好氧发酵产物积累机制ppt课件

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1、 第六章第六章 好氧发酵产物积累机制好氧发酵产物积累机制 好氧性发酵(aerobic fermentation)：在发酵过程中需求不断地通入一定量的无菌空气，如利用黑曲霉进展柠檬酸的发酵、利用棒状杆菌进展谷氨酸的发酵、利用黄单孢菌进黄原胶多糖的发酵等等 糖的分解代谢包括糖酵解糖的共同分解途径和三羧酸环糖的最后氧化途径。在有氧条件条件下：在有氧条件条件下：丙酮酸进入线粒体，脱氢和脱羧丙酮酸进入线粒体，脱氢和脱羧生成乙酰生成乙酰COACOA，在，在TCATCA循环中脱氢，循环中脱氢，并氧化构成并氧化构成CO2CO2和和 H2OH2O，或者各种代，或者各种代谢物，谢物，NADH2NADH2经呼吸链将

2、氢传送给氧经呼吸链将氢传送给氧生成水。生成水。另外，乙酰辅酶另外，乙酰辅酶A A在生物合成过在生物合成过程中作为程中作为C2C2化合物加以利用，构成化合物加以利用，构成脂肪等。脂肪等。第一节第一节 柠檬酸的发酵机制柠檬酸的发酵机制一、柠檬酸的合成途径一、柠檬酸的合成途径 黑曲霉黑曲霉 (Asp.niger)原料：原料：sugar，alcohol，acetic acid 途径：途径：EMPHMP 丙酮酸羧化丙酮酸羧化 TCA环环 黑曲霉生长，黑曲霉生长，EMP与与HMP途径的比率是途径的比率是2：1，消费柠檬酸时为，消费柠檬酸时为4：1。葡萄糖葡萄糖 柠檬酸柠檬酸(citric acid)实际转

3、化率实际转化率106.7%目的目的产物产物提供提供4C化合物化合物TCA循环循环柠檬酸的生物合成途径柠檬酸的生物合成途径CO2阻断AMPPiNH4+ATP citrateNH4+k+激活抑制12二、二、柠檬酸生物合成的代谢调理柠檬酸生物合成的代谢调理 积累柠檬酸应采取的措施：积累柠檬酸应采取的措施：想方设法提高柠檬酸合成反响所需酶的活力；想方设法提高柠檬酸合成反响所需酶的活力；必需切断柠檬酸的去路；顺乌头酸酶失活，必需切断柠檬酸的去路；顺乌头酸酶失活，环阻断。环阻断。保证中间产物的供应；草酰乙酸的及时供应，保证中间产物的供应；草酰乙酸的及时供应，丙酮酸丙酮酸 二氧化碳固定反响对柠檬二氧化碳固定

4、反响对柠檬酸酸 积累有重要意义。积累有重要意义。CO2 乙酰乙酰COA草酰乙酸草酰乙酸 CO2 1 糖酵解及丙酮酸代谢的调理n 第一个调理的酶是磷酸果糖激酶PFK：AMP、无机磷、NH4+对该酶有活化作用 n ATP、柠檬酸对该酶有抑制造用n Q：PFK在正常生理条件下能被柠檬酸抑制，但在柠檬酸发酵中，柠檬酸浓度很高，为什么EMP途径仍能坚持畅通呢？n由于TCA循环降低，ATP的生成减少，蛋白质和核酸合成受阻，细胞内的NH4+异常高，从而降低了柠檬酸对PFK的抑制。n柠檬酸发酵需求下述环境条件：n 磷酸盐浓度低；氮源为NH4+盐；pH值低低于2.0；溶氧量高；Mn2+、Fe2+、Zn2+含量极

