《微生物发酵机理》PPT课件.ppt

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1、主讲：鲍成满,第六章 微生物发酵机理,微生物发酵机理：是指微生物通过其代谢活动，利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。代谢控制发酵：人为地改变微生物的代谢调控机制，使有用中间代谢产物过量积累。,第一节 微生物基础物质代谢第二节 厌氧发酵产物的合成机制 第三节 好氧发酵产物的合成机制,第一节 微生物基础物质代谢,淀粉、纤维素等，最重要的葡萄糖。不同类型的微生物对葡萄糖分解方式和途径也不一样：厌氧分解：酒精、乳酸、丙酮和丁醇等好氧分解：柠檬酸、谷氨酸和抗生素等,一 微生物对培养基中碳源的代谢,氮源：蛋白质及其分解产物，无机含氮物，分子态氮。过程：蛋白质被肽酶分解生成氨基酸，经脱氨作用生成有机酸，

2、脱羧作用生成氨类。,二 微生物对培养基中氮源的代谢,物质代谢,微生物能量代谢：把最初能源转换成生命活动能使用的通用能源ATP。,三、微生物的能量代谢,日光（光能营养菌）最初能源 有机物（化能异养菌）ATP 还原态无机物（化能自养菌）,微生物能量的获取方式,1 微生物的厌氧发酵 ATP生成靠底物水平磷酸化,底物水平磷酸化：物质在生物氧化过程中生成的一些含有高能键的化合物，它们可以不经电子传递链，而直接偶联ATP或GTP的合成，这种反应称为底物水平磷酸化。,EMP途径将一分子葡萄糖转变成两分子丙酮酸；产生2分子ATP和2分子NADH。HMP途径将一分子6-磷酸葡萄糖转变为1分子3-磷酸甘油醛，3分

3、子CO2和6分子NADPH。ED途径将1分子葡萄糖转变为2分子丙酮酸，1分子ATP，1分子NADPH和1分子NADH。PK途径将1分子葡萄糖转变为1分子乳酸、1分子CO2和一分子乙醇或乙酸。,葡萄糖的分解途径主要有：EMP途径、HMP途径、ED途径和PK途径等四种。,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,ATP,ADP,(1),果糖-6-磷酸,ATP,ADP,Mg2+,(2),果糖-1，6-二磷酸,(3),甘油醛-3-磷酸,二羟丙酮磷酸,(4),(5),2Pi,(6),1，3-二磷酸甘油酸,2ADP,2ATP,(7),3-磷酸甘油酸,(8),2-磷酸甘油酸,2H2O,Mg2+,(9),磷酸烯醇式丙酮酸,2

4、ATP,2ADP,(10),烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乳酸,(11),2CO2,乙醛,+2H+,(12),(13),2NAD+,2(NADH+H+),+2H+,乙醇,(14),糖酵解全过程（EMP途径）,己糖激酶,磷酸果糖激酶,丙酮酸激酶,EMP途径,GTP,三羧酸循环反应过程,磷酸戊糖途径(HMP),电子载体：烟酰胺腺嘌呤二核苷酸NADH(nicotinamide adenine dinucleotide)，又称辅酶(Co)烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADPH(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate)，又称辅酶(Co)黄素单核苷酸 FMN,FAD(黄

5、素腺嘌呤二核苷酸)的生物化学功能：主要使饱和酰基衍生物脱氢形成,-不饱和酰基衍生物。,辅酶 A用HSCoA表示；其乙酰 化产物：CH3COSCoA，是一个新陈代谢的调节者，也可以看作是新陈代谢的钥匙，在生物化学中占有重要的位置。,2 微生物的呼吸 将电子交给NAD（P）或FAD（或FMN）等点子载体，通过电子传递链，经逐步释放出能量后再交给最终电子受体。,电子传递链 O2 有氧（好氧）呼吸 除O2外的无机物或延胡索酸 无氧 呼吸,1NADH-3ATP1FADH-2ATP,FADH2,根据代谢物脱下的氢的最初受体不同，分为NADH呼吸链和FADH2呼吸链,3 光能微生物的能量代谢 光合细菌中存在

