[课件]第八章 次生代谢产物的生物合成PPT
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《植物次生代谢》PPT课件
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初生代谢和次生代谢的关系
•
植物的次生代谢是相对于初生代谢而言的，
是释放能量的代谢，是以初生代谢的中间产物作
为起始物(底物)的代谢。通常认为，植物的次生
代谢与其生长、发育、繁殖无直接关系，所产生
的次生代谢物被认为是释放能量过程产生的物质。
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次生代谢物的意义
• 长期以来，次生代谢物被认为是代谢中不再起 作用的末端产物，为废物储藏在植物的各种组织中， 虽对其生存有重要的生态作用，但在生物体内所执 行的功能并不重要。
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主要的生物合成途径
•
虽然从自然界得到的化合物总数非常多，其结构
也千变万化，非常复杂，但它们均由一定的基本结
构单位按不同方式组合而成。常见的基本结构单位
大概有以下几种类型
• C２单位：如脂肪酸、酚类、苯醌等聚酮类化合物。 • C５单位(异戊烯单位)：如萜类、甾类等。 • C６单位：如香豆素、木脂体等苯丙素类化合物。 • 氨基酸单位：如生物碱类化合物。
为莽草酸途径将无法限定为仅由桂皮酸而来的苯
丙素类化合物，故而将这一支路称之为桂皮酸途 径。
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(三)氨基酸途径
• 天然产物中的生物碱类成分均由此途径生成。 有些氨基酸脱按成为胺类，再经过一系列化学反 应(甲基化、氧化、还原、重排等)后即转变成为 生物碱。
•
并非所有的氨基酸都能转变成为生物碱。作
• 脂肪酸类、酚类、蒽醌类等均由这一途径 生成。这一过程的出发单位(起始物)是乙酰辅 酶A。
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2．乙酰—甲戊二羟酸(MVA)途径
• 生物体内真正的异戊烯基单位为焦磷酸二甲 烯丙酯（DMP)及其异构体焦磷酸异戊烯酯 (IPP)，它们均由MVA变化而来，在相互衔接时 一般为头—尾相接，但自三萜起，则呈尾—尾 相接方式。各种萜类分别由对应的焦磷酸酯得 来，三萜及甾体类则由反式角鳖烯转变而成， 它们再经氧化、还原、脱胺、环合或重排，即 生成种类繁多的萜类及甾体化合物。出于MVA 也是由乙酰辅酶A出发外成，故其生物合成基 源也是乙酰辅酶A。
植物细胞培养与次生产物代谢生产PPT讲稿
悬浮培养不能对某一细胞进行定点观 察和分析，也就不能进行定点选择。因此 ，在进行细胞株（种子细胞）选择和需要 对细胞活动跟踪观察的情况下，必须进行 真正意义上的单细胞培养。由于植物细胞 的团聚性，单细胞培养还比较困难。
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1、细胞平板培养
平板培养(plate culture)：将一定密度的悬浮细
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生物反应器
当前你正在浏览到的事第三十三页PPTT，共八十页。ห้องสมุดไป่ตู้
Stirred Tank Bioreactors
An external motor is used to
agitate the growth medium with impellers. Sterile air or combinations of gases can be introduced (sparkling)
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3、微室培养 它可对单细胞进行活体连续
观察。这一方法也可用于原
生质体培养观察细胞壁的再
生和细胞分裂过程。
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4、双层滤纸培养
Horsch等（1980）将平板培养与饲养层培
养技术相结合，建立了双层滤纸植板培养方法 。
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植物细胞培养具有周期长、细胞抗剪切能力 弱、易团聚等特点。同时，植物细胞规模培养 的目的是生产天然产物，所以，植物细胞培养 反应器的设计不仅要考虑有利于细胞生长，还 要考虑有利于产物的积累和分离。
总体上，适合植物细胞培养的反应器应具 有适宜的氧传递、良好的流动性和较低的剪切 力。
八植物细胞培养及次生物质生产模板PPT课件
