生物工藝3的學習教案

生物工藝3的學習教案第1頁/共19頁次級代謝主要涉及合成過程，其終產(chǎn)物、次級代謝物對菌的生長不是必需的，對其生命活動可能具有某種意義，在生長后期開始形成。微生物的次級代謝產(chǎn)物有抗生素、色素、生物堿和毒素等。也被稱為分化代謝物（idiolites）、特殊代謝物。分化代謝物是指在最低培養(yǎng)基上給突變株提供次級代謝物的前體物質(zhì)才能形成。第2頁/共19頁種類繁多，結(jié)構(gòu)特殊，含有不常見的化合物第3頁/共19頁含有少見的化學鍵第4頁/共19頁一種微生物所含有的次級代謝物往往是一組結(jié)構(gòu)相似的化合物一種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生分子結(jié)構(gòu)迥異不同的次級代謝物，不同的微生物亦能產(chǎn)生同一種次級代謝物。次級代謝產(chǎn)物的合成對環(huán)境的敏感性比生長強次級代謝在其一個系列當中與一個酶相對應的底物和產(chǎn)物也可以成為其他酶的底物第5頁/共19頁第6頁/共19頁前體是指加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合物能被微生物直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而自身的結(jié)構(gòu)無多大變化，且具有促進產(chǎn)物合成的作用。微生物次級代謝物大多數(shù)源自初級代謝的中間體，可作為次級代謝物的前體。第7頁/共19頁前體來源中樞途徑的中間體有的可作為次級代謝物的前體，有的經(jīng)修飾作為次級代謝物的前體。芳香中間體有許多次級代謝的芳香部分是由莽草酸途徑的中間體或終產(chǎn)物形成的經(jīng)修飾的糖前體都是經(jīng)過反應修飾、轉(zhuǎn)氨作用等途徑獲得

甲基的來源

抗生素的生物合成中的所有甲基化作用均以甲硫氨酸作為甲基供體，通過甲基轉(zhuǎn)移酶進行第8頁/共19頁包括構(gòu)筑抗生素材料。可將初級中間體經(jīng)過生物氧化和還原；生物甲基化；生物鹵化三個生化過程轉(zhuǎn)化為次級終產(chǎn)物具有調(diào)節(jié)作用次級代謝物本身是生長抑制劑，一旦產(chǎn)生對生長有調(diào)節(jié)作用，特別是作為前體的中間體起次級代謝產(chǎn)物的建筑材料前體的作用第9頁/共19頁前體的限制性

前體合成的分子調(diào)節(jié)機制主要表現(xiàn)在，如初級和次級代謝均需同一種必需的前體，則低濃度的前體需滿足生長的需要。而高濃度的內(nèi)源與外源前體是次級代謝物合成所必需的。

