微生物的代谢与调控论文
微生物生长与代谢的调控
微生物生长与代谢的调控微生物是大自然中最广泛分布的一类生物，具有广泛的代谢活动和高度多样的形态特征。
微生物广泛参与自然界中的各种代谢过程，包括有机物的分解，氮、磷、硫、铁等元素的循环，以及其他一系列环境改变和气候变化适应性反应。
微生物的生长和代谢过程受多种因素的调节，包括环境因素（如温度、pH值、营养物质、光照强度等）和内部调控机制（如代谢物浓度、基因表达等）。
本文将从微生物生长与代谢的角度探讨微生物的调控机制和相应的应用前景。
微生物的生长过程是一系列复杂的代谢反应，促进生物体形成和繁殖。
生长与代谢是密切相连的过程，微生物由有机化合物中获取能量和生长物质，产生的终产物在代谢过程中反过来作为新的代谢底物继续参与代谢反应。
因此，微生物代谢的调控关系到生物体生长和代谢水平的正常维持。
微生物代谢的调控受多种因素的影响，包括环境因素和内部调控机制。
环境因素对微生物代谢活动的调控主要包括温度、pH值、营养物质、光照和气氛等。
其中，温度和pH值是微生物生长的两个最基本的因素，不同微生物对于温度和pH值的适应范围差别很大，每种微生物都有其自己的适宜生长、繁殖和代谢反应的温度和pH值范围。
此外，不同微生物对于营养物质的要求和利用方式也有较大差异。
一些微生物可以利用较为简单的有机物质作为营养源，而另一些微生物则需要复杂的营养物质，如氨基酸和核苷酸等。
此外，光照和气氛条件对于光合微生物等特定微生物群体的生长和代谢过程也具有重要影响。
环境因素的不同调节导致微生物代谢过程的多样性和适应性。
另一方面，微生物的内部调控机制也非常重要。
微生物内部代谢和细胞功能的调节主要通过基因表达和代谢产物浓度调节。
例如，在微生物代谢过程中，代谢物的积累会激活新的代谢途径和修饰酶分子，促进更多种类的代谢酶产生，并作用于细胞内其他过程的调控，从而实现代谢网络的功能扩展和更细致的调控。
类似地，基因表达也是微生物代谢过程中非常重要的调控机制。
通过基因启动子和转录调控因子的参与，微生物可以实现对于不同代谢底物的表达选择和控制，促进生长和代谢过程的协调。
微生物的代谢与调控论文
链霉素的代谢调控机制与应用摘要：链霉菌在生产抗生素方面的特殊作用使它成为放线菌中遗传育种的核心，近年来的进展主要在于原生质体融合、脂质体的使用、质粒及其它载体的发现和克隆技术工业应用。
本文综述了链霉素生物合成途径、代谢调节机制、链霉素发酵的代谢调控育种及其进展。
关键词：链霉素代谢调节育种思路应用前言：链霉素是1944年从灰色链霉菌培养液中分离出来的一种碱性抗生素，分子式C21H39N7O12.由链霉胍、链霉糖和N-甲基-L-葡萄糖胺组成的三糖苷，属于氨基糖苷类抗生素.由于链霉素肌肉注射的疼痛反应比较小，适宜临床使用，只要应用对象选择得当，剂量又比较合适，大部分病人可以长期注射（一般2个月左右）。
所以，应用数十年来它仍是抗结核治疗中的主要用药。
我国于1958年以来大量生产，目前已形成了相当大的生产规模与能力。
链霉素发酵工业延续至今已有相当长的历史，和其它抗生素生产过程一样，它的菌体生长，产物形成等所涉及的一系列时刻变化着的生物化学和质量、能量传递过使链霉素发酵表现出相当程度的不确定性。
同时又由于反应机理复杂，无合适的模型用以描述过程，使人们在其发酵操作上依赖经验甚于理论。
这给链霉素生产水平的提高带来了一定的困难，但同时又给基于理论分析提高生产提供了可能。
1 链霉素生物合成的途径及代谢调节机制1.1 链霉素的生物合成途径由D-葡萄糖和NH3合成链霉素的大致途径如图1所示[2]从图l可看出，每生成1个链霉素分子都需消耗3个葡萄糖分子、7个HN3分子、2个CO2分子和l个甲硫氨酸分子。
其中，有3个NH3分子是通过转氨基反应，分别把氨基供体—谷氨酰氨、丙氨酸和谷氨酸的氨基结合到链霉胍上和L-葡萄糖胺的氨基上，另外4个NH3分子是通过鸟氨酸环供给的，其中2个分子又由氨甲酰磷酸酯，另外2分子由天冬氨酸引入，最后转变为精氨酸的脒基，再转移到链霉胺衍生物上。
2个CO2也是通过鸟氨酸循环固定的。
1.2 链霉素生物合成的调节机制在链霉素生物合成中的调节机制主要有发酵阶段的转变、分解产物的调节以及无机磷的反馈抑制等方面。
微生物代谢途径的动态调控
微生物代谢途径的动态调控微生物是我们生活中的重要组成部分，它们以其微小的身体和不可见的活动为我们提供了无尽的贡献。
微生物代谢是微生物生命活动的重要组成部分，可以为我们提供大量的生物质和能源。
微生物的代谢途径是复杂的，靠着一系列的酶催化反应和化学平衡，才能让微生物通过以废弃物为原料来生产有价值的产品。
