1、初級(jí)代謝一般將微生物從外界吸收各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)分解代謝和合成代謝生 成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過(guò)程，稱為初級(jí)代謝。如何區(qū)分初級(jí)代謝與次級(jí)代謝初級(jí)代謝產(chǎn)物 是指微生物通過(guò)代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的、自身生長(zhǎng)和繁殖所 必需的物質(zhì)，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。在不同種類的 微生物細(xì)胞中，初級(jí)代謝產(chǎn)物的種類基本相同。此外，初級(jí)代謝產(chǎn)物的合 成在不停的進(jìn)行著，任何一種產(chǎn)物的合成發(fā)生障礙都會(huì)影響微生物正常的 生命活動(dòng)，甚至導(dǎo)致死亡。為許多主物都具有的主物化學(xué)反應(yīng)，例如能量代謝及氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸的合成等，均稱為初級(jí)代謝(primaryprimary metabolismmetabolism )。與

2、此不同，只在一定范圍內(nèi)主物的特異的代謝，則為次級(jí)代謝。在次級(jí)代謝的產(chǎn)物中， 對(duì)維持生命占有重要地位的并不少，但另一方面，各種動(dòng)植物和微生物所 大量積累的生物堿、類萜(ferpeferpenoidnoid )、酚類、抗菌物質(zhì)、色素等，其生 理意義并不完全清楚。次級(jí)代謝產(chǎn)物許多是在胚胎發(fā)育的特定時(shí)期以及其 他特定組織中產(chǎn)生的，所以產(chǎn)物在經(jīng)濟(jì)效益上以及對(duì)生物體性狀表現(xiàn)的調(diào) 節(jié)在研究上都被看成是重要的。第三節(jié) 微生物初級(jí)代謝和次級(jí)代謝的關(guān)系微生物代謝產(chǎn)物的利用。利用微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的眾多代謝產(chǎn)物生產(chǎn)各種發(fā)酵產(chǎn)品。按照積累產(chǎn)物類型：初級(jí)代謝產(chǎn)物，如氨基酸、核苷類，以及酶或輔酶；次級(jí)代謝產(chǎn)物，抗生素、

3、激素、生物堿、毒素及維生素等。按照發(fā)酵類型：自然發(fā)酵：酒精、乳酸等；終端產(chǎn)物，賴氨酸、鳥苷酸、腺苷酸等;中間產(chǎn)物，檸檬酸、a酮戊二酸、琥珀酸、高絲氨酸、肌苷 酸、黃苷酸等；一、初級(jí)代謝與次級(jí)代謝產(chǎn)物微生物的初級(jí)代謝：初級(jí)代謝是指微生物從外界吸收各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)， 通過(guò)分 解代謝和合成代謝，生成維持生命活 動(dòng)所需要的物質(zhì)和能量的過(guò)程。這一 過(guò)程的產(chǎn)物，如糖、氨基酸、脂肪酸、 核苷酸以及由這些化合物聚合而成 的高分子化合物（如多糖、蛋白質(zhì)、 酯類和核酸等），即為初級(jí)代謝產(chǎn)物。由于初級(jí)代謝產(chǎn)物都是微生物營(yíng)養(yǎng)性生長(zhǎng)所必需，因此，除了遺傳上有缺陷的菌株外，活細(xì)胞中初級(jí)代謝途徑是普遍存在的，也就是說(shuō)它們的合成

4、代謝流普 遍存在。在這途徑上酶的特異性比次級(jí)代謝的酶要高。 因?yàn)槌跫?jí)代謝產(chǎn)物合成的 差錯(cuò)會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。微生物細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)方式很多，例如通過(guò)酶的定位以限 制它與相應(yīng)底物的接近，以及調(diào)節(jié)代謝流等可調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物透過(guò)細(xì)胞膜而進(jìn)入細(xì)胞 的能力。其中調(diào)節(jié)代謝流的方式最為重要，它包括兩個(gè)方面：一是調(diào)節(jié)酶的活性， 調(diào)節(jié)的是已有酶分子的活性，是在酶化學(xué) 水平上發(fā)生的；二是調(diào)節(jié)酶的合成，調(diào)節(jié) 的是酶分子的合成量，這是在遺傳學(xué)水平 上發(fā)生的。在細(xì)胞內(nèi)這兩者往往密切配合、 協(xié)調(diào)進(jìn)行，以達(dá)到最佳調(diào)節(jié)效果。一般將微生物通過(guò)代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的自身繁殖所必需的物質(zhì)和能量的過(guò)程，稱為初級(jí)代謝，該過(guò)程所產(chǎn)生的產(chǎn)物即為初級(jí)代謝產(chǎn)物