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二、 单细胞培养技术（single cell
culture）
1、平板培养(plating culture)
单击此2处、编看辑护母培版养标题(n样ur式se culture)
3、微室培养(micro-chamber culture)
4、双层滤纸培养(feeder layer cultur)
植板：将1份培养基充分混合均匀，然后均匀地平 铺于培养皿中，其厚度为1-2mm左右。
规范 标准 专业 高效
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克隆愈 伤组织
单击此处编辑母版标题样式
细胞悬浮 过滤 与培养基 植板 混合
培养
规范 标准 专业 高效
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平板培养的效果一般用植板率来衡量。植板率是能长出细胞团的单细胞 在接种单细胞总和中所占的比例。
根形成
生根培养基
规范 标准 专业 高效
-2/XX-
植物细胞培养的类型
单细胞培养(单个细胞) 细胞悬浮培养(小的细胞团) 大规模细胞培养(大量培养细胞)
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规范 标准 专业 高效
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第一节 植物的单细 胞培养 单击此处编辑母版标题样式
规范 标准 专业 高效
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第八章 植物的细胞培养 单击此处编辑母版标题及样次式生代谢产物生产
规范 标准 专业 高效
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培养过程：
培养物
植外物植细体胞培养（Plant
愈伤组织诱导培养基
Cell Culture）:
单击此在 细处编愈离胞辑伤体团母组条进版织件行标下 培题， 养样式对 和植 继物 代单 培养个再，细分胞大化或量培小获养的得基 细胞不群定体芽的技术。
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二、 单细胞培养技术（single cell
culture）
1、平板培养(plating culture)
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3、微室培养(micro-chamber culture)
4、双层滤纸培养(feeder layer cultur)
植板：将1份培养基充分混合均匀，然后均匀地平 铺于培养皿中，其厚度为1-2mm左右。
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克隆愈 伤组织
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细胞悬浮 过滤 与培养基 植板 混合
培养
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平板培养的效果一般用植板率来衡量。植板率是能长出细胞团的单细胞 在接种单细胞总和中所占的比例。
根形成
生根培养基
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植物细胞培养的类型
单细胞培养(单个细胞) 细胞悬浮培养(小的细胞团) 大规模细胞培养(大量培养细胞)
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第八章 植物的细胞培养 单击此处编辑母版标题及样次式生代谢产物生产
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培养过程：
培养物
植外物植细体胞培养（Plant
愈伤组织诱导培养基
Cell Culture）:
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次生代谢产物 PPT
植物细胞培养 之次生代谢产物生产
大家好
1
植物次生代谢产物的概述 研究现状 植物细胞大规模培养生产次生代谢
产物的基本程序 提高次生代谢物生产效率的途径与
方法 应用实例 前景展望
大家好
2
植物次生代谢产物是指植物中一大类并 非植物生长发育所必需的小分子有机化 合物，其产生和分布通常有种属、器官 组织和生长发育期的特异性。
大家好
22
pH：培养基的pH值与细胞生长繁殖以及次生 代谢产物的生产关系密切，与培养温度相似， 细胞的生长繁殖与次生代谢产物合成时所需 的pH值通常并不一致，需要在不同的阶段控 制不同的pH值。