而这些代谢途径的调控是一个非常复杂的过程，在途径内动态调节不同酶和代谢产物的浓度和活性，能够使代谢途径更加高效地生产有用的产物。
在本文中，我们将探讨微生物代谢途径的动态调控。
一、微生物代谢途径的分类微生物的代谢途径可以分为两类：有氧代谢和无氧代谢。
有氧代谢需要氧气作为电子受体，可以发生在细胞质中或线粒体中。
而无氧代谢则不需要氧气，通过使用其他氧化剂或进行发酵过程来完成代谢活动。
无氧代谢可以分为厌氧呼吸和发酵两种方式。
二、调控微生物代谢途径的方法微生物代谢途径的调控可以从不同的角度来考虑。
例如可以通过改变环境条件，如温度、pH值、气体浓度、营养状态、除杂物种类等方式，来调节细胞内活性酶的浓度和活性，进而影响代谢途径。
此外，微生物还会在代谢途径内自行调节反应速率来维持代谢平衡状态。
三、调控方式影响代谢途径不同的调控方式对代谢途径的影响是有所不同的。
例如，可以通过影响酶的合成和降解速度来调节酶的浓度和活性。
另外，可以通过引入外源化合物来激活或抑制代谢途径。
更有一些微生物会自动调节反应速率以适应不同的环境需求。
四、模拟微生物代谢途径为了更好地了解微生物代谢途径，研究人员使用一些数学模型和计算机程序，通过建立数学方程式等方法模拟微生物代谢途径。
通过不断的调整一些参数和条件，可以比较准确地预测微生物在不同环境下的代谢行为，进而寻找富含某种生物成分的微生物，并对其进行针对性调节。
五、未来发展趋势未来，微生物代谢途径的研究发展方向将更加注重对不同细胞、群体和微生物群落之间相互作用的研究，探索微生物代谢途径与环境、生命、能量和物质等方面的联系，以更好地发现、利用和保护微生物的生物多样性。
微生物代谢的调节和机制
微生物代谢的调节和机制微生物是生态系统中不可或缺的一部分，其代谢作用对生态系统的稳定和功能具有重要的影响。
微生物代谢的调节和机制是研究微生物生理生态的重要课题之一。
在本文中，我们将介绍微生物代谢的调节和机制的基本概念和最新研究进展。
一、微生物代谢的基本概念微生物代谢是生物化学过程中，利用有机或无机物质产生能量和产物的过程。
微生物代谢主要包括两个方面：有氧代谢和厌氧代谢。
有氧代谢是指微生物在氧气的存在下进行代谢，利用氧气作为电子受体，通过氧化还原反应分解有机物质，同时产生ATP（三磷酸腺苷）、二氧化碳和水。
常见的有氧代谢途径有三种：糖酵解、柠檬酸循环和呼吸链。
其中，糖酵解是最常见和最基本的有氧代谢途径，从葡萄糖开始，通过一系列反应，最终产生ATP和乳酸、酒精等产物。
厌氧代谢是指微生物在缺乏氧气条件下进行代谢，直接利用有机物质产生能量和产物。
厌氧代谢不需要氧气作为电子受体，经过不同的途径进行代谢，产生的产物也不同。
其中最常见的厌氧代谢途径包括乳酸发酵、酒精发酵、醋酸发酵等。
二、微生物代谢的调节微生物所处的环境是一个复杂的生态系统，微生物的代谢受到多种生物和非生物因素的调节和限制。
微生物代谢的调节主要包括以下几个方面：1. 底物促进或抑制微生物的代谢需要能量和底物，底物在一定程度上可以影响微生物的代谢速率和代谢产物。
底物的促进和抑制作用与微生物代谢路径的不同而异。
例如，乙酰辅酶A是柠檬酸循环的重要底物，而且可以在某些菌株中通过自我诱导提高柠檬酸循环的速率和产氢量。
另一方面，糖类和蛋白质的浓度过高时，会抑制糖酵解途径的进行。
2. pH 值的影响菌株所处环境的pH 值是微生物代谢的重要控制因素之一。
pH值对酶催化作用的影响可以影响代谢途径和代谢速率。
通常来讲，pH值在4-10范围内是适宜微生物生长的，但是不同的菌株对 pH值要求不同，例如有些产酸菌需要较低的pH值才能正常生长代谢。
3. 温度的影响微生物的代谢速率和代谢产物也受到环境温度的影响，不同的微生物对温度要求不同。
发酵过程中的微生物代谢途径与调控机制研究
发酵过程中的微生物代谢途径与调控机制研究发酵是一种被广泛应用于食品生产、药物制造和能源生产等领域的生物技术方法。
在发酵过程中，微生物的代谢途径和调控机制起着至关重要的作用。
本文将从微生物的代谢途径和调控机制两个方面进行讨论。
微生物的代谢途径是指微生物在发酵过程中通过一系列化学反应将底物转化为产物的途径。
常见的微生物代谢途径包括糖酵解途径、葡萄糖酸途径、乳酸发酵途径等。
其中，糖酵解途径是最为常见的代谢途径之一。
在糖酵解途径中，微生物将葡萄糖分解为丙酮酸和乙醛，再通过丙酮酸和乙醛的转化产生乳酸、醇、乙酸等产物。
葡萄糖酸途径是另一种代谢途径，微生物在此途径中将葡萄糖转化为葡萄糖酸，再将葡萄糖酸进一步转化为乳酸。
乳酸发酵途径则是将葡萄糖直接转化为乳酸的代谢途径。