6、菌绿素 通过环式光合磷酸化作用产生ATP。4 化能自养微生物的能量代谢 无机物氧化获得ATP和NADH或NADPH,第二节厌氧发酵产物的合成机制,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸果糖,1,6-二磷酸果糖,二羟丙酮磷酸,甘油醛-3-磷酸,1,3 二磷酸甘油酸,3磷酸甘油酸,2磷酸甘油酸,磷酸烯醇式丙酮酸,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,Hexokinase,Phosphoglucoseisomerase,Phosphofructokinase,Aldolase,Triosephosphateisomerase,Glyceraldehyde3-phosphatedehydrogenase,Phosphogl

7、yceratekinase,Phosphoglyceratemutase,Enolase,Pyruvate kinase,Lactate dehydrogenase,NADH NAD,NADH NAD,ATP,ATP,ATP,ATP,ADP,ADP,ADP,ADP,2Pi,C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD+2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2,己糖激酶,变构抑制,磷酸果糖激酶,抑制,丙酮酸激酶,分解,ADP,AMP,抑制解除,ATP,产物激活,糖代谢的调节,1.酵母菌的乙醇发酵：,一 乙醇、甘油发酵,C6H12O62CH3COCOOH 2CH3CHO 2CH3CH2OH,NA

8、D,NADH2,-2CO2,EMP,2ATP,丙酮酸脱羧酶,乙醇脱氢酶,C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CH2OH+2ATP+2CO2,葡萄糖生产乙醇的总反应式：,概念：有氧条件下，发酵作用受抑制的现象（或氧对发酵的抑制现象）。,通风对酵母代谢的影响,巴斯德效应,现象：,酵母菌乙醇发酵中的副产物,影响：消耗糖分，带来杂质，提高或降低产品质量。,酵母酒精发酵,主产物：乙醇、CO2,副产物,醇类（杂醇油）醛类（糠醛）酸类（琥珀酸）酯类,杂醇油：C原子数大于2的脂肪族醇类的统称；高沸点、颜色呈黄色或棕色，具有特殊气味。酒类风味物质，质量指标。杂醇油的产量一般为0.3一0.7。,2.细菌的乙

9、醇发酵：,葡萄糖,2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸,3-磷酸甘油醛 丙酮酸,丙酮酸,乙醛 乙醛,2乙醇,2CO2,2H,2H,+ATP,2ATP,菌种：运动发酵单胞菌等途径：ED,酵母菌（在时）的乙醇发酵 丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶 丙酮酸 乙醛 乙醇 通过EMP途径产生乙醇，总反应式为：C6H12O6+2ADP+2Pi 2C2H5OH+2CO2+2ATP 细菌（在pH5时）的乙醇发酵通过ED途径产生乙醇，总反应如下：葡萄糖+ADP+Pi 2乙醇+2CO2+ATP,3.甘油发酵,别名：丙三醇,分子式:CH2OHCHOHCH2OH,用途：1 医学方面，用以制取各种制剂、溶剂、吸湿剂、防冻剂2

10、食品中用作甜味剂、烟草剂的保湿剂3 工业汽车和飞机燃料以及油田的防冻剂,甘油发酵机制：,酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成乙醇的反应进行得很彻底，因此，在乙醇发酵中甘油的生成量很少。,如果采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时，磷酸二羟丙酮则替代乙醛作为氢受体形成甘油，这样发酵转为甘油发酵（酵母型发酵）。,亚硫酸盐法甘油发酵 NaHSO3可作为抑制剂：,乙醛+NaHSO3 乙醛亚硫酸氢钠,2ATP,2ADP,2ADP,2ATP,CO2,NaHSO3,NAD,NADH+H,NADH+H,NAD,H2O,Pi,葡萄糖,1.6-二磷酸果糖,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,丙酮酸,乙醛,乙醛

