微生物次级代谢与次级代谢产物
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微生物初级代谢与次级代谢的关系简述
浅议微生物初级代谢与次级代谢的关系微生物在生长发育和繁殖过程中，需要不断地从外界环境中摄取营养物质，在体内经过一系列的生化反应，转变成能量和构成细胞的物质，并排出不需要的产物。
这一系列的生化过程称为新陈代谢。
根据微生物在新陈代谢过程中产生的代谢产物,对微生物所产生的作用不同，可将代谢分成初级代谢和次级代谢两种代谢类型。
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。
该过程是一类普遍存在于各类微生物中的一种基本代谢类型。
因此,初级代谢的代谢系统、代谢途径和代谢产物在各类生物中都基本相同。
并且自始至终存在于生活的菌体中,同菌体的生长过程呈平行关系,促使营养物质转化为结构物质、具生理活性的物质或为生长提供能量。
同时还会产生一些代谢产物，称为初级代谢产物，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、脂类和核酸等）。
只要在这些物质的合成过程的某个环节上发生障碍,轻则引起生长停止,重则导致机体发生突变或死亡。
因为这些物质都是微生物生命活动必不可少的物质。
糖类一方面被微生物分解提供能量，同时微生物会不断地将简单化合物合成糖类，以构成细胞生长所需要的单糖、多糖等。
单糖在微生物中很少以游离形式存在，一般多以多糖或多聚体的形式存在（如肽聚糖，脂多糖，透明脂酸），或是以少量的糖磷酸酯或糖核苷酸的形式存在，是微生物相关结构的重要组成物质，因此单糖和多糖对微生物的生命活动十分重要。
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，而蛋白质是微生物各种生命活动必不可少的生物大分子。
脂肪酸是中性脂肪、磷脂和糖脂的主要成分，而脂类是细胞膜的主要构成物质。
核苷酸是核糖核酸及脱氧核糖核酸的基本组成单位，是体内合成核酸的前体。
核苷酸随着核酸分布于生物体内各器官、组织、细胞的核及胞质中，并作为核酸的组成成分参与生物的遗传、发育、生长等基本生命活动。
微生物在生命活动过程中，为了避免某种代谢产物的积累造成的不利作用或者为了占据竞争优势，便产生了一些有利于生存发展的代谢活动。
微生物的基本代谢及产物
（一）微生物的代谢产物
本章讨论：
1.我们一般把怎样的一些物质称为微生物的初级 代谢产物呢？ 2.这些物质对微生物的生长、繁殖有何意义呢？ 3.不同的微生物的初级代谢产物是否相同？
4.微生物的次级代谢产物呢？
二、次级代谢及产物
1、次级代谢是与生物的生长繁殖无直接关系的代谢活动，是 某些生物为了避免初级代谢中间产物的过量积累或由于外 界环境的胁迫而产生的一类有利于其生存的代谢活动。 2、次级代谢产物是次级代谢合成的产物，往往是特定物种在 特定生长阶段产生的，如抗生素、生物碱、色素、毒素等 都属于次级代谢产物。 3 次级代谢的特征特征： （1）不同的微生物次级代谢产物不同 （2）次级代谢产物虽然对微生物无明显的生理功能，但 能提高微生物在 环境中的竞争能力。 （3）抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化 合物。
② 初级代谢的一些关键中间产物也是次级代谢合成中重要 的中间体产物，如乙酰CoA、莽草酸和丙二酸等是许多 次级代谢的中间体物质。 ③ 初级代谢的调控影响到次级代谢产物的生物合成，初级 代谢往往受到严格的代谢调控，当一些初级代谢产物和 次级代谢相关时，初级代谢途径的调控必然影响到相关 的次级代谢。如在青霉素发酵中，产黄青霉菌株包内的 α-氨基乙二酸浓度与青霉素的产另有着直接的关系，想 生长菌体或静息细胞培养液中加入外源的α-氨基乙二酸， 可有效提高青霉素的产量。 ④ 初级代谢也是次级代谢的主要能量和还原力来源，如糖 类、脂类、氨基酸的分解代谢产生的能量和还原力也可 以用于次级代谢。
抗生素
抗生素是生物在其生命活动过 程中产生的在低微浓度下能选择性 的抑制或影响其他种生物机能的化 学物质。由某些微生物合成或半合 成的一类次级代谢产物或衍生物， 是能抑制其他微生物生长或杀死它 们的化合物。抗生素主要是通过抑 制细菌细胞壁合成、破坏细胞质膜、 作用于呼吸链以干扰氧化磷酸化、 抑制蛋பைடு நூலகம்质和核酸合成等方式来抑 制微生物的生长或杀死它们。因此， 抗生素是临床上广泛使用的化学治 疗剂。
第七章微生物的次级代谢及其调节
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。
次级代谢01
• 微生物的次级代谢产物的合成过程是一类由多 基因控制的代谢过程。这些基因不仅位于微生 物的染色体中，且位于质粒中，并且染色体外 的基因在次级代谢产物的合成中往往起主导作 用。
Life cycle of a Streptomyces sp. An idealised diagram summarising the life cycle of S. coelicolor adapted from Chater and Merrick (1979).
