微生物的次级代谢

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1、第三章发酵生物化学基础第一节糖的微生物代谢（自学）第二节脂类和脂肪酸的微生物代谢（自学）第三节氨基酸和核酸的微生物代谢（自学）第四节微生物的次级代谢从前面的章节中，我们了解了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，产生出维持生命活动的物质和能量的初级代谢过程。此外，微生物还能进行次级代谢。本节将概述次级代谢的概念及其类型。介绍几个有代表性的次级代谢产物的生物合成途了解次级代谢的特点。简要介绍当前流行的有关次级代谢的生理功能的学说。一、次级代谢的概念及类型（一）次级代谢的概念次级代谢的概念是1958年由植物学家Rohla

2、nd首先提出来的。他把值物产生的与植物生长发育无关的某些特有的物质称为次级代谢物质，合成和利用它们的途径即为次级代谢。1960年微生物学家Bu’Lock把这一概念引入微生物学领域。次级代谢并没有一个十分严格的定义，它是相对于初级代谢而提出的—个概念，主要是指次级代谢产物的合成。它具有许多特点，根据这些特点可以认为次级代谢是指：微生物在一定的生长时期(一般是稳定生长期)，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有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。另外，也有把初级代谢产物的非生理量的积累，看成是次级代谢产物

3、，例如微生物发酵产生的维生素、柠檬酸、谷氨酸等。（二）次级代谢产物的类型次级代谢产物种类繁多，如何区分类型尚无统一标准。有的研究者按照次级代谢产物的产生菌不同来区分；有的根据次级代谢产物的结构或作用来区分；有的则根据次级代谢产物合成途径来区分。现简介如下：1，根据产物合成途径区分类型根据产物合成途径可以分为五种类型。（1）与糖代谢有关的类型以糖或糖代谢产物为前体合成次级代谢产物有三种情况：（A）直接由葡萄糖合成次级代谢产物。例如，曲霉属(Aspergillus)产生的曲酸、蛤蟆菌(Amanitamuscarina)产生的蕈毒碱，放线

4、菌产生的链霉素以及大环内酯抗生素中的糖苷等。曲酸（B）由预苯酸合成芳香族次级代谢产物，例如放线菌产生的氯霉素、新霉素等。（C）由磷酸戊糖合成的次级代谢物质较多。磷酸戊糖首先合成重要的初级代谢产物核苷类物质，进一步合成次级代谢产物，如狭霉素、嘌呤霉素、抗溃疡间型霉素、杀稻瘟菌素S以及多氧霉素等。（2）与脂肪酸代谢有关的类型此类型有两种情况：（A）以脂肪酸为前体，经过几次脱氢、β-氧化之后，生成比原来脂肪酸碳数少的聚乙炔(po1yacetylene)脂肪酸。这种次级物质多在高等植物中存在。担子菌中也能见到。（B）次级代谢产物不经过脂肪酸

5、，而是从丙酮酸开始生成乙酰CoA，再在羧化酶催化下生成丙二酰CoA。在初级代谢中由此进一步合成脂肪酸，而在次级代谢中所生成的丙二酰CoA等链中的羰基不被还原，而生成聚酮(po1yketide)或β—多酮次甲基链(β-polyketomethylene)。由此进一步生成不同的次级代谢产物。例如四环素抗生素类。红霉素内酯是由聚丙酸型聚酮生成，即在丙酸上加上一个经脱羧的甲基丙二酸的C3单位，最后由七酮形成内酯环，再与红霉糖、脱氧氨基已糖，以糖苷的形式结合而成为红霉素。（3）与萜烯和甾体化合物有关的类型与萜烯和甾体化合物有关的次级代谢产物，

6、主要是由霉菌产生的，例如烟曲霉素(三个异戊烯单位聚合而成)、赤霉素(四个异戊烯单位聚合而成)、梭链孢酸(由六个异戊烯单位聚合而成)及由八个异戊二烯单位聚合成的β-胡萝卜素等。（4）与TCA环有关的类型与TCA环相连的次级代谢产物也可以分为两类：一类是从TCA环得到的中间产物进一步合成次级产物，例如由a—酮戊二酸还原生成戊烯酸，由乌头酸脱羧生成衣康酸。另一类是由乙酸得到的有机酸与TCA环上的中间产物缩合生成次级产物，例如，脂肪酸α-亚甲基与草酰乙酸或α—酮戊二酸羧基或羰基缩合。担子菌产生的松蕈(三)酸(α-十六烷基柠檬酸)就是由十八烷

7、酸(C17H33·COOH)的α-亚甲基与草酰乙酸的羰基缩合而成。（5）与氨基酸代谢有关的类型与氨基酸代谢有关的次级代谢，可以分为三类：（A）由一个氨基酸形成的次级代谢产物，如放线菌产生的环丝氨酸、氮丝氨酸；担子菌由色氨酸合成口磨氨酸、鹅膏氨酸、二甲基-4-羟色胺磷酸以及靛蓝等。（B）由二个氨基酸形成的曲霉酸、支霉粘毒(gliotoxin)。是由二个氨基酸先以肽键结合，闭环生成二酮吡嗪(diketopiperazine)进一步形成的。半胱氨酸和缬氨酸以另外的缩合方式形成6—氨基青霉素烷酸。（C）由三个以上氨基酸缩合而成的次级产物，氨

8、基酸之间多以肽键结合成直链状，例如镰刀菌(Fusarium)产生的恩镰孢菌素(enniatine)。放线菌产生的很多次生物质属于此类型。例如短杆菌A、放线菌素、短杆菌酪素、多粘菌素、杆菌肽及紫霉素等。此外，还有二个以上氨基酸经过复杂的