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,共19页 第,*,页,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,第三章 微生物代谢调节,共19页 第,*,页,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,2 微生物次级代谢,共19页 第,*,页,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,微生物次级代谢物的特征,1,2 微生物次级代谢,共19页 第,*,页,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,次级代谢物的生物合成,2,2 微生物次级代谢,共19页 第,*,页,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,抗生素的生物合成,3,2 微生物次级代谢,共19页 第,*,页,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,3 代谢 工程,共19页 第,*,页,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,3 代谢 工程,共19页 第,*,页,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。,微生物代谢调整,第三章,湖北民族学院生物科学与技术学院,周毅峰,秋,1/19,酶活性代谢调整,酶合成代谢调整,代谢系统分子控制机制,微生物次级代谢（重点）,微生物次级代谢特征,次级代谢物生物合成（重点）,抗生素生物合成,代谢工程（难点）,代谢能量概念,代谢工程应用,代谢流分析与控制,基本代谢的调节（自学）,2/19,次级代谢,主要包括合成过程，其终产物、次级代谢物对菌生长不是必需，对其生命活动可能含有某种意义，在生长后期开始形成。微生物次级代谢产物有抗生素、色素、生物碱和毒素等。,也被称为分化代谢物（idiolites）、特殊代谢物。分化代谢物是指在最低培养基上给突变株提供次级代谢物前体物质才能形成,。,3/19,种类繁多，结构特殊，含有不常见化合物,4/19,含有少见化学键,5/19,一个微生物所含有次级代谢物往往是一组结构相同化合物,一个微生物不一样菌株能够产生分子结构迥异不一样次级代谢物，不一样微生物亦能产生同一个次级代谢物。,次级代谢产物合成对环境敏感性比生长强,次级代谢在其一个系列当中与一个酶相对应底物和产物也能够成为其它酶底物,6/19,7/19,前体,是指加入到发酵培养基中一些化合物能被微生物直接结合到产物分子中去，而本身结构无多大改变，且含有促进产物合成作用。,微生物次级代谢物大多数源自初级代谢中间体，可作为次级代谢物前体。,8/19,前体起源,中枢路径中间体,有可作为次级代谢物前体，有经修饰作为次级代谢物前体。,芳香中间体,有许屡次级代谢芳香部分是由莽草酸路径中间体或终产物形成,经修饰糖前体,都是经过反应修饰、转氨作用等路径取得,甲基起源,抗生素生物合成中全部甲基化作用均以甲硫氨酸作为甲基供体，经过甲基转移酶进行,9/19,包含构筑抗生素材料。可将初级中间体经过生物氧化和还原；生物甲基化；生物卤化三个生化过程转化为次级终产物,具有调节作用,次级代谢物本身是生长抑制剂，一旦产生对生长有调整作用，尤其是作为前体中间体,起次级代谢产物的建筑材料,前体作用,10/19,前体限制性,前体合成分子调整机制,主要表现在，如初级和次级代谢均需同一个必需前体，则低浓度前体需满足生长需要。而高浓度内源与外源前体是次级代谢物合成所必需。,前体导向次级代谢物合成,次级代谢物前体是源自初级代谢，引向初级和次级代谢物支路路径生理调解随不一样微生物及其代谢路径而有所不一样。,添加前体策略,前体在发酵液中残留量过高，使生产菌中毒，不足也不行,操纵环境条件可控制许屡次级代谢物生物合成。,如在生物碱发酵中加入诱导剂色氨酸，在链霉素发酵中限制磷酸加量，预防其对参加生物合成磷酸酯酶反馈抑制作用。,如莽草酸路径关键中间体分枝酸，在初级代谢中首先引向苯丙氨酸和酪氨酸；另首先导向对氨基苯甲酸；另一分枝路径形成各种吩嗪次级代谢物和色氨酸。氨基苯甲酸为一中间体。,11/19,把前体引入次级代谢物生物合成专用路径,1,在一些情况下单体单位聚合成聚合物，如聚多酮、寡肽、聚醚等,3,路径中其它关键酶受碳、氮分解代谢物阻遏以及磷酸反馈调整，有些酶可能受胞内积累高浓度前体诱导。,2,生物合成酶很主要，尤其是专用路径第一个酶，因它决定了前体进入次级代谢合成路径通量、中间体和路径生产能力。麦角生物碱生物合成第一个酶受色氨酸或其它类似物诱导作用。,12/19,抗生素生物合成,短链脂肪酸为前体,大环内酯、四环类等抗生素,氨基酸为前体,经修饰糖为前体,青霉素等,氨基酸衍生物,氨基糖类、大环内酯、蒽环类抗生素,13/19,代谢工程基本理论观点,1,伴伴随能量转换而发生电子流动,生物能支撑观点,异化和同化作用而发生物质流动,代谢网络观点,伴随不一样水平上代谢调整而发生信息流动,细胞经济观点,14/19,代谢物流分析应用,2,定量各路径物流和测量流入细胞内碳，不一样路径代谢流定量分析能够判定胞内碳源流向,判别细胞路径中分支点(节点)经过比较不一样突变袜和不一样操作条件下各路径物流分布能够判别路径节点是刚性、半刚性、还是柔性：利用这种方法揭示出赖氨酸生产6磷酸葡萄糖节点是柔性，而丙酮酸节点是弱刚性。,15/19,不一样路径存在判别 识别胞内是否存在某代谢路径。胞内反应化学计量关系对代谢流分析非常主要。用公式表示反应化学计量关系是代谢物流分析基础，它需要知道与生化相关详细信息,代谢物流分析应用,2,非测量所得胞外物流计算，普通能被测量物流数目多于需用于计算胞内物流数目。,16/19,代谢物流分析应用,2,最大理论得率计算 基于化学计量模型，如已知各种限制条件，便能够计算一巳知代谢物最大理论得率，此值对揭示过程得率上限有用。,考查另一些路径对物流分布影响 关于代谢物生产优化，可判别一个或几个提升代谢物得率或消除所需代谢物物流限制作用，为此，可考查些构想，如插入一条新路径或同功酶(或将其消除)是否含有消除该限制主动效果从而造成所需物流增加。,17/19,节点及其判断,3,节点是指代谢网络中存在分枝之处。在不一样条件下，代谢流分布改变较大节点称为主节点。,节点分为,柔性，半刚性，刚性,。对节点刚性判定是进行遗传操作主要依据。,18/19,代谢控制分析（MCA）,4,代谢物流常规控制法 反馈抑制，协调效应，酶共价修怖、酶合成控制四种代谢流常规控制方法。,经过遗传操作控制 增加代谢物流方法有：缺乏代谢控制系统分布知识时，过分表示流量控制系数较大酶(常达不到效果)；同时表示一组酶(若这组酶有较高流量控制系数)：通用方法等量增加最终一个分枝点到终产品全部酶；改变路径控制结构，增加一个酶流量控制系数。,经过控制微生物生长环境来控制代谢流 调整渗透比，比如在以葡萄糖为碳源培养基中，用杂交瘤细胞作为单克隆抗体（MAb），发觉伴随渗透压升高MAb会增加，其原因可能是代谢物流改变所致；控制不一样操作条件取得不一样微生物培养生理情况，引发代谢物流改变，从而取得不一样浓度菌量；经过溶氧与溶解二氧化碳控制来改变代谢物流。,19/19,