微生物次级代谢与次级代谢产物

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。

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。

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。

菌种退化：菌种的发酵能力降低、繁殖能力降低、发酵产品的得率降低。

种子扩大培养：是指将保存在沙土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种经转接到试管斜面活化后，再经扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种的过程。

这些纯培养物则称为种子。

前体：指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构没有多大的变化，但产物的产量却因加入前体而有较大的提高。

促进剂：指那些既不是营养物又不是前体，但却能提高产量的添加剂。

抑制剂：在发酵过程中加入某种试剂会抑制某些代谢途径的进行，同时会使另外一些代谢途径活跃，从而获得人们所需要的某种产物或使正常代谢的某一代谢中间物积累起来的物质。

发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质（底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律初级代谢产物：微生物因生长和繁殖需要而合成的必须的物质，包括糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸、以及由这些物质聚合而成的高分子化合物，如多糖、蛋白质等。

次级代谢产物：指微生物由初级代谢产生的中间产物出发合成的一些功能不明确、化学结构特殊、对细胞的生长繁殖并非重要的产物，包括抗生素、色素和毒素等。

巴斯德效应：在厌氧条件下,向高速发酵的培养基中通入氧气,则葡萄糖消耗减少,抑制发酵产物积累的现象称为巴斯德效应。

即呼吸抑制发酵的作用。

分解代谢物阻遏：指细胞内同时有两种分解底物存在时，利用快的那种底物会阻遏利用慢的底物的有关酶系合成的现象。

维持:活细胞群体在没有实质性生长和繁殖（或生长和死亡处于动态平衡状态），也没有胞外产物生成情况下的生命活动。

生长得率：表示在发酵中微生物的生长相对于基质或能量消耗的效率。

过程得率：又称毛产物得率或基质（原料）转化率。

一般以发酵过程的产物生成量对基质总消耗量的比值表示。

分批培养：又称分批发酵，是指在一个密闭系统内一次性投入有限数量营养物进行培养的方法。

补料分批培养：又称半连续培养或半连续发酵，是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。

微生物次级代谢产物特点、作用及应用概况一、微生物次级代谢产物概况1、微生物次级代谢产物的定义及特点在微生物的代谢活动中，通常将微生物在一定生长时间内，以初级代谢产物为前体，合成一些对当前生命活动无明确功能物质的过程称为微生物次级代谢，代谢合成的物质称为微生物次级代谢产物。

微生物次级代谢产物大多是分子结构较复杂的化合物，因微生物和培养条件的不同，代谢产物也不尽相同。

通常次级代谢产物是被分泌到细胞外，在与其他生物竞争的过程中起重要作用。

但次级代谢产物不参与细胞结构的组成，也不是酶活性所必需的，即使在某个环节发生障碍，也不会致使机体停止生长或死亡。

微生物次级代谢产物被广泛应用于农业、食品和医疗等领域，前景广阔。

2、微生物次级代谢产物的来源微生物种类多、分布广，其次级代谢产物数量众多，来源广泛。

与人类生活密切相关的次级代谢产物主要来源于细菌、真菌和放线菌等。

部分微生物次级代谢产物来源及作用见表1。

（1）细菌细菌随处可见，其生物量仅次于植物体总生物量。

细菌代谢产物具有结构多样性和广谱活性，被广泛应用于农化和医药产品的制造。

研究表明：细菌中芽抱杆菌属产生的抗菌性代谢产物，如杆菌霉素、双效菌素及抗霉菌枯草杆菌素等，被广泛应用于作物病害防治中，γ-聚谷氨酸具有较强的抗逆促生作用，被广泛应用于新型肥料生产；假单胞菌属产生的代谢产物，如2 , 4-二乙酰基间苯三酚、硝咙咯菌素等，是目前被研究最多的细菌生物防治剂。

（2）真菌真菌具有生物多样性，种类和数量众多，目前已了解的真菌种类有9. 7万余种，但仅占其种类数量的6%。

在真菌微生物次级代谢产物中，约50%是由丝状真菌产生的。

研究表明，木霉菌、非致病性濂刀菌和聚端孢霉等是少数能够产生多种抗菌代谢产物的真菌属。

木霉菌能够产生木霉素和杀病毒剂等抗生素次级代谢产物；厚垣镰孢的次级代谢产物能够有效抑制花生锈病病原菌的产生；粉红聚端孢菌能够产生大量抗病毒次生代谢产物和具有农药活性的抗生菌；单端孢菌素作为粉红聚端孢菌的产物被广泛用于棉籽枯萎病的防治。