主讲教师：敬科举 厦门大学化学工程与生物工程系

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1 主讲教师：敬科举 厦门大学化学工程与生物工程系
第三章 发酵的生物化学基础 主讲教师：敬科举 厦门大学化学工程与生物工程系

2 本章主要内容 1. 糖的微生物代谢（自学、复习） 2. 脂类和脂肪酸的微生物代谢（自学、复习） 3. 氨基酸和核酸的微生物代谢（自学、复习）
4. 微生物的次级代谢

3 本章主要内容 5. 芳香族化合物的微生物代谢 6. H2和CO2等的微生物代谢 7. 微生物的光合作用 8. 常见发酵产品的发酵机制（自学）

4 第四节 微生物的次级代谢 Text 1 Text 2 Text 3 次级代谢的概念 次级代谢产物的生物合成 次级代谢产物的类型

5 一、次级代谢的概念 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。微生物在这一过程产生的产物即为次级代谢产物。

6 二、次级代谢产物的类型 1，根据产物合成途径区分类型 与TCA环有关 与氨基酸 代谢有关 与萜烯和 甾体化合 与糖代 物有关 谢有关
与脂肪酸

7 （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： 次级代谢产物的类型
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，放线菌产生的链霉素以及大环内酯抗生素中的糖苷等。 曲酸 硫酸链霉素

8 由预苯酸合成芳香族次级代谢产物，如放线菌产生的氯霉素（chloromycetin）、新霉素（neomycin）等。
次级代谢产物的类型 由预苯酸合成芳香族次级代谢产物，如放线菌产生的氯霉素（chloromycetin）、新霉素（neomycin）等。 新霉素 氯霉素

9 次级代谢产物的类型 由磷酸戊糖合成的次级代谢产物。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，如嘌呤霉素、抗溃疡间型霉素、杀稻瘟菌素S以及多氧霉素等。 嘌呤霉素 Puromycin 多氧霉素B

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11 （2）与脂肪酸代谢有关的类型 此类型有两种情况：
次级代谢产物的类型 （2）与脂肪酸代谢有关的类型 此类型有两种情况： 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。这种次级代谢物多在高等植物中存在。担子菌中也能见到。

12 次级代谢产物不经过脂肪酸，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；丙二酰CoA等链中的羰基不被还原，而生成聚酮或β-多酮次甲基链。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。

13 次级代谢产物的类型 （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，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。 烟曲霉素 梭链孢酸

14 （4）与TCA环有关的类型 次级代谢产物的类型
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-亚甲基由草酰乙酸或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)就是由十八烷酸(C17H33·COOH)的α-亚甲基与草酰乙酸的羰基缩合而成。 衣康酸

15 （5）与氨基酸代谢有关的类型 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。
次级代谢产物的类型 （5）与氨基酸代谢有关的类型 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。

16 次级代谢产物的类型 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。

17 次级代谢产物的类型 由三个以上氨基酸缩合而成的次级产物，氨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缩合后形成含氮芳香环如麦角生物碱。

18 次级代谢产物的类型 2，根据产物的作用区分类型 抗生素 激素 毒素 生物碱 维生素

19 次级代谢产物的类型 抗生素：这是微生物所产生的，具有特异抗菌作用的一类次级产物。日前发现的抗生素已有 种，青霉素、链霉素、四环素类、红霉素、新生霉素、新霉素、多粘霉素、利福平、放线菌素(更生霉素)、博莱霉家(争光霉素)等几十种抗生素已进行工业生产。

20 脂肽类抗生素 达托霉素(Daptomycin),
新型脂肽的抗生素，专门用于抗耐药菌微生物的治疗。由玫瑰孢链霉菌（Streptomyces roseosporus）生产。我们课题组正在开展研究工作。

21 达托霉素的抗病作用机制

22 激素：微生物产生的一些可以刺激动、植物生长或性器官发育的一类次级物质。例如赤霉菌(Gibberella fujikuroi)产生的赤霉素。
次级代谢产物的类型 激素：微生物产生的一些可以刺激动、植物生长或性器官发育的一类次级物质。例如赤霉菌(Gibberella fujikuroi)产生的赤霉素。 生物碱：大部分生物碱是由植物产生的。麦角菌(Claviceps purpurea)可以产生麦角生物碱。 生物碱

23 次级代谢产物的类型 毒素：大部分细菌产生的毒素是蛋白质类的物质。如破伤风梭菌(Clostridium tetani)产生的破伤风毒素，白喉杆菌(Corynebacterium diphtheriae)产生的白喉毒素，肉毒梭菌(C．botulinum)产生的肉毒素及苏云金杆菌(Bacillus thuringiensis)产生的伴孢晶体等。放线菌，真菌也产生毒素。例如黄曲霉(Aspergillus flavus)产生的黄曲霉毒素。担子菌产生的各种蘑菇毒素等。 肉毒素 苏云金杆菌的芽孢及伴孢晶体

24 次级代谢产物的类型 色素：不少微生物在代谢过程中产生各种有色的产物。例如由粘质赛氏杆菌(Serratia marcescens)产生灵菌红素，在细胞内积累，使菌落呈红色。有的微生物将产生的色素分泌到细胞外，使培养基呈现颜色。 灵菌红素

25 次级代谢产物的类型 维生素：作为次生物质，是指在特定条件下，微生物产生的远远超过自身需要量的那些维生素，例如丙酸细菌(Propionibacterium sp．)产生维生素B12，分枝杆菌(Mycobacterium)产生吡哆素和烟酰胺，假单胞菌产生生物素，以及霉菌产生的核黄素和β-胡萝卜素等。 维生素B12

26 三、次级代谢产物的生物合成 次级代谢产物的合成过程可以概括为如下模式：

27 次级代谢产物合成途径： 前体聚合：前体单元在合成酶催化下进行聚合。 结构修饰：聚合后的产物再经过修饰反应如环化、氧化、甲基化、氯化等。
次级代谢产物的生物合成 次级代谢产物合成途径： 前体聚合：前体单元在合成酶催化下进行聚合。 结构修饰：聚合后的产物再经过修饰反应如环化、氧化、甲基化、氯化等。 氧化作用 RH+O2+NADPH2→ROH+H2O十NADP 氯化反应 RH+H2O2+Cl-+H+→RCl+2H2O 不同组分的装配：如新生霉素、诺卡霉素等。

28 次级代谢产物的生物合成 新生霉素分子装配

29 诺卡霉素A(nocardicinA)分子装配
次级代谢产物的生物合成 诺卡霉素A(nocardicinA)分子装配

30 次级代谢产物的生物合成 四、次级代谢的特点 次级代谢以初级代谢产物为前体，并受初级代谢的调节 ； 次级代谢产物一般在菌体生长后期合成。

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32 作业一、 何为发酵？何为工业发酵？何为发酵工程？请简述发酵的类型。 请简述工业发酵发展的五个阶段。 工业发酵常用的微生物主要有哪些？工业微生物的主要特点是什么？ 现代发酵工业研究的主要内容是什么？简述获取发酵产物的方法。

33 何为初级代谢，何为次级代谢，简述它们两者关系。
次级代谢产物的合成特点是什么？ 简述次级代谢产物的类型（按产物的作用分类） 查阅文献举例说明两种提高次级代谢产物的方法。

34 Thank You !