5、低。n柠檬酸发酵中黑曲霉对Mn2+极端敏感。黑曲霉在缺锰的条件下发酵，细胞有生理和代谢的变化。nMn2+的效应可以以为是NH4+程度升高而减弱了柠檬酸对EMP途径关键酶PFK的抑制。n第二个调理的酶是丙酮酸激酶第二个调理的酶是丙酮酸激酶PK PK 被被NH4+、K+激活激活n磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸ATPn二氧化碳的固定反响二氧化碳的固定反响n 参与二氧化碳固定反响的酶：参与二氧化碳固定反响的酶：n丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶酶 2 TCA环的调理n 柠檬酸合成酶是该途径的第一个限速酶，由乙酰辅酶中的高能硫酯键水解释放大量能量，推进合成

6、柠檬酸。n柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸n 两步反响均由顺乌头酸酶催化，该酶需求Fe+，I 假设用络合剂除去反响液中的铁，那么酶活性被抑制，呵斥柠檬酸的积累。nn II 阻断顺乌头酸酶的催化作用：该酶是个含铁的非血红蛋白，以Fe4S4作为辅基。因此，在菌体生长到足够菌数时，适量参与亚铁氰化钾黄血盐，使与铁硫中心的Fe+生成络合物，那么该酶失活或活性减少，而积累柠檬酸。nIII 经过诱变或其他方法，呵斥消费菌种顺乌头酸酶的缺损或活力很低，同样积累柠檬酸。n 3 及时补加草酰乙酸n 外加草酰乙酸n 选育回补途径旺盛的菌种。柠檬酸积累机理n1、由于锰的缺乏，抑制了蛋白质的合成，而导致细胞内的NH4+浓度升高

7、，促进了EMP途径的畅通。n 2、由组成型的丙酮酸羧化酶源源不断提供草酰乙酸。n 3、在控制Fe+含量的情况下，顺乌头酸酶活性低，从而使柠檬酸积累。n 顺乌头酸水合酶在催化时建立如下平衡 n 柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸90：3：7n 4、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶和丙酮酸固定CO反响相平衡，以及柠檬酸合成酶不被抑制，加强了合成柠檬酸的才干。n 5、柠檬酸积累添加，pH降低，在低pH条件下，顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活，从而进一步促进了柠檬酸本身的积累。第二节醋酸发酵机制第二节醋酸发酵机制淀粉淀粉 糖糖 酒精酒精 醋酸醋酸 1.醋杆菌发酵酒精成醋酸醋杆菌发酵酒精成醋酸 乙醇向醋酸转化是分两

8、步进展的，中间产物乙醇向醋酸转化是分两步进展的，中间产物是乙醛。是乙醛。CH3CH2 OH E1 CH3CHO E2 CH3COOH E1 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶 或乙醇氧化酶，它依或乙醇氧化酶，它依赖于赖于NAD。E2 乙醛脱氢酶乙醛脱氢酶，需求，需求NADP作辅酶。作辅酶。醋杆菌为醋杆菌为G-，好氧菌，好氧菌，1mol乙醇转化为乙醇转化为1mol醋酸，实际转化率是醋酸，实际转化率是130。2 热醋酸梭菌消费醋酸 热醋酸梭菌在发酵糖类时，由糖到醋酸一步完成，还可以将CO2复原为醋酸。CO2是经过甲酰四氢叶酸THF和类咕啉蛋白构成醋酸的。但该菌没有氢化酶活性，不能利用氢气。C6H12O6+2H2

9、O 2CH3COOH+2CO2+8H+8e 2CO2+8H+8e CH3COOH+2H2O 净反响C6H12O6 3CH3COOH反响在厌氧条件下进展的，由己糖或戊糖生成醋酸的实际产率都是100。热醋酸梭菌为产芽孢菌，周生鞭毛，耐高温，最适生长温度5560C，转化率高，严厉厌氧，还可以利用戊糖。但这种方法发酵时需中和剂，因此只适宜于醋酸盐。第三节第三节 谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制 氨基酸发酵工业是利用微生物的生长和代谢活动消费各种氨基酸的现代工业。氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵。由发酵所生成的产物氨基酸，都是微生物的中间代谢产物，它的积累是建立于对微生物正常代谢的抑制。也就是说，氨基酸发酵的

