微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
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第七章微生物的次级代谢及其调节授课内容:第一节次级代谢与次级代谢产物第二节次级代谢产物的生物合成第三节次级代谢的特点第四节次级代谢的生理功能第七章微生物的次级代谢第一节次级代谢与次级代谢产物一、次级代谢的概念微生物在一定的生长时期(一般是稳定生长期),以初级代谢产物为前体,合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质过程。
是某些微生物为了避免在代谢过程中某种代谢产物的积累造成的不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。
这一过程的产物称为次级代谢产物。
也有把初级代谢产物的非生理量的积累,看成是次级代谢产物,例如微生物发酵产生的维生素、柠檬酸、谷氨酸等。
二、次级代谢产物的类型(一)根据产物的作用分类根据次级代谢产物的作用可以分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。
1、抗生素:这是微生物、植物和动物所产生的,具有在低浓度下有选择地抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞的功能的一类次级产物。
目前从自然界发现和分离的抗生素已有5000种;通过化学结构的改造,共制备了约3万余种半合成抗生素。
青霉素、链霉素、四环素类、红霉素、新生霉素、多粘霉素、利福平、放线菌素(更生霉素)、博莱霉素(争光霉素)等达数百种抗生素已进行工业生产。
以青霉素类、头孢菌素类、四环素类、氨基糖苷类及大环内酯类最常用。
2、激素:微生物产生的一些可以刺激动、植物生长或性器官发育的一类次级物质。
例如赤霉菌产生的赤霉素。
3、维生素:作为次生物质,是指在特定条件下,微生物产生的远远超过自身需要量的那些维生素,例如丙酸细菌产生维生素B;分枝杆菌产生吡哆素和烟酰胺;假单胞菌产生生物素;12以及霉菌产生的核黄素和β-胡萝卜素等。
4、生物碱:大部分生物碱是由植物产生的碱性含氮有机物。
麦角菌可以产生麦角菌生物碱。
5、色素:是一类本身具有颜色并能使其他物质着色的高分子有机物质。
不少微生物在代谢过程中产生各种有色的产物。
例如由黏质赛氏杆菌产生灵菌红素,在细胞内积累,使菌落呈红色。
微生物代谢合成与调控复习题(考试题从复习题里出)第二章(出基本原理、名词解释)1,微生物细胞代谢调节的部位有哪些?1)细胞膜以及细胞器膜2)控制通量,调节酶量和改变酶分子活性;(酶本身)3)酶与底物的相对位置及间隔状况(代谢通道)2.举实例说明下面酶活性调节的方式。
1)前馈激活:糖酵解中,1,6一二磷酸果糖对丙酮酸激酶的激活作用,利于糖酵解顺利进行。
糖原合成中, 6一磷酸葡萄糖对糖原合成酶的激活作用,促进糖原合成。
前馈激活在降解代谢中起调节作用。
2)前馈抑制:乙酰 CoA 竣化酶:CoA + CO2 +H2O + ATP -f --------------- ►丙二酸单酰CoA + ADP+Pi3)终产物抑制(endproduct inhibition):分很多种举其中1例:大肠杆菌从天冬氨酸和氨甲酰磷酸经过序列反应,最终生成CTP。
CTP反馈抑制催化第一步反应的酶:天冬氨酸氨甲酰基转移酶(ATCase)4)反馈抑制(feedback inhibition):反馈抑制分很多种举其中1例为:汽战式代谢途彳鼻釉瓜酸生物合成:二脸一工瓜氨酸—精氨酸琥果酸1L精氨酸疑甲毗磷酸t[)筑甲酰基转移的tn)精氨酰琥珀酸合成蜂(jin精氨酰琥珀酸裂解酶前体物的大量存在可能激活受终产物抑制的酶的活性。
例如:5)补偿性激活(compensatory activation):某一终产物的合成需要两种前体时,另一[PEPCJPEP A*pR 5 P 口。
0 ATP补偿激活[向UMM'WHh UDR/擅尿th UTP- 璘流尿讣文档大全6)协同(多价)反馈抑制(concerted or multivalent feedback inhibition): 例:荚膜红假单胞菌中的苏氨酸和赖氨酸对天冬氨酸激酶的抑制。
7)累积反馈抑制(cumulative feedback inhibition): 例如:大肠杆菌谷氨酰胺合成酶的反馈抑制8)增效(合作)反馈抑制(synergistic or cooperative feedback inhibition)指两种终产物同时存在时的反馈抑制效果远大于一种终产物过量时的反馈抑制作用。
微生物次级代谢产物生物合成基因簇技术分析作者:宫克飞来源:《中国科技博览》2013年第28期[摘要]微生物产生众多结构和生物活性多样的次级代谢产物,其生物合成基因簇的克隆是药物创新和产量提高的必要前提。
