微生物次级代谢与调节二.ppt

第四章 微生物的次级代谢及调节 第二节 微生物次级代谢作用的调控 本节内容： 微生物次级代谢与其生命活动的关系 细胞生长期和抗生素生产期的相互关系 次级代谢的调节 人工克服微生物次级代谢调控作用的限制 一 微生物次级代谢与其生命活动的关系 1 次级代谢在微生物中所起的作用： 富集营养物质：大肠杆菌在缺铁环境中产生肠道杆菌素，与铁形成络合物，富集铁，供菌体利用。 清除不平衡生长时积累的中间物。 生物竞争。 储存营养、生长调节剂。 2 次级代谢与生长，分化的关系。 细菌次级代谢与分化的关系：芽孢杆菌在生长后期开始形成芽孢和次级代谢物，这些次级代谢物可抑制生长，促进孢子生成。 放线菌次级代谢与分化的关系：抗生素的合成与孢子的形成是受共同控制机制调节的两种过程。灰色链霉菌产孢子能力丧失则链霉素生产能力丧失。 真菌次级代谢与分化的关系：次级代谢物对自然生态的作用、对代谢的调节、对分化的调节。次级代谢是在生长受限的分化期产生。如：顶头孢霉菌节孢子所占百分比与头孢菌素有线性关系。 二 细胞生长期和抗生素生产期的相互关系 微生物的生长曲线可分为4个期：延滞期、对数期、稳定期和衰老期。 抗生素发酵可分为2个代谢期：生长期（营养期）和生产期（抗生素分泌期）。 不少抗菌素只能在生产期产生：链霉素、青霉素、金霉素、红霉素等。也有的生产期和生长期平行：氯霉素 在生长期，微生物按一定比例吸收和利用主要营养物质而快速生长。 生长期结束时，一种主要营养物质（如P，N或S）可能消耗殆尽或降低到一定程度，成为限制因素，使菌体的生长速度减慢或保持平衡状态，转入生产期。 生长期中负责抗生素合成的酶处于被阻遏的状态，如链霉素生物合成中的转脒基酶，青霉素生物合成中的酰基转移酶和苯乙酸活化酶。 一旦菌体生长接近生长末期，解除对相关酶的阻遏。 为什么抗生素发酵明显分为两个阶段？ 为什么生长期负责抗生素合成的酶受到阻遏？ 由生长期过渡到生产期的因素是什么？ 从微生物的遗传控制来看，可根据操纵子学说和代谢调节机制来探讨。 抗生素合成酶在生长期中被阻遏的可能机制： （1）阻遏蛋白有两个位点，分别与操纵基因和诱导物结合。诱导物结合后，阻遏蛋白就发生变构，不能与操纵基因结合，结构酶解除阻遏，能够合成。 生长期中诱导物尚未积累，抗生素合成酶处于被阻遏状态。 生长末期，菌体代谢的变化使诱导物积累或外源加入诱导物，解除阻遏，从而合成抗生素。 （2）在生长期中，产生了易利用碳源的分解物，这些产物对生产期的基因产生分解代谢产物阻遏。 例如：葡萄糖的分解代谢产物能阻遏合成放线菌素D的关键酶-吩噁嗪酮合成酶。当葡萄糖耗尽时，该酶才合成。 （3）初级代谢终产物对次级代谢产生反馈阻遏作用，当这种终产物耗尽时，生产期的结构基因的受阻遏状态才被解除。 （4）抗生素合成途径受高能化合物的阻遏作用。当ATP量减少后，阻遏作用被解除 （5）生长期RNA聚合酶只能启动生长期基因的转录作用，不能附着在操纵生产期的启动基因上，结果次级代谢 产物的合成酶基因受阻遏。 菌体停止生长后，酶的结构发生改变，允许RNA聚合酶启动生产期基因的转录作用。 从抗生素工业生产的角度看，为了搞清楚抗生素生物合成的控制机制，需要回答以下几个基本问题： 参与抗生素生物合成的酶什么时候出现？其合成如何控制？ 供给抗生素生物合成的前体物质是从哪些初级代谢活动中得到？ 上述两种系统如何协调以保证抗生素合成高效进行？ 酶的诱导及解除阻遏； 抗生素生物合成启动的控制； 碳源分解代谢产物调节； 氮源分解代谢产物调节； 磷酸盐的调节； 反馈调节； 细胞膜透性的调节； 抗生素生物合成的终止。 1 参与抗生素合成的酶的诱导及解除阻遏： 很多参与抗生素合成的酶由诱导作用产生： 诱导酶需要诱导物存在才能形成，如：甘露糖链霉素酶的形成需要α-甲基甘露糖苷、甘露聚糖等诱导；6-氨基-葡萄糖-2-去氧链酶胺是卡那霉素生物合成中卡那霉素乙酰转移酶的诱导物。 具有诱导作用的物质只有在菌体生长末期加入才有诱导作用，在菌的旺盛生长期加入不起作用，说明酶的诱导与生长速率有关。 为什么酶的诱导与生长速率有关？ 微生物生长速率的降低证明微生物的生长受到了外界环境条件（多为营养条件）限制，初级代谢活动不能平衡进行，造成中间产物的积累，诱导了次级代谢合成酶的合成。 生长速率降低，可能使已合成的生物大分子转化作用加强，造成具有诱导作用的低分子物质的浓度升高而产生作用。 2 抗生素生物合成启动的控制 （1） 抗生素生物合成酶的阻遏： 研究表明，抗生素合成酶出现较晚，这种基因表达的控制可通过干扰DNA转录和RNA翻译的方式进行，但不清楚阻遏控制是在