微生物次级代谢及调节.ppt
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1、关于微生物次级代谢及调节现在学习的是第1页,共40页内容:n青霉素的生物合成途径及代谢调节青霉素的生物合成途径及代谢调节n选育青霉素产生菌选育青霉素产生菌n发酵控制发酵控制现在学习的是第2页,共40页青霉素的化学结构式:青霉素的化学结构式:青霉素有一个青霉素有一个四氢噻唑环四氢噻唑环和和内酰胺环内酰胺环。R代表代表 侧链侧链,不同,不同类型的青霉素含有不同类型的类型的青霉素含有不同类型的侧链。侧链。用不同的菌种或培养条件不用不同的菌种或培养条件不同,可以得到各种不同类型同,可以得到各种不同类型的青霉素,或同时产生几种的青霉素,或同时产生几种不同类型的青霉素。不同类型的青霉素。青霉素简介青霉素简
2、介:四氢噻唑环四氢噻唑环内酰胺环内酰胺环侧链侧链6-APA(6-氨基青霉烷酸)氨基青霉烷酸)现在学习的是第3页,共40页现在学习的是第4页,共40页历史:n1928年弗莱明发现点青霉产生可以杀死葡萄糖球菌的年弗莱明发现点青霉产生可以杀死葡萄糖球菌的物质,称之为青霉素。物质,称之为青霉素。n1940年牛津大学的年牛津大学的H.W.Flory和和Chain获得较为纯净的获得较为纯净的青霉素,杀菌效果极佳。青霉素,杀菌效果极佳。n194345年间,发展成了新的一个工业部门:抗生年间,发展成了新的一个工业部门:抗生素发酵工业素发酵工业 n1945年,对青霉素发现做出重要贡献的弗莱明、弗洛年,对青霉素发
3、现做出重要贡献的弗莱明、弗洛里、钱恩分享了诺贝尔医学和生理学奖里、钱恩分享了诺贝尔医学和生理学奖。现在学习的是第5页,共40页一一 青霉素的生物合成途径及代谢调节青霉素的生物合成途径及代谢调节现在学习的是第6页,共40页青霉素的生物合成途径青霉素的生物合成途径酰基转移酶酰基转移酶酰化酶酰化酶青霉素青霉素G6-APAACV合成酶合成酶IPN合成酶合成酶现在学习的是第7页,共40页青霉素合成的调节方式:n1 碳分解代谢产物的影响碳分解代谢产物的影响n2 赖氨酸的反馈调节赖氨酸的反馈调节n3 氮调控氮调控n4 磷酸盐调控磷酸盐调控n5 硫调控硫调控现在学习的是第8页,共40页1 碳分解代谢产物的影响
4、碳分解代谢产物的影响l 青霉素的生物合成受碳分解代谢产物阻遏,青霉素的生物合成受碳分解代谢产物阻遏,如如ACV合成酶,合成酶,IPN合成酶,酰基转移酶合成酶,酰基转移酶就就被阻遏。被阻遏。l葡萄糖可以刺激菌体生长,使作为葡萄糖可以刺激菌体生长,使作为Lys和青霉和青霉素合成中间体的素合成中间体的-氨基己二酸氨基己二酸转向合成转向合成Lys,抑制青霉素的合成。抑制青霉素的合成。现在学习的是第9页,共40页-酮戊二酸酮戊二酸+乙酰乙酰CoA高柠檬酸高柠檬酸顺顺-高乌头酸高乌头酸高异柠檬酸高异柠檬酸-氨基己二酸氨基己二酸-腺苷腺苷-AAA赖氨酸赖氨酸L-AAA-L-半胱氨酸半胱氨酸异青霉素异青霉素N
5、青霉素青霉素G产黄青霉赖氨酸和青霉素的生物合成途径产黄青霉赖氨酸和青霉素的生物合成途径高柠檬酸高柠檬酸合成酶合成酶现在学习的是第10页,共40页n葡萄糖降低青霉素生物合成的速率和得率还由葡萄糖降低青霉素生物合成的速率和得率还由于葡萄糖与于葡萄糖与6-APA之间形成复合物,从而减少之间形成复合物,从而减少了可用于合成青霉素的中间产物。了可用于合成青霉素的中间产物。n葡萄糖有利于菌的生长,但抑制青霉素的合成,葡萄糖有利于菌的生长,但抑制青霉素的合成,而乳糖虽被缓慢利用,却是产生青霉素的最好而乳糖虽被缓慢利用,却是产生青霉素的最好碳源。碳源。n碳源的缓慢利用是大量合成青霉素的关键。碳源的缓慢利用是大
6、量合成青霉素的关键。现在学习的是第11页,共40页2 赖氨酸的反馈调节赖氨酸的反馈调节n-氨基己二酸的初级代谢产物是赖氨酸,分枝次级代谢产物是青霉素。n赖氨酸能抑制青霉素的合成,-氨基己二酸能逆转这种抑制。n赖氨酸能反馈抑制高柠檬酸合成酶,导致-氨基己二酸合成受阻,因而减少青霉素的合成。现在学习的是第12页,共40页-酮戊二酸酮戊二酸+乙酰乙酰CoA高柠檬酸高柠檬酸顺顺-高乌头酸高乌头酸高异柠檬酸高异柠檬酸-氨基己二酸氨基己二酸-腺苷腺苷-AAA赖氨酸赖氨酸L-AAA-L-半胱氨酸半胱氨酸异青霉素异青霉素N青霉素青霉素G产黄青霉赖氨酸和青霉素的生物合成途径产黄青霉赖氨酸和青霉素的生物合成途径高