10、关键是取决于其控制机制能否可以被解除，能否能突破微生物的正常代谢调理，人为地控制微生物的代谢。一.谷氨酸生物合成途径 谷氨酸的生物合成途径有EMP途径、HMP途径、TCA循环、乙醛酸循环和CO2固定反响。葡萄糖先生成谷氨酸，依次经鸟氨酸，谷氨酸生物合成精氨酸。谷氨酸的生物合成途径如下图。二.谷氨酸生物合成的调理机制三.谷氨酸发酵的代谢控制 谷氨酸发酵的代谢控制普通采取以下措施。1控制发酵的环境条件 氨基酸发酵受菌种的生理特征和环境条件的影响，对专性好氧菌来说，环境条件的影响更大。谷氨酸发酵必需严厉控制菌体生长的环境条件，否那么就几乎不积累谷氨酸。下表表示谷氨酸消费菌因环境条件改动而引起的发酵转

11、换，这也就是说氨基酸发酵是人为地控制环境条件而使发酵发生转换的一个典型例子。2控制细胞膜浸透性 在发酵过程中，控制运用那些影响细胞膜通透性的物质，有利于代谢产物分泌出来，从而防止了末端产物的反响调理，有利于提高发酵产量。以葡萄糖为原料，利用谷氨酸棒状杆菌发酵消费谷氨酸时，谷氨酸消费菌为-酮戊二酸脱氢酶缺失突变株，当谷氨酸的合成到达50 mg/g干细胞时，由于反响调理作用，谷氨酸的合成便终止。假设改动细胞膜通透性，使胞内代谢产物谷氨酸浸透到胞外，有利于提高发酵产量。所以代谢产物的细胞浸透性是氨甚酸发酵必需思索的重要要素。对于谷氨酸发酵来说，生物素是谷氨酸发酵的关键物质。当细胞内的生物素程度高时，

12、谷氨酸不能透过细胞膜，因此得不到谷氨酸。谷氨酸发酵消费中，谷氨酸消费菌菌属于生物素缺陷型菌种，生物素作为脂肪酸生物合成最初反响的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶，参与了脂肪酸的合成，进而影响磷脂的合成。当磷脂合成减少到正常量的一半左右时，细胞变形，谷氨酸向膜外漏出，积累于发酵液中。因此可以经过限量控制生物素的含量，也就是经过控制生物素亚适量，提高细胞膜的浸透性。在发酵的前期，满足细胞的生长，合成完好的细胞膜；中期生物素耗尽，细胞膜合成不完好，完生长菌型细胞向产酸型细胞的转变，细胞膜的浸透性添加，使得谷氨酸浸透到细胞外，在细胞内谷氨酸达不到引起反响调理的程度，从而使谷氨酸可以源源不断被优先合成。影响

13、谷氨酸产生菌细胞膜通透性的物质可分为两大类：一类是生物素、油酸和外表活性剂，其作用是引起细胞膜的脂肪酸成分或量的改动，尤其是改动油酸含量，从而改动细胞膜通透性；另一类是青霉素，其作用是抑制细胞壁肽聚糖合成中肽链的交联，由于细胞膜失去细胞壁的维护，细胞膜遭到物理损伤，从而使浸透性加强。另外，代谢控制还包括控制支路代谢，消除终产物的反响抑制和反响阻遏等等。三、现有谷氨酸消费菌的主要特征 从细菌的鉴定和分类的结果来看，现有谷氨酸消费菌分属于捧状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属，但是它们在形状及生理方面仍有许多共同的特征。归纳起来主要有以下特征。1细胞形状为球形，棒形以致短杆形。2革兰氏染色阳性，

14、无芽孢，无鞭毛，不能运动。3都是需氧型微生物。4都是生物素缺陷型。5脲酶强阳性。6不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白及明胶等。7发酵中菌体发生明显的形状变化，同时发生细胞膜浸透性的变化。8CO2固定反响酶系活力强。9异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循坏弱。10-酮戊二酸氧化才干缺失或微弱。11复原型辅酶NADPH2进入呼吸链才干弱。12柠檬酸合成酶、乌头酸梅、异柠檬酸脱氢酶以及谷氨酸脱氢酶活力强。13能利用醋酸，不能利用石蜡。14具有向环境中走漏谷氨酸的才干。15不分解利用谷氨酸，并能耐高浓度的谷氨酸，产谷氨酸5%以上。第五节第五节 抗生素发酵机制抗生素发酵机制 次级代谢产物次级代谢产物-(

