次級代謝產(chǎn)物合成課件

次級代謝產(chǎn)物的生物合成2022/12/13次級代謝產(chǎn)物的生物合成2022/12/12第一節(jié)微生物的代謝產(chǎn)物初級代謝：指與微生物的生長繁殖有密切關(guān)系的代謝活動。初級代謝產(chǎn)物：指與微生物生長繁殖有密切關(guān)系的代謝產(chǎn)物，如氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、核苷酸、維生素、脂肪酸等。2022/12/132第一節(jié)微生物的代謝產(chǎn)物初級代謝：指與微生物的生長繁殖有密切初級代謝產(chǎn)物的特點菌體生長繁殖所必須的物質(zhì)各種微生物所共有的產(chǎn)物了解代謝調(diào)控機制打破菌體代謝調(diào)控2022/12/133初級代謝產(chǎn)物的特點菌體生長繁殖所必須的物質(zhì)各種微生物所共有的次級代謝及次級代謝產(chǎn)物次級代謝：指微生物在一定的生長時期（一般是穩(wěn)定期），以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對微生物的生命活動沒有明確功能的物質(zhì)的過程。次級代謝產(chǎn)物：與微生物生長繁殖無關(guān)的一些代謝產(chǎn)物，如抗生素、色素、生物堿、毒素等。2022/12/134次級代謝及次級代謝產(chǎn)物次級代謝：指微生物在一定的生長時期（一一．次級代謝產(chǎn)物的特征（1）次級代謝產(chǎn)物一般不在產(chǎn)生菌的生長期產(chǎn)生，而是在隨后的生產(chǎn)期形成。避免生長受其自身產(chǎn)物的抑制培養(yǎng)液中缺乏某種營養(yǎng)物質(zhì)或者前體物質(zhì)的積累起到誘導作用或編碼次級代謝產(chǎn)物的基因從分解代謝物阻遏中解脫出來所致。2022/12/135一．次級代謝產(chǎn)物的特征（1）次級代謝產(chǎn)物一般不在產(chǎn)生菌的生長（2）次級代謝物種類繁多，含有不尋常的化學鍵2022/12/136（2）次級代謝物種類繁多，含有不尋常的化學鍵2022/12/（3）一種菌可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相近的一族抗生素產(chǎn)黃青霉可產(chǎn)生至少10種不同青霉素2022/12/137（3）一種菌可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相近的一族抗生素產(chǎn)黃青霉可產(chǎn)生202（4）一族抗生素各組分的多少取決于遺傳與環(huán)境因素。源于次級代謝物合成所涉及的酶特異性較低;對底物作用不完全;同一底物可被多種酶催化。2022/12/138（4）一族抗生素各組分的多少取決于遺傳與環(huán)境因素。源于次級代（5）一種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生多種在分子結(jié)構(gòu)上完全不同的次級代謝產(chǎn)物。產(chǎn)黃青霉2022/12/139（5）一種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生多種在分子結(jié)構(gòu)上完全不同的（6）次級代謝物的合成對環(huán)境因素特別敏感，其合成信息受環(huán)境因素的調(diào)節(jié)用于青霉菌的二種培養(yǎng)基：Raulin培養(yǎng)基：葡萄糖5%、酒石酸0.27%、酒石酸銨0.27%、磷酸氫二銨0.04%、硫酸鎂0.027%、硫酸銨0.017%、硫酸鋅0.005%、硫酸亞鐵0.005%Czapek——Dox培養(yǎng)基：葡萄糖5%、硝酸鈉0.2%、磷酸氫二鉀0.1%、氯化鉀0.05%、硫酸鎂0.05%、硫酸亞鐵0.001%2022/12/1310（6）次級代謝物的合成對環(huán)境因素特別敏感，其合成信息受環(huán)境因（7）微生物由生長期向生產(chǎn)期過渡時，菌體形態(tài)學上會發(fā)生一些變化2022/12/1311（7）微生物由生長期向生產(chǎn)期過渡時，菌體形態(tài)學上會發(fā)生一些變（8）

微生物的次級代謝產(chǎn)物的合成過程是一類由多基因控制的代謝過程

這些基因不僅在微生物染色體上，而且也位于質(zhì)粒上。2022/12/1312（8）微生物的次級代謝產(chǎn)物的合成過程是一類由多基因控制的代二、初級代謝與次級代謝的關(guān)系初級代謝為次級代謝提供前體化合物初級代謝中間體修飾為次級代謝終產(chǎn)物的方式

生物氧化與還原（醇與羰基的氧化、雙鍵的引入或還原）

生物甲基化（甲硫氨酸為供體，常出現(xiàn)在合成最后一步）

生物鹵化（對于分子上含有鹵素的次級代謝物很重要）2022/12/1313二、初級代謝與次級代謝的關(guān)系初級代謝為次級代謝提供前體化合物代謝調(diào)控學者認為抗生素的生源學是：次級代謝物的作用不在于產(chǎn)物而在于產(chǎn)物生產(chǎn)的過程。2022/12/1314代謝調(diào)控學者認為抗生素的生源學是：次級代謝物的作用不在于產(chǎn)物次級代謝在微生物中的作用富集營養(yǎng)物質(zhì)

清除不平衡生長時積累的有害的低分子量中間代謝產(chǎn)物不利的條件下儲存物質(zhì)生物調(diào)節(jié)劑的作用2022/12/1315次級代謝在微生物中的作用富集營養(yǎng)物質(zhì)清除不平衡次級代謝與生長、分化的關(guān)系細菌分化與次級代謝放線菌分化與次級代謝真菌分化與次級代謝肽類抗生素可能具有調(diào)節(jié)孢子形成或萌芽孢子生長的形成過程抗生素合成與孢子形成是受到共同的控制機制調(diào)節(jié)的兩種過程次級代謝是在生長受到限制的分化期產(chǎn)生的2022/12/1316次級代謝與生長、分化的關(guān)系細菌分化與次級代謝放線菌分化與次級三、初級代謝與次級代謝的區(qū)別1、存在范圍及產(chǎn)物類型不同初級代謝系統(tǒng)、代謝途徑和初級代謝產(chǎn)物在各類生物中基本相同。它是一類普遍存在于各類生物中的一種基本代謝類型。象病毒這類非細胞生物雖然不具備完整的初級代謝系統(tǒng)，但它們?nèi)跃哂胁糠值某跫壌x系統(tǒng)和具有利用宿主代謝系統(tǒng)完成本身的初級代謝過程的能力。次級代謝只存在于某些生物（如植物和某些微生物）中，并且代謝途徑和代謝產(chǎn)物因生物不同而不同，就是同種生物也會由于培養(yǎng)條件不同而產(chǎn)生不同的次級代謝產(chǎn)物。2022/12/1317三、初級代謝與次級代謝的區(qū)別1、存在范圍及產(chǎn)物類型不同2022、對產(chǎn)生者自身的重要性不同初級代謝產(chǎn)物，如單糖或單糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等單體以及由它們組成的各種大分子聚合物，蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類等通常都是機體生存必不可少的物質(zhì)，只要在這些物質(zhì)的合成過程的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，輕則引起生長停止、重則導致機體發(fā)生突變或死亡。次級代謝產(chǎn)物對于產(chǎn)生者本身來說，不是機體生存所必需的物質(zhì)，即使在次級代謝的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙。不會導致機體生長的停止或死亡，至多只是影響機體合成某種次級代謝產(chǎn)物的能力。2022/12/13182、對產(chǎn)生者自身的重要性不同初級代謝產(chǎn)物，如單糖或單糖衍生物3、同微生物生長過程的關(guān)系明顯不同初級代謝自始至終存在于一切生活的機體中，同機體的生長過程呈平行關(guān)系；次級代謝則是在機體生長的一定時期內(nèi)（通常是微生物的對數(shù)生長期末期或穩(wěn)定期）產(chǎn)生的，它與機體的生長不呈平行關(guān)系，一般可明顯地表現(xiàn)為機體的生長期和次級代謝產(chǎn)物形成期二個不同的時期。2022/12/13193、同微生物生長過程的關(guān)系明顯不同初級代謝自始至終存在于一切4、對環(huán)境條件變化的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同初級代謝產(chǎn)物對環(huán)境條件的變化敏感性?。催z傳穩(wěn)定性大），而次級代謝產(chǎn)物對環(huán)境條件變化很敏感，其產(chǎn)物的合成往往因環(huán)境條件變化而停止。2022/12/13204、對環(huán)境條件變化的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同初級代謝產(chǎn)物5、某些機體內(nèi)存在的兩種既有關(guān)系又有區(qū)別的代謝類型初級代謝是次級代謝的基礎(chǔ)，它可以為次級代謝產(chǎn)物合成提供前體物和所需要的能量；初級代謝產(chǎn)物合成中的關(guān)鍵性中間體也是次級代謝產(chǎn)物合成中的重要中間體物質(zhì)。而次級代謝則是初級代謝在特定條件下的繼續(xù)與發(fā)展，避免初級代謝過程中某種（或某些）中間體或產(chǎn)物過量積累對機體產(chǎn)生的毒害作用。2022/12/13215、某些機體內(nèi)存在的兩種既有關(guān)系又有區(qū)別的代謝類型初級代謝是

