《微生物次级代谢》课件

议微生物初级代谢与次级代谢的关系

摘要：

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。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

关键词：微生物 初次级代谢 初次级代谢产物

一、初级代谢与初级代谢产物

微生物的初级代谢：初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。这一过程的产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白质、酯类和核酸等），即为初级代谢产物。

由于初级代谢产物都是微生物营养性生长所必需，因此，除了遗传上有缺陷的菌株外，活细胞中初级代谢途径是普遍存在的，也就是说它们的合成代谢流普遍存在。在这途径上酶的特异性比次级代谢的酶要高。因为初级代谢产物合成的差错会导致细胞死亡。微生物细胞的代谢调节方式很多，例如通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等可调节营养物透过细胞膜而进入细胞的能力。其中调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面：一是调节酶的活性，调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学水平上发生的；二是调节酶的合成，调节的是酶分子的合成量，这是在遗传学水平上发生的。在细胞内这两者往往密切配合、协调进行，以达到最佳调节效果。

 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B12；分枝杆菌产生吡哆素和烟酰胺；假单胞菌产生生物素；

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

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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。除此之外，微生物次级代谢产物生物合成基因簇还具有以下几个特点：①生物合成基因一般形成几个不同的转录单位；②通常含有一个以上的耐药性基因，且耐药性基因和结构基因表达之间有一定的相互调节；③绝大多数基因表达的调控发生在转录水平，除了受特异的途径专一性调节因子调控外，还受到同时影响胞内其他产物合成甚至细胞分化的全局性调节因子的调控［7］。微生物次级代谢产物生物合成基因的成簇排列特征为相应生物合成基因的克隆提供了方便，也就是说，几龙源期刊网

海洋微生物次级代谢产物1403-B的抗胃癌活性

叶芳段君婷1程锐1廖峭张洋1杨霞1，2高国全1，2王继红

（重庆医科大学实验教学中心生物化学与分子生物学实验室，重庆400016）

〔摘要〕目的筛选能被海洋微生物次级代谢产物1403-B显著抑制的肿瘤细胞，初步探讨其机制，为临床抗肿瘤提供候选药物。方法用2.5、5.0、10、20、40μmol/L1403-B分别处理鼻咽癌细胞株（3种：HONE-1、CNE-2、5-8F），肝癌细胞株（2种：HepG2、Bel7402），胃癌细胞株（SGC7901）

48h后，MTT法检测细胞增殖的情况；荧光显微镜观察细胞形态学变化；用AnnexinV/PI双染法分析其凋亡情况，Western印迹法检测caspase-3的切

割。结果MTT实验显示，1403-B呈浓度依赖性抑制多种肿瘤细胞的增殖（P＜0.05），其中对胃癌细胞SGC7901的IC50最低，为（4.12±

0.57）μmol/L。1403-B作用SGC7901细胞24h后，出现细胞膜、细胞核皱缩，染色质浓集和形成包裹细胞核片段的凋亡小体等凋亡现象，且呈剂量依

赖性增加。AnnexinV/PI双染法显示，随着1403-B浓度增加，SGC7901凋亡率升高。1403-B促进SGC7901细胞caspase-3切割。结论海洋药物1403-B能够通过诱导SGC7901凋亡而显著抑制其增殖，有望成为一种抗胃癌的新药物。

〔关键词〕海洋微生物；1403-B；凋亡；SGC7901；Caspase-3

〔中图分类号〕R735.2〔文献标识码〕A〔文章编号〕1005-9202（2012）02-0297-04；doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2012.02.035

Anti-gastriccanceractivityofthemarinemicroorganismssecondarymetabolicproducts1403-BYEFang，DUANJun-Ting，CHENGRui，etal.DepartmentofBiochemistry＆MolecularBiology，ExperimentandTeachingcenter，ChongqingMedicalUniversity，Chongqing400016，China