11、HSO3,-磷酸甘油,甘油,碱法甘油发酵酒精酵母在碱性（pH7.6以上）的条件下，发酵产生的乙醛不能作为受氢体，而是分子乙醛之间发生歧化反应，相互氧化还原，生成等量的乙醇和乙酸。此时，由磷酸甘油醛脱氢生成的 NADH+H+用来还原磷酸二羟丙酮，并进而生成甘油,2C6H12O6+H2O,+C2H5OH+CH3COOH+2CO2,碱法甘油发酵的产品有甘油、乙醇、乙酸，不产生ATP，所以此法只能在酵母的非生长情况下进行发酵。,二 乳酸发酵,2-羟基丙酸；-羟基丙酸；丙醇酸分子式:CH3CH(OH)COOH 用途：1 食品工业保鲜、调味剂2 医学方面，乳酸蒸汽消毒、防腐剂、聚乳酸手术缝线3 其它工业，

12、控制发酵PH、清洁去垢等。,乳酸菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸，称为乳酸发酵。同型乳酸发酵：在乳酸发酵过程中，发酵产物中只有乳酸；（经EMP途径）异型乳酸发酵：发酵产物中除乳酸外，还有乙醇、乙酸及CO2等其它产物的。（磷酸酮解途径）,葡萄糖,3-磷酸甘油醛,磷酸二羟丙酮,2(1,3-二-磷酸甘油酸）,2乳酸 2丙酮酸,2NAD+2NADH2,4ATP,4ADP,2ATP 2ADP,Lactococcus lactis（乳酸乳球菌）Lactobacillus plantarum（植物乳杆菌）,EMP途径,2NAD+2NADH2,1 同型乳酸发酵：,乳酸脱氢酶,6-磷酸葡萄糖,6-磷

13、酸葡萄糖酸,5-磷酸木酮糖,3-磷酸甘油醛,乳酸,乙酰磷酸,NAD+NADPH2,NAD+NADPH2,ATP ADP,乙醛 乙酰CoA,2ADP 2ATP,-2H,-CO2,乙醇,Leuconostoc mesenteroides（肠膜明串珠菌）,NAD+NADPH2,NAD+NADPH2,2 异型乳酸发酵：,葡萄糖,6-磷酸葡糖酸途径,1分子乳酸，一份子乙醇,6-磷酸果糖解酮酶转二羟基丙酮基酶转羟乙醛基酶5磷酸核糖异构酶5磷酸核酮糖3差向异构酶5磷酸木酮糖磷酸酮解酶乙酸激酶,双歧途径：两歧双歧杆菌,第三节 好氧发酵产物合成机制,柠檬酸发酵机制氨基酸发酵机制,GTP,TCA循环,磷酸烯醇式丙

14、酮酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,柠檬酸,顺乌头酸,衣康酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,酮戊二酸,谷氨酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,葡萄糖,苹果酸,草酰乙酸,乙醛酸,乙酰辅酶A,1,2,3,3,16,4,5,15,6,7,8,9,10,12,11,14,13,反馈抑制,CO2,参与嘌呤和嘧啶的合成,脂肪酸,天冬氨酸,参与蛋白质合成,参与蛋白质合成,物质代谢,柠檬酸是目前世界上以生物化学方法生产，产量最大的有机酸。我国是柠檬酸的第一大生产国，估计年产约50万吨欧洲是柠檬酸的第二大生产地，产量约30万吨 美国柠檬酸年产量约25万吨,柠檬酸发酵,用途1 食品：配制各种水果型的饮料以及软饮料,各种肉类和蔬菜在

