微生物药物生物合成与调控--课件

,Click to edit Master title style,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,*,第二章 微生物药物生物合成与调控,1,ppt课件,第二章 微生物药物生物合成与调控1ppt课件,学习目标,熟悉微生物次级代谢产物的特点和次级代谢产物生物合成的控制。,掌握微生物次级代谢产物的生物合成过程及其调节机制。,了解微生物药物的生物合成及其调节机制的指导意义。,2,ppt课件,学习目标熟悉微生物次级代谢产物的特点和次级代谢产物生物合成的,前言,各种代谢反应和代谢途径错综复杂：,代谢网络（,metabolic network,）,多代谢作用（,pleometabolism,）,代谢栅栏（,metabolic grid,）,生物合成既涉及初级代谢又涉及次级代谢,微生物药物（这里指微生物次级代谢产物）的合成是在微生物体内酶催化下将小分子物质逐步合成分子量较大产物的生化反应过程。,3,ppt课件,前言各种代谢反应和代谢途径错综复杂：生物合成既涉及初级代谢又,生物合成过程中，严格地受到微生物细胞内存在的代谢调节，以及外界环境条件的调节。,人们利用已知或可能存在的生物合成途径及其代谢调控理论，已成功地解决了微生物药物生产过程中菌种产量、发酵工艺、产品质量等关键问题。,微生物药物的生物合成及其调控理论在微生物药物的生产中起着非常重要的指导作用。,4,ppt课件,生物合成过程中，严格地受到微生物细胞内存在的代谢调节，以及外,学习内容,第一节 微生物代谢调节（,3,学时）,第二节 次级代谢与次级代谢产物（,1,学时）,第三节 次级代谢产物的生物合成（,2,学时）,第四节 次级代谢产物生物合成的调节与控制（,2,学时）,5,ppt课件,学习内容第一节 微生物代谢调节（3学时）5ppt课件,第一节 微生物代谢调节,微生物体内存在着严密、精确、灵敏的代谢调节体系。,这种自我调节作用使细胞经济有效地利用营养物质与能量，合理地进行各种代谢活动，以适应微生物自身的正常生长繁殖和外界环境的变化，达到微生物代谢活动和外界环境高度统一。,微生物代谢调节机制复杂，具有多系统、多层次特点，但主要通过控制酶来实现，即酶合成的调节（诱导和阻遏）和酶活性的调节（激活或抑制）。,研究微生物代谢调节的实际意义在于打破微生物原有的代谢调控系统，过量积累目标产物，提高生产效率。,6,ppt课件,第一节 微生物代谢调节微生物体内存在着严密、精确、灵敏的代,本节学习内容,一、代谢调节的部位,二、酶活性调节,三、酶合成调节,四、代谢调控,7,ppt课件,本节学习内容一、代谢调节的部位7ppt课件,三、酶合成调节,酶合成调节是指通过控制酶的合成量来调节代谢速度的调节方式。,酶合成调节特点：缓慢、节约原料和能源,基因表达水平上调节,8,ppt课件,三、酶合成调节 酶合成调节是指通过控制酶的合成量来调节代,（一）诱导或阻遏,酶合成的诱导,组成酶（,structural enzyme,）：合成与环境无关，随菌体形成而合成，是细胞固有的酶，在菌体内的含量相对稳定。如与糖酵解途径（,EMP,）有关的酶。,诱导酶（,inducible enzyme,）,:,是依赖于某种底物或底物的结构类似物的存在而合成的酶。如,-,半乳糖苷酶和半乳糖苷透过酶等。,9,ppt课件,（一）诱导或阻遏酶合成的诱导 组成酶（structural,图,2-15,培养基中加入乳糖诱导,-,半乳糖苷酶的合成,相对数量,细胞数量,总蛋白质,加入乳糖,时间,-,半乳糖苷酶,环境物质促使微生物细胞合成酶蛋白的现象称为酶的诱导。,能够诱导某种酶合成的化合物称为酶的诱导剂（,inducer,）。