四、研究微生物次級代謝的意義：獲得與次級代謝有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識，并用于設(shè)計更為有效的途徑來合成這類復雜的化合物或改造它們，以獲得所需的生物性質(zhì)；有助于優(yōu)化次級代謝產(chǎn)物的工業(yè)生產(chǎn)。借助于生物合成途徑的知識，利用基因工程技術(shù)可以幫助構(gòu)建在遺傳學上能產(chǎn)生新化合物的突變株。

2022/12/1322四、研究微生物次級代謝的意義：獲得與次級代謝有關(guān)的基礎(chǔ)理論五、次級代謝物的類型根據(jù)次級代謝產(chǎn)物合成途徑（1）與糖代謝有關(guān)的類型（A）直接由葡萄糖合成次級代謝產(chǎn)物。（B）由預苯酸合成芳香族次級代謝產(chǎn)物。（C）由磷酸戊糖合成的次級代謝物質(zhì)較多。2022/12/1323五、次級代謝物的類型根據(jù)次級代謝產(chǎn)物合成途徑（1）與糖代謝有（2）與脂肪酸代謝有關(guān)的類型（A）以脂肪酸為前體，經(jīng)過幾次脫氫、β-氧化之后，生成比原來脂肪酸碳數(shù)少的聚乙炔(polyacetylene)脂肪酸。（B）次級代謝產(chǎn)物不經(jīng)過脂肪酸，而是從丙酮酸開始生成乙酰CoA，再在羧化酶催化下生成丙二酰CoA。在初級代謝中由此進一步合成脂肪酸，而在次級代謝中所生成的丙二酰CoA等鏈中的羰基不被還原，而生成聚酮(po1yketide)或β-多酮次甲基鏈(β-polyketomethylene)。2022/12/1324（2）與脂肪酸代謝有關(guān)的類型（A）以脂肪酸為前體，經(jīng)過幾次脫2022/12/13252022/12/1225（3）與萜烯和甾體化合物有關(guān)的類型β-胡蘿卜素煙曲霉素與萜烯和甾體化合物有關(guān)的次級代謝產(chǎn)物，主要是由霉菌產(chǎn)生。2022/12/1326（3）與萜烯和甾體化合物有關(guān)的類型β-胡蘿卜素煙曲霉素與另一類是由乙酸得到的有機酸與TCA環(huán)上的中間產(chǎn)物縮合生成次級產(chǎn)物。（4）與TCA環(huán)有關(guān)的類型

一類是從TCA環(huán)得到的中間產(chǎn)物進一步合成次級產(chǎn)物。2022/12/1327另一類是由乙酸得到的有機酸與TCA環(huán)上的中間產(chǎn)物縮合生成次級（5）與氨基酸代謝有關(guān)的類型（A）由一個氨基酸形成的次級代謝產(chǎn)物（B）由二個氨基酸形成的曲霉酸、支霉粘毒(gliotoxin)。（C）由三個以上氨基酸縮合而成的次級產(chǎn)物，氨基酸之間多以肽鍵結(jié)合成直鏈狀或者環(huán)裝。2022/12/1328（5）與氨基酸代謝有關(guān)的類型（A）由一個氨基酸形成的次級代謝2022/12/13292022/12/1229根據(jù)產(chǎn)物的作用區(qū)分類型抗生素：這是微生物所產(chǎn)生的，具有特異抗菌作用的一類次級產(chǎn)物。激素：微生物產(chǎn)生的一些可以刺激動、植物生長或性器官發(fā)育的一類次級物質(zhì)。生物堿：大部分生物堿是由植物產(chǎn)生的。麥角菌(Clavicepspurpurea)可以產(chǎn)生麥角生物堿。毒素：大部分細菌產(chǎn)生的毒素是蛋白質(zhì)類的物質(zhì)。色素：不少微生物在代謝過程中產(chǎn)生各種有色的產(chǎn)物。維生素；作為次生物質(zhì)，是指在特定條件下，微生物產(chǎn)生的遠遠超過自身需要量的那些維生素。2022/12/1330根據(jù)產(chǎn)物的作用區(qū)分類型抗生素：這是微生物所產(chǎn)生的，具有特異第二節(jié)次級代謝產(chǎn)物的構(gòu)建單位一、氨基酸及其衍生物多肽非蛋白質(zhì)氨基酸（D-氨基酸，N-甲基氨基酸，β-氨基酸等）2022/12/1331第二節(jié)次級代謝產(chǎn)物的構(gòu)建單位一、氨基酸及其衍生物2022/二、糖及氨基糖種類多，結(jié)構(gòu)特殊碳霉糖、竹桃糖、鏈霉糖、紅霉糖等。前體是葡萄糖和戊糖。異構(gòu)化、脫氧、碳原子重排、氧化還原或脫羧反應等。2022/12/1332二、糖及氨基糖2022/12/12322022/12/13332022/12/1233三、聚酮體及其衍生物乙酸、丙酸、丁酸或某些短鏈脂肪酸為基本單位，酶催化縮合，羧基轉(zhuǎn)為酮基。2022/12/1334三、聚酮體及其衍生物2022/12/12342022/12/13352022/12/1235四、甲羥戊酸及其衍生物甲羥戊酸由乙酸縮合而成形成甾醇、胡蘿卜素異戊二烯或萜類2022/12/1336四、甲羥戊酸及其衍生物2022/12/1236五、環(huán)多醇和氨基環(huán)多醇環(huán)多醇帶有羥基的環(huán)碳化合物，氨基環(huán)多醇是環(huán)多醇分子中的一個活多個羥基被氨基取代的衍生物。環(huán)多醇有葡萄糖衍生而來。2022/12/1337五、環(huán)多醇和氨基環(huán)多醇2022/12/1237六、堿基及其衍生物由合成核酸的嘌呤和嘧啶經(jīng)化學修飾形成。嘌呤霉素2022/12/1338六、堿基及其衍生物嘌呤霉素2022/12/1238第三節(jié)次級代謝物的合成微生物次級代謝產(chǎn)物的合成過程可以概括為如下模式：2022/12/1339第三節(jié)次級代謝物的合成微生物次級代謝產(chǎn)物的合成過程可以概括次級代謝產(chǎn)物合成步驟①養(yǎng)分攝入；②通過中樞代謝途徑養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為中間體；③次級代謝物前體的生物合成；④如有必要，改變其中的一些中間體；⑤前體進入次級代謝物生物合成專有途徑；⑥次級代謝的主要骨架形成后作最后的修飾,成為產(chǎn)物。2022/12/1340次級代謝產(chǎn)物合成步驟①養(yǎng)分攝入；2022/12/124微生物的初級代謝對次級代謝具有調(diào)節(jié)作用。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α—氨基己二酸，當培養(yǎng)液中賴氨酸過量時，則抑制α—氨基己二酸的合成，進而影響到青霉素的合成。2022/12/1341微生物的初級代謝對次級代謝具有調(diào)節(jié)作用。當初級代謝和次級代謝前體前體(precursor)：是初級代謝的中間體或由培養(yǎng)基提供的，能被代謝形成某種終產(chǎn)物的物質(zhì)。自身的結(jié)構(gòu)無多大變化，有些還具有促進產(chǎn)物合成的作用。2022/12/1342前體前體(precursor)：是初級代謝的中間體或由培養(yǎng)基分叉中間體指養(yǎng)分或者基質(zhì)進入一途徑后，被轉(zhuǎn)化為一種或者多種不同的物質(zhì)，既可以被微生物用來合成初級代謝產(chǎn)物，也可以被用來合成次級代謝產(chǎn)物。如何區(qū)分基質(zhì)、分叉中間體、前體

