第二章 生产菌种的选育.pptx

第二章 生产菌种的选育培养Microbial breeding and cell cultivation概 述微生物的特点 有些微生物能在厌氧的条件下生长；有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身的生长；有些微生物能进行复杂的代谢；有些微生物能利用较复杂的化合物；有些微生物能在极端的环境下生长。第一节 微生物的代谢及调控一、微生物代谢产物（一）初级代谢产物(Primary metabolite)： 微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物。氨基酸，核苷酸，脂肪酸，维生素，蛋白质，多糖，低级有机酸，醇等突变菌株：营养缺陷型、抗性变株，基因工程菌等。（二）次级代谢产物(Secondary metabolite)： 与菌体的生长繁殖无明确关系的代谢产物，既不参与细胞结构，也不是储存养料。抗生素(antibiotic)、生物碱(alkaloid)、色素(pigment)等1、微生物合成次级代谢产物的基本特征 (1) 次级代谢产物具有种特异性 (2) 分批发酵时，产生菌生长周期三个时期 (3) 次级代谢产物不少是结构相似的混合物 (4) 次级代谢产物的合成受多基因控制 (1)次级代谢产物具有种特异性分类学上相同的菌种能产生不同结构的抗生素 如：灰色链霉菌： 链霉素----氨基环醇类 杀假丝菌素----六烯大环内酯类不同的微生物也能产生相同的抗生素 如：头孢菌素C：顶头孢霉和克拉维链霉菌(2)分批发酵时，产生菌生长周期三个时期三个时期: 菌体生长期 产物合成期 菌体自溶期 (3) 次级代谢产物不少是结构相似的混合物产黄青霉菌合成具有不同生物活性的青霉素(青霉素G、 V、O、F、X)，青霉素母核-6-氨基青霉烷酸（6-APA） R = G-C6H5CH2-, X-HOC6H4CH2-, F-CH3(CH2)4-, V-C6H50CH2-原因 ①参与次级代谢产物合成酶系的底物特异性不强。②产生菌利用一种或两种以上初级代谢产物合成一种主要的次级代谢产物，产生菌继续对该产物进行多种化学修饰而同时合成多种衍生物。此种生物合成现象，有时称为“代谢树”。一种次级代谢产物可由两种或两种以上的代谢途径合成的，这种方式有时称为“代谢网”。利福霉素Y利福霉素B利福霉素G利福霉素O利福霉素A, C, D, E利福霉素S利福霉素L利福霉素R利福霉素W原利福霉素I3-氨基-5-羟基苯甲酸8 甲基丙二酸单元2 丙二酸单元利福平的生物合成（代谢树）OD[][]EAEAOM3OD[]OD][]][[EAEBEBEBOMOCOM41OD][][EBEBOCOC2ODHOOD[]OCH3EAHO[]OOCEAOCHOH2CH3OCH6HC335 红霉素的生物合成(代谢网)1- 红霉素A; 2- 红霉素B; 3-红霉素C; 4- 红霉素D; 5- 红霉素E; 6-红霉素F; EB-红霉内酯B; EA-红霉内酯A; M- 碳霉糖; C- 红霉糖; D-脱氧氨基己糖(4)次级代谢产物的合成受多基因控制染色体－基因簇－结构基因；质粒－调控基因，抗性基因质粒： （1）天蓝色链霉菌生物合成次甲霉素A的4个或5个结构基因在SCPl质粒上 （2）螺旋霉素生物合成中，结构基因编码于复制子上，而调节基因位于质粒上。初级代谢与次级代谢都受到核内遗传物质的控制，而在许多抗生素产生茵如天蓝色链霉菌、金霉素链霉菌、灰色链霉菌、龟裂链霉菌、卡那霉素链霉菌等中发现，抗生素的合成同时受到核外遗传物质--质粒的控制，因此，有人将受到质粒控制的代谢产物称为“质粒产物”。 （三）初级代谢与次级代谢之间的关系1、次级代谢产物构建单位的生源说和生物合成生源说指的是次级代谢产物分子中构建单位的各种原子的起源—有机化学。 生物合成指的是各构建单位在多种酶的作用下合成次级代谢产物的过程—生物化学。中间产物：五碳、四碳、三碳、二碳化合物“分叉中间体” ：某些中间产物，即可用于合成初级代谢产物，又可用于合成次级代谢产物。转氨酶亮氨酸2-C-异已酸→ → → → →乙酰乙酸→丁酸 特殊前体(一)聚酮体：聚酮体是通过连续的低级羧酸如乙酸、丙酸等在聚酮体合成酶(PKS) 作用下脱羧缩合 合成起始单位有乙酰辅酶A(CoA)、丙酰CoA和丁酰CoA等。（1）葡萄糖(或脂肪酸)降解 -乙酰CoA（2）丙酸单位可由琥珀酰CoA转化、奇数碳脂肪酸降解、支链氨基酸降解等形成。（3）丁酸单位通常由一个乙酰CoA与一个丙酰CoA缩合形成，还可由亮氨酸经过2-C-异己酸降解生成。乙酰CoA羧化酶丙酰CoA羧化酶（1）乙酰CoA+ATP+C02+H2O→丙二酰CoA+ADP+Pi（2）丙酰CoA+ATP+CO2+H2O甲基丙二酰 CoA+ADP+Pi羧基转移酶（3）丙酰CoA+草酰乙酸 甲基丙二酰CoA十丙酮酸作为链的延长单