次级代谢01
初级代谢与次级代谢
初级代谢和次级代谢的比较
初级代谢
始终存在于细胞中 不同微生物中基本相同 对环境的敏感性较小
次级代谢
某个阶段，微生物：对数 期的后期或稳定期 不同微生物有很大的差异 对环境的变化非常敏感
催化初级代谢的酶的专一 相对较弱 性强
3. 代谢调节 酶活性的调节（快调节） 酶的诱导与合成（慢调节）
酶的合成调节 酶在数量上和种类上的调节，缓慢调节 酶生成的诱导 代谢产物对酶生成的阻遏 分解代谢降解物阻遏 合成代谢终产物的反馈阻遏
诱导物对酶生成的诱导 组成酶、诱导酶 底物是很好的诱导物，底物类似物是最佳 的诱导物 异丙基--D-硫代半乳糖苷（IPTG）比底物 乳糖对-半乳糖苷酶的诱导效果高 产物也可以是酶的诱导物，如脂肪酸是脂 肪酶的诱导物
赖氨酸
青霉素
1. 微生物的初级代谢 普遍存在于生物中的代谢类型
意义：与生物生存有关，涉及能量产生和
能量消耗的代谢类型
产物：单糖、核苷酸、脂肪酸、蛋白质、
核酸、多糖、脂类等
障碍：引起生长停止甚至死亡
2. 微生物的次级代谢 特殊的代谢类型（植物和微生物） 意义：有利于生存的代谢类型
产物：抗生素、生长刺激素、生物碱
酶的共价修饰对酶活性的调节 通过小分子化合物对关键酶活性的抑制或激 活作用，调节酶促反应的速度 蛋白质分子上某些氨基酸残基与一种化学基 团进行共价连接或拆开 丝氨酸残基
通过磷酸化快速调节酶的活性
酶原激活作用属于不可逆的共价调节 无活性的酶原当功能需要时被相应的蛋白酶 作用，切去一小段肽链而活化 如胰酶原的活化靠从N- 断除去一个六肽 （Val-Asp-Asp-Asp-Asp-Lys）
酶活性的调节（快调节） 酶已存在，调节酶的结构 合成代谢产物对酶活性的反馈抑制 末端产物对该途径前段的某一个酶活性的抑 制现象 通常是抑制反应途径的第一个酶，通过控制
真菌代谢产物
初级代谢产物与次级代谢产物一. 次级代谢与次级代谢产物一般将微生物与外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢。
次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。
一般认为，次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。
这一过程的产物，即为次级代谢产物。
有人把超出生理需求的过量初级代谢产物也看作是次级代谢产物。
次级代谢产物大多是分子构造比拟复杂的化合物。
根据其作用，可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。
次级代谢与初级代谢关系密切，初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的前体，比方糖降解过程中的乙酰CoA是合成四环素、红霉素的前体；次级代谢一般在菌体对数生长后期或稳定期间进展，但会受到环境条件的影响；某些催化次级代谢的酶的专一性不高；次级代谢产物的合成，因菌株不同而异，但与分类地位无关；质粒与次级代谢的关系密切，控制着多种抗生素的合成。
次级代谢不象初级代谢那样有明确的生理功能，因为次级代谢途径即使被阻断，也不会影响菌体生长繁殖。
次级代谢产物通常都是限定在某些特定微生物中生成，因此它们没有一般性的生理功能，也不是生物体生长繁殖的必需物质，虽然对它们本身可能是重要的。
关于次级代谢的生理功能，目前尚无一致的看法。
二微生物初级代谢与次级代谢的比拟1、概念不同在微生物的新陈代谢中，一般将微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢。
而次级代谢是相对于初级代谢而提出的一个概念。
一般认为，次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。
2、产物不同初级代谢的产物，即为初级代谢产物。
如单糖或单糖衍生物、核苷酸、维生素、氨基酸、脂肪酸等单体以及由它们组成的各种大分子聚合物，如蛋白质、核酸、多糖、脂质等生命必需物质。
《微生物次级代谢》课件
转录后水平调控
通过控制mRNA的稳定性 、翻译效率和翻译后修饰 来影响次级代谢基因的表 达。