[关键词]生物合成技术中图分类号:[Q528+.2] 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2013)28-0296-01微生物产生的次级代谢产物在化学结构和生物活性方面多种多样,主要的产生菌类群包括放线菌、芽孢杆菌、粘细菌、假单胞菌、蓝细菌、真菌等,其中已知抗生素的三分之二以上是以链霉菌为代表的放线菌产生的。
根据结构特点可以基本上将抗生素分为β内酰胺、氨基糖苷、核苷、四环素、多肽、糖肽、大环内酯、安莎、聚醚和类萜等种类。
以上多种多样抗生素的结构特点也决定了它们生物活性的多样性,除了可以抑菌杀菌外,还可以作为抗癌药、抗寄生虫药、除草剂、酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂、低血胆固醇治疗剂等等,在医疗、工业、农牧渔业和环境保护等领域均发挥着重要作用。
随着大量微生物次级代谢产物的分离,从自然界直接分离具有新结构、新活性化合物变得越来越困难,已知结构化合物分离的重复性很高。
另一方面,临床上病原微生物的耐药性日益严重,伴随着多耐药性、高耐药性病原菌以及艾滋病、SARS、禽流感等新型疾病不断出现,如何利用已有资源,定向创造新结构、新活性化合物以及提高微生物次级代谢产物的产量,成为当务之急。
分子生物学基础上的组合生物合成(combinatorial biosynthesis)和代谢工程(metabolic engineering)成为解决上述问题的重要手段,但是次级代谢产物生物合成基因(簇)的克隆与功能鉴定是这两项技术实施的必要前提。
一、微生物次级代谢产物生物合成基因簇的组成特点自从Malpartida等1984年克隆了放线紫红素的全部生物合成基因,以及随后克隆的榴菌素、红霉素、泰乐星等生物合成基因,揭示了微生物次级代谢产物生物合成基因成簇排列的特征,即与特定产物合成相关的结构基因、调节基因、耐药性基因和转运蛋白等集中位于染色体的一段连续区域。
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微生物的代谢及其调控微生物的代谢,指微生物在存活期间的代谢活动。
微生物在代谢过程中,会产生多种多样的代谢产物。
根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系,可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质,次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能,或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。
微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质,如氨基酸、核苷酸、多糖。
脂类、维生素等。
在不同种类的微生物细胞中,初级代谢产物的种类基本相同。
此外,初级代谢产物的合成在不停地进行着,任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动,甚至导致死亡。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能,或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质,如抗生素。
毒素、激素、色素等。
不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同,它们可能积累在细胞内,也可能排到外环境中。
其中,抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物,种类很多,常用的有链霉素、青霉素、红霉素和四环素等。
总之,这些代谢产物都是在微生物细胞的调节下,有步骤地产生的。
从物质代谢过程中可知,酶在细胞内是分隔着分布的。
代谢上有关的酶,常常组成一个酶体系,分布在细胞的某一组分中,例如,糖酵解酶系和糖元合成、分解酶系存在于胞液中;三羧酸循环酶系和脂肪酸β-氧化酶系定位于线粒体;核酸合成的酶系则绝大部分集中在细胞核内。
这样的酶的隔离分布为代谢调节创造了有利条件,使某些调节因素可以较为专一地影响某一细胞组分中的酶的活性,而不致影响其他组分中的酶的活性,从而保证了整体反应的有序性。
一些代谢物或离子在各细胞组分间的穿梭移动也可以改变细胞中某些组分的代谢速度。
微生物的分解代谢微生物在生命活动中,能将复杂的大分子物质分解为小分子的可溶性物质,并有能量转变过程,这种物质转变称为分解代谢。