扫描电镜下链霉菌形态
Streptomyces coelicolor colony
Steptomyces mycelium
链霉菌的一般形态与结构
Images of Streptomyces coelicolor
The life cycle of Streptomyces coelicolor. From a single spore a vegetative mycelium germinates, this is followed by aerial growth with the production of aerial hyphae. These hyphae in turn will undergo synchronous seperattion to produce unigenomic spore compartments, which will disperse and thus commence a new cycle
次级代谢方面的差错对细胞的生长无关紧要， 改变后的代谢产物有些还保留生物活性。
微生物次级代谢
有人认为，次级代谢产物之所以种类 繁多，就是因为酶的底物特异性不 高所致。
他们把次级代谢过程又称为多向代谢 作用(pleometabolism)。
Life cycle of a Streptomyces sp. An idealised diagram summarising the life cycle of S. coelicolor adapted from Chater and Merrick (1979).
扫描电镜下链霉菌形态
Streptomyces coelicolor colony
Steptomyces mycelium
链霉菌的一般形态与结构
Images of Streptomyces coelicolor
The life cycle of Streptomyces coelicolor. From a single spore a vegetative mycelium germinates, this is followed by aerial growth with the production of aerial hyphae. These hyphae in turn will undergo synchronous seperattion to produce unigenomic spore compartments, which will disperse and thus commence a new cycle
次级代谢方面的差错对细胞的生长无关紧要， 改变后的代谢产物有些还保留生物活性。
微生物次级代谢
有人认为，次级代谢产物之所以种类 繁多，就是因为酶的底物特异性不 高所致。
他们把次级代谢过程又称为多向代谢 作用(pleometabolism)。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第16页
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第17页
4 磷酸盐调整
过量磷酸盐对四环类、氨基糖苷类和多 烯类、大环内酯类等32种抗生素生物合 成产生阻抑作用。这些次级代谢产物生 物合Hale Waihona Puke 只有在适当磷酸盐浓度下才能进 行。
磷酸盐浓度高低还能调整次级代谢产物 合成期出现早晚，当磷酸盐靠近耗尽时， 才开始进入次级代谢产物合成期。磷酸 盐起始浓度高，耗尽时间长，合成期就 向后拖延。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第30页
比如，在合成杀假丝菌素灰色链霉菌培养 液中添加5 mmol/L磷酸盐，产生菌对氧需 要量显著增加，细胞内ATP浓度增大，抗 生素合成马上停顿，同时还伴有RNA、 DNA和蛋白质合成速率恢复到菌体生长久 速率水平，促进了初级代谢；当磷酸盐被 耗尽时，菌体生长速率开始下降，抗生素 合成又重新开始。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第38页
诱导酶合成诱导剂有些需外源加入，称 外源诱导剂，
有些是菌体代谢过程中本身产生，则称 内源诱导剂。
在抗生素发酵过程中，有初级代谢产物 似乎对次级代谢产物合成酶也起诱导作 用。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
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4．7 反馈调整
在次级代谢产物合成中，反馈调整起着主要作
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
第2页
1 初级代谢对次级代谢调整
微生物初级代谢对次级代谢含有调整作 用。当初级代谢和次级代谢含有共同合 成路径时，初级代谢终产物过量，往往 会抑制次级代谢合成，这是因为这些终 产物抑制了在次级代谢产物合成中主要 分叉中间体合成。
微生物次级代谢产物生物合成的调节机制
微生物名词解释
名词解释发酵工程:是利用微生物的生长代谢活动来生产各种有用生物化学产品的技术过程。
代谢调节：是指在代谢途径水平上酶活性和酶合成（酶量）的调节。