15、腌制加工时，加入或涂上柠檬酸可以改善风味，除腥去臭，抗氧化；2 化工纺织：可作化学分析用试剂，用作实验试剂、色谱分析试剂及生化试剂；3 化妆品：用于乳液、乳霜、洗发精、美白用品、抗老化用品。,黑曲霉,分生孢子头,葡萄糖,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,CO2,柠檬酸的生物合成途径,实现柠檬酸积累：一、设法阻断代谢途径，实现柠檬酸的积累二、代谢途径被阻断部位之后的产物，必须有适当的补充机制,CO2,ATP,ADP,CO2,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,丙酮酸羧化酶,顺乌头酸酶,阻断,柠檬酸的发酵机制,总反应式：2C6H12O6+3O2 2C6H8OH+4H2O,柠檬酸合成的代谢调

16、节,第一个调节酶是磷酸果糖激酶,柠檬酸和ATP对该酶有抑制,生产菌需要解除该抑制作用,AMP、无机磷以及NH4+对该酶有活化作用,NH4+有效解除柠檬酸和ATP对该酶抑制，故生产上通过添加铵盐来提高柠檬酸产量,Mn2+的影响：,Mn2+缺乏,可能干扰蛋白质合成，导致蛋白质分解,NH4+水平升高,减少柠檬酸对该酶的抑制,第二个调节点：CO2固定的酶活力高，保证草酰乙酸的供应,第三个调节点：TCA环上调节,顺乌头酸酶：,理论上此酶失活,TCA环阻断,积累柠檬酸,顺乌头酸酶需要Fe2+,故在发酵液中添加黄血盐络合Fe2+阻断TCA环，积累柠檬酸,通过诱变或其他方法，造成生产菌种顺乌头酸酶的缺损或活力

17、很低，同样积累柠檬酸。,及时补加草酰乙酸,氨基酸发酵,氨基酸发酵工业是利用微生物的生长和代谢活动生产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。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。氨基酸发酵的关键是取决于其控制机制是否能够被解除，是否能打破微生物的正常代谢调节，人为地控制微生物的代谢。,氨基酸发酵的代谢控制谷氨酸发酵机制,控制发酵的环境条件控制细胞渗透性控制代谢旁路降低反馈作用物的浓度消除终产物的反馈抑制与阻遏作用促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物合成,氨基酸发酵的代谢控制,1 控制发酵的环境条件,氨基酸发酵是人为地控制环境条件

18、而使发酵发生转换,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。谷氨酸发酵必须严格控制菌体生长的环境条件，否则就几乎不积累谷氨酸。,乳酸和琥珀酸,酮戊二酸,（通气不足）,（适中）,（通风过量，转速过快）,NH4+,酮戊二酸,谷氨酸,谷氨酰胺,（适量）,（缺乏）,（过量）,pH值,谷氨酰胺，N-乙酰谷酰胺,谷氨酸,（pH值58，NH4+过多）,（中性或微碱性）,磷酸,缬 氨 酸,谷氨酸,（高浓度磷酸盐）,（磷酸盐适中）,生物素,乳酸或琥珀酸,谷氨酸,（过量）,（限量）,谷氨酸产生菌因环境条件变化而引起的发酵转换,2 控制细胞渗透性,谷氨酸的生物合成途径,影响细

19、胞膜通透性，有利于代谢产物分泌出来，避免了末端产物的反馈调节，有利于提高发酵产量。,生物素,油酸,表面活性剂,其作用是引起细胞膜的脂肪成分的改变，尤其是改变油酸的含量，从而改变细胞膜通透性,一,二：青霉素：抑制细胞壁的合成,影响谷氨酸产生菌细胞膜通透性的物质,3 控制旁路代谢,D-苏氨酸,L-苏氨酸,-酮基丁酸,L-异亮氨酸,L-苏氨酸脱氢酶,反馈抑制,D-苏氨酸脱氢酶,4 降低反馈作用物的浓度,谷氨酸,N-乙酰谷氨酸,N-乙酰-谷氨酰磷酸,N-乙酰谷氨酸半缩醛,N-乙酰鸟氨酸,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,反馈抑制,瓜氨酸营养缺陷型,通过使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法来进行S-（氨基乙基）-L