15、secondary metabolite)分解代谢：将从环境中吸收的各种碳源、氮源等分解代谢：将从环境中吸收的各种碳源、氮源等物质降解，为细胞的生命活动提供能源和小分子物质降解，为细胞的生命活动提供能源和小分子中间体。如中间体。如TCA、EMP和和HMP等。等。合成代谢：利用分解代谢的能量和中间体合成氨合成代谢：利用分解代谢的能量和中间体合成氨基酸、核酸等单体物质，及蛋白质、核酸、多糖基酸、核酸等单体物质，及蛋白质、核酸、多糖等多聚物。等多聚物。代谢类型代谢类型初级代谢和次级代谢初级代谢和次级代谢初级代谢：与生物生存有关的，涉及能量产生和初级代谢：与生物生存有关的，涉及能量产生和能量耗费的代谢

16、类型。产物都是有机体生存必不能量耗费的代谢类型。产物都是有机体生存必不可少的物质，如单糖、核苷酸、脂肪酸，以及蛋可少的物质，如单糖、核苷酸、脂肪酸，以及蛋白质、核酸、多糖、脂类等。白质、核酸、多糖、脂类等。次级代谢：某些微生物为了防止代谢过程中，某次级代谢：某些微生物为了防止代谢过程中，某种代谢产物的积累呵斥的不利作用，而产生的一种代谢产物的积累呵斥的不利作用，而产生的一类有利于生存的代谢类型，通常是在生长后期产类有利于生存的代谢类型，通常是在生长后期产生。产物种类很多，最著名的是抗生素，其它还生。产物种类很多，最著名的是抗生素，其它还有氨基糖、香豆素、麦角生物碱、吲哚衍生物、有氨基糖、香豆素

17、、麦角生物碱、吲哚衍生物、核苷、肽、喹啉等。核苷、肽、喹啉等。一、一、次级代谢产物的特征次级代谢产物的特征 、次级代谢产物是由微生物产生，不参与微生物的生长与繁衍。、次级代谢产物的生物合成最少也要有一部分取决于与初级代谢产物无关的遗传物质，并与由这类遗传信息构成的酶所催化的代谢途径有关。、它的消费大多数是基于菌种的特异性来完成的。、次级代谢产物发酵阅历两个阶段，即营养增殖期和产物构成期。如在菌体活泼增殖阶段几乎不产生抗生素。待到细胞停顿生长，进入到恒定期才开场活泼地合成抗生素，成为消费期。、普通都同时产生构造上相类似的多中副组分。、普通都同时产生构造上相类似的多中副组分。、消费才干受微量金属离

18、子、消费才干受微量金属离子Fe2+、Fe3+、Mn2+、Co2+、Zn2+和和 磷酸盐等无机离子的影响。磷酸盐等无机离子的影响。、在多数条件下，添加前体是有效的。在多数条件下，添加前体是有效的。、次级代谢酶的底物特异性在某种程度上说是比较广的。次级代谢酶的底物特异性在某种程度上说是比较广的。假设提供底物构造类似物，那么可得到与天然物不同的次级假设提供底物构造类似物，那么可得到与天然物不同的次级代谢物。代谢物。、培育温度过高或菌种移植次数过多，使抗生素消费才干、培育温度过高或菌种移植次数过多，使抗生素消费才干下降，能够的缘由是参与抗生素合成的菌种的质粒零落。下降，能够的缘由是参与抗生素合成的菌种