5、，如氨基酸、核苷類，以 及酶或輔酶等。二、微生物次初級(jí)代謝次級(jí)代謝與初級(jí)代謝關(guān)系密切， 初級(jí)代謝的關(guān)鍵性中間產(chǎn)物往往是次級(jí)代謝 的前體，比如糖降解過(guò)程中的乙酰 -CoA-CoA 是合成四環(huán)素、紅霉素的前體；一般菌 體的次級(jí)代謝在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)后期或穩(wěn)定期間進(jìn)行，受環(huán)境條件的影響；次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成，因菌株不同而異，但與分類地位無(wú)關(guān)；與次級(jí)代謝 的關(guān)系密切的質(zhì)粒則控制著多種抗生素的合成。次級(jí)代謝產(chǎn)物在微生物生命活動(dòng)過(guò)程中的產(chǎn)生極其微量，對(duì)微生物本身的 生命活動(dòng)沒有明顯作用， 當(dāng)次級(jí)代謝途徑被阻斷時(shí)， 菌體生長(zhǎng)繁殖仍不會(huì)受到影 響，因此，它們沒有一般性的生理功能，也不是生物體生長(zhǎng)繁殖的必需物質(zhì)，但 對(duì)其

6、它生物體往往具有不同的生理活性作用， 因此，人們利用這些具有各種生理 活性的次級(jí)代謝產(chǎn)物生產(chǎn)具有應(yīng)用價(jià)值的藥物。次級(jí)代謝是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一 些對(duì)于該微生物沒有明顯的生理功能且非其生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì)的過(guò)程。 這 一過(guò)程的產(chǎn)物， 即為次級(jí)代謝產(chǎn)物， 如抗生素、激素、生物堿、毒素及維生素等。次級(jí)代謝是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期， 以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體物質(zhì)， 合成 一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程， 這一過(guò)程的產(chǎn)物， 即為次級(jí) 代謝產(chǎn)物。也有人把超出生理需求的過(guò)量初級(jí)代謝產(chǎn)物也看做是次級(jí)代謝產(chǎn)物。 次級(jí)代謝產(chǎn)物大多是一類分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的化合物，大多

7、數(shù)分子中都含有苯 環(huán)。1 1、微生物次級(jí)代謝產(chǎn)物許多次級(jí)代謝物具有重要的生物效應(yīng)， 因此，次生代謝產(chǎn)物的生成和應(yīng)用也 日益受到重視，其中重要的次級(jí)代謝產(chǎn)物包括抗生素、毒素、激素、色素等。 抗生素。 是由某些微生物合成或半合成的一類次級(jí)代謝產(chǎn)物或衍生物， 是能抑 制其他微生物生長(zhǎng)或殺死它們的化合物。抗生素主要是通過(guò)抑制細(xì)菌細(xì)胞壁合 成、破壞細(xì)胞質(zhì)膜、 作用于呼吸鏈以干擾氧化磷酸化、 抑制蛋白質(zhì)和核酸合成等 方式來(lái)抑制微生物的生長(zhǎng)或殺死它們。 因此，抗生素是臨床上廣泛使用的化學(xué)治 療劑。2毒素。 有些微生物在代謝過(guò)程中， 能產(chǎn)生某些對(duì)人或動(dòng)物有毒害的物質(zhì)， 稱為 毒素。微生物產(chǎn)生的毒素有細(xì)菌毒素和

8、真菌毒素。3激素。某些微生物能產(chǎn)生刺激動(dòng)物生長(zhǎng)或性器官發(fā)育的激素類物質(zhì)，稱為激素。目前已發(fā)現(xiàn)微生物能產(chǎn)生 1515 種激素，如赤霉素、細(xì)胞分裂素、生長(zhǎng)素等。4色素。 許多微生物在生長(zhǎng)過(guò)程中能合成不同顏色的色素。有的在細(xì)胞內(nèi)， 有的分泌到細(xì)胞外。 色素是微生物分類的一個(gè)依據(jù)。 微生物所產(chǎn)生的色素， 根據(jù)它們 的性狀區(qū)分為水溶性和脂溶性色素。水溶性色素，如綠膿菌色素、藍(lán)乳菌色素、 熒光菌的熒光色素等。脂溶性色素，如八疊球菌屬(SardSard nana)的黃色素、靈桿菌(BacteriumBacterium prodigiosumprodigiosum)的紅色素等。有的色素可用于食品，如紅曲霉屬(