电场：膜周电泳学说认为对细胞施加稳定的 电场能够导致膜中带电物质的重新分配，最 终导致原生质体生长和分化效应。
大家好
21
合适的培养条件
物理因素：
温度：植物细胞培养的最适温度一般为 25℃，但不同的植物种类略有差异，而 且植物细胞生长和次生代谢产物的合成 所需的温度并不一致，因此选择合理的 培养温度并进行相应的调控对于细胞生 长以及产物合成十分关键。
光照：光强、光质和光照时间对细胞的 生长和次生代谢产物的合成都具有一定 的影响。不同的光照情况要根据不同的 植物细胞来设定。
大家好
16
因此充分利用基因工程的手段，筛选高 产细胞系，深入研究特定代谢产物的生 物合成途径，对培养条件进行优化，研 究和开发适合植物细胞培养的生物反应 器是解决这些问题的根本途径。
大家好
17
提高次生代谢产物生产效 率的途径和方法：
选择合适的外植体 筛选得到高产细胞系（株） 寻求合适的培养条件和培养技术
大家好
10
植物次生代谢产品的市场潜能
大家好
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1
植物次生代谢产物的概述 研究现状 植物细胞大规模培养生产次生代谢
产物的基本程序 提高次生代谢物生产效率的途径与
方法 应用实例 前景展望
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植物次生代谢产物是指植物中一大类并 非植物生长发育所必需的小分子有机化 合物，其产生和分布通常有种属、器官 组织和生长发育期的特异性。
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pH：培养基的pH值与细胞生长繁殖以及次生 代谢产物的生产关系密切，与培养温度相似， 细胞的生长繁殖与次生代谢产物合成时所需 的pH值通常并不一致，需要在不同的阶段控 制不同的pH值。
电场：膜周电泳学说认为对细胞施加稳定的 电场能够导致膜中带电物质的重新分配，最 终导致原生质体生长和分化效应。
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合适的培养条件
物理因素：
温度：植物细胞培养的最适温度一般为 25℃，但不同的植物种类略有差异，而 且植物细胞生长和次生代谢产物的合成 所需的温度并不一致，因此选择合理的 培养温度并进行相应的调控对于细胞生 长以及产物合成十分关键。
光照：光强、光质和光照时间对细胞的 生长和次生代谢产物的合成都具有一定 的影响。不同的光照情况要根据不同的 植物细胞来设定。
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因此充分利用基因工程的手段，筛选高 产细胞系，深入研究特定代谢产物的生 物合成途径，对培养条件进行优化，研 究和开发适合植物细胞培养的生物反应 器是解决这些问题的根本途径。
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提高次生代谢产物生产效 率的途径和方法：
选择合适的外植体 筛选得到高产细胞系（株） 寻求合适的培养条件和培养技术
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植物次生代谢产品的市场潜能
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植物次生代谢产物生产.ppt
诱导子能增强细胞的呼吸作用, 提供产生次生代谢产物的 能量, 使细胞结构发生变化, 利于代谢物的形成、运输和积累。 目前应用最广、研究最多的是真菌诱导子, 如张长平等在红 豆杉细胞悬浮培养体系中加入真菌诱导子, 结果发现, 紫杉醇 的合成被加强, 产量得到了显著提高。 除真菌诱导子外, 目前在提高植物次生代谢产物方面研究得 较多的还包括寡糖素、茉莉酸类、金属离子和紫外光等.金属 离子作为诱导子主要有Cu2+ 、Ca2+ 、Mg2+等。 孙彬贤等以南方红豆杉悬浮细胞为材料, 在悬浮细胞中加入 茉莉酸甲酯, 紫杉醇含量提高了10倍。
产次生代谢产物时, 对光质和光量的要求是不同的, 如玫 瑰茄悬浮细胞合成花青素时, 蓝光是促进玫瑰茄细胞产生 花青素的最有效单色光, 产量为416 mg/ L, 和全色光差 不多, 红光和橙光无效, 其他单色光随其波长接近蓝光, 正 效应增强。
pH值：植物细胞培养的最适宜pH 值在5-6 之间,但也存在
4.3 前体饲喂
前体指处于目标代谢物代谢途径中上游的物质。上游化合 物作为酶的底物，其浓度高低决定了催化反应速度的大小 ，浓度高则反应速度大。加入前体可以消除关键酶的阻碍 或阻断内源性中间体的分隔和有效贮存，利于次生代谢物 的生产。
• 向银杏培养基中添加异戊二烯等前体物质, 有效地提高了 银杏内酯B 的产量.