19、的质粒零落。、一种产物可由多种中间体和途径来获得。、一种产物可由多种中间体和途径来获得。二、生物合成抗生素与初级代谢的关系二、生物合成抗生素与初级代谢的关系 1.从代谢方面分析：从代谢方面分析：许多抗生素的根本构造是由少数几种初许多抗生素的根本构造是由少数几种初级代谢产物构成的，所以次级产物是以初级级代谢产物构成的，所以次级产物是以初级产物为母体衍生出来的，次级代谢途径并不产物为母体衍生出来的，次级代谢途径并不是独立的，而是与初级代谢途径有亲密联络是独立的，而是与初级代谢途径有亲密联络的。的。糖代谢的中间体，即可以来合成初级代糖代谢的中间体，即可以来合成初级代谢产物，又可以来合成次级代谢产物，

20、这种谢产物，又可以来合成次级代谢产物，这种中间体叫分叉中间体，如丙二酰中间体叫分叉中间体，如丙二酰Co。G 乙酰乙酰 Co 丙二酰丙二酰 CoA 脂肪酸初级脂肪酸初级四环素或其他抗生四环素或其他抗生素次级素次级 初级代谢和次级代谢的分叉中间初级代谢和次级代谢的分叉中间体体分叉中间体初级终点产物次级终点产物氨基己二糖 赖氨酸 青霉素,头孢酶素丙二酰Co脂肪酸 四环素族,利福霉素族乙酰Co 大环内酯族,多烯族抗生素莽草酸 对氨基苯丙氨酸氯霉素,绿脓菌素苯丙氨酸,酪氨酸新生霉素由初级代谢产物衍生的次级代谢产物的途径有七种：由初级代谢产物衍生的次级代谢产物的途径有七种：葡萄糖碳架掺入途径、莽草酸途径、

21、与核苷有关的途径、葡萄糖碳架掺入途径、莽草酸途径、与核苷有关的途径、聚酮糖途径、由氨基酸衍生的途径、甲羟戊酸途径、其聚酮糖途径、由氨基酸衍生的途径、甲羟戊酸途径、其它复合途径。它复合途径。2.从遗传方面分析：初级产物和次级产物同样都遭到核内DNA的调理控制的。所不同的是次级代谢产物还遭到“与初级代谢产物合成无关的遗传物质的控制，即受核内遗传物质染色体遗传物质和核外遗传物质质粒的控制。有一部分代谢产物的构成，取决于由质粒信息产生的酶所控制的代谢途径，这类物质称为质粒产物。由于这类物质的构成直接或间接受质粒遗传物质的控制,因此产生了质粒遗传的观念。当然也有只由染色体DNA控制的抗生素。因此，两者在

22、遗传上既有一样的部分，又有不同的部分。三三 抗生素消费菌的主要代谢调抗生素消费菌的主要代谢调理机制理机制n 受DNA控制的酶合成的调理机制，包括酶的诱导和酶的阻遏有终点产物和分解产物；n 酶活性的调理机制，包括终点产物的抑制或活化，利用辅酶的酶活调理、酶原的活化和潜酶的活化；n 细胞膜透性的调理；微生物的代谢调理机制可从微生物的代谢调理机制可从DNA程度研程度研讨酶合成的调理机制和从酶化学观念研讨酶活讨酶合成的调理机制和从酶化学观念研讨酶活性的调理机制两方面着手，可分为：性的调理机制两方面着手，可分为：微生物体内的次级代谢和初级代谢一样，都受菌体代谢的调理。次级代谢产物生物合成的调理与初级代谢

23、产物生物合成的调理在某些方面是一样的，也是调理参与生物合成的酶合成诱导或阻遏和控制酶活性激活或抑制。但次级代谢的调理也有其独特的一面。以下是影响抗生素合成的主要代谢调理机制。1 初级代谢对次级代谢的调理初级代谢对次级代谢的调理 次级代谢产物的合成途径并不是独立存在的，而是与初级代谢产物合成途径间存在着严密的联络。次级代谢产物往往都是以初级代谢产物为母体衍生而来的，而且催化特殊次级代谢产物合成反响的酶也可以从那些初级代谢途径的酶演化而来。因此，微生物的初级代谢对次级代谢具有调理作用。当初级代谢和次级代谢具有共同的合成途径时，初级代谢的终产物过量，往往会抑制次级代谢的合成，这是由于这些终产物抑制了