20、半胱氨酸(AEC)赖氨酸结构类似物,5 消除终产物的反馈抑制与阻遏,天冬氨酸,天冬氨酰胺磷酸,天冬氨酸半缩醛,高丝氨酸,苏氨酸,赖氨酸,天冬氨酸激酶,协同反馈抑制,AEC,6 促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物合成,谷氨酸生物合成途径 包括：EMP、HMP、TCA、乙醛酸循环、CO2固定反应 谷氨酸生产菌在10%高浓葡萄糖中产生5%高浓谷氨酸，是非正常代谢，所以要从菌体自身、外界来控制完成，即控制代谢。,NADPH2,乙酰辅酶A,6-磷酸果糖,6-磷酸葡萄糖酸,5-磷酸核糖,3-磷酸甘油醛,果糖-1，6-二磷酸,苹果酸,丙酮酸,CO2,异柠檬酸,草酰乙酸,顺乌头酸,乳酸,NAD+NADH2,

21、柠檬酸,NADP+,NADH2,NAD+,草酰琥珀酸,酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,谷氨酸,乙醛酸,CO2,CO2,葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径,EMP途径,HMP途径,TCA循环,CO2,CO2固定反应,a-酮戊二酸脱氢酶,谷氨酸脱氢酶,葡萄糖,外在环境：溶解氧、氨离子、PH值、磷酸、生物素 谷氨酸生产菌有利于谷氨酸积累的条件：不分解利用谷氨酸；耐高浓度谷氨酸；谷氨酸膜透性好；a-酮戊二酸脱氢酶要弱；保证TCA环中间体的补充。,内在因子,选育菌种,增加膜通透性,生物素缺陷（膜）,加青霉素（壁）,2、影响GA积累的因素,谷氨酸,N-乙酰谷氨酸,N-乙酰-谷氨酰磷酸,N-乙酰谷氨酸-半醛,N-乙

22、酰鸟氨酸,鸟氨酸,瓜氨酸,精胺琥珀酸,精氨酸,负反馈控制,N-乙酰谷氨酸激酶,Arg-,Cit-,鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸发酵机制,核苷酸发酵,全合成途径,补救途径,嘌呤核苷酸的代谢调节,核酸由众多的单体核苷酸通过3，5磷酸二酯键聚合而成。核苷酸由碱基、核糖、磷酸组成。,核苷酸类中的肌苷酸（IMP）、鸟苷酸（GMP）、黄苷酸（XMP）呈强鲜味。当核苷酸与氨基酸类物质混合使用时，鲜味不是简单的叠加，而是成倍地提高。,（一）生物合成途径从头合成途径（de novo synthesis）由氨基酸、磷酸戊糖、CO2和NH3合成核苷酸。嘌呤核苷酸：直接生成次黄嘌呤核苷酸（IMP）,然后转 变为其它嘌呤核苷

23、酸。,葡萄糖 HMP 5磷酸核糖 磷酸核糖焦磷酸（PRPP）PRPP转酰胺酶 5-IMP AMP SAMP XMP GMP,天冬氨酸，Mg2+，GTP,腺苷酸代琥珀酸 合成酶,延胡索酸,腺苷酸代琥珀 酸裂解酶,腺苷酸代琥珀酸,AMP,IMP,IMP脱氢酶,NAD+H2O,NADH+H+,XMP,GMP合成酶,谷氨酰氨,Mg2+,ATP,谷氨酸,GMP,由IMP合成AMP及GMP,IMP合成途径的代谢调控,2.补救合成途径（salvage synthesis）微生物从培养基中取得完整的嘌呤、戊糖、磷酸，直接合成单核苷酸。当全生物合成途径受阻时，微生物可通过此途径合成核苷酸。,狭义抗生素:由微生物