• 解决植物细胞培养生产次生代谢物含量低的最有效的手段之一是 筛选高产细胞株。用来筛选的细胞来源可以是有足够生理和形态 异质性的细胞群，也可以是通过物理或化学因子诱变处理产生的 突变体群。
• 筛选方法:目测法,放射免疫法、酶联免疫法、流动细胞测定法、 琼脂小块法等。
3. 物理因素
光照：对次生代谢产物的合成有重要影响. 不同植物细胞生
植物次生代谢的生理功能课件
生长调节剂 激素 膨压 电信号 多肽
未知发育信号
温度
病原体(真菌、 细菌、病毒) 壁断片 壁的机械压力 矿质 伤害
糖、氨基酸
转播 放大
光
发散到多个目标 改变离 子流 调节代 谢途径 基因表 达调节 细胞骨 架改变
改变细胞生长和代谢
4.1 在植物生命活动中的作用
• 茉莉酸(Jasmonic acid，JA)和茉莉酸甲酯 (Methyl-Jasmonate，MeJA)、水杨酸 (Salicylic，SA)、乙烯(Ethylene，ET)等植物激 素及活性物质通常也可诱导次生物质的合成。 • 外源因子的刺激通过胞内小分子信号物质的传 递，刺激植物内源激素水平变化，诱导次生物质 的合成、积累，从而使植物获得系统抗性。
4.1 在植物生命活动中的作用
• pH值反应：花青素所显示的色泽与pH值有关，酸性时 呈红色、碱性时呈蓝色、中性时呈紫色，有色体显色 与pH值无关。
紫甘薯花青素在不同PH值下的颜色变化 如何正确区分两者所显示的色泽呢？
4.1 在植物生命活动中的作用 花黄素
• 花黄素也是苯并吡喃的衍生物，其配糖体为黄 酮或黄酮醇，糖基为葡萄糖或鼠李糖。 • 花黄素的种类也很多，大部分存在于花和果实 中，使植物器官呈黄色，例如大理菊、金鱼草 的花瓣，某些柑桔类的果实。 Antirrhinum majus
4.1 在植物生命活动中的作用
4.花色素苷--提高抗氧化能力
• 抗氧化酶如SOD含量的轻微上升与下降都与光诱导花 色素苷的产生有联系。 • 臭氧也能诱导花色素苷产生，在强氧化剂存在时花色 素苷才有抗氧化的功能。 • 离体存在的花色素苷比α-生育酚的抗氧化能力大得多。 • 所有膜系统中经诱导产生的花色素苷均能清除自由基， 抑制脂质过氧化。
植物次生代谢产物的生物合成途径探究
植物次生代谢产物的生物合成途径探究植物以其多样的形态、色彩和香味吸引了人们的注意力。
这些特征都与植物的次生代谢产物有关。
植物次生代谢产物是植物在生长发育过程中，不参与生命维持的基础代谢过程，而进行的物质转化和生物合成代谢产物。
植物次生代谢产物的生物合成途径为植物提供了广泛的适应性，使其在不同的生态和生物环境中得以生存。
本文旨在介绍植物次生代谢产物的分类和生物合成途径。
1. 植物次生代谢产物的分类植物次生代谢产物可分为两类：非芳香族产物和芳香族产物。
非芳香族产物通常由单糖、双糖、三糖或斯达林类(spontaneol)等简单的化合物组成，主要作用是存储能量和结构支持。
例如淀粉、蛋白、纤维素等。
芳香族产物则以芳香环为基础，通常具有芳香族的气味和颜色。
它们具有多种生物活性，包括抗氧化、抗菌、抗病毒、抗癌等。
在药物和化妆品生产中，广泛用于制造香料、色素和药用植物提取物。
在芳香族产物中，又可以进一步分为色素、生物碱、酚类、醛类、羧酸和萜类等几类。
2. 植物次生代谢产物的生物合成途径植物次生代谢产物的生物合成过程不同于基础代谢过程，而是特定的代谢途径。
通常依赖于一些关键酶的催化作用和特定的物理环境。
这些酶受到基因表达的调控和环境适应的影响，反映了植物与环境的相互作用。
2.1 色素的生物合成途径色素是一类具有芳香族结构的染料，通常可分为类胡萝卜素、叶绿素、花青素、类黄酮和苯丙酮等几种。
它们在植物体内起到重要的生理和生化作用。
下面以叶绿素为例，介绍色素合成途径。