24、在次级代谢产物合成中重要的分叉中间体的合成。如赖氨酸和青霉素的生物合成过程中有共同中间体-氨基己二酸，当培育液中赖氨酸过量时，那么抑制-氨基己二酸的合成，进而影响到青霉素的合成。2 碳代谢物的调理碳代谢物的调理 普通情况下，凡是能被微生物快速利用、促进产生菌快速生长的碳源，对次级代谢产物的生物合成都表现出抑制造用。这种抑制造用并不是由于快速利用碳源直接作用的结果，而是由于其代谢过程中产生的中间产物引起的。这种阻遏作用是由于菌体在生长阶段，速效碳源如葡萄糖和柠檬酸等的分解产物阻遏了次级代谢过程中酶系的合成，只需当这类碳源耗尽时，才干解除其对参与次级代谢的酶的阻遏，菌体才干转入次级代谢产物的合成阶

25、段。20世纪40年代初期就发现，青霉素发酵过程中，虽然葡萄糖被菌体利用最快，但对青霉素合成并不适宜。而乳糖利用虽然较为缓慢，却能提高青霉素产量。知有许多次级代谢产物，如麦角生物碱、头孢菌素C、螺旋霉素、紫色杆菌素、嘌呤霉素、吲哚霉素、丝裂霉素、杆菌肽、新生霉素、放线菌素和香豆素等的生物合成都遭到葡萄糖的阻遏，因此在这些产物的发酵过程中常采用其他碳源。3 氮代谢物的调理氮代谢物的调理 许多次级代谢产物的生物合成同样遭到氮分解产物的影响。对不同氮源的研讨发现，黄豆饼粉等利用较慢的氮源，可以防止和减弱氮代谢物的阻遏作用，有利于次级代谢产物的合成；而以无机氮或简单的有机氮等容易利用的氮作为氮源铵盐、硝

26、酸盐、某些氨基酸时，能促进菌体的生长，却不利于次级代谢产物的合成。例如，易利用的铵盐有利于灰色链霉菌迅速生长，但对链霉素合成那么是最差的氮源。4 磷酸盐的调理磷酸盐的调理 磷酸盐不仅是菌体生长的主要限制性营养成分，还是调理次级代谢产物生物合成的重要要素。过量的磷酸盐也象葡萄糖一样抑制次级代谢产物的合成，这种抑制造用被称为磷酸盐调理。已发现过量磷酸盐对四环素类、氨基糖苷类、多烯类和大环内酯类等32种抗生素的生物合成产生阻抑作用。这些次级代谢产物的生物合成只需在适当的磷酸盐浓度下才干进展。磷酸盐浓度 10mmol/L 往往对次级代谢产物的合成有抑制造用例如，10mmol/L的磷酸盐就能完全抑制杀假

27、丝菌素的合成。磷酸盐浓度的高低还能调理次级代谢产物合成期出现的早晚，当磷酸盐接近耗尽时，才开场进入次级代谢产物的合成期。磷酸盐起始浓度高，耗尽时间长，合成期就向后拖延。如金霉素、万古霉素等的发酵都有这些景象。磷酸盐还能使处于非生长形状的、产抗生素的菌体逆转成生长形状的、不产抗生素的菌体。5 ATP调理调理 ATP直接影响次级代谢产物合成和糖代谢中某些酶的直接影响次级代谢产物合成和糖代谢中某些酶的活性。在四环素的生物合成中，活性。在四环素的生物合成中，ATP程度对四环素合成起程度对四环素合成起调理作用。磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶调理作用。磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶作用