组成酶：细胞内总是适量存在的，不依赖于酶底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。
诱导酶：依赖于酶底物或底物结构类似物的存在而合成的酶。
其基因以隐性状态存在于染色体中。
分解代谢物阻遏：微生物与容易同化的碳源或氮源相接触，使有些酶的合成速率相对降低的作用。
反馈阻遏：生物合成途径的终点代谢产物极其衍生物在转录的水平上抑制该途径的所有酶的生物合成。
反馈抑制：是微生物细胞中变构调节的典型方式，因此非常重要，应用广泛。
概念：生物合成途径的最终代谢产物抑制该途径的前面第一或第二个酶的催化活性。
通过变构调节进行抑制初级代谢产物：是微生物在生长过程中产生的、为菌体生长所必须的小分子化合物，包括单糖、氨基酸、核苷酸维生素以及用来合成这些物质的小分子物质。
次级代谢产物：又称次生代谢产物或分化代谢物，是由微生物在生长后期产生的，为菌体生长非必须但对产生菌的生存具有一定价值的，分子结构相对复杂的小分子化合物。
操纵子：指启动基因、操纵基因和一系列紧密连锁的结构基因的总称。
转录的功能单位。
很多功能上相关的基因前后相连成串，由一个共同的控制区进行转录的控制，包括结构基因以及调节基因的整个DNA序列。
操纵基因：操纵子中与阻遏物结合的一段特定核苷酸序列。
对相邻的结构基因的转录活动有控制作用。
代谢控制发酵：用人工诱变的方法，有意识地改变微生物的代谢途径，最大限度地积累产物，这种发酵形象地称为代谢控制发酵，最早在氨基酸发酵中得到成功应用。
原生质体：在高渗溶液中出去细胞壁的细胞。
培养基：选用各种营养物质，经配制成适合不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。
糖化：在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程，得到的水解糖液叫淀粉糖。
前体物质：最终所需的代谢产物的前身或其结构中的一部分。
在生物合成中直接结合到产物分子中，自身结构变化不大，能显著提高产量的小分子物质。
微生物课件--发酵代谢机制课程设计---初级代谢次级代谢及产物--发酵机制
生长刺激素
生长刺激素主要是由某些植物和某些细菌以及放线 菌、真菌等微生物合成，并能刺激植物生长的一类活性 物质。 如赤霉素，其在农业上得到广泛应用，是一种植物 生长刺激素，它是某些植物、真菌和细菌分泌的特殊物 质，可取代光照和温度，打破植物休眠，促进植物迅速 生长以致提早收获，从而增加产量。为农业服务。
联系
主要表现为：
1.初级代谢是次级代谢的基 础，初级代谢为次级代谢提 供前体或起始物。 2.初级代谢的调控影响到次 级代谢产物的生物合成。
代谢偶联发生才能满足其正常代谢。
初级代谢产物
初级代谢产物是初级代谢生成的产物。
特点： 1.由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； 2.其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，且受生长环境影响不大； 3.初级代谢产物的合成在不停的进行着，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。 主要产物有： 氨基酸、蛋白质、核苷酸、核酸、多糖、脂肪酸、 维生素等。 应用：具有广泛应用前景，比如由氨基酸、维生素、酶类、有机酸 等制成的各类医药产品，生物制剂等。
发酵代谢机制发酵工程次级代谢初级代谢与次级代谢微生物初级代谢及产物次级代谢剂产物初级代谢与次级代谢的联系初级代谢与次级代谢的区别微生物的基本代谢及产物初级代谢产物是初级代谢生成的产物
首先预祝尊敬的各位 老师，亲爱的各位同学：
L/O/G/O
发酵代谢机制
微生物的基本代谢及产物
发酵工程
微生物的基本代谢及产物 初 级 代 谢
次级代谢
次级代谢是与生物生长繁殖无直接关系的代谢 活动，是某些生物为了避免初级代谢中间产物的过 量积累或由于外界环境的胁迫而产生的一类有利于 其生存的代谢活动。
微生物次级代谢
④一种微生物的不同菌株可以产生分子结构迥异的次级 代谢物。
例如：灰色链霉菌可生产链霉素、白霉素、吲哚霉素、 灰霉素、灰绿霉素和灰争霉素等；
不同种类的微生物亦能产生同一种次级代谢物。 例如：如产黄青霉、点青霉、土曲霉、构巢曲霉、
发癣霉属的一些真菌都能产生青霉素；
⑤微生物由生长期向生产期过渡时，菌体在形态学上 会发生一些变化。
③卤化作用对分子中含卤元素(大多数是氯)的次级代 谢物是很重要的。
抗生素的生源学
抗生素生源学研究一些微生物会产生这类 对其它微生物、甚至对其自身有害物质的原 因及这类物质的功能。 在这方面的了解将有助于解释抗生素的形 成机制和控制其生产。
抗生素的生源学(Biogenesis)
1)合成次级代谢物是作为储藏物。 2)作为正常代谢的无用的副产物。 3)大分子消化后残留的碎片。 4)解除体内有害代谢物的毒性。 5)支路代谢物。 6)竞争需要，用于抑制其它微生物，争夺
次级代谢物通常由初级代谢中间体产生
将初级代谢中间体转化为次级代谢终产物有三个生化过程：
①氧化还原反应：一般涉及醇的氧化或羰基的还原， 双键的引入或还原，氧原子的引入和芳香环的氧化裂解， 这些反应是由脱氢酶或加氧酶催化的。