？2022/12/1343分叉中間體指養(yǎng)分或者基質(zhì)進入一途徑后，被轉(zhuǎn)化為一種或者多種不前體與中間體的區(qū)別：

前體的結(jié)構(gòu)往往略需改變后才進入到代謝途徑中去；有時指同一物質(zhì)。

2022/12/1344前體與中間體的區(qū)別：2022/12/1244可作為次級代謝物前體的物質(zhì)Betina認為，次級代謝物的前體大多數(shù)源自初級代謝的中間體：糖類莽草酸/或芳香氨基酸非芳香氨基酸C1化合物脂肪酸檸檬酸循環(huán)中間體嘌呤和嘧啶

Martin等將可作為次級代謝物前體的初級代謝的中間體分為：短鏈脂肪酸異戊二烯單位氨基酸糖與氨基糖環(huán)乙醇與氨基環(huán)己醇脒基嘌呤與嘧啶堿芳香中間體與芳香氨基酸甲基2022/12/1345可作為次級代謝物前體的物質(zhì)Bet2022/12/13462022/12/1246內(nèi)源前體的來源(1)短鏈脂肪酸----大環(huán)內(nèi)酯類抗生素乙酸CoA丙酸CoA丁酸CoA

目前，沿用的大環(huán)內(nèi)酯類有紅霉素、麥迪霉素、螺旋霉素、乙酰螺旋霉素、交沙霉素、柱晶白霉素。

2022/12/1347內(nèi)源前體的來源(1)短鏈脂肪酸----大環(huán)內(nèi)酯類抗生素乙（2）異戊二烯單位異戊二烯單位可參與萜和一些抗生素的合成，如真菌代謝物、動植物和真菌的甾類化合物和萜的形成。木霉素、羧鏈孢酸、新生霉素2022/12/1348（2）異戊二烯單位異戊二烯單位可參與萜和一些抗生素的合成，如（3）經(jīng)修飾的氨基酸－－構(gòu)筑同型肽類抗生素正常氨基酸和經(jīng)過修飾的非蛋白氨基酸可用于合成同型肽類抗生素。有些次級代謝物含有不尋常的氨基酸。2022/12/1349（3）經(jīng)修飾的氨基酸－－構(gòu)筑同型肽類抗生素正常氨基酸和經(jīng)過修（4）芳香中間體－－－抗生素的芳香部分2022/12/1350（4）芳香中間體－－－抗生素的芳香部分2022/12/125A莽草酸途徑的中間體或終產(chǎn)物：形成許多次級代謝物的芳香部分。B芳香氨基酸生物合成途徑：負責大多數(shù)放線菌和許多植物次生代謝物的生物合成。C聚多酮途徑：大多數(shù)真菌產(chǎn)生的芳香代謝物是由乙酸通過聚多酮途徑合成的。

2022/12/1351A莽草酸途徑的中間體或終產(chǎn)物：形成許多次級代謝物的芳香部分（5）經(jīng)修飾的糖與氨基酸糖的碳架以整體的方式結(jié)合到抗生素，但是在結(jié)合前需要經(jīng)過差向異構(gòu)化、異構(gòu)化、氧化、去羥基、重排等環(huán)節(jié)。2022/12/1352（5）經(jīng)修飾的糖與氨基酸糖的碳架以整體的方式結(jié)合到抗生素，但（6）環(huán)己醇與氨基環(huán)己醇鏈霉素、慶大霉素、新霉素和卡那霉素2022/12/1353（6）環(huán)己醇與氨基環(huán)己醇鏈霉素、慶大霉素、新霉素和卡那霉素2（7）脒基和甲基2022/12/1354（7）脒基和甲基2022/12/1254

抗生素生物合成中的所有甲基化作用均以Met作為甲基供體，通過甲基轉(zhuǎn)移酶進行。而Met的甲基源自N5-四氫葉酸。

轉(zhuǎn)甲基時Met先活化，即在Mg2+和ATP存在下生成高能甲基供體：S-腺苷酰甲硫氨酸(SAM)。以SAM進行甲基化后自己變成S-腺苷酰高半胱氨酸(SAH)，后者可被水解為腺苷和高半胱氨酸。甲基的來源2022/12/1355抗生素生物合成中的所有甲基化作用均以Met作為甲（8）經(jīng)修飾的嘌呤和嘧啶堿

核糖部分或嘌呤或嘧啶部分被修飾。

含有正常的核苷的抗生素，例如（狹霉素C以及蛹蟲草菌素）,或者核糖部分或嘌呤或嘧啶部分被修飾。2022/12/1356（8）經(jīng)修飾的嘌呤和嘧啶堿核糖部分或嘌外源前體的來源青霉素G前體－－－苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺、苯乙酰苷氨酸頭孢菌素前體－－－與青霉素基本相似紅霉素簇前體－－－丙酸螺旋霉素前體－－－乙酸、丙酸、丁酸麥迪霉素前體－－－丙酰CoA環(huán)孢菌素前體－－－氨基酸氨基糖苷類抗生素前體－－－N－乙酰葡糖胺、N－乙酰胞壁酸2022/12/1357外源前體的來源青霉素G前體－－－苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺、苯前體的作用（1）抗生素建筑材料例如：丙酮酸可用于Ala、Val、Leu等的合成，是幾種肽類抗生素（頭孢菌素簇或青霉素簇）合成的重要中間體。

次級代謝物通常由初級中間體產(chǎn)生，將初級中間體轉(zhuǎn)化為次級終產(chǎn)物有三個生化過程：①生物氧化和還原；②生物甲基化；③生物鹵化。

許多次級代謝物是用不同的中間體作為建筑單位合成的。2022/12/1358前體的作用（1）抗生素建筑材料許多次級代謝物是用不同的2022/12/13592022/12/1259（2）誘導抗生素生物合成

在細胞中的特殊合成酶的活性已被激活的情況下，細胞可利用的前體濃度具有調(diào)節(jié)抗生素生產(chǎn)的作用。例如：纈氨酸是頭孢菌素A的前體物質(zhì)和誘導物質(zhì)。2022/12/1360（2）誘導抗生素生物合成2022/12/1260