前體導向次級代謝物的合成次級代謝物的前體是源自初級代謝，引向初級和次級代謝物的支路途徑的生理調(diào)解隨不同的微生物及其代謝途徑而有所不同。

添加前體的策略前體在發(fā)酵液中的殘留量過高，使生產(chǎn)菌中毒，不足也不行操縱環(huán)境條件可控制許多次級代謝物的生物合成。

如在生物堿發(fā)酵中加入誘導劑——色氨酸，在鏈霉素發(fā)酵中限制磷酸的加量，防止其對參與生物合成的磷酸酯酶的反饋抑制作用。如莽草酸途徑的關鍵的中間體—分枝酸，在初級代謝中一方面引向苯丙氨酸和酪氨酸；另一方面導向?qū)Α被郊姿?；另一分枝途徑形成各種吩嗪次級代謝物和色氨酸。Ο—氨基苯甲酸為一中間體。第10頁/共19頁把前體引入次級代謝物生物合成的專用途徑1在某些情況下單體單位聚合成聚合物，如聚多酮、寡肽、聚醚等3途徑中的其它關鍵酶受碳、氮分解代謝的物的阻遏以及磷酸的反饋調(diào)節(jié)，有些酶可能受胞內(nèi)積累的高濃度前體的誘導。2生物合成酶很重要，尤其是專用途徑第一個酶，因它決定了前體進入次級代謝合成途徑的通量、中間體和途徑的生產(chǎn)能力。麥角生物堿生物合成的第一個酶受色氨酸或其它類似物的誘導作用。第11頁/共19頁抗生素的生物合成短鏈脂肪酸為前體大環(huán)內(nèi)酯、四環(huán)類等抗生素氨基酸為前體經(jīng)修飾的糖為前體青霉素等氨基酸的衍生物氨基糖類、大環(huán)內(nèi)酯、蒽環(huán)類抗生素第12頁/共19頁代謝工程的基本理論觀點1伴隨著能量轉(zhuǎn)換而發(fā)生的電子流動——生物能支撐觀點異化和同化作用而發(fā)生的物質(zhì)流動——代謝網(wǎng)絡觀點伴隨不同水平上的代謝調(diào)節(jié)而發(fā)生的信息流動——細胞經(jīng)濟觀點第13頁/共19頁代謝物流分析的應用

2定量各途徑的物流和測量流入細胞內(nèi)的碳，不同途徑代謝流的定量分析可以判定胞內(nèi)碳源流向鑒別細胞途徑中的分支點(節(jié)點)通過比較不同突變襪和不同操作條件下的各途徑的物流分布可以鑒別途徑的節(jié)點是剛性、半剛性、還是柔性：運用這種方法揭示出賴氨酸生產(chǎn)的6—磷酸葡萄糖節(jié)點是柔性的，而丙酮酸節(jié)點是弱剛性。第14頁/共19頁不同途徑存在的鑒別識別胞內(nèi)是否存在某代謝途徑。胞內(nèi)反應的化學計量關系對代謝流的分析非常重要。用公式表示反應化學計量關系是代謝物流分析的基礎，它需要知道與生化有關的詳細信息代謝物流分析的應用

2非測量所得的胞外物流的計算，一般能被測量的物流數(shù)目多于需用于計算胞內(nèi)物流的數(shù)目。第15頁/共19頁代謝物流分析的應用

2最大理論得率的計算基于化學計量模型，如已知各種限制條件，便可以計算一巳知代謝物的最大理論得率，此值對揭示過程得率的上限有用?？疾榱硪恍┩緩綄ξ锪鞣植嫉挠绊戧P于代謝物生產(chǎn)的優(yōu)化，可鑒別一種或幾種提高代謝物得率或消除所需代謝物的物流的限制作用，為此，可考查—些設想，如插入一條新途徑或同功酶(或?qū)⑵湎?是否具有消除該限制的積極效果．從而導致所需物流的增加。第16頁/共19頁節(jié)點及其判斷3節(jié)點是指代謝網(wǎng)絡中存在的分枝之處。在不同條件下，代謝流分布變化較大的節(jié)點稱為主節(jié)點。節(jié)點分為柔性，半剛性，剛性。對節(jié)點剛性判定是進行遺傳操作的重要依據(jù)。第17頁/共19頁代謝控制分析（MCA）4代謝物流常規(guī)控制法反饋抑制，協(xié)調(diào)效應，酶的共價修怖、酶合成控制的四種代謝流的常規(guī)控制方法。通過遺傳操作控制增加代謝物流的方法有：缺乏代謝控制系統(tǒng)分布知識時，過度表達流量控制系數(shù)較大的酶(常達不到效果)；同時表達一組酶(若這組酶有較高的流量控制系數(shù))：通用方法等量增加最后一個分枝點到終產(chǎn)品的所有酶；改變途徑的控制結(jié)構(gòu)，增加一個酶的流量控制系數(shù)。通過控制微生物的生長環(huán)境來控制代謝流①調(diào)節(jié)滲透比，例如在以葡萄糖為碳源的培養(yǎng)基中，用雜交瘤細胞作為單克隆抗體（MAb），發(fā)現(xiàn)隨著滲透