不同的微生物会选择不同的代谢途径来满足自身的能量需求和代谢产物的需求。
微生物的代谢途径受到多种调控机制的调控，以确保发酵过程能够顺利进行并产生高效的产物。
其中，环境因素是最为重要的调控机制之一。
微生物对环境的pH值、温度等因素非常敏感，过高或过低的环境条件可能会抑制微生物的代谢途径。
例如，大肠杆菌在碱性环境下会抑制糖酵解途径的进行，而在酸性环境下则会促进糖酵解途径的进行。
此外，底物浓度和产物浓度也是调控微生物代谢途径的重要因素。
当底物浓度过低或产物浓度过高时，微生物的代谢途径可能会受到抑制。
微生物通过感知环境中底物和产物浓度的变化，调节代谢途径的进行。
另外，微生物的基因调控也起着重要的作用。
微生物的基因组中包含了一系列调控基因，这些调控基因能够控制特定代谢途径中关键酶的合成。
通过调节这些酶的合成量，微生物能够在不同环境条件下选择合适的代谢途径。
这些调控基因受到内源和外源信号的调控，包括底物和产物浓度的变化、细胞内外环境的变化等。
微生物的基因调控能够实现代谢途径的快速调整，从而适应不同的环境条件和产物需求。
最后，微生物的代谢途径和调控机制的研究对于发酵工艺的优化和微生物菌种的选育具有重要意义。
微生物过程中的代谢调控及其应用研究
微生物过程中的代谢调控及其应用研究微生物代谢调控是指微生物在生长过程中，利用内部细胞代谢机制来控制自身的代谢过程，使其在合适的时间、合适的环境条件下分泌出所需的代谢产物。
在微生物代谢调控中，包括了很多复杂的生化反应和代谢模块的关联调控，这些都是一个复杂的系统工程。
目前，微生物代谢调控研究已经成为了生物技术、食品工程、制药、纺织等多个领域的重要研究方向。
基于微生物代谢调控的研究，目前已经取得了很多重要的成果，其中主要包括了以下三个方面：一、代谢工程代谢工程是生物技术领域中最为热门的研究方向之一，它是通过基因工程和代谢调控等手段来改良特定微生物的代谢途径，从而达到更高产、更高容积的生产效果。
这种方法已经被广泛应用于发酵工业生产中，其中最为典型的就是生产抗生素和酶类制品。
同时，代谢工程也可以被用于快速筛选、优化和设计新型生物药物、化学药物和生物综合材料，因此被广泛应用于生命科学、医学、环保等众多领域。
二、环境污染治理微生物代谢调控可以被用于环境污染治理，特别是适用于污染源与污染物之间的生物转化和降解过程。
比如，利用微生物最终产品分解能力极强的特点，可以通过调控微生物代谢途径来快速达到降解特定有机污染物的目的。
另外，还可以利用微生物对重金属和氮、磷等元素的活性吸附、转化和蓄积能力，把对环境有害的物质通过微生物进行转化和降解，从而达到净化环境的目的。
这种方法之所以有效，是因为微生物在代谢时，会吸收周围环境中的营养物质和有害物质，从而使环境得到净化。
三、食品工业微生物在食品加工和制品生产中，是一个不可或缺的角色。
除了常见的酸奶、豆腐、味精等产品，微生物在香料、色素、增酸剂、防腐剂等多种产品生产中也发挥了重要的作用。
其中，微生物代谢调控在发酵加工中尤为重要。
通过调控微生物代谢途径，可以更好地控制发酵过程中羧酸、氮源等关键物质的含量，从而提高发酵效果。
另外，微生物代谢调控还可以被用于解决某些不易用传统食品加工方法解决的问题，比如调节黏度、改善口感等。
微生物代谢途径的调控与优化
微生物代谢途径的调控与优化在微观的生物世界里，微生物如同一个个小巧而忙碌的“工厂”，它们通过复杂而精细的代谢途径，将环境中的各种物质转化为自身所需的能量和物质。
然而，这些代谢途径并非一成不变，而是受到各种因素的调控和优化，以适应不同的环境条件和生存需求。
微生物代谢途径的调控就像是一个精密的“指挥系统”，确保微生物在不断变化的环境中能够高效地运作。
这种调控可以发生在多个层面，从基因表达的调控到酶活性的调节，每一个环节都至关重要。
基因水平的调控是微生物代谢途径调控的基础。
微生物的基因组中包含了大量与代谢相关的基因，这些基因的表达受到严格的控制。
例如，当环境中某种营养物质丰富时，相关基因的表达会被激活，从而合成相应的酶来代谢这种物质；而当营养物质缺乏时，基因表达则会受到抑制，以节省能量和资源。
这种调控机制主要通过操纵子模型来实现。
操纵子是一组相关基因及其调控元件的集合，其中包括启动子、操纵基因和结构基因。
启动子是基因转录的起始位点，操纵基因则可以与阻遏蛋白结合，从而控制结构基因的表达。
转录水平的调控也是非常关键的一环。
转录因子可以与 DNA 上的特定序列结合，从而影响 RNA 聚合酶与启动子的结合效率，进而调控基因的转录。