誘導作用在次級代謝物的合成控制上起重要作用。有時難于區(qū)分這種促進作用是真的誘導物的作用還是前體的作用。①誘導物與前體的作用時期不同。②誘導物應能被非前體的結(jié)構(gòu)類似物取代。③誘導物的另一個特征是其誘導系數(shù)特別高。前體與誘導物的區(qū)別

2022/12/1361誘導作用在次級代謝物的合成控制上起重要作用。有前體物質(zhì)不能被吸收或者不能到達合成次級代謝的部位。添加的物質(zhì)可能對細胞本身的合成產(chǎn)生反饋抑制作用，或者不是所需要的前體物質(zhì)。添加的前體物質(zhì)不是起限制作用的物質(zhì)。其他的反饋抑制。思考：

當添加前體物質(zhì)卻不一定能促進次級代謝產(chǎn)物的合成。2022/12/1362前體物質(zhì)不能被吸收或者不能到達合成次級代謝的部位。思考：當前體的限制性前體常常是次級代謝物生物合成的限制因素。例1：在發(fā)酵過程中加適量苯乙酸可強烈促進芐青霉素的生產(chǎn)。例2：丙酸或丙醇促進大環(huán)內(nèi)酯抗生素的生物合成。例3：肽類抗生素的形成中非蛋白的AA成分通常是限制因素。例4：缺少Ac-CoA會限制四環(huán)素的生產(chǎn)。例5：金色鏈霉菌低產(chǎn)菌株的特征是Ac-CoA傾向于走TCA循環(huán)而被氧化，高產(chǎn)菌株沒有這一傾向。例6：諾爾斯鏈霉菌合成制霉菌素的能力的提高與其前體，丙二酸和甲基丙二酸合成的增加有關(guān)。2022/12/1363前體的限制性前體常常是次級代謝物生物合成的限制因素。2022（1）前體合成的分子調(diào)節(jié)機制如初級代謝和次級代謝均需要同一種必需的前體，則低濃度的前體需先滿足生長的需要。高濃度的前體是抗生素合成所必需的，除去前體生物合成的反饋調(diào)節(jié)機制有可能使抗生素增產(chǎn)。2022/12/1364（1）前體合成的分子調(diào)節(jié)機制如初級代謝和次級代謝均需要同一種（2）前體導向抗生素的合成

次級代謝物的前體源自初級代謝，前體叉向次級代謝物合成途徑的第一個酶往往是關(guān)鍵。

因為：它決定前體流向抗生素合成的數(shù)量、代謝流的分布和抗生素的產(chǎn)量。途徑中可能存在其他限制性酶。

這些酶往往受到反饋、碳、氮或磷的調(diào)節(jié)。另一些酶可能受到高濃度前體的誘導。

引向初級和次級代謝物的支路途徑的生理調(diào)節(jié)隨不同的基質(zhì)及其代謝途徑而有所不同。

2022/12/1365（2）前體導向抗生素的合成次級代謝物的2022/12/13662022/12/1266（3）添加前體的策略

研究前體添加策略對有些抗生素高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有重要意義。高產(chǎn)菌株對前體的利用率(可>90％)比低產(chǎn)菌株高許多。

添加前體時宜少量多次或流加，控制發(fā)酵液中前體的殘留濃度在適當范圍。例如：苯乙胺濃度在0.05％～0.08％。

2022/12/1367（3）添加前體的策略研究前體添加策略對有些抗生素高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有三．次級代謝物生物合成原理1.合成原理前體存在，在適當條件下它們便流向次級代謝物生物合成的專用途徑。在某些情況下單體結(jié)構(gòu)單位被聚合，形成聚合物，如聚酮化物、寡肽和聚醚類抗生素等。這些特有的生物合成中間產(chǎn)物需作后幾步的結(jié)構(gòu)修飾，修飾的深度取決于產(chǎn)生菌的生理條件。最后，有些復雜抗生素是由幾個來自不同生物合成途徑組成的。2022/12/1368三．次級代謝物生物合成原理1.合成原理前體存在，在適當條件次級代謝專用的關(guān)鍵酶通常受次級代謝物的控制：例1：麥角生物堿生物合成的第一個酶受Trp或其類似物的誘導作用。從生長期到生產(chǎn)期的過渡期間較高的Trp庫存量導致該合成酶的濃度增加。例2：苯惡嗪酮合成酶是放線菌素生物合成的關(guān)鍵酶，受葡萄糖分解代謝物阻遏。例3：磷酸阻遏灰色鏈霉菌的對氨基苯甲酸合成酶的形成。

2022/12/1369次級代謝專用的關(guān)鍵酶通常受次級代謝物的控制：2022/12/2前體聚合作用過程通過前體單體聚合的次級代謝物有：

四環(huán)類、大環(huán)內(nèi)酯類、安莎霉素類、真菌芳香化合物的聚多酮類和肽類抗生素，以及聚醚和聚異戊二烯類抗生素。

合成過程是多種酶復合作用的結(jié)果。包括合成酶、連接酶、脫水酶、轉(zhuǎn)氨酶等等。2022/12/13702前體聚合作用過程通過前體單體聚合的次級代謝物有：202青霉素的生物合成途徑?；D(zhuǎn)移酶?；盖嗝顾谿6-APAACV合成酶異青霉素N合成酶2022/12/1371青霉素的生物合成途徑酰基轉(zhuǎn)移酶?；盖嗝顾谿6-APAACV聚合反應是由高相對分子質(zhì)量的合成酶催化的：例如：肽類抗生素合成酶

聚多酮合成酶2022/12/1372聚合反應是由高相對分子質(zhì)量的合成酶催化的：例如：肽類抗生素合次級代謝物合成酶的作用方式聚合反應是由高相對分子質(zhì)量的合成酶，(如肽類抗生素合成酶和聚多酮合成酶)催化的。在肽類抗生素合成期間前體AA需先活化，不是用特異的tRNA與AA結(jié)合的方法，而是由ATP參與的腺苷酰氨基酸(連接到酶的復合物上)的形成。在脂肪酸和大環(huán)內(nèi)酯的合成中活化乙酸單位的酶是Ac-CoA合成酶，其受體是CoA。氨?；蝓；鶑南佘挣０被?酶復合物轉(zhuǎn)移到同一酶復合物的專一受體上，釋放出AMP和焦磷酸(在聚多酮的情況下為ADP和磷酸)。肽類抗生素聚合過程中其受體是該合成酶的琉基。所形成的硫酯鍵是高能鍵。2022/12/1373次級代謝物合成酶的作用方式聚合反應是由高相對分子質(zhì)量的合成酶聚多酮合成酶和肽類抗生素合成酶均含有一個泛酸巰基乙胺臂。在此臂上增長的肽基或多乙?；湉囊粋€活性位置轉(zhuǎn)移到另一個上面。肽鍵的生物合成涉及末端氨酰基受體SH基和泛酸巰基乙胺SH基之間的轉(zhuǎn)肽作用和移位。異戊二烯單位的C-5的活化采用另一種方式。它通過三分子乙酰CoA的縮合，消耗ATP下形成的。異戊烯焦磷酸單位聚合生成甾類化合物和萜烯的反應與肽類抗生素和聚多酮形成的反應相似。2022/12/1374聚多酮合成酶和肽類抗生素合成酶均含有一個泛酸巰基乙胺臂。在此次級代謝物合成酶的專一性次級代謝物合成酶往往只具有簇的專一性，即對基質(zhì)分子的某一部分有要求，對分子的其他部分無絕對要求。如：產(chǎn)黃青霉的青霉素酰基轉(zhuǎn)移酶能催化青霉素N的a-氨基己二酰側(cè)鏈，使轉(zhuǎn)化為疏水性的?；鶄?cè)鏈。此反應專一性較高，因它不能酰化7-氨基頭孢霉烷酸(7-ACA)，但接受廣泛的內(nèi)源與外源?；鵆oA衍生物。2022/12/1375次級代謝物合成酶的專一性次級代謝物合成酶往往只具有簇的專一性參與初級代謝物和次級代謝物生物合成的基本差別之一在于引物和延長單位的異質(zhì)性。

