次级代谢的调节控制.ppt

一 初级代谢对次级代谢的调节 微生物的初级代谢对次级代谢具有调节作用。当初级代谢和次级代谢具有共同的合成途径时，初级代谢的终产物过量，往往会抑制次级代谢的合成，这是因为这些终产物抑制了在次级代谢产物合成中重要的分叉中间体的合成。 二 碳代谢物的调节 20世纪40年代初期人们发现，在青霉素发酵过程中，虽然葡萄糖被菌体利用最快，但对青霉素合成并不适宜。而乳糖利用虽然较为缓慢，却能提高青霉素产量。 如果细菌在葡萄糖和乳糖混合培养基中生长，那么在抗生素合成前，菌体一般首先利用葡糖糖，在葡糖糖耗尽后，抗生素合成开始，此时菌体才利用第二种碳源。 三 氮代谢的调节 氮代谢调节是类似于碳代谢物调节一类的分解阻遏方式。它主要是指含氮底物的酶（如蛋白酶、硝酸还原酶、酰胺酶、组氨酸酶和脲酶）的合成受快速利用的氮源，尤其是氮的阻遏。 表8-4是部分抗生素合成中氮源分解调节情况 四 磷酸盐调节 磷酸盐调节：过量的磷酸盐抑制次级代谢产物的合成，这种抑制作用被称为磷酸盐调节。 当磷酸盐浓度为0.3-300mmol/L时，可促进菌体生长；浓度大于或等于10mmol/L时，对许多抗生素的合成就产生阻遏，如10mmol/L的磷酸盐就能完全抑制杀假丝菌素的合成。 五 ATP调节 ATP直接影响次级代谢产物合成和糖代谢中某些酶的活性。 四环素的生物合成 六 酶的诱导调节 诱导酶需要有诱导物存在才能形成。 诱导机制分以下两种方式： 诱导物→刺激影响初级代谢造成代谢流的改变→大量生成次级代谢物； 诱导物→次级代谢物合成酶的合成→大量生产次级代谢物。 七 反馈调节 反馈调节分两个方面 八 细胞膜通透性调节 次级代谢中也存在着膜通透性调节。细胞膜通透性与分泌合成过剩产物能力有关，也与细胞对所产生的有毒产物的忍受程度以至维持细胞的存活有关。 九 金属离子和溶解氧的调节 在多数情况下，微量的金属离子是参与次级代谢产物合成酶的活化因子，甚至有时在转录和转译水平上起作用。 例如，Mg2+可以增加卡那霉素合成中的卡那霉素乙酰化酶、乙酰卡那霉素胺基化酶和弗氏链霉菌的碱性磷酸酶的活力，促进这些酶的合成。 十 微生物生长速率的调节 微生物的生长速率是控制次级代谢的重要因素，且对于那些营养限制是次级代谢产物质必要条件的情况，生长速率的调控起着尤为重要的作用。 又如，产生新生霉素的弗氏链霉菌和不产生新生霉素的变株相比，两者细胞膜上的脂肪酸组成不同。 当在培养基中加入油酸钠和氯化钠后，经培养后不产新生霉素的变株的细胞膜又恢复成与亲株相同的脂肪酸组成，并开始合成新生霉素。进一步分析发现，变异株细胞膜摄取合成新生霉素所需氨基酸的能力大大降低。 因此，细胞膜通透性是代谢调节的一个重要方面，可以通过改变某些次级代谢产物产生菌的膜通透性来提高其产量。 另外有些金属离子(如Mg2+和Ca2+等)可以解除产生菌(卡那霉素、新生霉素和链霉素等产生菌)对所产抗生素的特异性吸附作用，使抗生素从菌丝上游离下来，促进产物分泌。 还有一些金属离子(Mg2+)可增加产生菌对所产抗生素的抗性。 * * 次级代谢的调节控制 微生物体内的次级代谢和初级代谢一样，都受菌体代谢的调节. 由于它们的代谢途径是相互交错的，所以在调节控制上是相互影响的。 微生物的代谢调节主要依靠两个因素来实现，即调节参与生物合成的酶合成（诱导或阻遏）和控制酶活性（激活或抑制）。 一 初级代谢对次级代谢的调节 二 碳代谢物的调节 三 氮代谢的调节 四 磷酸盐调节 五 ATP调节 六 酶的诱导调节 七 反馈调节 八 细胞膜通透性调节 九 金属离子和溶解氧的调节 十 微生物生长速率的调节 如赖氨酸和青霉素的生物合成过程中有共同中间体a—氨基己二酸，当培养液中赖氨酸过量时，则抑制a—氨基己二酸的合成，进而影响到青霉素的合成。 这种情况说明，次级代谢的碳源分解调节比初级代谢更为复杂，后者并不涉及对终产物的阻遏。 碳源分解调节与磷、氮分解调节可能具有协同效应，见表8-3。 关于次级代谢产物受碳源分解产物调节的机制存在以下两种可能的情况 第一 可能与菌体生长速率控制次级代谢产物合成有关，菌体生长最好的碳源能抑制次级代谢产物的合成。 第二 可能与分解代谢产物的堆积浓度有关。 氮分解代谢产物对微生物发酵的影响的可能机制是： ＮＨ４＋影响ＰＨ值和化学的质子梯度，改变能量代谢，同时还影响细胞壁物质和膜结构功能； 影响谷氨酰胺合成酶和丙氨酸脱氢酶的合成； 高度磷酸化的核苷，如ppGpp和pppGpp可能通过级联机制调节次级代谢，而ppGpp等受氨基酸过量的负控制调节。 同一种菌株在不同的磷酸盐浓度下能合成不同的目的产物。 由于微生物次级代谢产物的生物合成途径不同，磷酸盐所表现的调节机制也不同。 磷酸盐对次级代谢产物生物合成的影响主要