28、下生成草酰乙酸，再经羧基转移酶作用生成丙二酰作用下生成草酰乙酸，再经羧基转移酶作用生成丙二酰CoA四环素合成的前体，此途径在四环素合成期起决四环素合成的前体，此途径在四环素合成期起决议作用。而草酰乙酸是三羧酸议作用。而草酰乙酸是三羧酸TCA循环中的重要中间循环中的重要中间产物，催化其构成的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的合成受产物，催化其构成的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的合成受ATP和过量磷酸盐的剧烈抑制，从而降低了草酰乙酸的生和过量磷酸盐的剧烈抑制，从而降低了草酰乙酸的生成，最终降低了四环素生物合成前体丙二酰成，最终降低了四环素生物合成前体丙二酰CoA的浓度，的浓度，影响四环素的生物合成。影响四环素的生

29、物合成。6 酶的诱导调理酶的诱导调理构造酶：是菌体生长繁衍所必需的酶系，它的产生普通构造酶：是菌体生长繁衍所必需的酶系，它的产生普通不受培育基成分的影响；不受培育基成分的影响；诱导酶：是在一定的诱导物存在下，才干构成。诱导酶：是在一定的诱导物存在下，才干构成。在次级代谢过程中，有些参与次级代谢产物合成的酶在次级代谢过程中，有些参与次级代谢产物合成的酶为诱导酶，如链霉素生物合成中的转脒基酶、甘露糖链为诱导酶，如链霉素生物合成中的转脒基酶、甘露糖链霉素酶等。诱导酶需求有诱导物存在才干构成。诱导物霉素酶等。诱导酶需求有诱导物存在才干构成。诱导物起诱导作用，能提高次级代谢产物的产量。例如，蛋氨起诱导作

30、用，能提高次级代谢产物的产量。例如，蛋氨酸能提高头孢菌素酸能提高头孢菌素C的产量，其缘由是蛋氨酸的诱导作用，的产量，其缘由是蛋氨酸的诱导作用，而不是作为硫源的供应物。而不是作为硫源的供应物。诱导酶合成的诱导剂有些需外源参与，而有些是菌体诱导酶合成的诱导剂有些需外源参与，而有些是菌体代谢过程中本身产生的。在抗生素的发酵过程中，有的代谢过程中本身产生的。在抗生素的发酵过程中，有的初级代谢产物似乎对次级代谢产物的合成酶也起诱导作初级代谢产物似乎对次级代谢产物的合成酶也起诱导作用。用。7 反响调理反响调理 反响调理包括反响阻遏和反响抑制。反响调理包括反响阻遏和反响抑制。反响阻遏反响阻遏feedback

31、 repression)：作用于基因程度，控制酶的合成量，：作用于基因程度，控制酶的合成量，是终产物抑制生物合成途径中的一种或多种酶构成的调理过程。是终产物抑制生物合成途径中的一种或多种酶构成的调理过程。反响抑制反响抑制 (feedback inhibition)：作用于分子程度，控制酶的活性，是：作用于分子程度，控制酶的活性，是合成途径的终点产物抑制该过程中第一步酶的活性作用。合成途径的终点产物抑制该过程中第一步酶的活性作用。两者作用方式各异，功能也有所不同，目的都是防止产生过量的两者作用方式各异，功能也有所不同，目的都是防止产生过量的物质，保证快速有效地顺应变换了的外界环境，对生长有利。物

32、质，保证快速有效地顺应变换了的外界环境，对生长有利。在抗生素的合成途径中，在抗生素的合成途径中，一方面是抗生素本身的过量积累，存在着与初级代一方面是抗生素本身的过量积累，存在着与初级代谢类似的反响调理景象。如氯霉素、卡那霉素、泰谢类似的反响调理景象。如氯霉素、卡那霉素、泰乐菌素、制霉菌素、瑞斯托霉素等抗生素都对本身乐菌素、制霉菌素、瑞斯托霉素等抗生素都对本身的合成有抑制造用。的合成有抑制造用。另一方面，初级代谢和次级代谢途径是严密相连的，另一方面，初级代谢和次级代谢途径是严密相连的，初级代谢遭到的反响调理，也必然影响抗生素的合初级代谢遭到的反响调理，也必然影响抗生素的合成。如缬氨酸是合成青霉素