表观遗传调控
通过DNA甲基化、组蛋白 乙酰化等修饰来影响次级 代谢基因的表达。
酶活性调控
酶的合成与降解
通过调节酶的合成和降解来控制次级代谢产物的生成。
次级代谢产物的生物利用与开发
次级代谢产物在医药领域的应 用：如抗生素、激素、抗肿瘤
药物等。
次级代谢产物在工业领域的应 用：如生物塑料、生物燃料、 生物催化剂等。
次级代谢产物在农业领域的应 用：如植物生长调节剂、杀虫
剂、除草剂等。
次级代谢产物的开发前景：随 着生物技术的不断发展，次级 代谢产物在未来的应用前景将 更加广泛。
细胞密度与次级代谢
在达到一定细胞密度后，次级代谢产物开始生成，并 随着细胞密度的增加而增加。
04
次级代谢在生物工程中的应用
次级代谢产物的分离纯化
分离纯化方法
利用物理、化学和生物学方法，从微生物发酵液 中分离纯化次级代谢产物。
技术手段
采用色谱技术、沉淀法、结晶法等手段进行分离 纯化。
注意事项
需注意避免产物的降解和损失，提高产物的纯度 和收率。
05
次级代谢的研究进展与展望
次级代谢产物的发现与鉴定
次级代谢产物的发现
通过基因组学、转录组学和代谢组学技术，发现新的次级代 谢产物。
次级代谢产物的鉴定
利用色谱技术、光谱技术和质谱技术等手段，对次级代谢产 物进行分离、纯化和鉴定。
次级代谢的生物合成机制研究
生物合成途径
研究次级代谢产物的生物合成途径， 包括起始、延伸和终止等步骤。
初级代谢产物和次级代谢产物之间的异同点
初级代谢产物和次级代谢产物是生物体内的两种代谢产物，它们在生物体内起着不同的生理功能和作用。
初级代谢产物是生物体必需的，参与维持生命活动和生长发育，例如葡萄糖、脂肪酸、氨基酸等；而次级代谢产物则是在维持生命活动以外的生理条件下产生的，它们对生物体的生长发育并不必需，但在抗病防御、交配吸引、授粉引诱等方面发挥着重要作用。
初级代谢产物和次级代谢产物之间有一定的异同点，本文将从几个方面进行分析。
1.来源和产生方式初级代谢产物主要是通过生物体内的基础代谢途径产生的，包括糖酵解、脂肪酸合成、蛋白质合成等。
而次级代谢产物则是在生物体内的特定生理条件下产生的，包括光照、温度、湿度、营养等因素的影响。
它们通常是由某些特定的细胞或组织合成的，例如植物体内的根、茎、叶等部位。
2.化学成分和结构初级代谢产物通常是生物体内的基本物质，其化学成分和结构比较简单，主要是碳水化合物、蛋白质、脂类等。
而次级代谢产物则是生物体内的次生代谢产物，化学成分和结构比较复杂，包括生物碱、黄酮类、多酚类、激素等。
它们在生物体内具有特定的生物活性，有些具有明显的药理作用。
3.生理功能和作用初级代谢产物参与维持生物体的生命活动和生长发育，是生物体正常生理活动所必需的物质。
它们提供能量，维持细胞的结构和功能，参与新陈代谢等。
而次级代谢产物在生物体内并不必需，但在对抗外界环境胁迫、抵抗病原微生物、诱导交配等方面发挥着重要作用。
它们具有抗氧化、抗菌、抗炎、抗肿瘤等生物活性。
4.调控和代谢途径初级代谢产物的合成和代谢受到生物体内基因调控和内环境的影响，其代谢途径相对固定。
而次级代谢产物的合成和代谢受到多种因素的影响，包括基因调控、外界环境、内环境等。
次级代谢产物的合成和代谢途径相对灵活多变。
初级代谢产物和次级代谢产物在来源和产生方式、化学成分和结构、生理功能和作用、调控和代谢途径等方面存在一定的异同点。
它们在生物体内起着不同的生理功能和作用，对维持生命活动和生长发育具有重要意义。
微生物初级代谢与次级代谢的关系
议微生物初级代谢与次级代谢的关系摘要：微生物的代谢，指微生物在存活期间的代谢活动。
微生物在代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物。
根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。
初级代谢产物是指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。
在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。