7、柠檬酸高柠檬酸合成酶合成酶现在学习的是第13页,共40页3 氮调控n产黄青霉生物合成青霉素能高浓度的铵离子抑制,这种抑产黄青霉生物合成青霉素能高浓度的铵离子抑制,这种抑制与谷胺酰胺合成酶有关:制与谷胺酰胺合成酶有关:NH4+,谷氨酸浓度,谷氨酸浓度 ,青霉素,青霉素 。nNH4+还能直接阻遏产黄青霉的青霉素合成基因的表达。还能直接阻遏产黄青霉的青霉素合成基因的表达。如:乳糖培养的产黄青霉菌加入如:乳糖培养的产黄青霉菌加入40mmol/L NH4Cl,ACV合成酶和合成酶和IPN合合成酶的基因受到阻遏,这种阻遏通过氮调控蛋白介导,它能结合到启动子区成酶的基因受到阻遏,这种阻遏通过氮调控蛋白介导,
8、它能结合到启动子区影响其表达。影响其表达。现在学习的是第14页,共40页4 磷酸盐调控 磷酸盐可强化产黄青霉的葡萄糖阻遏,其本身对青霉素的合成没有明显影响。现在学习的是第15页,共40页5.硫调控n硫酸盐作为前体氨基酸半胱氨酸合成酶原料,在青霉素硫酸盐作为前体氨基酸半胱氨酸合成酶原料,在青霉素合成中起着重要作用。合成中起着重要作用。n高浓度的硫酸盐阻遏低产产黄青霉菌株的硫酸盐通透高浓度的硫酸盐阻遏低产产黄青霉菌株的硫酸盐通透酶而影响摄取,在硫酸盐饥饿时,该酶活性及硫酸盐酶而影响摄取,在硫酸盐饥饿时,该酶活性及硫酸盐摄取率上升。摄取率上升。n高产产黄青霉菌株呈现高产产黄青霉菌株呈现脱阻遏现象脱阻
9、遏现象,即使在较高的硫酸,即使在较高的硫酸盐浓度下仍具有较高的通透酶活性。盐浓度下仍具有较高的通透酶活性。现在学习的是第16页,共40页二二 选育青霉素生产菌选育青霉素生产菌n1 出发菌株的选择出发菌株的选择n2 切断支路代谢切断支路代谢n3 解除菌体自身的反馈调节解除菌体自身的反馈调节n4 增加前体物的合成增加前体物的合成n5 选育形态突变株选育形态突变株n6 其他标记其他标记现在学习的是第17页,共40页1 出发菌株的选择出发菌株的选择产生菌:点青霉菌(表面培养只有几十个单位产生菌:点青霉菌(表面培养只有几十个单位)和)和产黄青产黄青霉菌霉菌(适合深层培养(适合深层培养),以产黄青霉菌经过
10、),以产黄青霉菌经过X射线,射线,紫外诱变筛选到紫外诱变筛选到 51-20号菌常用。号菌常用。形成形成绿色绿色孢子和孢子和黄色黄色孢子的两种产黄青霉菌孢子的两种产黄青霉菌 深层培养中菌丝形态为球状和丝状两种深层培养中菌丝形态为球状和丝状两种,我国生产上,我国生产上大多数生产厂都采用大多数生产厂都采用绿孢子丝状菌绿孢子丝状菌。现在学习的是第18页,共40页n菌落:平坦或皱褶,圆形,边沿整齐或锯齿菌落:平坦或皱褶,圆形,边沿整齐或锯齿或扇形。气生菌丝形成大小梗,上生分生孢或扇形。气生菌丝形成大小梗,上生分生孢子,排列程链状,似毛笔,称为青霉穗。孢子,排列程链状,似毛笔,称为青霉穗。孢子黄绿至棕灰色
11、,圆形或圆柱形。子黄绿至棕灰色,圆形或圆柱形。现在学习的是第19页,共40页2 切断支路代谢切断支路代谢n(1)初级代谢与次级代谢处于分枝途径时,初级代初级代谢与次级代谢处于分枝途径时,初级代谢产物的营养缺陷型可使次级代谢产物的产量增加。谢产物的营养缺陷型可使次级代谢产物的产量增加。如:亮氨酸营养缺陷型,使产量提高如:亮氨酸营养缺陷型,使产量提高4倍。倍。现在学习的是第20页,共40页现在学习的是第21页,共40页(2)选育)选育赖氨酸营养缺陷型赖氨酸营养缺陷型,解除对高柠檬,解除对高柠檬酸合成酶的阻遏和抑制。酸合成酶的阻遏和抑制。n 研究发现产黄青霉研究发现产黄青霉Lys的营养缺陷型的营养缺
12、陷型1/4不产青霉素,这是因为合成不产青霉素,这是因为合成Lys途径中断发生在途径中断发生在-氨基己二酸之前,所以不能仅从此育种。氨基己二酸之前,所以不能仅从此育种。n 对对Lys的营养缺陷型其的营养缺陷型其Lys的补给可以只须支撑微生物生长,或者的补给可以只须支撑微生物生长,或者使用过量使用过量Lys阻遏氨基己二酸之后的第一个酶,从而积累阻遏氨基己二酸之后的第一个酶,从而积累-氨基己氨基己二酸库。这是因为二酸库。这是因为高产工业菌常常不受高产工业菌常常不受Lys的严格控制,的严格控制,Lys结构类似结构类似物抗性的突变株青霉素产量常常较低物抗性的突变株青霉素产量常常较低。现在学习的是第22页
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- 微生物 次级 代谢 调节
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