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文檔簡介
1、微生物初級代謝與次級代謝的關系一、初級代謝與次級代謝產物微生物的初級代謝:初級代謝是指微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質,通過分解代謝和合成代謝,生成維持生命活動所需要的物質和能量的過程。這一過程的產物,如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由這些化合物聚合而成的高分子化合物(如多糖、蛋白質、酯類和核酸等),即為初級代謝產物。由于初級代謝產物都是微生物營養(yǎng)性生長所必需,因此,除了遺傳上有缺陷的菌株外,活細胞中初級代謝途徑是普遍存在的,也就是說它們的合成代謝流普遍存在。在這途徑上酶的特異性比次級代謝的酶要高。因為初級代謝產物合成的差錯會導致細胞死亡。微生物細胞的代謝調節(jié)方式很多,例如通過酶的定位以限制它與相
2、應底物的接近,以及調節(jié)代謝流等可調節(jié)營養(yǎng)物透過細胞膜而進入細胞的能力。其中調節(jié)代謝流的方式最為重要,它包括兩個方面:一是調節(jié)酶的活性,調節(jié)的是已有酶分子的活性,是在酶化學水平上發(fā)生的;二是調節(jié)酶的合成,調節(jié)的是酶分子的合成量,這是在遺傳學水平上發(fā)生的。在細胞內這兩者往往密切配合、協(xié)調進行,以達到最佳調節(jié)效果。 一般將微生物通過代謝活動所產生的自身繁殖所必需的物質和能量的過程,稱為初級代謝,該過程所產生的產物即為初級代謝產物,如氨基酸、核苷類,以及酶或輔酶等。二、微生物次初級代謝次級代謝與初級代謝關系密切,初級代謝的關鍵性中間產物往往是次級代謝的前體,比如糖降解過程中的乙酰-CoA是合成四環(huán)素、
3、紅霉素的前體;一般菌體的次級代謝在對數生長后期或穩(wěn)定期間進行,受環(huán)境條件的影響; 次級代謝產物的合成,因菌株不同而異,但與分類地位無關;與次級代謝的關系密切的質粒則控制著多種抗生素的合成。 次級代謝產物在微生物生命活動過程中的產生極其微量,對微生物本身的生命活動沒有明顯作用,當次級代謝途徑被阻斷時,菌體生長繁殖仍不會受到影響,因此,它們沒有一般性的生理功能,也不是生物體生長繁殖的必需物質,但對其它生物體往往具有不同的生理活性作用,因此,人們利用這些具有各種生理活性的次級代謝產物生產具有應用價值的藥物。 次級代謝是指微生物在一定的生長時期,以初級代謝產物為前體,合成一些對于該微生物沒有明顯的生理
4、功能且非其生長和繁殖所必需的物質的過程。這一過程的產物,即為次級代謝產物,如抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等。 次級代謝是指微生物在一定的生長時期,以初級代謝產物為前體物質,合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質的過程,這一過程的產物,即為次級代謝產物。也有人把超出生理需求的過量初級代謝產物也看做是次級代謝產物。次級代謝產物大多是一類分子結構比較復雜的化合物,大多數分子中都含有苯環(huán)。一、次級代謝與次級代謝產物一般將微生物與外界吸收各種營養(yǎng)物質,通過分解代謝和合成代謝,生成維持生命活動的物質和能量的過程,稱為初級代謝。次級代謝是相對于初級代謝而提出的一個概念。一般認為,次級代謝是指微生物
5、在一定的生長時期,以初級代謝產物為前體,合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質的過程。這一過程的產物,即為次級代謝產物。有人把超出生理需求的過量初級代謝產物也看作是次級代謝產物。次級代謝產物大多是分子結構比較復雜的化合物。根據其作用,可將其分為抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等類型。次級代謝與初級代謝關系密切,初級代謝的關鍵性中間產物往往是次級代謝的前體,比如糖降解過程中的乙酰CoA是合成四環(huán)素、紅霉素的前體;次級代謝一般在菌體對數生長后期或穩(wěn)定期間進行,但會受到環(huán)境條件的影響;某些催化次級代謝的酶的專一性不高;次級代謝產物的合成,因菌株不同而異,但與分類地位無關;質粒與次級代謝的關系密
