣，都受菌體代謝的調(diào)節(jié)。次級代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)節(jié)與初級代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)節(jié)在某些方面是相同的，也是調(diào)節(jié)參與生物合成的酶合成（誘導(dǎo)或阻遏）和控制酶活性（激活或抑制）。但次級代謝的調(diào)節(jié)也有其獨特的一面。以下是影響抗生素合成的主要代謝調(diào)節(jié)機制。第37頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二1 初級代謝對次級代謝的調(diào)節(jié) 次級代謝產(chǎn)物的合成途徑并不是獨立存在的，而是與初級代謝產(chǎn)物合成途徑間存在著緊密的聯(lián)系。 次級代謝產(chǎn)物往往都是以初級代謝產(chǎn)物為母體衍生而來的，而且催化特殊次級代謝產(chǎn)物合成反應(yīng)的酶也可以從那些初級代謝途徑的酶演化而來。

23、因此，微生物的初級代謝對次級代謝具有調(diào)節(jié)作用。 第38頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 當初級代謝和次級代謝具有共同的合成途徑時，初級代謝的終產(chǎn)物過量，往往會抑制次級代謝的合成，這是因為這些終產(chǎn)物抑制了在次級代謝產(chǎn)物合成中重要的分叉中間體的合成。 如賴氨酸和青霉素的生物合成過程中有共同中間體-氨基己二酸，當培養(yǎng)液中賴氨酸過量時，則抑制-氨基己二酸的合成，進而影響到青霉素的合成。第39頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二2 碳代謝物的調(diào)節(jié) 一般情況下，凡是能被微生物快速利用、促進產(chǎn)生菌快速生長的碳源，對次級代謝產(chǎn)物的生物合成都表現(xiàn)出抑制作用。這種抑

24、制作用并不是由于快速利用碳源直接作用的結(jié)果，而是由于其代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物引起的。 這種阻遏作用是由于菌體在生長階段，速效碳源（如葡萄糖和檸檬酸等）的分解產(chǎn)物阻遏了次級代謝過程中酶系的合成，只有當這類碳源耗盡時，才能解除其對參與次級代謝的酶的阻遏，菌體才能轉(zhuǎn)入次級代謝產(chǎn)物的合成階段。第40頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 20世紀40年代初期就發(fā)現(xiàn)，青霉素發(fā)酵過程中，雖然葡萄糖被菌體利用最快，但對青霉素合成并不適宜。而乳糖利用雖然較為緩慢，卻能提高青霉素產(chǎn)量。 已知有許多次級代謝產(chǎn)物，如麥角生物堿、頭孢菌素C、螺旋霉素、紫色桿菌素、嘌呤霉素、吲哚霉素、絲裂霉素、桿

25、菌肽、新生霉素、放線菌素和香豆素等的生物合成都受到葡萄糖的阻遏，因而在這些產(chǎn)物的發(fā)酵過程中常采用其他碳源。第41頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二3 氮代謝物的調(diào)節(jié) 許多次級代謝產(chǎn)物的生物合成同樣受到氮分解產(chǎn)物的影響。對不同氮源的研究發(fā)現(xiàn)，黃豆餅粉等利用較慢的氮源，可以防止和減弱氮代謝物的阻遏作用，有利于次級代謝產(chǎn)物的合成；而以無機氮或簡單的有機氮等容易利用的氮作為氮源（銨鹽、硝酸鹽、某些氨基酸）時，能促進菌體的生長，卻不利于次級代謝產(chǎn)物的合成。例如，易利用的銨鹽有利于灰色鏈霉菌迅速生長，但對鏈霉素合成則是最差的氮源。第42頁，共58頁，2022年，5月20日，15點3

26、8分，星期二4 磷酸鹽的調(diào)節(jié) 磷酸鹽不僅是菌體生長的主要限制性營養(yǎng)成分，還是調(diào)節(jié)次級代謝產(chǎn)物生物合成的重要因素。過量的磷酸鹽也象葡萄糖一樣抑制次級代謝產(chǎn)物的合成，這種抑制作用被稱為磷酸鹽調(diào)節(jié)。 第43頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 已發(fā)現(xiàn)過量磷酸鹽對四環(huán)素類、氨基糖苷類、多烯類和大環(huán)內(nèi)酯類等32種抗生素的生物合成產(chǎn)生阻抑作用。這些次級代謝產(chǎn)物的生物合成只有在適當?shù)牧姿猁}濃度下才能進行。磷酸鹽濃度 10mmol/L 往往對次級代謝產(chǎn)物的合成有抑制作用例如， 10mmol/L的磷酸鹽就能完全抑制殺假絲菌素的合成。第44頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，