此外，初级代谢产物的合成在不停地进行着，任何一种产物的合成发生障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。
次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质，如抗生素。
毒素、激素、色素等。
不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。
其中，抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物，种类很多关键词：微生物初次级代谢初次级代谢产物一、初级代谢与初级代谢产物微生物的初级代谢：初级代谢是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。
这一过程的产物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白质、酯类和核酸等），即为初级代谢产物。
由于初级代谢产物都是微生物营养性生长所必需，因此，除了遗传上有缺陷的菌株外，活细胞中初级代谢途径是普遍存在的，也就是说它们的合成代谢流普遍存在。
在这途径上酶的特异性比次级代谢的酶要高。
因为初级代谢产物合成的差错会导致细胞死亡。
微生物细胞的代谢调节方式很多，例如通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等可调节营养物透过细胞膜而进入细胞的能力。
其中调节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面：一是调节酶的活性，调节的是已有酶分子的活性，是在酶化学水平上发生的；二是调节酶的合成，调节的是酶分子的合成量，这是在遗传学水平上发生的。
在细胞内这两者往往密切配合、协调进行，以达到最佳调节效果。
次级代谢产物的生物合成与调节
氯霉素，利福霉素等
怎样解除这种分解代谢物调整？
六、能荷调整（磷酸盐旳调整）
↓*2
八氢番茄红素
↓
六氢番茄红素
↓
ζ—胡萝卜素
↓
链孢红素
↓
番茄红素
↙
↘
γ—胡萝卜素
δ—胡萝卜素
↓
↓
海胆酮 ←─β—胡萝卜素
α—胡萝卜素
↓
Байду номын сангаас
↓
↓
角黄素
β—隐黄质
叶黄素
↓
↓
虾青素
玉米黄素
↓↑
环氧玉米黄素 → 辣椒红素
↓↑
紫黄素
→ 辣椒玉红素
↓
新黄素
类胡萝卜素旳生物合成途径
•次级代谢酶旳专一性低
相对来说催化初级代谢产物合成旳酶专一性强，催化 次级代谢产物合成旳某些酶专一性不强，所以在某种 次级代谢产物合成旳培养基中加入不同旳前体物时， 往往能够造成机体合成不同类型旳次级代谢产物。
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七、细胞膜透性旳调整
外界物质旳吸收或代谢产物旳分泌都需经细胞 膜旳运送，如发生障碍，则胞内合成代谢物不 能分泌出来，影响发酵产物收获，或胞外营养 物不能进入胞内，也影响产物合成，产量下降。
在青霉素发酵中，产生菌细胞膜输入硫化物能 力旳大小影响青霉素发酵单位旳高下。假如输 入硫化物能力增长，硫源供给允足，合成青霉 素旳量就增多。
（1）筛选营养缺陷型回复突变株
初级代谢和次级代谢的概念及关系
初级代谢和次级代谢的概念及关系而说到次级代谢，这可就有趣了，嘿嘿。
次级代谢可以说是植物的“调皮捣蛋鬼”，它们并不是为了生存而进行的代谢，更多的是为了应对外界的挑战，简直就是植物的防身秘籍。
想象一下，植物就像是一个忍者，遇到敌人就用上各种绝招，像是毒素、香味、色素啥的，来保护自己或者吸引小动物来帮助传粉。
这时候，植物不仅是要吃饱，还要打扮得漂漂亮亮，展现出自己的风采。
就像你出门前要化妆一样，这可是相当重要的步骤。
次级代谢物的存在让植物在这个竞争激烈的“丛林”中生存下来，有了这些“武器”，它们就能抵御病虫害，吸引小动物来当“快递员”，传播自己的种子，真是聪明得不得了。
说到这里，你可能会问，这两者之间的关系又是啥呢？其实啊，初级代谢和次级代谢就像是一对好搭档，有点儿像你和你的好朋友，一个负责打基础，一个负责搞笑、增添色彩。