24、（包括细菌、放线菌、真菌等）产生的在低浓度条件下，对特异微生物（包括细菌、真菌、立克次体、支原体、衣原体等）的生长有抑制作用的次级代谢产物或化学半合成法制造的相同的和类似的化合物。现代抗生素定义：一切由某些微生物产生的，能抑制微生物和其他细胞增殖的化学物质。,抗生素发酵机制,直到1952年，瓦克斯曼发现了第一个能够有效治疗人类肺结核的药物链霉素，从而对肺结核的治疗迈出一大步。随后，氯霉素（1947年）、新霉素（1949年）、土霉素（1950年）、红霉素（1952年）、四环素（1953年）、头孢菌素（1959年）、喹诺酮类（1980年）也都相继被发现。,现在有越来越多的由新型细菌感染所造成的死亡

25、病例，而我们对这些病例出现的预警机制还很不完善。加拿大魁北克省舍布鲁克大学附属医院的专家透露，从2003年年初至今，一种普通的肠道细菌梭状芽孢杆菌历经两年变异，已成为致命的“超级病菌”，它可引起65岁以上老年人和服用抗生素的病人产生严重痢疾，并最终致死。该病菌已使这家医院的100名病人死亡，如不采取紧急行动，这种“超级病菌”很可能会引发一场致命传染病的蔓延。,最近几年出现了一批抗万古霉素的新型致病菌。这些抗性菌株常常居住在医院的病房中，造成了越来越多难以治愈的医源性传染病的发生。对抗万古霉素菌种的自然选择作用，普遍认为是由动物饲料中相关抗生素的广泛使用所造成的。目前，传染病专家们已经开始敦促医

26、院进一步健全卫生服务体系，并向议员们施压，出台相关的法律，禁止在农业生产上使用抗生素。研究人员也已经修改了万古霉素的部分化学结构，生产出若干类万古霉素衍生物，以期杀灭对万古霉素有抗性的细菌。,我国使用现状1 我国是抗生素使用大国，也是抗生素生产大国：年产抗生素原料大约21万吨，出口3万吨，其余自用（包括医疗与农业使用)，人均年消费量138克左右(美国仅13克)。2 据20062007年度卫生部全国细菌耐药监测结果显示，全国医院抗菌药物年使用率高达74%。而世界上没有哪个国家如此大规模地使用抗生素，在美英等发达国家，医院的抗生素使用率仅为22%25%。,3 另据19952007年疾病分类调查，中

27、国感染性疾病占全部疾病总发病数的49%，其中细菌感染性占全部疾病的18%21%，也就是说80%以上属于滥用抗生素，每年有8万人因此死亡。这些数字使中国成为世界上滥用抗生素问题最严重的国家之一,青霉素G,半合成青霉素阿莫西林（羟氨苄青霉素）,头孢菌素,分类：-内酰胺类抗生素:青霉素类和头孢菌素类 氨基糖苷类抗生素：包括链霉素、庆大霉素、卡那霉素大环内酯类抗生素：红霉素、白霉素等氯霉素类抗生素：包括氯霉素、甲砜霉素等四环素类抗生素：包括四环素、土霉素、金霉素及强力霉素其他类抗生素：万古霉素、诺氟沙星、氧氟沙星等,作用机理1 阻碍细菌细胞壁的合成，导致细菌在低渗透压环境下膨胀破裂死亡，主要是-内酰胺

28、类抗生素2 与细菌细胞膜相互作用，增强细菌细胞膜的通透性、打开膜上的离子通道，让细菌内部的有用物质漏出菌体或电解质平衡失调而死。以这种方式作用的抗生素有多粘菌素和短杆菌肽等,3 与细菌核糖体或其反应底物（如tRNA、mRNA）相互所用，抑制蛋白质的合成这意味着细胞存活所必需的结构蛋白和酶不能被合成。以这种方式作用的抗生素包括四环素类抗生素、大环内酯类抗生素、氨基糖苷类抗生素、氯霉素等。4 阻碍细菌DNA的复制和转录，阻碍DNA复制将导致细菌细胞分裂繁殖受阻，阻碍DNA转录成mRNA则导致后续的mRNA翻译合成蛋白的过程受阻。以这种方式作用的主要是人工合成的抗菌剂喹诺酮类（如氧氟沙星）。,5 影