9、MonascuSMonascuS 的紅曲色素。2 2、次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)初級(jí)代謝對(duì)次級(jí)代謝的調(diào)節(jié) 次級(jí)代謝與初級(jí)代謝類似， 它在調(diào)節(jié)過(guò)程中也有酶活性的激活和抑制及酶合成 的誘導(dǎo)和阻遏。含氮化合物對(duì)次級(jí)代謝的調(diào)節(jié)作用菌體內(nèi)的谷氨酰胺合成酶（GSGS）的水平與抗生素的產(chǎn)量間呈正相關(guān)性， 丙氨酸 脫氫酶（ADHADH ）水平與利福霉素 SVSV 合成則呈負(fù)的相關(guān)性，而 ADHADH 和 GSGS 同化 氨途徑受培養(yǎng)基中氨濃度的調(diào)節(jié)，因此，氨濃度的調(diào)節(jié)影響抗生素的產(chǎn)量。 誘導(dǎo)作用及產(chǎn)物的反饋抑制A A、 發(fā)酵條件的控制人們通過(guò)對(duì)微生物菌種營(yíng)養(yǎng)和培養(yǎng)條件的控制生產(chǎn)所要的目的產(chǎn)品：a.a. 培養(yǎng)條件：溫度、p

10、HpH 值、滲透壓的控制；b.b. 營(yíng)養(yǎng)成分的控制：葡萄糖濃度、碳氮比、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)離子等；c.c. 溶解氧的控制：通氣量，攪拌等。B B、 選育細(xì)胞膜缺損突變株 油酸缺陷型、甘油缺陷型，或生物素缺陷型利用油酸缺陷型菌株， 限量添加油酸， 限制細(xì)胞膜磷脂中不飽和脂肪酸的合成而 使細(xì)胞膜缺損，利于代謝產(chǎn)物滲漏而提高谷氨酸的產(chǎn)量。a.a.生物素缺陷型原理在脂肪酸生物合成途徑中，由乙酰輔酶 A A 羧化成丙二酸單酰輔酶 A A 的反應(yīng)是 一個(gè)限速步驟，該反應(yīng)由乙酰輔酶 A A 羧化酶系催化，包括生物素羧化酶，羧基 轉(zhuǎn)移酶和生物素羧基載體蛋白 CCPCCP，并且需要生物素作輔酶。選育生物素營(yíng)養(yǎng) 缺陷

11、型菌株， 使細(xì)胞中的飽和脂肪酸和不飽和脂肪酸的合成受阻， 從而影響到磷 脂的合成。 在培養(yǎng)時(shí)限量添加生物素或含生物素的原料， 可以控制膜的厚度來(lái)調(diào) 節(jié)透性。b.b.應(yīng)用抗反饋調(diào)節(jié)的突變株解除反饋調(diào)節(jié)抗反饋調(diào)節(jié)突變菌株，就是指一種對(duì)反饋抑制不敏感或?qū)ψ瓒粲锌剐缘慕M成型菌株，或兼而有之的菌株。在這類菌株中，因其反饋抑制或阻遏已解除，或是反饋抑制和阻遏已同時(shí)解除，所以能分泌大量的末端代謝產(chǎn)物。如CorynebacteriumcrenatumCorynebacteriumcrenatum （鈍齒棒桿菌）的抗a- -氨基- -禺羥基戊酸（AHVAHV ）菌株 能積累積蘇氨酸。1 概念不同在微生物的新陳代

12、謝中，一般將微生物從外界吸收各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，通過(guò)分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過(guò)程，稱為初級(jí)代謝而次級(jí)代謝是相對(duì)于初級(jí)代謝而提出的一個(gè)概念。一般認(rèn)為，次級(jí)代謝是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程2 產(chǎn)物不同初級(jí)代謝的產(chǎn)物，即為初級(jí)代謝產(chǎn)物。如單糖或單糖衍生物、核苷酸、維生素、氨基酸、脂肪酸等單體以及由它們組成的各種大分子聚合物，如蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)等生命必需物質(zhì)。通過(guò)次級(jí)代謝合成的產(chǎn)物稱為次級(jí)代謝產(chǎn)物，大多是分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的化合物。根據(jù)其作用，可將其分為抗生素、激素、生物堿、毒素等類型次級(jí)代謝產(chǎn)物可積累在細(xì)