,诱导剂种类和浓度影响诱导能力。,诱导剂通常是底物或底物的结构类似物，及非底物高效诱导物。,10,ppt课件,图2-15 培养基中加入乳糖诱导-半乳糖苷酶的合成相对,异丙基,-D-,硫代半乳糖苷,（,isopropyl-beta,-,D-thiogalactopyranoside,，,IPTG,）,表,2-2,某些诱导酶的正常底物和非底物高效诱导物,11,ppt课件,异丙基-D-硫代半乳糖苷（isopropyl-bet,协同诱导,是指加入一种诱导剂后，微生物能同时或几乎同时合成几种酶，它主要存在于较短的代谢途径中，合成这些酶的基因由同一操纵子所控制。,是指第一种酶的底物会诱导第一种酶的合成，第一种酶的产物又可诱导第二种酶的合成，以此类推合成一系列的酶，它常见于较长的用来降解好几个底物的降解途径。,顺序诱导,12,ppt课件,协同诱导是指加入一种诱导剂后，微生物能同时或几乎同时合成几种,图,2-16,酶,a,、酶,b,和酶,c,的诱导,酶的比活力,生长底物加入,（,A,）,协同诱导,（,B,）顺序诱导,时间,a,时间,b,c,a,b,c,生长底物加入,13,ppt课件,图2-16 酶a、酶b和酶c的诱导酶的比活力生长底物加入,乳糖加入到,E.coli,培养基中，下面三种酶被同时诱导。,举例,-,半乳糖苷酶,-,半乳糖苷透过酶,半乳糖苷转乙酰酶,14,ppt课件,乳糖加入到 E.coli 培养基中，下面三种酶被同时诱导。,2.,酶合成的阻遏,微生物在代谢过程中，当胞内某种代谢产物积累到一定程度时，就会阻止代谢途径中包括关键酶在内的一系列酶的合成，从而控制代谢的进行，减少末端产物生成，这种现象称为酶合成的阻遏。,种类：,分解代谢产物阻遏（,catabolite repression,）,末端代谢产物阻遏（,end product repression,）,15,ppt课件,2.酶合成的阻遏微生物在代谢过程中，当胞内某种代谢产物积累,分解代谢产物阻遏（,catabolite repression,）,在酶合成的阻遏中，如果代谢产物是某种化合物分解的中间产物，这种阻遏称为分解代谢产物阻遏。,在酶合成的阻遏中，如果代谢产物是某种合成途径的终产物，这种阻遏称为末端代谢产物阻遏。,末端代谢产物阻遏通常称为反馈阻遏（,feedback repression,）。,末端代谢产物阻遏（,end product repression,）,16,ppt课件,分解代谢产物阻遏（catabolite repression,（二）酶的诱导和阻遏的调节方式,简单终产物阻遏,单个终产物的生物合成途径中，当终产物过量时，途径中所有的酶均被阻遏，当终产物浓度受限制时均被解阻遏，此即为简单终产物阻遏。,图,2-17,简单终产物阻遏的模式,A,B,C,D,17,ppt课件,（二）酶的诱导和阻遏的调节方式简单终产物阻遏单个终产物的生物,2.,可被阻遏的酶的产物的诱导作用,单个终产物的生物合成途径中，终产物的阻遏只施加在途径的第一个酶上，由这个酶催化的反应的产物（,B,）的高浓度，促使其下游的酶的诱导合成。,图,2-18,可被阻遏的酶的产物的诱导模式,A,B,C,D,18,ppt课件,2.可被阻遏的酶的产物的诱导作用 单个终产物的生物合成途径,3.,多个单功能酶的简单终产物阻遏,同工酶阻遏,多个终产物的生物合成途径中，共同途径的第一步反应受两个同工酶的催化，这两个同工酶分别受一个分支的终产物的阻遏。,图,2-19,同工酶阻遏的模式图,A,B,C,G,D,F,E,19,ppt课件,3.多个单功能酶的简单终产物阻遏同工酶阻遏 多个终产物,4.,多功能酶的多价阻遏,多功能酶是指多肽链上有两个或两个以上具有催化活力的酶。