此外，RNA 聚合酶本身的活性也可以受到调节，例如通过其与其他蛋白质的相互作用来改变其对启动子的亲和力。
在转录后水平，mRNA 的加工和稳定性也会影响基因的表达。
例如，某些 mRNA 可以通过选择性剪接产生不同的转录本，从而编码不同的蛋白质。
同时，mRNA 的降解速度也会影响蛋白质的合成量。
翻译水平的调控同样不容忽视。
核糖体可以通过对 mRNA 上的核糖体结合位点的识别来启动翻译，而这个过程可以受到多种因素的影响。
例如，一些小分子可以与核糖体结合，改变其活性，从而影响翻译的起始或延伸。
此外，mRNA 的二级结构也会影响核糖体与 mRNA的结合效率。
除了基因表达的调控，酶活性的调节也是微生物代谢途径调控的重要手段。
发酵过程中的微生物代谢调控与代谢工程研究
发酵过程中的微生物代谢调控与代谢工程研究发酵是利用微生物在适宜环境条件下进行代谢活动进行有目的的生产的过程。
在发酵过程中，微生物的代谢调控起着重要的作用。
代谢调控是指细胞对自身代谢的调节，通过调控代谢通路中的酶的活性、基因的表达和信号传导等方式，实现对代谢过程的精确控制。
而代谢工程研究则是利用基因工程和发酵工程的手段对代谢通路进行调控和优化，以提高发酵过程产物的产量和质量。
在发酵过程中，微生物代谢调控主要包括两个方面的调控：一是对能量代谢的调控，二是对产物代谢的调控。
对能量代谢的调控主要涉及到微生物对碳源的利用、细胞的能量生成和耗散等过程。
在发酵过程中，微生物通常利用碳源来生成能量。
碳源的选择和利用效率对微生物代谢有着重要影响。
在代谢过程中，酶的活性和表达水平的调控也是能量代谢调控的关键因素之一。
通过调控酶的活性和基因的表达水平，可以有效地控制代谢过程中的能量代谢。
对产物代谢的调控是指通过调控代谢通路中与产物生成相关的酶的活性和基因的表达水平，以实现产物代谢过程的控制。
在发酵过程中，微生物通常通过对产物代谢途径的调控来控制产物的产量和质量。
通过对酶的活性和基因的表达的调控，可以实现对产物生成途径的选择和产物的选择性积累。
代谢工程研究则是在微生物的代谢调控基础上，利用基因工程和发酵工程的手段对代谢过程进行优化和调控。
代谢工程的研究主要包括两个方面的内容：一是通过基因工程的手段对代谢通路中的酶进行调控和改造，以提高目标产物的产量和质量；二是通过发酵工程的手段对代谢过程进行优化，以改善发酵条件，提高发酵过程的稳定性和产物的积累效率。
在代谢工程研究中，常用的方法包括构建多基因操纵体系和利用高通量筛选技术。
通过构建多基因操纵体系，可以实现对代谢通路中多个酶的同时调控，从而提高产物的产量和质量。
而利用高通量筛选技术，则可以高效地筛选出具有高产量和高产物活性的菌株。
综上所述，发酵过程中的微生物代谢调控与代谢工程研究是非常重要的。
微生物的代谢与调控
微生物的代谢与调控吴俊康 220130450（东南大学能源与环境学院江苏南京210096）摘要：本文叙述了微生物的代谢过程，微生物代谢的自我调节和人工调控以及微生物代谢和调控在工农业生产中的应用。
微生物的代谢过程包括能量代谢和物质代谢，能量代谢包括吸能代谢和放能代谢，物质代谢包括合成代谢和分解代谢，物质代谢和能量代谢密不可分，往往生命体在物质代谢的同时伴随着能量代谢；同时本文所叙述的微生物的代谢调节过程包括细胞内酶水平的自我调节和人工调控。
利用微生物的代谢途径并通过外界的人工调控获得特定的代谢产物，在工农业生产中已广泛应用，因此，研究微生物的代谢途径和调控，是微生物工农业应用极其重要的一部分。
关键词：微生物；代谢；调节Abstract：In this paper，the metabolism of microorganisms is discussed，including the process of microbial metabolism，the way of their self-control and artificial control，and the application of microbial metabolism in industry and agriculture.The process of metabolism can be classified as energy metabolism，including endergic and exergenic reactions，and material metabolism，including. anabolic and catabolic metabolism，which always have the interwovenness.At the