没有初级代谢，次级代谢就没得谈，毕竟你得有充足的能量和营养，才能有余力去搞那些花里胡哨的东西。
次级代谢的某些产物其实也跟初级代谢有着千丝万缕的联系。
比如，次级代谢物常常是初级代谢产物经过一番“魔改”之后的产物，简直就像是将普通的土豆变成了美味的薯条，经过一番加工，焕然一新。
还有呢，植物的初级代谢和次级代谢不仅仅是为了生存和繁衍，它们还在生态系统中扮演着重要的角色。
你想想，植物通过初级代谢生产的氧气是多么重要，像是给整个地球送来了清新的空气。
而次级代谢的产物，比如那些美丽的花香和果香，又能吸引昆虫、鸟类等小伙伴，大家互相帮助，形成一个有趣的生态圈。
就像是一个大家庭，人人都在忙碌，互相帮助，和谐共处。
没有这两位大咖的合作，生态系统可能就会变得乱七八糟，缺少生机。
说到初级代谢和次级代谢就像是大自然的两个舞者，各自跳着自己的舞，互相辉映，形成了一幅美丽的画面。
在这个充满竞争的世界里，植物的智慧和适应能力让人感到惊叹，真是活生生的生存哲学！所以，下次你在公园散步，看到那些枝繁叶茂的植物，记得要对它们竖个大拇指，它们的努力可不简单，初级代谢和次级代谢在背后默默支持，真是双剑合璧，无敌于天下！。
微生物次级代谢讲解
次级代谢物生物合成步骤： ① 养分摄入细胞内； ② 通过中枢代谢途径养分转化为中间体； ③ 次级代谢物前体的生物合成；
中间体 ：对初级代谢而言； 前体： 对次级代谢而言； 有时二者是同一物质，有时前体在中间体的基础(jīchǔ)上结构略 有改变。
④ 如有必要，改变其中的一些中间体； ⑤ 前体进入次级代谢物生物合成的专有途径； ⑥ 次级代谢的主要骨架形成后，作最后的修饰，成为产物。
Rose的定义（1979）： 前体(precursor)是在细胞内生成的，或由培养基 提供的，能被代谢形成某种终产物的物质。 Stanbury等的定义(1984)： 前体指加入到某一培养基中的一些化学物质被直接 结合到所需产物中。
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前体现代定义： 指加入到发酵培养基中的某些化合物，它能被微
生物直接结合到产物分子(fēnzǐ)中去，而自身的结 构无多大变化，且具有促进产物合成的作用。
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（一）微生物次级(cì jí)代谢的特 性
①一般不在生长期产生，而在生长后期(hòuqī)形 成
抗生素晚合成的原因之一可能是避免生长受其自身产 物的抑制； 次级代谢产物的合成过程一般是在培养 基中缺乏某种营养物质，菌体生长受到限制时才启动 的。
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②种类繁多(fánduō)，结构特殊，含不常见的化学键：
66化学结构乳链球菌素的化学结构ileileddhbalasalaleudhaabusalalysglyproglyabusalaglymetleualaasnmetlysalaabuhisalaabusholysddhavalhisileseralasabuaminobutyricaciddhadehydroalaninedhbdehydrobutyrine乳链球菌素乳链球菌素n乳链球菌素能有效地抑制引起食品腐败的许多革兰阳乳链球菌素能有效地抑制引起食品腐败的许多革兰阳性菌如肉毒梭菌金黄色葡萄球菌溶血链球菌和性菌如肉毒梭菌金黄色葡萄球菌溶血链球菌和利斯特菌的生长和繁殖尤其对产生孢子的革兰阳利斯特菌的生长和繁殖尤其对产生孢子的革兰阳性菌如枯草芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌等有很性菌如枯草芽孢杆菌和嗜热脂肪芽孢杆菌等有很强的抑制作用
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Life cycle of a Streptomyces sp. An idealised diagram summarising the life cycle of S. coelicolor adapted from Chater and Merrick (1979).
