第二章微生物药物生物合成与调控第一节(发酵工艺学夏焕章第三)3.ppt

?????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? * * 学习目标 熟悉微生物次级代谢产物的特点和次级代谢产物生物合成的控制。 掌握微生物次级代谢产物的生物合成过程及其调节机制。 了解微生物药物的生物合成及其调节机制的指导意义。 本文档共25页；当前第1页；编辑于星期三\11点38分 前言 各种代谢反应和代谢途径错综复杂： 代谢网络（metabolic network） 多代谢作用（pleometabolism） 代谢栅栏（metabolic grid） 生物合成既涉及初级代谢又涉及次级代谢 微生物药物（这里指微生物次级代谢产物）的合成是在微生物体内酶催化下将小分子物质逐步合成分子量较大产物的生化反应过程。 本文档共25页；当前第2页；编辑于星期三\11点38分 生物合成过程中，严格地受到微生物细胞内存在的代谢调节，以及外界环境条件的调节。 人们利用已知或可能存在的生物合成途径及其代谢调控理论，已成功地解决了微生物药物生产过程中菌种产量、发酵工艺、产品质量等关键问题。 微生物药物的生物合成及其调控理论在微生物药物的生产中起着非常重要的指导作用。 本文档共25页；当前第3页；编辑于星期三\11点38分 学习内容 第一节 微生物代谢调节（3学时） 第二节 次级代谢与次级代谢产物（1学时） 第三节 次级代谢产物的生物合成（2学时） 第四节 次级代谢产物生物合成的调节与控制（2学时） 本文档共25页；当前第4页；编辑于星期三\11点38分 第一节 微生物代谢调节 微生物体内存在着严密、精确、灵敏的代谢调节体系。 这种自我调节作用使细胞经济有效地利用营养物质与能量，合理地进行各种代谢活动，以适应微生物自身的正常生长繁殖和外界环境的变化，达到微生物代谢活动和外界环境高度统一。 微生物代谢调节机制复杂，具有多系统、多层次特点，但主要通过控制酶来实现，即酶合成的调节（诱导和阻遏）和酶活性的调节（激活或抑制）。 研究微生物代谢调节的实际意义在于打破微生物原有的代谢调控系统，过量积累目标产物，提高生产效率。 本文档共25页；当前第5页；编辑于星期三\11点38分 本节学习内容 一、代谢调节的部位 二、酶活性调节 三、酶合成调节 四、代谢调控 本文档共25页；当前第6页；编辑于星期三\11点38分 四、代谢调控 掌握微生物代谢调节、调节方式及其调节的分子机制，就可以人为地对微生物代谢过程、代谢途径、代谢产物等方面进行调节控制。如提供较多的底物、诱导物、前体物、降低终产物浓度或移走终产物、阻断支路途径来到达目标产物的过量合成。微生物代谢调节控制方法主要有以下4个方面。 本文档共25页；当前第7页；编辑于星期三\11点38分 产能代谢控制：能荷调节 细胞渗透性调控 菌种遗传特性改变 发酵工艺条件的控制 营养缺陷型 渗漏缺陷型 解除反馈调节突变株 解除分解代谢产物阻遏突变株 组成型突变株 各种抗性突变株 增加有关基因数量的工程菌株 控制培养基成分 控制发酵条件 添加前体 添加诱导剂 发酵与分离过程耦合 本文档共25页；当前第8页；编辑于星期三\11点38分 能荷（energy charge）即衡量细胞（或线粒体）能量状态的参数。它 是产生或者利用ATP代谢途径的主要调节因素。 （一）产能代谢控制：能荷调节 能荷 =（[ATP] + 0.5[ADP] ）/ （[ ATP]+[ADP]+[AMP]） 能荷调节也称腺苷酸调节，系指细胞通过改变ATP、ADP、AMP三者 （它们所含能荷依次递减）比例来调节其代谢活动。 能荷数值在0-1之间： 全部为AMP时，能荷值为0； 全部为 ATP 时，能荷值为1； 全部为 ADP时，能荷值为0.5。 本文档共25页；当前第9页；编辑于星期三\11点38分 ATP合成的酶系统： 磷酸果糖激酶（PFK） 异柠檬酸脱氢酶（ID） 柠檬酸合成酶等 ATP消耗的酶系统： 柠檬酸裂解酶 磷酸核糖焦磷酸合成酶等 能荷即可调节形成ATP的分解代谢酶类的活性，也可调节利用ATP的生物 合成酶类的活性。