33、的前体，其生物合成遭成。如缬氨酸是合成青霉素的前体，其生物合成遭到反响调理，必然对青霉素的合成有影响。到反响调理，必然对青霉素的合成有影响。8 细胞膜通透性调理细胞膜通透性调理 次级代谢中也存在着膜通透性调理。菌体吸收外界营养物质或分泌细胞内的代谢物都必需经过细胞质膜的运输。假设细胞对某种物质不能运输，或是运输功能发生了妨碍，将导致细胞内合成代谢的产物不能分泌出去，影响发酵产物的生成和收获；或者是细胞外的营养物质不能进入菌体或进入很少，从而影响产生菌的生长和产物的合成，呵斥产量下降。在青霉素的发酵中，产生菌细胞膜输入硫化物的才干是影响青霉素发酵单位的一个重要要素。诱变选育出来的青霉素高产菌株中

34、，有些突变株就是由于改动了细胞膜的通透性，使硫酸盐更容易透过细胞膜，提高了胞内硫酸盐浓度，进而促进了青霉素前体物半胱氨酸的合成，最终提高了青霉素的产量。细胞膜通透性是代谢调理的一个重要方面，可以经过改动某些次级代谢产物产生菌的膜通透性来提高其产量。9 金属离子和溶解氧的调理金属离子和溶解氧的调理 在多数情况下，微量的金属离子是参与次级代谢产物合成酶的活化因子，甚至有时在转录和转译程度上起作用。如，Mg 2+可添加卡那霉素合成中的卡那霉素乙酰化酶、乙酰卡那霉素胺基化酶和弗氏链霉菌的碱性磷酸酶的活力，促进这些酶的合成。有些金属离子如Mg 2+和Ca 2+等可解除产生菌卡那霉素、新生霉素和链霉素等产

35、生菌对所产抗生素的特异性吸附作用，使抗生素从菌丝上游离下来，促进产物分泌。还有一些金属离子如Mg 2+可添加产生菌对所产抗生素的抗性。次级代谢产物的发酵过程需求适量的溶解氧，溶解氧的降低影响次级代谢产物的生物合成。例如，由青霉素N进展头孢菌素合成时，氧分压的增大促进头孢菌素的合成，同时参与KCN或降低搅拌速度合成量那么减少。10 营养期生长期与分化期消费期的关系营养期生长期与分化期消费期的关系 次级代谢的一个特征是次级代谢物通常是在生长阶段营养期之后的消费阶段分化期合成。次级代谢产物的构成出现较迟，这也许是抗生素产生菌防止自杀的主要机制之一。产物的构成是在某些营养成分从培育基中耗竭时开场的。易

36、利用的糖、氨NH3或磷酸盐的消逝使次级代谢物阻遏作用的解除。四四 抗生素的生物合成机制抗生素的生物合成机制 青霉素、头孢霉素的生物合成机制青霉素、头孢霉素的生物合成机制 青霉素的化学构造青霉素的化学构造 带酰基的侧链和带酰基的侧链和6氨基青霉氨基青霉烷酸烷酸 头孢霉素的化学构造头孢霉素的化学构造 氨基己二酸侧链和氨基己二酸侧链和7氨基头氨基头孢霉烷酸孢霉烷酸Q：1、试从代谢途径阐明如何提高柠檬酸的产量？、试从代谢途径阐明如何提高柠檬酸的产量？2、谷氨酸生物合成途径、谷氨酸生物合成途径.3、谷氨酸生物合成的调理机制、谷氨酸生物合成的调理机制.4、谷氨酸发酵消费中、谷氨酸发酵消费中,生物素如何影响细胞膜的浸透性？生物素如何影响细胞膜的浸透性？5.什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？两者有什么是初级代谢产物？什么是次级代谢产物？两者有何关系？何关系？6.次级代谢产物有何特征？次级代谢产物有何特征？7.影响抗生素构成的主要调理机制有哪几种？请简单阐影响抗生素构成的主要调理机制有哪几种？请简单阐明？明？