same time，the way of self-control and artificial control of the metabolism is also introduced in this article，covering the level of enzyme in the cell.Now that using and controlling microbial metabolism for some targeted product has been widely applicated in industry and agriculture，so doing many researches on the process and contol of microbial metabolism is an extremely important part of their application.Keywords：microorganisms；microbial metabolism；metabolic regulation目录第一章微生物的代谢................................................................................................. - 2 -1.1 微生物代谢的分类与特点 ......................................................................................- 2 -1.1.1 代谢的分类 .....................................................................................................- 2 -1.1.2 代谢的特点 .....................................................................................................- 3 -1.2 微生物的能量代谢....................................................................................................- 3 -1.2.1 ATP与生物氧化 .............................................................................................- 4 -1.2.2 发酵...................................................................................................................- 6 -1.2.3 好氧呼吸....................................................................................................... - 13 -1.2.4 无氧呼吸....................................................................................................... - 16 -1.3 微生物的物质代谢................................................................................................. - 19 -1.3.1 微生物的合成代谢 ..................................................................................... - 19 -1.3.2 微生物的分解代谢 ..................................................................................... - 27 -1.3.3 合成代谢和分解代谢的联系.................................................................... - 27 - 第二章微生物的代谢调节....................................................................................... - 29 -2.1 微生物的自我调节................................................................................................. - 29 -2.1.1 酶活性的调节 .............................................................................................. - 30 -2.1.2 酶合成的调节 .............................................................................................. - 32 -2.1.3 其他调节....................................................................................................... - 37 -2.2 人工调控 .................................................................................................................. - 39 -2.2.1 遗传学法....................................................................................................... - 39 -2.2.2 生物化学法 .................................................................................................. - 39 - 第三章微生物代谢及调控的应用........................................................................... - 41 -3.1 代谢调控应用 ......................................................................................................... - 41 -3.1.1 代谢控制育种 .............................................................................................. - 41 -3.1.2 代谢控制发酵 .............................................................................................. - 42 -3.1.3 其他................................................................................................................ - 42 -3.2 案例——生料酿酒 ................................................................................................. - 43 -3.2.1 生料酿酒简介 .............................................................................................. - 43 -3.2.2 生料酿酒的基本原理................................................................................. - 43 -3.2.3 生料酒曲的生产工艺................................................................................. - 44 -3.2.4 生料酿酒工艺 .............................................................................................. - 45 -3.2.5 生料酿酒在我国的应用............................................................................. - 46 -前言新陈代谢是生命的最基本的特征，生物从外界吸取所需物质和能量，经过复杂的生物化学变化，转化成自身的物质，并贮存能量；同时，生物分解自身的物质，释放能量；细胞不断的吸收释放物质和能量，使机体不断地自我更新，从而保证机体生长、发育、繁殖、运动等生命活动正常进行，这就是生物的新陈代谢。
微生物代谢和功能调控机制研究
微生物代谢和功能调控机制研究微生物是一类原生生物，常见于土壤、水体、动植物体内等环境中。
它们在自然界中扮演着重要的角色，可以参与固氮、分解有机物质、提供生物质能等作用。
而微生物能够完成这些功能，离不开其独特的代谢和功能调控机制。
一、微生物代谢机制微生物代谢机制通常包括能量源产生、合成前体物、利用硝酸盐、分解有机化合物、氨基酸代谢、葡萄糖代谢等多个方面。
其中，能量源产生机制是微生物代谢的核心环节。
微生物通过氧化还原反应产生能量，维持自身代谢活动的进行。
这种氧化还原反应涉及到细胞色素、酶和多种氧化还原物等多方面，其反应方程式较为复杂。
另外，微生物合成前体物也是微生物代谢的重要机制。
合成前体物包括核糖核酸、蛋白质、生物膜等，这些前体物不仅可以维持细胞的正常生理功能，还可以为其他代谢反应提供催化剂和基质。
微生物合成前体物的机制与有机化合物的分解机制是相辅相成的。
二、微生物功能调控机制微生物的功能调控机制涉及到信号传导、基因表达、代谢途径调控等方面。
其中，信号传导是微生物功能调控的核心环节。
微生物通过一系列信号传导系统实现对外部环境的感知和响应，以维持自身生存和繁殖。
另外，微生物基因表达机制也是微生物功能调控的重要机制。
基因表达主要包括转录和翻译两个过程，这两个过程分别由RNA聚合酶和核糖体完成。
微生物通过形成不同的转录和翻译复合物，以实现对不同基因的表达和控制。
微生物代谢和功能调控机制之间相互作用，共同推动着微生物在自然界中持续发挥其重要功能。
这其中，一些微生物代谢和功能调控机制的研究，已经为生物学、医学和工业领域的发展做出了重要贡献。
三、微生物代谢和功能调控机制研究的应用微生物代谢和功能调控机制的研究应用广泛。
在医学领域，微生物代谢和功能调控机制的研究有助于对细菌、病毒等微生物病原体的生长和生殖进行控制，并对疾病的治疗提供有力支持。
如利用微生物代谢和功能调控机制的研究，产生了许多对疾病进行检测和治疗的方法和技术，如病原体特异性检测、病原体疫苗的开发等。
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链霉素的代谢调控机制与应用
摘要：
链霉菌在生产抗生素方面的特殊作用使它成为放线菌中遗传育种的核心，近年来的进展主要在于原生质体融合、脂质体的使用、质粒及其它载体的发现和克隆技术工业应用。
本文综述了链霉素生物合成途径、代谢调节机制、链霉素发酵的代谢调控育种及其进展。
关键词：链霉素代谢调节育种思路应用
前言：
链霉素是1944年从灰色链霉菌培养液中分离出来的一种碱性抗生素，分子式
C21H39N7O12.由链霉胍、链霉糖和N-甲基-L-葡萄糖胺组成的三糖苷，属于氨基糖苷类抗生素.由于链霉素肌肉注射的疼痛反应比较小，适宜临床使用，只要应用对象选择得当，剂量又比较合适，大部分病人可以长期注射（一般2个月左右）。
所以，应用数十年来它仍是抗结核治疗中的主要用药。
我国于1958年以来大量生产，目前已形成了相当大的生产规模与能力。
链霉素发酵工业延续至今已有相当长的历史，和其它抗生素生产过程一样，它的菌体生长，产物形成等所涉及的一系列时刻变化着的生物化学和质量、能量传递过使链霉素发酵表现出相当程度的不确定性。
同时又由于反应机理复杂，无合适的模型用以描述过程，使人们在其发酵操作上依赖经验甚于理论。
这给链霉素生产水平的提高带来了一定的困难，但同时又给基于理论分析提高生产提供了可能。
1 链霉素生物合成的途径及代谢调节机制
1.1 链霉素的生物合成途径
由D-葡萄糖和NH3合成链霉素的大致途径如图1所示[2]
从图l可看出，每生成1个链霉素分子都需消耗3个葡萄糖分子、7个HN
3
分子、
2个CO
2分子和l个甲硫氨酸分子。
