次级代谢产物合成调节资料.ppt

次级代谢产物合成调节 * 一、概论 （一）次级代谢特征 明显特征是：合成多发生在生长结束之后，其可分为营养生长期和次级产物形成期，次级产物合成过程一般是在培养液中缺乏某种营养物，生长受到限制时被启动。 由生长期向次级产物形成期转化时，菌体形态上会有一些变化。 * 一种微生物的次级产物多是一群具有相似结构的化合物。 参与次级代谢的酶对底物的特异性不强。 次级代谢又称为“多向代谢作用”。 可以利用诱变使某种酶失活，使之变成不能合成正常次级产物的“阻断型”突变株，添加所缺失中间产物的结构类似物时，就会合成具有特殊性质新型次级产物——这种作用称为“突变生物合成”。 * （二）次级代谢产物类型 1、糖类次级代谢产物 链霉素、卡那霉素 2、多肽类 ?-内酰胺类、青霉素、头孢菌素 3、聚酯酰类 一类聚乙酰：大环内酯类和多聚醚类 一类聚异戊二烯：萜类、甾类、类胡 萝卜素 4、核酸碱基类似物类 5、其它类型 * 二、次级代谢作用的调控 （一）次级代谢与生命活动关系 次级产物具有富集营养物功能； 次级代谢有助于清除不平衡生长时积累的有害的低分子量中间代谢产物。 一些次级产物对寄主有毒。 * （二）次级产物生物合成作用的调控机制 首先要清楚： ①参与合成的酶何时出现，如何控制 ②前体从哪些初级代谢中得到 ③上述两种系统如何协调以保证合成高效进行。 * 1、参与抗生素合成作用的酶的诱导与解阻遏 许多研究表明，参与抗生素合成的酶是通过诱导作用合成的，具有诱导作用的物质只有在生长末期加入，对次级产物形成才有刺激作用，在活跃生长期和产物合成期加入则不起作用。 次级产物合成与生长速率有关，生长速率降低也是一种诱导因素。 * 2、抗生素生物合成启动的控制 编码抗生素合成酶基因位于染色体和染色体外遗传物质上。 1）合成酶的阻遏 2）对已合成酶的抑制作用 3）初级代谢末端产物的反馈抑制作用 次级代谢进行将积累的初级产物转化为次级产物，可以消除反馈抑制作用。 向发酵液中添加次级产物前体，并不一定能促进次级产物合成。 * 4）细胞中效应物对次级代谢作用控制 细胞中一些小分子对次级代谢起辅阻遏物或抑制剂作用； 次级代谢启动之前，细胞必须合成一类起诱导和激活作用的物质。 * 3、碳源分解代谢物调节作用 cAMP是否参与抗生素合成的碳代谢调节作用还不清楚，但高浓度cAMP并不能逆转碳源分解代谢物对抗生素合成的阻遏作用。 许多抗生素合成受葡萄糖抑制。 高浓度碳源对抗生素合成也有不利影响。 * 4、氮源分解物对次级代谢影响 1）氮源与抗生素合成 某些抗生素合成受NH3和其它迅速利用的氮源的抑制。黄豆饼粉是首选氮源。 抗生素分子中氮有两种来源 2）初级氮代谢产物及铵盐调节作用 * 5、磷酸盐的调节作用 磷酸盐是很重要的菌丝体生长限制养分。 磷酸盐浓度在0.3~300mM范围不会妨碍细胞生长，无机磷浓度超过10mM时，许多次级产物合成受到抑制。 1）无机磷促进初级代谢、抑制次级代谢 磷是微生物进行平衡生长的限制因素之一。 2）无机磷能改变碳水化合物的分解途径 * 3）磷限制了次级产物合成的诱导物的合成 4）过量的磷抑制了次级产物前体的形成 乙酰CoA和丙二酰CoA缩合形成的抗生素对过量的磷极其敏感。 多肽类抗生素，参与的AA经过ATP活化，变成氨酰腺嘌呤核苷酸，放出PPi 。 5）磷抑制或阻遏次级产物合成所必需的磷酸酯酶。 * 6、分解代谢物对次级代谢实行调控的细胞内作用因子 G-6-P(Madry 等) ATP, 鸟嘌呤核苷四磷酸和五磷酸 控制NH3同化作用的酶（Gln合成酶、Glu脱氢酶、Ala脱氢酶） 生长速率 * 7、抗生素合成的终止 3种可能原因: 1）合成途径一个或多个酶不可逆的衰退； 2）积累的抗生素产生反馈抑制作用； 3）抗生素中间前体的耗竭。 * 8、人工克服次级代谢调控作用的限制 加入诱导物、限磷、流加糖等 诱变→零单位突变→回复突变 抗代谢物 * 9、定向抗生素生物合成 1）抗生素产生菌的突变作用 2）简单使用非天然前体 3）在合成各个步骤使用抑制剂或诱导物 4）利用阻断型突变株，或加入非天然前 体进行突变生物合成（诱变合成） 5）使用独特的基质和培养基 6）利用极端环境微生物作为生产菌株 * 7）通过另一微生物的酶改造产物 8）混合培养发酵 9）基因操纵 * 三、研究生物合成的方法 （一）生化突变株的应用 合成—系列酶—基因编码；诱变—突变株 分离突变株，鉴定产物，互养实验 次级产物合成可利用阻断型突变株之间的共合成作用进行研究。 琼脂条法 * （二）同位素示踪技术应用 加入标记的中间产物 同位素脉冲标记法（短时标记法） 同位素竞争实验法（单向途径） * （三）无细胞提取液系统应用（体外酶