27、星期二 磷酸鹽濃度的高低還能調(diào)節(jié)次級代謝產(chǎn)物合成期出現(xiàn)的早晚，當磷酸鹽接近耗盡時，才開始進入次級代謝產(chǎn)物的合成期。磷酸鹽起始濃度高，耗盡時間長，合成期就向后拖延。如金霉素、萬古霉素等的發(fā)酵都有這些現(xiàn)象。 磷酸鹽還能使處于非生長狀態(tài)的、產(chǎn)抗生素的菌體逆轉(zhuǎn)成生長狀態(tài)的、不產(chǎn)抗生素的菌體。第45頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二5 ATP調(diào)節(jié) ATP直接影響次級代謝產(chǎn)物合成和糖代謝中某些酶的活性。在四環(huán)素的生物合成中，ATP水平對四環(huán)素合成起調(diào)節(jié)作用。磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸，再經(jīng)羧基轉(zhuǎn)移酶作用生成丙二酰CoA（四環(huán)素合成的前體），此途徑在四

28、環(huán)素合成期起決定作用。而草酰乙酸是三羧酸（TCA）循環(huán)中的重要中間產(chǎn)物，催化其形成的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的合成受ATP和過量磷酸鹽的強烈抑制，從而降低了草酰乙酸的生成，最終降低了四環(huán)素生物合成前體丙二酰CoA的濃度，影響四環(huán)素的生物合成。第46頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二6 酶的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)酶：是菌體生長繁殖所必需的酶系，它的產(chǎn)生一般不受培養(yǎng)基成分的影響； 誘導(dǎo)酶：是在一定的誘導(dǎo)物存在下，才能形成。 在次級代謝過程中，有些參與次級代謝產(chǎn)物合成的酶為誘導(dǎo)酶，如鏈霉素生物合成中的轉(zhuǎn)脒基酶、甘露糖鏈霉素酶等。誘導(dǎo)酶需要有誘導(dǎo)物存在才能形成。誘導(dǎo)物起誘導(dǎo)作用，能提高次級

29、代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。例如，蛋氨酸能提高頭孢菌素C的產(chǎn)量，其原因是蛋氨酸的誘導(dǎo)作用，而不是作為硫源的供給物。 誘導(dǎo)酶合成的誘導(dǎo)劑有些需外源加入，而有些是菌體代謝過程中自身產(chǎn)生的。在抗生素的發(fā)酵過程中，有的初級代謝產(chǎn)物似乎對次級代謝產(chǎn)物的合成酶也起誘導(dǎo)作用。第47頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二7 反饋調(diào)節(jié) 反饋調(diào)節(jié)包括反饋阻遏和反饋抑制。反饋阻遏（feedback repression)：作用于基因水平，控制酶的合成量，是終產(chǎn)物抑制生物合成途徑中的一種或多種酶形成的調(diào)節(jié)過程。反饋抑制 (feedback inhibition)：作用于分子水平，控制酶的活性，是合成途徑的終點

30、產(chǎn)物抑制該過程中第一步酶的活性作用。 兩者作用方式各異，功能也有所不同，目的都是防止產(chǎn)生過量的物質(zhì)，保證快速有效地適應(yīng)變換了的外界環(huán)境，對生長有利。第48頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 在抗生素的合成途徑中，一方面是抗生素本身的過量積累，存在著與初級代謝相似的反饋調(diào)節(jié)現(xiàn)象。如氯霉素、卡那霉素、泰樂菌素、制霉菌素、瑞斯托霉素等抗生素都對本身的合成有抑制作用。另一方面，初級代謝和次級代謝途徑是緊密相連的，初級代謝受到的反饋調(diào)節(jié)，也必然影響抗生素的合成。如纈氨酸是合成青霉素的前體，其生物合成受到反饋調(diào)節(jié)，必然對青霉素的合成有影響。第49頁，共58頁，2022年，5月20日

31、，15點38分，星期二8 細胞膜通透性調(diào)節(jié) 次級代謝中也存在著膜通透性調(diào)節(jié)。菌體吸收外界營養(yǎng)物質(zhì)或分泌細胞內(nèi)的代謝物都必須經(jīng)過細胞質(zhì)膜的運輸。如果細胞對某種物質(zhì)不能運輸，或是運輸功能發(fā)生了障礙，將導(dǎo)致細胞內(nèi)合成代謝的產(chǎn)物不能分泌出去，影響發(fā)酵產(chǎn)物的生成和收獲；或者是細胞外的營養(yǎng)物質(zhì)不能進入菌體或進入很少，從而影響產(chǎn)生菌的生長和產(chǎn)物的合成，造成產(chǎn)量下降。第50頁，共58頁，2022年，5月20日，15點38分，星期二 在青霉素的發(fā)酵中，產(chǎn)生菌細胞膜輸入硫化物的能力是影響青霉素發(fā)酵單位的一個重要因素。誘變選育出來的青霉素高產(chǎn)菌株中，有些突變株就是因為改變了細胞膜的通透性，使硫酸鹽更容易透過細胞膜，提高了胞內(nèi)硫酸鹽濃度，進而促進了青霉素前體物半胱氨酸的合成，最終提