②生物甲基化是各种代谢物，特别是聚酮化物的生 物合成中的重要反应。甲基的主要来源为甲硫氨酸、高 半胱氨酸、甘氨酸和丝氨酸。
例如，一些产芽胞的细菌在此时会形成芽胞，真菌和 放线菌会形成孢子。因此，有人把次级代谢产物的合 成作用看作是细胞分化的伴随现象。
⑥次级代谢产物的合成比生长对环境因素更敏感。其合 成信息的表达受环境因素调节。
例如：菌体生长可在0.3～300 mmol/L磷酸 盐浓度下进行，而次级代谢物合成的最适浓度 为0.1～10mmol/L。
微生物次级代谢与次级代谢物
某些生物为了避免在初级代谢过程某种中间产物积累所造成的不 利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。可以认为是某些生物在 一定条件下通过突变获得的一种适应生存的方式。通过复杂的次级代 谢合成的产物通常称为次级代谢产物。
次生代谢物往往具有分子结构复杂、代谢途径独特、在生长后期 合成、产量较低、生理功能不很明确（尤其是抗生素）以及其合成一 般受质粒控制等特点。
5.二者既有联系又有区别 初级代谢是次级代谢的基础，它可以为次级代谢产物合成提供前 体物和所需要的能量； 初级代谢产物合成中的关键性中间体也是次级代谢产物合成中的 重要中间体物质。 而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续与发展，避免初级 代谢过程中某种（或某些）中间体或产物过量积累对机体产生的毒害 作用。
3.同微生物生长过程的关系明显不同
初级代谢自始至终存在于一切生活的机体中， 同机体的生长过程呈平行关系； 次级代谢则是在机体生长的一定时期内（通常 是微生物的对数生长期末期或稳定期）产生的，它 与机体的生长不呈平行关系，一般可明显地表现为 机体的生长期和次级代谢产物形成期二个不同的时 期。
4.对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同
2.对产生者自身的重要性不同
初级代谢产物，如单糖或单糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等 单体以及由它们组成的各种大分子聚合物，蛋白质、核酸、 多糖、脂类等通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这 些物质的合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停 止、重则导致机体发生突变或死亡。 次级代谢产物对于产生者本身来说，不是机体生存所必 需的物质，即使在次级代谢的某个环节上发生障碍。不会导 致机体生长的停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级 代谢产物的能力。
根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素 等类型。
微生物次级代谢与次级代谢产物
5、相关酶的专一性不同
相对来说催化初级代谢产物合成的酶专一性强，催化次级代谢 产物合成的某些酶专一性不强，因此在某种次级代谢产物合成 的培养基中加入不同的前体物时，往往可以导致机体合成不同 类型的次级代谢产物，
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1初、级存代在谢范是围次级及代产谢物的类基型础不，它同可以为次级代谢产物合成提供 2前、体对物产和生所者需要自的身能的量重；要性不同
合代成谢过产程物的也某看个作环是节次上级发代生谢障产碍物，。轻则引起生长停止、重则导 致机体发生突变或死亡。 次级次代级谢代产谢物产对物于通产常生都者分本泌身来到说胞，外不，是有机些体与生机存体所的必分需化的有物一质定的
，关即系使，在并次在级同代其谢它的生某物个的环生节存上竞发争生中障起碍着。重不要会 的导作致用机。体生长的 停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。
基镁水0杨.05酸%，、但硫可酸以亚合铁成0.0大01量%的龙胆醇、甲基醌醇和棒曲霉素。
一、次级代谢与次级代谢产物
次级代谢产物的骨架碳原子的数量和排列上的微 每种类型的次级代谢产物往往是一群化学结构非 小常变相化似，的氧不、同氮成、分氯的、混硫合等物元。素的加入，或在产物氧化
水平上的微小新变霉化素都有可4以种导致产生各种各样的次级代谢
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系：
1、存在范围及产物类型不同 初级代谢系统、代谢途径和初级代谢产物在各
类生物中基本相同。它是一类普遍存在于各类生物 中的一种基本代谢类型。
次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些 微生物）中，并且代谢途径和代谢产物因生物不 同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同 而产生不同的次级代谢产物。
相对来说催化初级代谢产物合成的酶专一性强，催化次级代谢 产物合成的某些酶专一性不强，因此在某种次级代谢产物合成 的培养基中加入不同的前体物时，往往可以导致机体合成不同 类型的次级代谢产物，