如：如由于缺少高度專一性，乙酰CoA、丙二酰CoA和丙二酰胺CoA可在四環(huán)類抗生素合成中作引物。同樣，殺假絲菌素合成中幾種芳香?；鵆oA衍生物也可作引物。2022/12/1376參與初級代謝物和次級代謝物生物合成的基本差別之一在于引物和延然而，不是所有參與次級代謝物合成的酶都缺乏基質(zhì)專一性。有些具有高度專一性。

如：紅霉素合成酶形成紅霉內(nèi)酯糖苷配基時只接受甲基丙二酰CoA作為延長單位，而不用丙二酰CoA單位。殺假絲菌素合成酶總是按既定的順序聚合適當?shù)那绑w單位。

2022/12/1377然而，不是所有參與次級代謝物合成的酶都缺乏基質(zhì)專一性。有些具3復合抗生素中不同部分的裝配

某些次級代謝物是由單一類前體衍生的，（例如同型肽）。許多次級代謝物由幾類不同的前體合成的。（例如，雜肽類抗生素是由氨基酸和脂肪酸組裝成的）。

如：①鏈霉素：由N-甲基-L-葡萄糖胺、鏈霉糖和鏈霉胍三部分組成。

②新生霉素：由新生霉糖、香豆素、對氨基苯甲酸和異戊烯四個部分組成的。③殺假絲菌素：由對氨基苯甲酸與4個丙酸，15個乙酸和一個丁酸單位縮合組裝的，并連接上一個罕見的碳霉糖胺。④諾卡菌素：由L-高絲氨酸、修飾過的L-對羥苯甘氨酸、L-Ser和未經(jīng)修飾的L-對羥苯甘氨酸組成

。2022/12/13783復合抗生素中不同部分的裝配某些次級代謝物是由單一酯酰基CoA的形成羧化與轉(zhuǎn)羧基反應2022/12/1379酯?；鵆oA的形成羧化與轉(zhuǎn)羧基反應2022/12/1279大環(huán)內(nèi)酯合酶

2022/12/1380大環(huán)內(nèi)酯合酶2022/12/12804次級代謝物結(jié)構(gòu)的后幾步修飾

聚合形成的產(chǎn)物往往不具有生物活性，需通過后修飾過程才能產(chǎn)生具有生物活性的次級代謝產(chǎn)物。

聚合后許多次級代謝物的化學結(jié)構(gòu)通過多步酶反應修飾完成。包括氨基化、甲基化、酰基化、羥基化等。2022/12/13814次級代謝物結(jié)構(gòu)的后幾步修飾聚合形成的小結(jié)掌握初級代謝、次級代謝中涉及的概念。掌握次級代謝產(chǎn)物的特點。掌握次級代謝產(chǎn)物構(gòu)建的單位。掌握次級代謝產(chǎn)物合成的主要過程。2022/12/1382小結(jié)掌握初級代謝、次級代謝中涉及的概念。2022/12/12次級代謝產(chǎn)物的生物合成2022/12/13次級代謝產(chǎn)物的生物合成2022/12/12第一節(jié)微生物的代謝產(chǎn)物初級代謝：指與微生物的生長繁殖有密切關(guān)系的代謝活動。初級代謝產(chǎn)物：指與微生物生長繁殖有密切關(guān)系的代謝產(chǎn)物，如氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸、核苷酸、維生素、脂肪酸等。2022/12/1384第一節(jié)微生物的代謝產(chǎn)物初級代謝：指與微生物的生長繁殖有密切初級代謝產(chǎn)物的特點菌體生長繁殖所必須的物質(zhì)各種微生物所共有的產(chǎn)物了解代謝調(diào)控機制打破菌體代謝調(diào)控2022/12/1385初級代謝產(chǎn)物的特點菌體生長繁殖所必須的物質(zhì)各種微生物所共有的次級代謝及次級代謝產(chǎn)物次級代謝：指微生物在一定的生長時期（一般是穩(wěn)定期），以初級代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對微生物的生命活動沒有明確功能的物質(zhì)的過程。次級代謝產(chǎn)物：與微生物生長繁殖無關(guān)的一些代謝產(chǎn)物，如抗生素、色素、生物堿、毒素等。2022/12/1386次級代謝及次級代謝產(chǎn)物次級代謝：指微生物在一定的生長時期（一一．次級代謝產(chǎn)物的特征（1）次級代謝產(chǎn)物一般不在產(chǎn)生菌的生長期產(chǎn)生，而是在隨后的生產(chǎn)期形成。避免生長受其自身產(chǎn)物的抑制培養(yǎng)液中缺乏某種營養(yǎng)物質(zhì)或者前體物質(zhì)的積累起到誘導作用或編碼次級代謝產(chǎn)物的基因從分解代謝物阻遏中解脫出來所致。2022/12/1387一．次級代謝產(chǎn)物的特征（1）次級代謝產(chǎn)物一般不在產(chǎn)生菌的生長（2）次級代謝物種類繁多，含有不尋常的化學鍵2022/12/1388（2）次級代謝物種類繁多，含有不尋常的化學鍵2022/12/（3）一種菌可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相近的一族抗生素產(chǎn)黃青霉可產(chǎn)生至少10種不同青霉素2022/12/1389（3）一種菌可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相近的一族抗生素產(chǎn)黃青霉可產(chǎn)生202（4）一族抗生素各組分的多少取決于遺傳與環(huán)境因素。源于次級代謝物合成所涉及的酶特異性較低;對底物作用不完全;同一底物可被多種酶催化。2022/12/1390（4）一族抗生素各組分的多少取決于遺傳與環(huán)境因素。源于次級代（5）一種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生多種在分子結(jié)構(gòu)上完全不同的次級代謝產(chǎn)物。產(chǎn)黃青霉2022/12/1391（5）一種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生多種在分子結(jié)構(gòu)上完全不同的（6）次級代謝物的合成對環(huán)境因素特別敏感，其合成信息受環(huán)境因素的調(diào)節(jié)用于青霉菌的二種培養(yǎng)基：Raulin培養(yǎng)基：葡萄糖5%、酒石酸0.27%、酒石酸銨0.27%、磷酸氫二銨0.04%、硫酸鎂0.027%、硫酸銨0.017%、硫酸鋅0.005%、硫酸亞鐵0.005%Czapek——Dox培養(yǎng)基：葡萄糖5%、硝酸鈉0.2%、磷酸氫二鉀0.1%、氯化鉀0.05%、硫酸鎂0.05%、硫酸亞鐵0.001%2022/12/1392（6）次級代謝物的合成對環(huán)境因素特別敏感，其合成信息受環(huán)境因（7）微生物由生長期向生產(chǎn)期過渡時，菌體形態(tài)學上會發(fā)生一些變化2022/12/1393（7）微生物由生長期向生產(chǎn)期過渡時，菌體形態(tài)學上會發(fā)生一些變（8）

微生物的次級代謝產(chǎn)物的合成過程是一類由多基因控制的代謝過程

這些基因不僅在微生物染色體上，而且也位于質(zhì)粒上。2022/12/1394（8）微生物的次級代謝產(chǎn)物的合成過程是一類由多基因控制的代二、初級代謝與次級代謝的關(guān)系初級代謝為次級代謝提供前體化合物初級代謝中間體修飾為次級代謝終產(chǎn)物的方式