其中，有3个NH
3
分子是通过转氨基反应，分别把
氨基供体—谷氨酰氨、丙氨酸和谷氨酸的氨基结合到链霉胍上和L-葡萄糖胺的氨
基上，另外4个NH
3
分子是通过鸟氨酸环供给的，其中2个分子又由氨甲酰磷酸酯，另外2分子由天冬氨酸引入，最后转变为精氨酸的脒基，再转移到链霉胺衍生物
上。
2个CO
2
也是通过鸟氨酸循环固定的。
1.2 链霉素生物合成的调节机制
在链霉素生物合成中的调节机制主要有发酵阶段的转变、分解产物的调节以及无机磷的反馈抑制等方面。
1.2.1 发酵阶段的转变
催化链霉胍的2个转脒基反应的酶，在合成阶段开始时的突然出现是由于新的蛋白质的合成，而不是蛋白质的激活。
1.2.2 分解代谢产物的调节
对大多数微生物来说，甘露糖链霉素的生物活性只有链霉素的20%-25%。
直到发酵后期才产生水解甘露糖链霉素的α-D-甘露糖苷酶，能迅速把甘露糖链霉素水解成链霉素和甘露糖，反应如下：
甘露糖苷酶
链霉素-甘露糖链霉素+甘露糖
1.2.3 无机磷的反馈抑制
正常生长所需的无机磷浓度抑制链霉素的形成。
磷酸盐与链霉素的生物合成过程有密切关系，在链霉素生物合成中有几步磷酸酯酶所催化的去磷酸化反应。
过量的磷酸盐会产生反馈抑制，阻抑这几步的一个或多个磷酸酯酶的活性或形成，因而抑制链霉素的合成，因此磷酸酯酶的活力与链霉素的形成有密切关系。
此外磷酸盐还能调节链霉胍合成的关键酶——脒基转移酶的形成，高浓度磷酸盐严重阻遏该酶的形成。
2 代谢控制发酵育种的基本思想
根据代谢控制机制的研究表明，酶的生物合成受基因和代谢物的双重控制。
一方面，从DNA 的分子水平上阐明了酶生物合成的控制机制，酶的合成受基因的控制，有基因决定形成酶的分子化学结构；另一方面，从酶学的角度探讨，仅仅有某种基因，并不能保证大量产生某种酶。
酶的合成还受代谢物(酶反应的底物、产物及其类似物)的控制和调节。
最有效的方法就是造就从遗传角度解除了微生物正常代谢控制机制的突变株。
突破微生物的自我调节控制机制，而使代谢产物大量积累的有效措施如下：
(1)应用营养缺陷型菌株。
在这些缺陷型菌株中，由于合成途径中某一步骤发生缺陷，终产物不能积累，这样就解除了终产物的反馈调节，使之间产物积累或另一分支途径的末端产物得以积累。
(2)选育抗反馈调节的突变株。
由于这样的突变株不再手正常反馈调节作用的影响，使终产物得以积累。
(3)选育细胞膜通透性突变株，以便使终产物在细胞内不能积累到引起反馈调节的浓度。
(4)利用营养缺陷型回复突变株或条件突变株的方法，解除终产物对关键酶的调节。
(5)应用遗传工程技术，创造理想的超微生物(即构建目的工程菌株)。
此外，发酵的环境条件，如pH值、NH 的供应、溶氧水平、营养浓度控制表
面活性剂的使用等也都非常重要。
3 链霉素生产菌的育种思路
根据链霉素生物合成途径及代谢调节机制，选育链霉素生产菌应从如下几个方面着于：
3.1 出发菌株的选择
出发菌株多采用灰色链霉菌、比基尼链霉菌和灰色链霉菌等。
灰色链霉菌的孢子梗直而短，不呈螺旋彤，孢子数量很多，孢了乃断裂而成，呈椭圆形，气生菌丝和孢子均呈白色，单菌落生长丰满，呈梅花型或馒头型，直径为3-4mm，基质菌丝透明，在斜面背后产生淡色色素。
3.2 切断支路代谢
当初级代谢和次级代谢处于分路途径时，通过选育需要初级代谢产物的营养缺陷菌株可使相应的次级代谢产物增加。
据报道，采用诱变的方法获得L一丙氨酸缺陷株，或选育苏氨酸缺陷、芳香族氨基.
4.链霉素的应用
链霉素属窄谱抗生素，对革兰阴性细菌、结核杆菌和某些革兰阳性细菌都有抑制作用，主要用于治疗各系统的各种结核病，也可用于布氏杆菌病、鼠疫等。
但对大多数革兰氏阳性菌不如青霉素，对梭菌、真菌、立克次氏体等无效。
链霉素还可用于兔热症、鼠疫、严重布氏杆菌病和鼻疽的治疗（常与四环素或氯霉素合用）。
也用于结核病的二线治疗，多与其它抗结核药合用。
细菌与链霉素接触后极易产生耐药性。
链霉素和其他抗菌药物或抗结核药物联合应用可减少或延缓耐药性的产生。
5 链霉素的发展前景
数十年来，链霉素一直是抗结核治疗中的主要用药,属于一线抗菌药。
正因为如此，链霉素的市场潜力不容小觑。
但是链霉素药物严重的副作用让人担忧，需要对其进一步改进，减轻它的毒性和副作用以及提高产品质量。
同时我们也相信，通过许许多多生物学家、化学家材料学家、医学家、药学家等的不懈努力，将会有更多、更安全有效的链霉素药物问世，为人类的生存和健康提供更好的保证。
参考文献：
[1] 耿予欢，李国基，姚汝华.链霉素发酵的代谢调控育种及研究进展.现代食品科技.2006,22(4):244-248.。