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1初、级存代在谢范是围次级及代产谢物的类基型础不，它同可以为次级代谢产物合成提供 2前、体对物产和生所者需要自的身能的量重；要性不同
合代成谢过产程物的也某看个作环是节次上级发代生谢障产碍物，。轻则引起生长停止、重则导 致机体发生突变或死亡。 次级次代级谢代产谢物产对物于通产常生都者分本泌身来到说胞，外不，是有机些体与生机存体所的必分需化的有物一质定的
，关即系使，在并次在级同代其谢它的生某物个的环生节存上竞发争生中障起碍着。重不要会 的导作致用机。体生长的 停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。
基镁水0杨.05酸%，、但硫可酸以亚合铁成0.0大01量%的龙胆醇、甲基醌醇和棒曲霉素。
一、次级代谢与次级代谢产物
次级代谢产物的骨架碳原子的数量和排列上的微 每种类型的次级代谢产物往往是一群化学结构非 小常变相化似，的氧不、同氮成、分氯的、混硫合等物元。素的加入，或在产物氧化
水平上的微小新变霉化素都有可4以种导致产生各种各样的次级代谢
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系：
1、存在范围及产物类型不同 初级代谢系统、代谢途径和初级代谢产物在各
类生物中基本相同。它是一类普遍存在于各类生物 中的一种基本代谢类型。
次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些 微生物）中，并且代谢途径和代谢产物因生物不 同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同 而产生不同的次级代谢产物。
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第五节
微生物次级代谢与次级代谢产物
初级代谢： 初级代谢
微生物从外界吸收各种营养物质， 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 分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所 必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。 必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。 的物质和能量的过程
次级代谢只存在于某些生物（ 次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些 微生物） 微生物）中，并且代谢途径和代谢产物因生物不 同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同 同而不同， 而产生不同的次级代谢产物。 而产生不同的次级代谢产物。
一、次级代谢与次级代谢产物
2.不同的微生物可产生不同的次级代谢产物 不同的微生物可产生不同的次级代谢产物
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同
另外，催化次级代谢产物合成的酶往往是一些诱导酶，它们是 2、对产生者自身的重要性不同 在产生菌对数生长末期或稳定生长期里，由于某种中间代谢产 3、同微生物生长过程的关系明显不同 物积累而诱导机体合成的一种能催化次级代谢产物合成的酶， 这些酶通常因环境条件变化而不能合成。 4、对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同
一类与生物生存有关的、 一类与生物生存有关的、涉及到产能代谢和耗 能代谢的代谢类型，普遍存在于一切生物中。 能代谢的代谢类型，普遍存在于一切生物中。
第五节
微生物次级代谢与次级代谢产物
一、次级代谢与次级代谢产物
某些生物为了避免在初级代谢过程某种中 间产物积累所造成的不利作用而产生的一类有 利于生存的代谢类型。 利于生存的代谢类型。 通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物， 通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物，大 可以认为是某些生物在一定条件下通过突变 多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用， 多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分 获得的一种适应生存的方式。 获得的一种适应生存的方式。
前体物和所需要的能量； 2、对产生者自身的重要性不同 初级代谢产物合成中的关键性中间体也是次级代谢产物合成中 3、同微生物生长过程的关系明显不同 的重要中间体物质。 而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续与发展，避免初 4、对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同 级代谢过程中某种（或某些）中间体或产物过量积累对机体产 生的毒害作用。 5、相关酶的专一性不同