生物氧化與還原（醇與羰基的氧化、雙鍵的引入或還原）

生物甲基化（甲硫氨酸為供體，常出現(xiàn)在合成最后一步）

生物鹵化（對于分子上含有鹵素的次級代謝物很重要）2022/12/1395二、初級代謝與次級代謝的關(guān)系初級代謝為次級代謝提供前體化合物代謝調(diào)控學者認為抗生素的生源學是：次級代謝物的作用不在于產(chǎn)物而在于產(chǎn)物生產(chǎn)的過程。2022/12/1396代謝調(diào)控學者認為抗生素的生源學是：次級代謝物的作用不在于產(chǎn)物次級代謝在微生物中的作用富集營養(yǎng)物質(zhì)

清除不平衡生長時積累的有害的低分子量中間代謝產(chǎn)物不利的條件下儲存物質(zhì)生物調(diào)節(jié)劑的作用2022/12/1397次級代謝在微生物中的作用富集營養(yǎng)物質(zhì)清除不平衡次級代謝與生長、分化的關(guān)系細菌分化與次級代謝放線菌分化與次級代謝真菌分化與次級代謝肽類抗生素可能具有調(diào)節(jié)孢子形成或萌芽孢子生長的形成過程抗生素合成與孢子形成是受到共同的控制機制調(diào)節(jié)的兩種過程次級代謝是在生長受到限制的分化期產(chǎn)生的2022/12/1398次級代謝與生長、分化的關(guān)系細菌分化與次級代謝放線菌分化與次級三、初級代謝與次級代謝的區(qū)別1、存在范圍及產(chǎn)物類型不同初級代謝系統(tǒng)、代謝途徑和初級代謝產(chǎn)物在各類生物中基本相同。它是一類普遍存在于各類生物中的一種基本代謝類型。象病毒這類非細胞生物雖然不具備完整的初級代謝系統(tǒng)，但它們?nèi)跃哂胁糠值某跫壌x系統(tǒng)和具有利用宿主代謝系統(tǒng)完成本身的初級代謝過程的能力。次級代謝只存在于某些生物（如植物和某些微生物）中，并且代謝途徑和代謝產(chǎn)物因生物不同而不同，就是同種生物也會由于培養(yǎng)條件不同而產(chǎn)生不同的次級代謝產(chǎn)物。2022/12/1399三、初級代謝與次級代謝的區(qū)別1、存在范圍及產(chǎn)物類型不同2022、對產(chǎn)生者自身的重要性不同初級代謝產(chǎn)物，如單糖或單糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等單體以及由它們組成的各種大分子聚合物，蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類等通常都是機體生存必不可少的物質(zhì)，只要在這些物質(zhì)的合成過程的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，輕則引起生長停止、重則導致機體發(fā)生突變或死亡。次級代謝產(chǎn)物對于產(chǎn)生者本身來說，不是機體生存所必需的物質(zhì)，即使在次級代謝的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙。不會導致機體生長的停止或死亡，至多只是影響機體合成某種次級代謝產(chǎn)物的能力。2022/12/131002、對產(chǎn)生者自身的重要性不同初級代謝產(chǎn)物，如單糖或單糖衍生物3、同微生物生長過程的關(guān)系明顯不同初級代謝自始至終存在于一切生活的機體中，同機體的生長過程呈平行關(guān)系；次級代謝則是在機體生長的一定時期內(nèi)（通常是微生物的對數(shù)生長期末期或穩(wěn)定期）產(chǎn)生的，它與機體的生長不呈平行關(guān)系，一般可明顯地表現(xiàn)為機體的生長期和次級代謝產(chǎn)物形成期二個不同的時期。2022/12/131013、同微生物生長過程的關(guān)系明顯不同初級代謝自始至終存在于一切4、對環(huán)境條件變化的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同初級代謝產(chǎn)物對環(huán)境條件的變化敏感性?。催z傳穩(wěn)定性大），而次級代謝產(chǎn)物對環(huán)境條件變化很敏感，其產(chǎn)物的合成往往因環(huán)境條件變化而停止。2022/12/131024、對環(huán)境條件變化的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同初級代謝產(chǎn)物5、某些機體內(nèi)存在的兩種既有關(guān)系又有區(qū)別的代謝類型初級代謝是次級代謝的基礎(chǔ)，它可以為次級代謝產(chǎn)物合成提供前體物和所需要的能量；初級代謝產(chǎn)物合成中的關(guān)鍵性中間體也是次級代謝產(chǎn)物合成中的重要中間體物質(zhì)。而次級代謝則是初級代謝在特定條件下的繼續(xù)與發(fā)展，避免初級代謝過程中某種（或某些）中間體或產(chǎn)物過量積累對機體產(chǎn)生的毒害作用。2022/12/131035、某些機體內(nèi)存在的兩種既有關(guān)系又有區(qū)別的代謝類型初級代謝是

四、研究微生物次級代謝的意義：獲得與次級代謝有關(guān)的基礎(chǔ)理論知識，并用于設(shè)計更為有效的途徑來合成這類復雜的化合物或改造它們，以獲得所需的生物性質(zhì)；有助于優(yōu)化次級代謝產(chǎn)物的工業(yè)生產(chǎn)。借助于生物合成途徑的知識，利用基因工程技術(shù)可以幫助構(gòu)建在遺傳學上能產(chǎn)生新化合物的突變株。

2022/12/13104四、研究微生物次級代謝的意義：獲得與次級代謝有關(guān)的基礎(chǔ)理論五、次級代謝物的類型根據(jù)次級代謝產(chǎn)物合成途徑（1）與糖代謝有關(guān)的類型（A）直接由葡萄糖合成次級代謝產(chǎn)物。（B）由預苯酸合成芳香族次級代謝產(chǎn)物。（C）由磷酸戊糖合成的次級代謝物質(zhì)較多。2022/12/13105五、次級代謝物的類型根據(jù)次級代謝產(chǎn)物合成途徑（1）與糖代謝有（2）與脂肪酸代謝有關(guān)的類型（A）以脂肪酸為前體，經(jīng)過幾次脫氫、β-氧化之后，生成比原來脂肪酸碳數(shù)少的聚乙炔(polyacetylene)脂肪酸。（B）次級代謝產(chǎn)物不經(jīng)過脂肪酸，而是從丙酮酸開始生成乙酰CoA，再在羧化酶催化下生成丙二酰CoA。在初級代謝中由此進一步合成脂肪酸，而在次級代謝中所生成的丙二酰CoA等鏈中的羰基不被還原，而生成聚酮(po1yketide)或β-多酮次甲基鏈(β-polyketomethylene)。2022/12/13106（2）與脂肪酸代謝有關(guān)的類型（A）以脂肪酸為前體，經(jīng)過幾次脫2022/12/131072022/12/1225（3）與萜烯和甾體化合物有關(guān)的類型β-胡蘿卜素煙曲霉素與萜烯和甾體化合物有關(guān)的次級代謝產(chǎn)物，主要是由霉菌產(chǎn)生。2022/12/13108（3）與萜烯和甾體化合物有關(guān)的類型β-胡蘿卜素煙曲霉素與另一類是由乙酸得到的有機酸與TCA環(huán)上的中間產(chǎn)物縮合生成次級產(chǎn)物。（4）與TCA環(huán)有關(guān)的類型