6、切,控制著多種抗生素的合成。次級代謝不象初級代謝那樣有明確的生理功能,因為次級代謝途徑即使被阻斷,也不會影響菌體生長繁殖。次級代謝產物通常都是限定在某些特定微生物中生成,因此它們沒有一般性的生理功能,也不是生物體生長繁殖的必需物質,雖然對它們本身可能是重要的。關于次級代謝的生理功能,目前尚無一致的看法。三、微生物初級代謝與次級代謝的關系初級代謝( primary metabolism )是一類主要發(fā)生在生長繁殖期的普遍存在于一切生物中的代謝類型。次級代謝( secondary metabolism )是某些生物為了避免在初級代謝過程中某種中間產物積累所造成不利作用或外環(huán)境因素脅迫而產生的一類有
7、利于生存的代謝類型。次級代謝與初級代謝是一個相對的概念,二種代謝既有區(qū)別又有聯(lián)系,它們的區(qū)別主要表現(xiàn)為: (1)次級代謝只存在于某些生物當中,而且代謝途徑和代謝產物因生物不同而異,就是同種生物也會因營養(yǎng)和環(huán)境條件不同而產生不同的次級代謝產物。而初級代謝是一類普遍存在于各類生物中的基本代謝類型,代謝途徑與產物的類同性強。 (2) 次級代謝產物對于產生者本身不是機體生存所必需的物質,即使在次級代謝過程的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙,不會導致機體生長的停止和死亡,一般只是影響機體合成某種次級代謝產物的能力。而初級代謝產物如單糖或單糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等單體以及由它們組成的各種 大分子聚合物如核酸、蛋白質、
8、多糖、脂類等通常都是機體生存必不可少的物質,只要這些物質合成過程的某個環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙,輕則表現(xiàn)為生長緩慢,重則導致生長停止、機體發(fā)生突變甚至死亡等。 (3) 次級代謝通常是在微生物的對數生長期末期或穩(wěn)定期才出現(xiàn),它與機體的生長不呈現(xiàn)平行關系,而是明顯地分為機體的生長期和次級代謝產物形成期兩個不同時期。初級代謝則自始至終存在于一切生活的機體之中,它同機體的生長過程基本呈平行關系。 (4) 次級代謝產物雖然也是從少數幾種初級代謝過程中產生的中間體或代謝產物衍生而來,但它的骨架碳原子的數量與排列上的微小變化,或氧、氮、氯、硫等元素的加入,或在產物氧化水平上的微小變化都可以導致產生的次級代謝產物各種各
9、樣,并且每種類型的次級代謝產物往往是一群化學結構非常相似而成分不同的混合物。例如目前已知新霉素有 4 種,桿菌肽有 10 種,多粘菌素有 10 種,放線菌素有 20 多種等。這些次級代謝產物通常被機體分泌到胞外,它們雖然不是機體生長與繁殖所必需的物質,但它們與機體的分化有一定的關系,并在同其他生物的生存競爭中起著重要作用,而且它們中有許多對人類健康和國民經濟的發(fā)展具有重大影響。而初級代謝產物的性質與類型在各類生物里相同或基本相同。如 20 種氨基酸、 8 種核苷酸以及由它們聚合而成的蛋白質、核酸等在不同生物中其本質基本相同,在機體的生長與繁殖上起著重要而相似的作用。 (5) 機體內兩種代謝類型
10、對環(huán)境條件變化的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同。次級代謝對環(huán)境條件變化很敏感,其產物的合成往往會因環(huán)境條件變化而受到明顯影響。而初級代謝對環(huán)境條件變化的相對敏感性小,相對較為穩(wěn)定。 (6) 催化次級代謝產物合成的某些酶專一性較弱。因此在某種次級代謝產物合成的培養(yǎng)基里加進不同的前體物時,往往可以導致機體合成不同種類的次級代謝產物,這或許是某些次級代謝產物為什么是由許多混合物組成的原因之一。例如在青霉素發(fā)酵中可以通過加人不同前體物的方式合成不同類型的青霉素。另外催化次級代謝產物合成的酶往往都是一些誘導酶,它們是在產生菌對數生長期末期或穩(wěn)定生長期中,由于某種中間產物積累而誘導機體合成一種能催化次級代謝產物合成的酶。這些酶通常因環(huán)境條件變化而不能合成。相對而言催化初級代謝產物合成的酶專一性和穩(wěn)定性較強。 次級代謝與初級代謝之間的聯(lián)系非常密切,具體表現(xiàn)為次級代謝以初級代謝為基礎。因為初級代謝可以為次級代謝產物合成提供前體物和為次級代謝產物合成提供所需要的能量,而次級代謝則是初級代謝在特定條件下的繼續(xù)和
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