青霉合成青霉素 青霉合成青霉素 芽孢杆菌合成杆菌肽 芽孢杆菌合成杆菌肽 黑曲霉合成柠檬酸 黑曲霉合成柠檬酸
一、次级代谢与次级代谢产物
3. 相同的微生物在不同条件下产生不同的初级代谢产物 产黄青霉在在 在在Raulin中培养时可以合成青霉酸。但在 中培养时可以合成青霉酸。 产黄青霉在在 中培养时可以合成青霉酸 用于青霉菌的二种培养基： Czapek——Dox中培养则不产青霉酸。 中培养则不产青霉酸。 中培养则不产青霉酸 Raulin培养基： Penicillium urticae在含有 ×10-8M的锌离子的 在含有0.5× 的锌离子的Czapek——Dox培 在含有 的锌离子的 培 葡萄糖5%、酒石酸0.27%、酒石酸铵0.27%、磷酸氢二铵0.04% 、硫酸镁0.027%硫酸铵0.017%、硫酸锌0.005%、硫酸亚铁0.005% 养基里培养时合成的主要次级代谢产物是6-氨基水杨酸 氨基水杨酸， 养基里培养时合成的主要次级代谢产物是 氨基水杨酸，但在含 灰黄青霉在 灰黄青霉在Czapek——Dox培养基上培养时可以 培养基上培养时可以 Czapek——Dox培养基： 合成灰黄霉素， 合成灰黄霉素，在Raulin培养基上培养时则合成褐菌 培养基上培养时则合成褐菌 -6M的锌离子的 0.5×10 的锌离子的Czapek——Dox培养基里培养时不合成 氨 培养基里培养时不合成6-氨 × 的锌离子的 培养基里培养时不合成 葡萄糖5%.05%、硫酸 素（fulvic acid）。 ）。 镁0.05%、硫酸亚铁0.001% 基水杨酸，但可以合成大量的龙胆醇、甲基醌醇和棒曲霉素。 基水杨酸，但可以合成大量的龙胆醇、甲基醌醇和棒曲霉素。
一、次级代谢与次级代谢产物
次级代谢产物的骨架碳原子的数量和排列上的微 每种类型的次级代谢产物往往是一群化学结构非 小变化， 硫等元素的加入， 小变化，氧、氮、氯、硫等元素的加入，或在产物氧化 常相似的不同成分的混合物。 常相似的不同成分的混合物。 水平上的微小变化都可以导致产生各种各样的次级代谢 新霉素有 种 新霉素有4种 产物。 产物。 杆菌肽有 多种 杆菌肽有10多种 多粘菌素有 多种 多粘菌素有10多种 放线菌素有 多种 放线菌素有20多种
为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。 为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同 初级代谢系统、 初级代谢系统、代谢途径和初级代谢产物在各 类生物中基本相同。 类生物中基本相同。它是一类普遍存在于各类生物 中的一种基本代谢类型。 中的一种基本代谢类型。
5、相关酶的专一性不同
相对来说催化初级代谢产物合成的酶专一性强，催化次级代谢 产物合成的某些酶专一性不强，因此在某种次级代谢产物合成 的培养基中加入不同的前体物时，往往可以导致机体合成不同 类型的次级代谢产物，
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同 初级代谢是次级代谢的基础，它可以为次级代谢产物合成提供
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的比较
初级代谢产物，如单糖或单糖衍生物、核苷酸、 初级代谢产物，如单糖或单糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等单体 次级代谢产物一般对产生者自身的生命活动无明确功能， 次级代谢产物一般对产生者自身的生命活动无明确功能， 1、存在范围及产物类型不同 ，蛋白质、核酸、多糖、 不是 以及由它们组成的各种大分子聚合物， 以及由它们组成的各种大分子聚合物 蛋白质、核酸、多糖、 脂类等通常都是机体生存必不可少的物质， 脂类等通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的 机体生长与繁殖所必需的物质， 机体生长与繁殖所必需的物质，也有人把超出生理需求的过量初级 2、对产生者自身的重要性不同 合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止、 合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止、重则导 代谢产物也看作是次级代谢产物。 代谢产物也看作是次级代谢产物。 致机体发生突变或死亡。 致机体发生突变或死亡。 次级代谢产物通常都分泌到胞外， 次级代谢产物通常都分泌到胞外 次级代谢产物对于产生者本身来说，，有些与机体的分化有一定的 次级代谢产物对于产生者本身来说，不是机体生存所必需的物质 对于产生者本身来说 即使在次级代谢的某个环节上发生障碍。 ，即使在次级代谢的某个环节上发生障碍。不会导致机体生长的 关系，并在同其它生物的生存竞争中起着重要的作用。 关系，并在同其它生物的生存竞争中起着重要的作用。 停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。 停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。 许多次级代谢产物通常对人类和国民经济的发展有重大影响。 许多次级代谢产物通常对人类和国民经济的发展有重大影响。