扫描电镜下链霉菌形态
Streptomyces coelicolor colony
Steptomyces mycelium
链霉菌的一般形态与结构
Images of Streptomyces coelicolor
The life cycle of Streptomyces coelicolor. From a single spore a vegetative mycelium germinates, this is followed by aerial growth with the production of aerial hyphae. These hyphae in turn will undergo synchronous seperattion to produce unigenomic spore compartments, which will disperse and thus commence a new cycle
次级代谢方面的差错对细胞的生长无关紧要， 改变后的代谢产物有些还保留生物活性。
微生物次级代谢
有人认为，次级代谢产物之所以种类 繁多，就是因为酶的底物特异性不 高所致。
他们把次级代谢过程又称为多向代谢 作用(pleometabolism)。
微生物次级代谢的特征
• 次级代谢产物一般不在产生菌的生长期产生， 而在随后的生产期形成。
Typical colonial morphologies of Streptomyces isolated from the soil. (a) Colonies often excrete colored pigments, providing a visual recording of secondary metabolite biosynthesis. The chemically diverse compounds represent a vast array of bioactive compounds that often have pharmaceutical applications. (b) A panoramic view of Streptomyces coelicolor colonial morphology. Both peripheral and aerial mycelia develop from the central mass of the colony. Metabolites, including the blue antibiotic actinorhodin, are excreted into the medium and into aqueous droplets on the hydrophobic surface of the colony. Images courtesy of Tobias Kieser, Celia Bruton and Jennifer Tenor.
Streptomyces coelicolor colonies, c. 1 cm x 1 cm. The wild-type colonies are covered with grey aerial mycelium and spores; the reddish mutant colonies are not forming aerial mycelium. The red mycelium colour and the dark background is from the antibiotics produced by Streptomyces coelicolor (John Innes Centre, Photography Department).
3 微生物次级代谢与调节
次级代谢产物(Secondary metabolites) 是某些微生物在生命循环的某一个阶段 产生的物质，它们一般是在产生菌生长 中止后合成的。 微生物产生的次级代谢物有抗生素、毒 素、色素和生物碱等。
微生物次级代谢
植物中的樟脑 分化代谢物：Idiolite 分化期：idiophase 进入生长后期，当µ降低时 青霉素生产期µ=0.012 1/h 带放操作： 控制比生长速率µ
• 次级代谢产物的合成对环境因素特别敏感。 其合成信息的表达受环境因素调节。如对抗 生素的合成需在较低的磷酸盐浓度 0.1~10mM范围内进行，而生长能耐受的范 围平均要大10倍，即0.3~300mM。
微生物次级代谢的特征
• 微生物由生长期向生产期过渡时，菌体在形态 学上会发生一些变化。例如，一些产芽胞的细 菌在此时会形成芽胞，真菌和放线菌会形成孢 子。因此，有人把次级代谢产物的合成作用看 作是细胞分化的伴随现象。
• 种类繁多，含有不寻常的化学键，如氨基糖、 苯醌、香豆素、环氧化合物、麦角生物碱、 吲哚衍生物、吩嗪、吡咯、喹啉、萜烯、四 环类抗生素等。
• 一种菌可以产生结构相近的一簇抗生素。例 如，产黄青霉能产生至少10个具有不同特性 的青霉素。
微生物次级代谢的特征
• 一种微生物的不同菌株可以产生多种在分子 结构上完全不同的次级代谢产物，例如，灰 色链霉菌不仅可以用于生产链霉素，还可用 来生产白霉素、吲哚霉素、灰霉素、灰绿霉 素等。 不同种类的微生物也能产生同一种次 级代谢产物。
次级代谢过程的启动的原因
• 可能是生长期末细胞的酶的组成发生变 化，与次级代谢物合成有关的酶的突然 出现有关；
• 也可能是前体的积累，起诱导物的作用 • 或编码次级代谢产物的基因从分解代谢
物阻遏中解除阻遏所致。
微生物次ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ代谢
一簇抗生素中各组分的多少取决于遗传与环境 因素。
次级代谢物合成所涉及的酶的特异性较低；而 初级代谢方面的特异性总是很高，因差错会 导致致命性的后果。