13、胞內(nèi)，但通常都分泌到細(xì)胞外，有些與機(jī)體的分化有一定的關(guān)系， 并在同其它生物的生存競(jìng)爭(zhēng)中起著重要的作用。3 存在范圍不同初級(jí)代謝的代謝系統(tǒng)、代謝途徑和代謝產(chǎn)物在各類生物中都基本相同，它是一類普遍存在于各類微生物中的一種基本代謝類型。次級(jí)代謝只存在于某些微生物中，并且代謝途徑和代謝產(chǎn)物因生物不同而不同，就是同種生物也會(huì)由于培養(yǎng)條件不同而產(chǎn)生不同的次級(jí)代謝產(chǎn)物。 4 對(duì)微生物的作用不同通過(guò)初級(jí)代謝，能使?fàn)I養(yǎng)物轉(zhuǎn)化為結(jié)構(gòu)物質(zhì)、具生理活性物質(zhì)或?yàn)樯L(zhǎng)提供能量，因此初級(jí)代謝產(chǎn)物，通常都是機(jī)體生存必不可少的物質(zhì)，只要在這些物質(zhì)的合成過(guò)程的某個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，輕則引起生長(zhǎng)停止，重則導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生突變或死亡，是一

14、種基本代謝類型。次級(jí)代謝產(chǎn)物一般對(duì)菌體自身的生命活動(dòng)無(wú)明確功能，不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成， 也不是酶活性必需的，不是機(jī)體生長(zhǎng)與繁殖所必需的物質(zhì)， 即使在次級(jí)代謝的某個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙， 也不 會(huì)導(dǎo)致機(jī)體生長(zhǎng)的停止或死亡， 至多只是影響機(jī)體合成某種次級(jí)代謝產(chǎn)物的能力。 但許多次 級(jí)代謝產(chǎn)物通常對(duì)人類和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有重大影響5 同微生物生長(zhǎng)過(guò)程的關(guān)系初級(jí)代謝自始至終存在于生活的菌體中，同菌體的生長(zhǎng)過(guò)程呈平行關(guān)系， 只有微生物大量生長(zhǎng)，才能積累大量初級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝則是在菌體生長(zhǎng)到一定時(shí)期內(nèi)（通常是微生物的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期末期或穩(wěn)定期）產(chǎn)生的，它與機(jī)體的生長(zhǎng)不呈平行關(guān)系，一般可明顯地表現(xiàn)為菌體的生長(zhǎng)期和次級(jí)代

15、謝產(chǎn)物形成期二 個(gè)不同的時(shí)期。6 對(duì)環(huán)境條件的敏感性或遺傳穩(wěn)定性上明顯不同初級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)環(huán)境條件的變化敏感性小（即遺傳穩(wěn)定性大），而次級(jí)代謝產(chǎn)物對(duì)環(huán)境條件變化很敏感，其產(chǎn)物的合成往往因環(huán)境條件變化而停止。7 相關(guān)酶的專一性不同相對(duì)來(lái)說(shuō)催化初級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶專一性強(qiáng)，催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的某些酶專一性不強(qiáng)，因此在某種次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的培養(yǎng)基中加入不同的前體物時(shí)，往往可以導(dǎo)致機(jī)體合成不同類型的次級(jí)代謝產(chǎn)物另外，催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶往往是一些誘導(dǎo)酶，它們是在菌體對(duì)數(shù)生長(zhǎng)末期或穩(wěn)定生長(zhǎng)期里，由于某種中間代謝產(chǎn)物積累而誘導(dǎo)機(jī)體合成的一種能催化次級(jí)代謝產(chǎn)物合成的酶， 這些酶通常因環(huán)境條件變化而不能合

16、成。8 兩者既有區(qū)別性又有連續(xù)性在微生物的新陳代謝中，先產(chǎn)生初級(jí)代謝產(chǎn)物，后產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物。0初級(jí)代謝是次級(jí)代謝的基礎(chǔ)，它可以為次級(jí)代謝產(chǎn)物合成提供前體物和所需要的能量；初級(jí)代謝產(chǎn)物合成中的關(guān)鍵性中間體也是次級(jí)代謝產(chǎn)物合成中的重要中間體物質(zhì)，比如糖降解過(guò)程中的乙酰 CoA 是合成四環(huán)素、紅霉素的前體；在菌體生長(zhǎng)階段，被快速利用的碳源的分 解物阻遏了次級(jí)代謝酶系的合成；因此，只有在對(duì)數(shù)后期或穩(wěn)定期，這類碳源被消耗完之后，解除阻遏作用，次級(jí)代謝產(chǎn)物才能得以合成。而次級(jí)代謝則是初級(jí)代謝在特定條件下的繼續(xù)與發(fā)展，可避免初級(jí)代謝過(guò)程中某種（或某些）中間體或產(chǎn)物過(guò)量積累對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的毒害作用兩者既有區(qū)別性

