现代工业发酵调控学课件-储炬次级代谢复习(2264KB).ppt

添加前体的策略 外源前体在发酵液中的残留浓度过高，会使生产菌中毒，不利于抗生素的合成。但前体不足也不行。 因此，研究适当的前体添加策略对有些抗生素的高产稳产有重要意义。 前体的限制性 前体常常是次级代谢物生物合成的限制因素。如在发酵过程中加入苯乙酸可强烈地促进苄青霉素的生产；丙酸或丙醇促进大环内酯抗生素的生物合成。肽类抗生素的形成中非蛋白的氨基酸成分通常是限制因素。如粘菌素的生物合成受?-氨基丁酸和?,?-二氨基丁酸的限制；杆菌肽的生产受鸟氨酸的限制。 前体与诱导物的区别 诱导作用在次级代谢物的合成控制上起重要作用。 有时难于区分这种促进作用是真的诱导作用还是起前体作用。 前体与诱导物的区别 一般，可把那些能在生长期内促进抗生素生物合成的化合物看作诱导物，而前体往往只在生产期内起作用，甚至蛋白质合成受阻的情况下也行。 诱导物应能被非前体的结构类似物取代。 前体与诱导物的区别 如甲硫氨酸除了可作为头孢菌素合成的前体，提供S的作用，更为重要的作用在于诱导节孢子的形成，而后者的多寡影响头孢菌素的合成。 甲硫氨酸可被亮氨酸取代。 前体与诱导物的区别 诱导物的另一个特征是其诱导系数特别高，如给链霉素生物合成受阻的突变株1?g 纯的A因子(在接种时)，可诱导1g链霉素的形成，其诱导系数为106 。 次级代谢物的生物合成 一旦前体被合成，它们便流向次级代谢物生物合成的专用途径。 在某些情况下单体结构单位被聚合，形成聚合物，如聚酮化物，寡肽和聚醚类抗生素等。 这些特有的生物合成中间产物需作后几步的结构修饰。 次级代谢物的生物合成 修饰的深度取决于产生菌的生理条件。最后，有些复杂抗生素是由几个来自不同生物合成途径组成的。 次级代谢物的生物合成 把前体引入次级代谢物生物合成的专用途径 。 了解这方面所涉及的生物合成酶的知识很重要。这种专用途径的第一个酶特别重要，因它决定了前体进入次级代谢物合成途径的通量，中间体的流向和途径的生产能力。 次级代谢物的生物合成 途径的其它的关键酶也可能是控制步骤，这类酶常受碳、氮分解代谢物的阻遏，以及磷和反馈调节。 其中有些酶可能受胞积累的高浓度前体的诱导。 前体聚合作用过程 次级代谢物结构的后几步修饰 复合抗生素中不同部分的装配 复合抗生素中不同部分的装配 次级代谢物合成酶的专一性 次级代谢物合成酶往往只具有簇的专一性，即对基质分子的某一部分有要求，对分子的其它部分无绝对要求。 乙酰CoA、丙二酰CoA和丙二酰胺CoA可在四环类抗生素形成中起引物的作用，这是由于缺少高度专一性所致。 抗生素生物合成的终止 抗生素生物合成的终止 抗生素合成的中止不是由于产生菌细胞失去活力，而是有三种可能的原因使抗生素生物合成终止： 1)抗生素生物合成途径的一个或更多的酶的不可逆的衰退； 2)积累的抗生素产生的反馈抑制作用； 3)抗生素前体的耗竭。实验证据支持前两种可能性。 定向抗生素生物合成 定向抗生素生物合成有多种可行的办法。用于制备新的和分子结构发生变化的抗生素的主要方法有： 1)抗生素产生菌的突变作用； 2)简单使用非天然前体； 3)在生物合成的各步骤中使用抑制剂或诱导物；4)用生物合成途径的某一或多步骤受阻的阻断型突变株，或加入非天然的前体进行诱变合成或突变生物合成； 定向抗生素生物合成 5)在生物合成中用独特的基质和培养基； 6)利用嗜高渗等嗜极端环境条件的微生物作为抗生素生产菌株，也可以考虑采用厌氧微生物或发酵周期很长的微生物进行生产； 定向抗生素生物合成 7)通过另一种微生物产生的酶或分离出的酶改造代谢产物； 8)混合培养发酵有时能提供结构更复杂的代谢产物； 9)基因操纵。 短链脂肪酸为前体的抗生素 红霉素的糖苷配基，红霉内酯，是由活化丙酸单位按与脂肪酸合成过程相似的机制形成的。由21个碳原子组成的14元环的红霉内酯是由7个丙酸单位结合而成。 红霉素分子中的氧或羟基是由聚酮化物衍生的。内酯的生物合成是由丙酰CoA开始的，依次接上6个2-甲基丙二酰CoA。 短链脂肪酸为前体的抗生素 引物：丙酰CoA（红霉素） 单体： 2-甲基丙二酰CoA 引物：丙二酰胺CoA（四环素） 单体：丙二酰CoA 单体的形成 甲基丙二酰-CoA可通过丙酰CoA羧化酶或甲基丙二酰-CoA羧基转移酶催化，由丙酰CoA形成。 单体的形成 丙酰CoA + ATP + CO2 + H2O 甲基丙二酰-CoA + ADP + Pi 丙酰CoA + 草酰乙酸 甲基丙二酰-CoA +丙酮酸 ?-聚酮链的形成 四环类抗生素 比较研究金色链霉