叶绿素是一种类似于血红蛋白的色素，是植物中进行光合作用的必须物质。
其生物合成途径涉及多个酶催化反应。
在光合色素的合成过程中，植物叶绿体中的多个蛋白质和酶起到了关键作用。
首先，蛋白花青素酸合成酶(pheophorbide a oxygenase) 通过向植物体内输入辅助物质magnesium来帮助叶绿素的前体钻草素(magnesium protoporphyrin)的合成。
《次生代谢》PPT课件
橡胶〔rubber) 3000-6000个异戊二烯单元组成的 无分枝长链。
天然橡胶是三叶橡胶树分泌的一种胶乳，其中1/3是 橡胶。目前世界上已发现约2000种产胶植物，如我 国的杜仲树即为产胶植物之一，其所产生的杜仲胶 为反式异戊二烯单位构成的长链分子。
3. 含氮化合物
3.1 甜菜素〔betalain) :一类含氮的色素， 黄色或 红色。存在于石竹科的少数植物中。存在于花、果 实、叶片或茎中。颜色受pH值影响。合成受光促 进。它的功能是作为呈色物质，吸引昆虫采食和传 粉。
Structure of flavonoids
苯丙氨酸在苯丙氨 酸脱氨酶〔PAL)作 用下形成肉桂酸，, 它是合成木质素、 香豆素及类黄酮的 共同前体。
花葵素
花青素
翠雀素
1. 参与花、果实的着色。 颜色形成的主要色素：红色或紫色的花色素苷， 黄色的查尔酮 协同着色色素：黄酮、黄酮醇。 其它因素： 液泡pH, 金属离子。
(游离甾醇存在于细胞膜内，起增强膜构造稳定性作用。
油菜素内酯是植物生长发育中重要的甾醇激素。)
2.2 植物精油和其它萜烯类化合物
10-15碳的萜烯称为植物精油，具有挥发性和较强的 气味。是香料、香精的重要原料。植物释放的挥发性 精油的量很大。
树脂〔resin): 10-30碳萜烯的混合物。存在于针 叶植物及热带被子植物中。保护植物抵御昆虫侵害。
《次生代谢》PPT课件
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次生代谢物质
初生代谢物
不直接参与生长发育 对植物的生态适应有 重要作用(ecological function) 产生和分布往往局限 在某一个或分类学上 相近的的几个植物种 类。
天然橡胶是三叶橡胶树分泌的一种胶乳，其中1/3是 橡胶。目前世界上已发现约2000种产胶植物，如我 国的杜仲树即为产胶植物之一，其所产生的杜仲胶 为反式异戊二烯单位构成的长链分子。
3. 含氮化合物
3.1 甜菜素〔betalain) :一类含氮的色素， 黄色或 红色。存在于石竹科的少数植物中。存在于花、果 实、叶片或茎中。颜色受pH值影响。合成受光促 进。它的功能是作为呈色物质，吸引昆虫采食和传 粉。
Structure of flavonoids
苯丙氨酸在苯丙氨 酸脱氨酶〔PAL)作 用下形成肉桂酸，, 它是合成木质素、 香豆素及类黄酮的 共同前体。
花葵素
花青素
翠雀素
1. 参与花、果实的着色。 颜色形成的主要色素：红色或紫色的花色素苷， 黄色的查尔酮 协同着色色素：黄酮、黄酮醇。 其它因素： 液泡pH, 金属离子。
(游离甾醇存在于细胞膜内，起增强膜构造稳定性作用。
油菜素内酯是植物生长发育中重要的甾醇激素。)
2.2 植物精油和其它萜烯类化合物
10-15碳的萜烯称为植物精油，具有挥发性和较强的 气味。是香料、香精的重要原料。植物释放的挥发性 精油的量很大。
树脂〔resin): 10-30碳萜烯的混合物。存在于针 叶植物及热带被子植物中。保护植物抵御昆虫侵害。
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次生代谢物质
初生代谢物