17、又有連續(xù)性在微生物的新陳代謝中，先產(chǎn)生初級(jí)代謝產(chǎn)物，后產(chǎn)生次級(jí)代謝產(chǎn)物。o 初級(jí)代謝是次級(jí)代謝的基礎(chǔ)，它可以為次級(jí)代謝產(chǎn)物合成提供前體物和所需要的能量； 初級(jí) 代謝產(chǎn)物合成中的關(guān)鍵性中間體也是次級(jí)代謝產(chǎn)物合成中的重要中間體物質(zhì)， 比如糖降解過(guò) 程中的乙酰 CoA 是合成四環(huán)素、紅霉素的前體；在菌體生長(zhǎng)階段，被快速利用的碳源的分 解物阻遏了次級(jí)代謝酶系的合成； 因此，只有在對(duì)數(shù)后期或穩(wěn)定期， 這類碳源被消耗完之后， 解除阻遏作用，次級(jí)代謝產(chǎn)物才能得以合成。而次級(jí)代謝則是初級(jí)代謝在特定條件下的繼續(xù)與發(fā)展， 可避免初級(jí)代謝過(guò)程中某種 （或某些） 中間體或產(chǎn)物過(guò)量積累對(duì)機(jī)體產(chǎn)生的毒害作用概念不同在微生

18、物的新陳代謝中， 一般將微生物從外界吸收各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)， 通過(guò)分解代謝和 合成代謝， 生成維持生命活動(dòng)的物質(zhì)和能量的過(guò)程， 稱為初級(jí)代謝而次級(jí)代謝是相對(duì)于初級(jí) 代謝而提出的一個(gè)概念。 一般認(rèn)為， 次級(jí)代謝是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期， 以初級(jí)代謝產(chǎn) 物為前體，合成一些對(duì)微生物的生命活動(dòng)無(wú)明確功能的物質(zhì)的過(guò)程 2 產(chǎn)物不同初級(jí)代謝的 產(chǎn)物，即為初級(jí)代謝產(chǎn)物。如單糖或單糖衍生物、核苷酸、維生素、氨基酸、脂肪酸等單體 以及由它們組成的各種大分子聚合物，如蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂質(zhì)等生命必需物質(zhì)。 通 過(guò)次級(jí)代謝合成的產(chǎn)物稱為次級(jí)代謝產(chǎn)物， 大多是分子結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的化合物。 根據(jù)其作用， 可將其分為抗生素、

19、激素、生物堿、毒素等類型 次級(jí)代謝產(chǎn)物可積累在細(xì)胞內(nèi)，但通常都 分泌到細(xì)胞外， 有些與機(jī)體的分化有一定的關(guān)系， 并在同其它生物的生存競(jìng)爭(zhēng)中起著重要的 作用。 3 存在范圍不同 初級(jí)代謝的代謝系統(tǒng)、代謝途徑和代謝產(chǎn)物在各類生物中都基本 相同，它是一類普遍存在于各類微生物中的一種基本代謝類型。 次級(jí)代謝只存在于某些 微生物中， 并且代謝途徑和代謝產(chǎn)物因生物不同而不同， 就是同種生物也會(huì)由于培養(yǎng)條件不 同而產(chǎn)生不同的次級(jí)代謝產(chǎn)物。 4 對(duì)微生物的作用不同 通過(guò)初級(jí)代謝，能使?fàn)I養(yǎng)物轉(zhuǎn)化 為結(jié)構(gòu)物質(zhì)、具生理活性物質(zhì)或?yàn)樯L(zhǎng)提供能量， 因此初級(jí)代謝產(chǎn)物， 通常都是機(jī)體生存必 不可少的物質(zhì)， 只要在這些物質(zhì)的合成過(guò)程的某個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙， 輕則引起生長(zhǎng)停止， 重 則導(dǎo)致機(jī)體發(fā)生突變或死亡，是一種基本代謝類型。 次級(jí)代謝產(chǎn)物一般對(duì)菌體自身的生命 活動(dòng)無(wú)明確功能， 不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)組成，也不是酶活性必需的， 不是機(jī)體生長(zhǎng)與繁殖所必需 的物質(zhì)， 即使在次級(jí)代謝的某個(gè)環(huán)節(jié)上發(fā)生障礙，