次级代谢产物.ppt

两个概念 ：初级代谢产物，次级代谢产物 初级代谢产物：是指微生物产生的，生长和繁殖所必需的物质，如蛋白质、核酸等。 次级代谢产物：从初级代谢途径中形成分枝代谢途径，并用初级代谢产物生成与菌体生长繁殖无关的物质或功能还未明的化合物，这个过程称次级代谢，产物称次级代谢产物，如抗生素、毒素、色素。 防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生 青霉素发酵中限量流加葡萄糖(或糖蜜)以减少碳分解阻遏的发生，是一项很有效的提高产量的方法。 使用寡糖、多糖等缓慢利用的碳源，葡萄糖与麦芽糖、葡萄糖与蔗糖、葡萄糖与淀粉混合碳源的利用，也都能减少碳分解阻遏的发生。例如在次级代谢产物青霉素的生产中，葡萄糖虽能很好利用，但生产不适宜，而乳糖虽缓慢利用，却可多产青霉素。在含葡萄糖和乳糖混合培养基中，生长阶段迅速利用葡萄糖，葡萄糖用尽时，对乳糖利用解阻遏，不生长，但产青霉素。 炭疽 梭状芽孢杆菌感染 破伤风 梅毒 钩端螺旋体病 回归热螺旋体 白喉杆菌 草绿色链球菌 草绿色链球菌心内膜炎 专家估计，青霉素的国际市场年产值 足有440亿美元以上 提高次级代谢产物产量的方法 菌丝浓度? ?发酵过程中必须控制菌丝浓度不超过临界菌体浓度, 从而使氧传递速率与氧消耗速率在某一溶氧水平上达到平衡。青霉素发酵的临界菌体浓度随菌株的呼吸强度 (取决于维持因数的大小, 维持因数越大,呼吸强度越高) 、发酵通气与搅拌能力及发酵的流变学性质而异。呼吸强度低的菌株降低发酵中氧的消耗速率，而通气与搅拌能力强的发酵罐及黏低的发酵液使发酵中的传氧速率上升, 从而提高临界菌体浓度。 菌丝生长速度??用恒化器进行的发酵试验证明，在葡萄糖限制生长的条件下，青霉素比生产速率与产生菌菌丝的比生长速率之间呈一定关系。当比生长速率低于0.015h-1时，比生产速率与比生长速率成正比, 当比生长速率高于 O. 015h-1时, 比生产速率与比生长速率无关 D 因此, 要在发酵过程中达到并维持最大比生产速率, 必须使比生长速率不低0.015h-1 。这一比生长速率称为 临界比生长速率。对于分批补料发酵的生产阶段来说, 维持0.015h斗的临界比生长速率意味着每 46h 就要使菌丝浓度或发酵液体积加倍, 这在实际工业生产中是很难实现的。事实上 , 青霉素工业发酵生产阶段控制的比生长速率要比这一理论临界值低得多, 却仍然能达到很高的比生产速率。这是由于工业上采用的补料分批发酵过程不断有部分菌丝自溶, 抵消了一部分生长, 故虽然表观比生长速率低, 但真比生长速率却要高一些。 菌丝形态??在长期的菌株改良中 , 青霉素产生菌在沉没培养中分化为主要呈丝状生长和结球生长两种形态。前者由于所有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及氧接触, 故一般比生产速率较高； 后者则由于发酵液黏度显著降低, 使气-液两相间氧的传递速率大大提高, 从而允许更多的菌丝生长 (即临界菌体浓度较高), 发酵罐体积产率甚至高于前者。 在丝状菌发酵中, 控制菌丝形态使其保持适当的分支和长度, 并避免结球 , 是获得高产的关键要素之一。而在球状菌发酵中, 使菌丝球保持适当大小和松紧 , 并尽量减少游离菌丝的含量, 也是充分发挥其生产能力的关键素之一。这种形态的控制与糖和氮源的流加状况及速率、搅拌的剪切强度及比生长速率密切相关。 青霉素的生物合成的调控 生物合成的调控： 1、碳源调控 青霉素的生物合成在很大程度上受葡萄糖和蔗糖及在较小程度上受麦芽糖、果糖、甘露糖等其他糖的调控，而不受乳糖调控。研究表明，葡萄糖能被菌体迅速利用而有利于菌体生长，但抑制青霉素合成，而被缓慢利用的乳糖，却是产生青霉素的最好碳源。乳糖是有葡萄糖和半乳糖所组成的双糖，并不是合成青霉素的特殊前体，所以乳糖比葡萄糖优越的主要原因是乳糖被缓慢水解成单糖的速度正好符合产黄青霉生产期合成青霉素的需要，而不会产生很高浓度的分解产物来抑制青霉素的合成，因此，碳源的缓慢利用时大量合成青霉素的关键。 乳糖是早年青霉素生产中使用的碳源，在现代工业生产中则采用慢速流加葡萄糖的方法，这样既能促进发酵前期的产生菌生长，又可避免葡萄糖阻遏，从而达到较高的青霉素产量。高浓度的葡萄糖显著阻遏产黄青霉的ACVS和IPNS生成而不抑制它们的活性，而在较小程度上阻遏酰基辅酶A：异青霉素N-酰基转移酶的生成。葡萄糖还导致产黄青霉的乙酰辅酶A合成酶失活，使侧链前体的活化受阻。用葡萄糖培养的菌体的α-氨基己二酸库缩小，这显然是由于刺激了细胞生长和作为赖氨酸生物合成中间体的α-氨基己二酸向赖氨酸转化所造成的。由于葡萄糖比乳糖更有利于真菌的生长，由此可见，青霉素的生物合成阶段需要保持亚适生长条件。 葡萄糖降低青霉素生物合成的速率和得率，还由于葡萄糖与6-APA之间