一類是從TCA環(huán)得到的中間產(chǎn)物進一步合成次級產(chǎn)物。2022/12/13109另一類是由乙酸得到的有機酸與TCA環(huán)上的中間產(chǎn)物縮合生成次級（5）與氨基酸代謝有關(guān)的類型（A）由一個氨基酸形成的次級代謝產(chǎn)物（B）由二個氨基酸形成的曲霉酸、支霉粘毒(gliotoxin)。（C）由三個以上氨基酸縮合而成的次級產(chǎn)物，氨基酸之間多以肽鍵結(jié)合成直鏈狀或者環(huán)裝。2022/12/13110（5）與氨基酸代謝有關(guān)的類型（A）由一個氨基酸形成的次級代謝2022/12/131112022/12/1229根據(jù)產(chǎn)物的作用區(qū)分類型抗生素：這是微生物所產(chǎn)生的，具有特異抗菌作用的一類次級產(chǎn)物。激素：微生物產(chǎn)生的一些可以刺激動、植物生長或性器官發(fā)育的一類次級物質(zhì)。生物堿：大部分生物堿是由植物產(chǎn)生的。麥角菌(Clavicepspurpurea)可以產(chǎn)生麥角生物堿。毒素：大部分細菌產(chǎn)生的毒素是蛋白質(zhì)類的物質(zhì)。色素：不少微生物在代謝過程中產(chǎn)生各種有色的產(chǎn)物。維生素；作為次生物質(zhì)，是指在特定條件下，微生物產(chǎn)生的遠遠超過自身需要量的那些維生素。2022/12/13112根據(jù)產(chǎn)物的作用區(qū)分類型抗生素：這是微生物所產(chǎn)生的，具有特異第二節(jié)次級代謝產(chǎn)物的構(gòu)建單位一、氨基酸及其衍生物多肽非蛋白質(zhì)氨基酸（D-氨基酸，N-甲基氨基酸，β-氨基酸等）2022/12/13113第二節(jié)次級代謝產(chǎn)物的構(gòu)建單位一、氨基酸及其衍生物2022/二、糖及氨基糖種類多，結(jié)構(gòu)特殊碳霉糖、竹桃糖、鏈霉糖、紅霉糖等。前體是葡萄糖和戊糖。異構(gòu)化、脫氧、碳原子重排、氧化還原或脫羧反應等。2022/12/13114二、糖及氨基糖2022/12/12322022/12/131152022/12/1233三、聚酮體及其衍生物乙酸、丙酸、丁酸或某些短鏈脂肪酸為基本單位，酶催化縮合，羧基轉(zhuǎn)為酮基。2022/12/13116三、聚酮體及其衍生物2022/12/12342022/12/131172022/12/1235四、甲羥戊酸及其衍生物甲羥戊酸由乙酸縮合而成形成甾醇、胡蘿卜素異戊二烯或萜類2022/12/13118四、甲羥戊酸及其衍生物2022/12/1236五、環(huán)多醇和氨基環(huán)多醇環(huán)多醇帶有羥基的環(huán)碳化合物，氨基環(huán)多醇是環(huán)多醇分子中的一個活多個羥基被氨基取代的衍生物。環(huán)多醇有葡萄糖衍生而來。2022/12/13119五、環(huán)多醇和氨基環(huán)多醇2022/12/1237六、堿基及其衍生物由合成核酸的嘌呤和嘧啶經(jīng)化學修飾形成。嘌呤霉素2022/12/13120六、堿基及其衍生物嘌呤霉素2022/12/1238第三節(jié)次級代謝物的合成微生物次級代謝產(chǎn)物的合成過程可以概括為如下模式：2022/12/13121第三節(jié)次級代謝物的合成微生物次級代謝產(chǎn)物的合成過程可以概括次級代謝產(chǎn)物合成步驟①養(yǎng)分攝入；②通過中樞代謝途徑養(yǎng)分轉(zhuǎn)化為中間體；③次級代謝物前體的生物合成；④如有必要，改變其中的一些中間體；⑤前體進入次級代謝物生物合成專有途徑；⑥次級代謝的主要骨架形成后作最后的修飾,成為產(chǎn)物。2022/12/13122次級代謝產(chǎn)物合成步驟①養(yǎng)分攝入；2022/12/124微生物的初級代謝對次級代謝具有調(diào)節(jié)作用。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α—氨基己二酸，當培養(yǎng)液中賴氨酸過量時，則抑制α—氨基己二酸的合成，進而影響到青霉素的合成。2022/12/13123微生物的初級代謝對次級代謝具有調(diào)節(jié)作用。當初級代謝和次級代謝前體前體(precursor)：是初級代謝的中間體或由培養(yǎng)基提供的，能被代謝形成某種終產(chǎn)物的物質(zhì)。自身的結(jié)構(gòu)無多大變化，有些還具有促進產(chǎn)物合成的作用。2022/12/13124前體前體(precursor)：是初級代謝的中間體或由培養(yǎng)基分叉中間體指養(yǎng)分或者基質(zhì)進入一途徑后，被轉(zhuǎn)化為一種或者多種不同的物質(zhì)，既可以被微生物用來合成初級代謝產(chǎn)物，也可以被用來合成次級代謝產(chǎn)物。如何區(qū)分基質(zhì)、分叉中間體、前體

？2022/12/13125分叉中間體指養(yǎng)分或者基質(zhì)進入一途徑后，被轉(zhuǎn)化為一種或者多種不前體與中間體的區(qū)別：

前體的結(jié)構(gòu)往往略需改變后才進入到代謝途徑中去；有時指同一物質(zhì)。

2022/12/13126前體與中間體的區(qū)別：2022/12/1244可作為次級代謝物前體的物質(zhì)Betina認為，次級代謝物的前體大多數(shù)源自初級代謝的中間體：糖類莽草酸/或芳香氨基酸非芳香氨基酸C1化合物脂肪酸檸檬酸循環(huán)中間體嘌呤和嘧啶

Martin等將可作為次級代謝物前體的初級代謝的中間體分為：短鏈脂肪酸異戊二烯單位氨基酸糖與氨基糖環(huán)乙醇與氨基環(huán)己醇脒基嘌呤與嘧啶堿芳香中間體與芳香氨基酸甲基2022/12/13127可作為次級代謝物前體的物質(zhì)Bet2022/12/131282022/12/1246內(nèi)源前體的來源(1)短鏈脂肪酸----大環(huán)內(nèi)酯類抗生素乙酸CoA丙酸CoA丁酸CoA

目前，沿用的大環(huán)內(nèi)酯類有紅霉素、麥迪霉素、螺旋霉素、乙酰螺旋霉素、交沙霉素、柱晶白霉素。

2022/12/13129內(nèi)源前體的來源(1)短鏈脂肪酸----大環(huán)內(nèi)酯類抗生素乙（2）異戊二烯單位異戊二烯單位可參與萜和一些抗生素的合成，如真菌代謝物、動植物和真菌的甾類化合物和萜的形成。木霉素、羧鏈孢酸、新生霉素2022/12/13130（2）異戊二烯單位異戊二烯單位可參與萜和一些抗生素的合成，如（3）經(jīng)修飾的氨基酸－－構(gòu)筑同型肽類抗生素正常氨基酸和經(jīng)過修飾的非蛋白氨基酸可用于合成同型肽類抗生素。有些次級代謝物含有不尋常的氨基酸。2022/12/13131（3）經(jīng)修飾的氨基酸－－構(gòu)筑同型肽類抗生素正常氨基酸和經(jīng)過修（4）芳香中間體－－－抗生素的芳香部分2022/12/13132（4）芳香中間體－－－抗生素的芳香部分2022/12/125A莽草酸途徑的中間體或終產(chǎn)物：形成許多次級代謝物的芳香部分。B芳香氨基酸生物合成途徑：負責大多數(shù)放線菌和許多植物次生代謝物的生物合成。C聚多酮途徑：大多數(shù)真菌產(chǎn)生的芳香代謝物是由乙酸通過聚多酮途徑合成的。