29、响叶酸代谢 抑制细菌叶酸代谢过程中的二氢叶酸合成酶和二氢叶酸还原酶，妨碍叶酸代谢。因为叶酸是合成核酸的前体物质，叶酸缺乏导致核算合成受阻，从而抑制细菌生长繁殖，主要是磺胺类和甲氧苄啶。,次级代谢产物及特征 初级代谢产物：是指微生物产生的、生长和繁殖所必需的物质。次级代谢产物：是指由微生物产生的，与微生物生长和繁殖无关的一类物质,次级代谢产物的特征：次级代谢产物是由微生物产生的，不参与微生物的生长和繁殖。次级代谢产物的生物合成是与初级代谢产物合成无关的遗传物质有关次级代谢产物发酵经历两个阶段，即营养增殖期（trophophase）和生产期（idiophase）一般都产生结构上相类似的多种副组分生

30、产能力受微量金属离子和磷酸盐等无机离子的影响。,次级代谢酶的底物特异性在某种程度上是比较广泛的。培养温度过高或菌移植次数过多，会使抗生素的生产能力下降次级代谢中与一个酶相对应的底物和产物也可以成为其他酶的底物在多数情况下，增加前体是有效的。,生物合成抗生素与初级代谢的关系 从菌体生化代谢方面分析次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生出来的从遗传代谢方面分析 次级代谢产物除与初级代谢产物一样受核内DNA的调剂控制外，还受到与初级代产物合成无关的遗传物质的控制。,葡萄糖,丙糖,丙酮酸,乙酸,草酰乙酸,柠檬酸,-酮戊二酸,谷氨酸,次级代谢产物,天冬氨酸,次级代谢产物,CO2,CO2,甲羟戊酸,焦磷酸

31、异戊酯,萜甾体,甾体,丙二酸,丙氨酸,聚酮体,脂肪酸,次级代谢产物,缬氨酸,丝氨酸,甘氨酸,次级代谢产物,氨基糖苷类抗生素糖苷部分,戊糖,莽草酸,丁糖,芳基次级代谢产物,芳基氨基酸,次级代谢产物,核苷类抗生素,CO2,CO2,生物甲基化次级代谢产物,C1,CO2,CO2,核苷,抗生素生产菌的主要代谢调节机制,受DNA控制的酶合成调节机制,酶的诱导,酶的阻遏,终点产物的阻遏,分解产物的阻遏,酶活性的调节机制,终产物的抑制或活化,利用辅酶的酶活调节,酶原的活化和潜酶的活化,细胞通透性的调节,诱导调节 结构基因编码控制酶的产生，在没有酶底物时无活性，当加入底物时，结构基因开始表达酶，这一过程称为“诱导”。,反馈调节,反馈阻遏：作用于基因水平,反馈抑制：作用于分子水平,碳、氮及其代谢产物的调节碳分解代谢产物调节:是指能迅速被利用的碳源或其分解代谢产物，对其他代谢中的酶的调节氮代谢的调节：是指迅速被利用的氮源抑制作用于含底物酶的合成,解除分解产物阻遏的方法：1）选育对葡萄糖类似物抗性突变型；2）在培养过程中避免分解产物阻遏，如使用缓慢的碳源，连续流加葡萄糖，保持低浓度葡萄糖等。,磷酸盐的调节 高浓度的磷酸盐对多种抗生素有阻遏和抑制作用，如链霉素、金霉素等。,直接作用：磷酸盐自身影响抗生素合成,间接作用：磷酸盐调节细胞内其他效应剂，进而影响抗生素的合成,细胞膜透性的调节营养期和分化期的关系,