多个终产物的生物合成途径中，第一个、第二个酶是多功能酶肽链上的两个酶，,C,是它前面的途径的产物，又是它后面途径的起始物。只有当途径的产物,C,和,E,均过量时，形成第一个产物的酶才被阻遏，见图,2-20,。,A,B,C,D,E,图,2-20,多功能酶的多价阻遏模式图,20,ppt课件,4.多功能酶的多价阻遏多功能酶是指多肽链上有两个或两个以上,图,2-21,大肠埃希菌中的多功能酶的多价阻遏,AK,1,Thr,HD,1,Ile,举例,在大肠埃希菌的天冬氨酸族氨基酸合成代谢途径中，,AK,（天冬氨酸激酶）有,3,个同工酶（,AK,、,AK,、,AK,），,HD,（高丝氨酸脱氢酶）有,2,个同工酶（,HD,、,HD,）。由,AK,和,HD,构成的多功能酶受,Thr,和,Ile,的反馈阻遏；由,AK,和,HD,构成的多功能酶受,Met,的反馈阻遏。,21,ppt课件,图2-21 大肠埃希菌中的多功能酶的多价阻遏AK1Thr,5.,催化两条不同合成途径的共用酶系的阻遏,多个终产物的生物合成途径中，催化两条不同合成途径的共用酶系的阻遏必须是两条途径的终产物均过量时才发生。,图,2-22,催化两条不同合成途径的共用酶系的阻遏模式图,A,或,E,C,或,G,D,或,H,22,ppt课件,5.催化两条不同合成途径的共用酶系的阻遏 多个终产物的生物,Thr,Ile,或,Val,酮丁酸,-,举例,在大肠埃希菌中，,Ile,合成途径中的,5,个酶有,4,个同样都催化,Val,合成中的对应反应步骤，所以这两种氨基酸均是阻遏这个酶系所需要的，此外，因为,Val,合成的直接前体,-,酮异戊酸是,Leu,合成途径的起始底物，因此,Leu,也是阻遏以上酶系所需要的。,图,2-23,大肠埃希菌中相同的酶系从不同起始物合成,Ile,和,Val,23,ppt课件,ThrIle或Val酮丁酸举例 在大肠埃希菌中，Ile合成,6.,分解代谢产物阻遏（,catabolite repression,）,分解代谢途径中，比较容易被一种微生物降解的化合物或其分解代谢物对较难被这种微生物降解的化合物的降解途径的阻遏。如葡萄糖的存在和降解阻遏了降解乳糖的酶系的合成。,图,2-24,分解代谢产物阻遏示意,S,B,C,D,S,或,S,的分解代谢物,24,ppt课件,6.分解代谢产物阻遏（catabolite repress,7.,起始底物的诱导作用,分解代谢途径中，起始底物诱导其自身被分解的途径的酶系统。如枯草芽孢杆菌中的组氨酸诱导其自身被分解代谢生成谷氨酸的途径的一系列酶。,图,2-25,分解代谢中起始底物的诱导作用,A,B,C,D,His,Glu,25,ppt课件,7.起始底物的诱导作用 分解代谢途径中，起始底物诱导其自身,8.,降解代谢途径的中间产物所引起的诱导作用,分解代谢途径中，起始底物必须首先被转化成诱导物（,B,）后，才能由该诱导物诱导合成降解途径的酶。,图,2-26,降解代谢途径的中间产物所引起的诱导作用,A,B,C,D,26,ppt课件,8.降解代谢途径的中间产物所引起的诱导作用 分解代谢途径中,9.,汇流降解代谢途径中的诱导,分解代谢途径中，经两条可诱导途径生成一个共同的中间产物（,F,），这个中间产物进而诱导一条对两个初始底物而言是共用的降解途径。,A,B,E,F,H,J,D,G,I,C,图,2-27,汇流降解代谢途径中的诱导模式图,27,ppt课件,9.汇流降解代谢途径中的诱导 分解代谢途径中，经两条可诱导,10.,多功能途径的诱导,分解代谢途径中，两个化合物（,A,或,F,，,C,或,H,）中的每个均诱导一些反应，从而构成一条能降解这两个化合物（,A,和,F,）的途径。,图,2-28,多功能途径的诱导（模式图）,A,或,F,C,或,H,D,或,I,E,或,J,28,ppt课件,10.多