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同 2、对产生者自身的重要性不同 3、同微生物生长过程的关系明显不同 4、对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同
初级代谢产物对环境条件的变化敏感性小（即遗传稳定性大）， 而次级代谢产物对环境条件变化很敏感，其产物的合成往往因环 境条件变化而停止。
6、某些机体内存在的二种既有联系又有区别的代谢类型
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同 2、对产生者自身的重要性不同 3、同微生物生长过程的关系明显不同
初级代谢自始至终存在于一切生活的机体中，同机体的生长 过程呈平行关系； 次级代谢则是在机体生长的一定时期内（通常是微生物的对数生 长期末期或稳定期）产生的，它与机体的生长不呈平行关系，一 般可明显地表现为机体的生长期和次级代谢产物形成期二个不同 的时期。
微生物次级代谢与次级代谢产物
初级代谢： 初级代谢
微生物从外界吸收各种营养物质， 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 分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所 必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。 必需的物质和能量的过程，称为初级代谢。 的物质和能量的过程
次级代谢只存在于某些生物（ 次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些 微生物） 微生物）中，并且代谢途径和代谢产物因生物不 同而不同，就是同种生物也会由于培养条件不同 同而不同， 而产生不同的次级代谢产物。 而产生不同的次级代谢产物。
一、次级代谢与次级代谢产物
2.不同的微生物可产生不同的次级代谢产物 不同的微生物可产生不同的次级代谢产物
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同
另外，催化次级代谢产物合成的酶往往是一些诱导酶，它们是 2、对产生者自身的重要性不同 在产生菌对数生长末期或稳定生长期里，由于某种中间代谢产 3、同微生物生长过程的关系明显不同 物积累而诱导机体合成的一种能催化次级代谢产物合成的酶， 这些酶通常因环境条件变化而不能合成。 4、对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同
一类与生物生存有关的、 一类与生物生存有关的、涉及到产能代谢和耗 能代谢的代谢类型，普遍存在于一切生物中。 能代谢的代谢类型，普遍存在于一切生物中。
第五节
微生物次级代谢与次级代谢产物
一、次级代谢与次级代谢产物
某些生物为了避免在初级代谢过程某种中 间产物积累所造成的不利作用而产生的一类有 利于生存的代谢类型。 利于生存的代谢类型。 通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物， 通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物，大 可以认为是某些生物在一定条件下通过突变 多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用， 多是分子结构比较复杂的化合物。根据其作用，可将其分 获得的一种适应生存的方式。 获得的一种适应生存的方式。
前体物和所需要的能量； 2、对产生者自身的重要性不同 初级代谢产物合成中的关键性中间体也是次级代谢产物合成中 3、同微生物生长过程的关系明显不同 的重要中间体物质。 而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续与发展，避免初 4、对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同 级代谢过程中某种（或某些）中间体或产物过量积累对机体产 生的毒害作用。 5、相关酶的专一性不同
青霉合成青霉素 青霉合成青霉素 芽孢杆菌合成杆菌肽 芽孢杆菌合成杆菌肽 黑曲霉合成柠檬酸 黑曲霉合成柠檬酸
一、次级代谢与次级代谢产物
3. 相同的微生物在不同条件下产生不同的初级代谢产物 产黄青霉在在 在在Raulin中培养时可以合成青霉酸。但在 中培养时可以合成青霉酸。 产黄青霉在在 中培养时可以合成青霉酸 用于青霉菌的二种培养基： Czapek——Dox中培养则不产青霉酸。 中培养则不产青霉酸。 中培养则不产青霉酸 Raulin培养基： Penicillium urticae在含有 ×10-8M的锌离子的 在含有0.5× 的锌离子的Czapek——Dox培 在含有 的锌离子的 培 葡萄糖5%、酒石酸0.27%、酒石酸铵0.27%、磷酸氢二铵0.04% 、硫酸镁0.027%硫酸铵0.017%、硫酸锌0.005%、硫酸亚铁0.005% 养基里培养时合成的主要次级代谢产物是6-氨基水杨酸 氨基水杨酸， 养基里培养时合成的主要次级代谢产物是 氨基水杨酸，但在含 灰黄青霉在 灰黄青霉在Czapek——Dox培养基上培养时可以 培养基上培养时可以 Czapek——Dox培养基： 合成灰黄霉素， 合成灰黄霉素，在Raulin培养基上培养时则合成褐菌 培养基上培养时则合成褐菌 -6M的锌离子的 0.5×10 的锌离子的Czapek——Dox培养基里培养时不合成 氨 培养基里培养时不合成6-氨 × 的锌离子的 培养基里培养时不合成 葡萄糖5%.05%、硫酸 素（fulvic acid）。 ）。 镁0.05%、硫酸亚铁0.001% 基水杨酸，但可以合成大量的龙胆醇、甲基醌醇和棒曲霉素。 基水杨酸，但可以合成大量的龙胆醇、甲基醌醇和棒曲霉素。