2022/12/13133A莽草酸途徑的中間體或終產(chǎn)物：形成許多次級代謝物的芳香部分（5）經(jīng)修飾的糖與氨基酸糖的碳架以整體的方式結(jié)合到抗生素，但是在結(jié)合前需要經(jīng)過差向異構(gòu)化、異構(gòu)化、氧化、去羥基、重排等環(huán)節(jié)。2022/12/13134（5）經(jīng)修飾的糖與氨基酸糖的碳架以整體的方式結(jié)合到抗生素，但（6）環(huán)己醇與氨基環(huán)己醇鏈霉素、慶大霉素、新霉素和卡那霉素2022/12/13135（6）環(huán)己醇與氨基環(huán)己醇鏈霉素、慶大霉素、新霉素和卡那霉素2（7）脒基和甲基2022/12/13136（7）脒基和甲基2022/12/1254

抗生素生物合成中的所有甲基化作用均以Met作為甲基供體，通過甲基轉(zhuǎn)移酶進行。而Met的甲基源自N5-四氫葉酸。

轉(zhuǎn)甲基時Met先活化，即在Mg2+和ATP存在下生成高能甲基供體：S-腺苷酰甲硫氨酸(SAM)。以SAM進行甲基化后自己變成S-腺苷酰高半胱氨酸(SAH)，后者可被水解為腺苷和高半胱氨酸。甲基的來源2022/12/13137抗生素生物合成中的所有甲基化作用均以Met作為甲（8）經(jīng)修飾的嘌呤和嘧啶堿

核糖部分或嘌呤或嘧啶部分被修飾。

含有正常的核苷的抗生素，例如（狹霉素C以及蛹蟲草菌素）,或者核糖部分或嘌呤或嘧啶部分被修飾。2022/12/13138（8）經(jīng)修飾的嘌呤和嘧啶堿核糖部分或嘌外源前體的來源青霉素G前體－－－苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺、苯乙酰苷氨酸頭孢菌素前體－－－與青霉素基本相似紅霉素簇前體－－－丙酸螺旋霉素前體－－－乙酸、丙酸、丁酸麥迪霉素前體－－－丙酰CoA環(huán)孢菌素前體－－－氨基酸氨基糖苷類抗生素前體－－－N－乙酰葡糖胺、N－乙酰胞壁酸2022/12/13139外源前體的來源青霉素G前體－－－苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺、苯前體的作用（1）抗生素建筑材料例如：丙酮酸可用于Ala、Val、Leu等的合成，是幾種肽類抗生素（頭孢菌素簇或青霉素簇）合成的重要中間體。

次級代謝物通常由初級中間體產(chǎn)生，將初級中間體轉(zhuǎn)化為次級終產(chǎn)物有三個生化過程：①生物氧化和還原；②生物甲基化；③生物鹵化。

許多次級代謝物是用不同的中間體作為建筑單位合成的。2022/12/13140前體的作用（1）抗生素建筑材料許多次級代謝物是用不同的2022/12/131412022/12/1259（2）誘導抗生素生物合成

在細胞中的特殊合成酶的活性已被激活的情況下，細胞可利用的前體濃度具有調(diào)節(jié)抗生素生產(chǎn)的作用。例如：纈氨酸是頭孢菌素A的前體物質(zhì)和誘導物質(zhì)。2022/12/13142（2）誘導抗生素生物合成2022/12/1260

誘導作用在次級代謝物的合成控制上起重要作用。有時難于區(qū)分這種促進作用是真的誘導物的作用還是前體的作用。①誘導物與前體的作用時期不同。②誘導物應能被非前體的結(jié)構(gòu)類似物取代。③誘導物的另一個特征是其誘導系數(shù)特別高。前體與誘導物的區(qū)別

2022/12/13143誘導作用在次級代謝物的合成控制上起重要作用。有前體物質(zhì)不能被吸收或者不能到達合成次級代謝的部位。添加的物質(zhì)可能對細胞本身的合成產(chǎn)生反饋抑制作用，或者不是所需要的前體物質(zhì)。添加的前體物質(zhì)不是起限制作用的物質(zhì)。其他的反饋抑制。思考：

當添加前體物質(zhì)卻不一定能促進次級代謝產(chǎn)物的合成。2022/12/13144前體物質(zhì)不能被吸收或者不能到達合成次級代謝的部位。思考：當前體的限制性前體常常是次級代謝物生物合成的限制因素。例1：在發(fā)酵過程中加適量苯乙酸可強烈促進芐青霉素的生產(chǎn)。例2：丙酸或丙醇促進大環(huán)內(nèi)酯抗生素的生物合成。例3：肽類抗生素的形成中非蛋白的AA成分通常是限制因素。例4：缺少Ac-CoA會限制四環(huán)素的生產(chǎn)。例5：金色鏈霉菌低產(chǎn)菌株的特征是Ac-CoA傾向于走TCA循環(huán)而被氧化，高產(chǎn)菌株沒有這一傾向。例6：諾爾斯鏈霉菌合成制霉菌素的能力的提高與其前體，丙二酸和甲基丙二酸合成的增加有關(guān)。2022/12/13145前體的限制性前體常常是次級代謝物生物合成的限制因素。2022（1）前體合成的分子調(diào)節(jié)機制如初級代謝和次級代謝均需要同一種必需的前體，則低濃度的前體需先滿足生長的需要。高濃度的前體是抗生素合成所必需的，除去前體生物合成的反饋調(diào)節(jié)機制有可能使抗生素增產(chǎn)。2022/12/13146（1）前體合成的分子調(diào)節(jié)機制如初級代謝和次級代謝均需要同一種（2）前體導向抗生素的合成

次級代謝物的前體源自初級代謝，前體叉向次級代謝物合成途徑的第一個酶往往是關(guān)鍵。

因為：它決定前體流向抗生素合成的數(shù)量、代謝流的分布和抗生素的產(chǎn)量。途徑中可能存在其他限制性酶。

這些酶往往受到反饋、碳、氮或磷的調(diào)節(jié)。另一些酶可能受到高濃度前體的誘導。

引向初級和次級代謝物的支路途徑的生理調(diào)節(jié)隨不同的基質(zhì)及其代謝途徑而有所不同。

2022/12/13147（2）前體導向抗生素的合成次級代謝物的2022/12/131482022/12/1266（3）添加前體的策略

研究前體添加策略對有些抗生素高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有重要意義。高產(chǎn)菌株對前體的利用率(可>90％)比低產(chǎn)菌株高許多。

添加前體時宜少量多次或流加，控制發(fā)酵液中前體的殘留濃度在適當范圍。例如：苯乙胺濃度在0.05％～0.08％。

2022/12/13149（3）添加前體的策略研究前體添加策略對有些抗生素高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)有三．次級代謝物生物合成原理1.合成原理前體存在，在適當條件下它們便流向次級代謝物生物合成的專用途徑。在某些情況下單體結(jié)構(gòu)單位被聚合，形成聚合物，如聚酮化物、寡肽和聚醚類抗生素等。這些特有的生物合成中間產(chǎn)物需作后幾步的結(jié)構(gòu)修飾，修飾的深度取決于產(chǎn)生菌的生理條件。最后，有些復雜抗生素是由幾個來自不同生物合成途徑組成的。2022/12/13150三．次級代謝物生物合成原理1.合成原理前體存在，在適當條件次級代謝專用的關(guān)鍵酶通常受次級代謝物的控制：例1：麥角生物堿生物合成的第一個酶受Trp或其類似物的誘導作用。從生長期到生產(chǎn)期的過渡期間較高的