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三、初生代谢产物与次级代谢产物的关系
1. 初级代谢产物是次级代谢产物的前体。
青霉素合成的起始产物是：α-氨基已二酸、L-半胱 氨酸、 L-缬氨酸 阿维菌素合成的起始产物：异亮氨酸、缬氨酸 多肽类抗生素：多种氨基酸首尾连接而成
2. 2. 初级代谢产物的调控影响次级代谢产物的 生物合成。
分叉中间体：微生物代谢过程中的一些中间产物既可 以用来合成初级代谢产物，也可以被用来合成次级代 谢产物。
四、甲羟戊酸及其衍生物
五、环多醇和氨基环多醇
肌醇
Байду номын сангаас肌醇
以鲨烯为母体共价结合肌醇而成的直链三萜衍生物。
六、碱基及其衍生物
第三节 次生代谢产物的生物合成过程
一、构成单位的合成 二、构成单位的连接 三、产物合成后修饰
一、构成单位的合成
次生代谢产物的合成是首先合成各个构建单位。
二、构成单位的连接
构成单位合成后，在一些合成酶、连接酶、脱水酶、转氨酶等 酶作用下，各个构成单位相互连接，形成次级代谢产物的基本框架。
第八章 次生代谢产物的 生物合成
第八章 次生代谢产物的生物合成
本章内容: 一、微生物的代谢产物 二、次生代谢产物的构建单位与合成途径 三、次生代谢产物的生物合成过程
第一节、微生物的代谢产物
一、初生代谢产物及其特点
• 初生代谢产物： 是指与微生物生长繁殖密切关系的代谢产物。主要包括：氨基酸、蛋 白质、核酸、维生素、脂肪酸等。
• 初生代谢产物特点： 它们是菌体生长繁殖所必需的物质； 是各种微生物共有的产物； 初生代谢有着严格的调控系统，一般不能过多积累。
二、次生代谢产物及其特点
• 次生代谢： 是指与微生物生长繁殖无关的代谢产物，如：抗 生素、色素、生物碱、毒素、酶抑制剂。 • 初生代谢产物特点： 特定菌种产生的代谢产物； 菌体特定生长阶段的代谢产物； 多组分混合物。
三、产物合成后修饰
次生代谢产物由几个部分合成之后，往往不具有生物活性， 还需经过修饰过程才能产生具有生物活性的代谢产物，后修饰过 程包括氨基化、甲基化、酰基化、羟基化等。
思考题
1. 名称解释：
1. 初生代谢产物、次生代谢产物、分叉中间体
2. 次生代谢产物有哪些特点？
3. 次生代谢产物的生物合成主要过程是什么？
苯丙氨酸
核糖-5-磷酸
组氨酸
酪氨酸
色氨酸
（芳香族氨基酸）
二、糖及氨基糖
三、聚酮体及其衍生物
脂肪酸的生物合成在脂肪酸合成中，它为脂肪酸提供二碳 单位，将二碳单位加到延长中的脂肪酸碳链中。 丙二酰A是在乙酰辅酶A羧化酶的作用下使乙酰辅酶A羧 化而形成的。一分子乙酰辅酶A与一分子碳酸氢盐相结合[1]， 其中需要三磷酸腺苷以提供能量。 丙二酰辅酶A被一种称作丙二酰辅酶A：酰基载体蛋白转 酰基酶（MCAT）用于合成脂肪酸。MCAT负责将丙二酰辅 酶A上的丙二酸基团转移到完全酰基载体蛋白（ACP）末尾 的硫醇上。
第二节 次级代谢产物的构成单位与合成途径 一、氨基酸及其衍生物 二、糖及氨基酸 三、聚酮体及其衍生物 四、甲羟戊酸及其衍生物 五、环多醇和氨基环多醇 六、碱基及其衍生物
一、氨基酸及其衍生物。
氨基酸合成的碳架来源：
柠檬酸循环 糖酵解 戊糖磷酸途径 氨基酸分解途径
氨基酸合成的氨基来源： 起始于无机氮，即无机氮先转变为 氨气，再转变为含氮有机化合物。
氨基酸的分族
柠檬酸循环
α -酮戊二酸
谷氨酸
谷氨酰胺 脯氨酸 精氨酸
草酰乙酸
天冬氨酸
天冬酰胺 甲硫氨酸 赖氨酸 苏氨酸
（谷氨酸族）
（天冬氨酸族）
糖酵解 甘油-3-磷酸
丝氨酸
丙酮酸
丙氨酸 甘氨酸
缬氨酸
亮氨酸
半胱氨酸
（丙酮酸族）
（丝氨酸族）
糖酵解
戊糖磷酸途径
戊糖磷酸途径
磷酸烯醇式丙酮酸 赤藓糖-4-磷酸