一、次级代谢与次级代谢产物
次级代谢产物的骨架碳原子的数量和排列上的微 每种类型的次级代谢产物往往是一群化学结构非 小变化， 硫等元素的加入， 小变化，氧、氮、氯、硫等元素的加入，或在产物氧化 常相似的不同成分的混合物。 常相似的不同成分的混合物。 水平上的微小变化都可以导致产生各种各样的次级代谢 新霉素有 种 新霉素有4种 产物。 产物。 杆菌肽有 多种 杆菌肽有10多种 多粘菌素有 多种 多粘菌素有10多种 放线菌素有 多种 放线菌素有20多种
为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。 为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同 初级代谢系统、 初级代谢系统、代谢途径和初级代谢产物在各 类生物中基本相同。 类生物中基本相同。它是一类普遍存在于各类生物 中的一种基本代谢类型。 中的一种基本代谢类型。
5、相关酶的专一性不同
相对来说催化初级代谢产物合成的酶专一性强，催化次级代谢 产物合成的某些酶专一性不强，因此在某种次级代谢产物合成 的培养基中加入不同的前体物时，往往可以导致机体合成不同 类型的次级代谢产物，
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同 初级代谢是次级代谢的基础，它可以为次级代谢产物合成提供
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的比较
初级代谢产物，如单糖或单糖衍生物、核苷酸、 初级代谢产物，如单糖或单糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等单体 次级代谢产物一般对产生者自身的生命活动无明确功能， 次级代谢产物一般对产生者自身的生命活动无明确功能， 1、存在范围及产物类型不同 ，蛋白质、核酸、多糖、 不是 以及由它们组成的各种大分子聚合物， 以及由它们组成的各种大分子聚合物 蛋白质、核酸、多糖、 脂类等通常都是机体生存必不可少的物质， 脂类等通常都是机体生存必不可少的物质，只要在这些物质的 机体生长与繁殖所必需的物质， 机体生长与繁殖所必需的物质，也有人把超出生理需求的过量初级 2、对产生者自身的重要性不同 合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止、 合成过程的某个环节上发生障碍，轻则引起生长停止、重则导 代谢产物也看作是次级代谢产物。 代谢产物也看作是次级代谢产物。 致机体发生突变或死亡。 致机体发生突变或死亡。 次级代谢产物通常都分泌到胞外， 次级代谢产物通常都分泌到胞外 次级代谢产物对于产生者本身来说，，有些与机体的分化有一定的 次级代谢产物对于产生者本身来说，不是机体生存所必需的物质 对于产生者本身来说 即使在次级代谢的某个环节上发生障碍。 ，即使在次级代谢的某个环节上发生障碍。不会导致机体生长的 关系，并在同其它生物的生存竞争中起着重要的作用。 关系，并在同其它生物的生存竞争中起着重要的作用。 停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。 停止或死亡，至多只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。 许多次级代谢产物通常对人类和国民经济的发展有重大影响。 许多次级代谢产物通常对人类和国民经济的发展有重大影响。
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同 2、对产生者自身的重要性不同 3、同微生物生长过程的关系明显不同 4、对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同
初级代谢产物对环境条件的变化敏感性小（即遗传稳定性大）， 而次级代谢产物对环境条件变化很敏感，其产物的合成往往因环 境条件变化而停止。
6、某些机体内存在的二种既有联系又有区别的代谢类型
一、次级代谢与次级代谢产物
初级代谢与初级代谢的关系： 1、存在范围及产物类型不同 2、对产生者自身的重要性不同 3、同微生物生长过程的关系明显不同
初级代谢自始至终存在于一切生活的机体中，同机体的生长 过程呈平行关系； 次级代谢则是在机体生长的一定时期内（通常是微生物的对数生 长期末期或稳定期）产生的，它与机体的生长不呈平行关系，一 般可明显地表现为机体的生长期和次级代谢产物形成期二个不同 的时期。