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微生物的初代谢与次代谢的关系

作者:恒昌机械 时间:2019/9/8 22:03:56 浏览:121次

微生物的初代谢与次代谢的关系

初代谢和次代谢是个相对的概念,两者既有联系又有区别。

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两者之间的区别主要表现如下:

①次代谢存在于些特定生物中,而且不同生物的次代谢途径和产物不同。而不同生物的初代谢产物基本没有差异或差异不大。

②次代谢产物对生物本身来说不是其生存所必需的物质,即使某些次代谢途径出现障碍也不会给机体的生存和生长带来太大危害。而初代谢产物,如单糖、核苷酸、氨基酸、脂肪酸等单体以及由其组成的各种生物大分子(如多糖、核酸、蛋白质、脂质等)都是机体生存必不可少的物质,只要这些物质的分解或合成过程中任何个环节出问题,都可能给生命活动带来缺陷,轻则影响生物的生长繁殖,重则导致死亡。

③次代谢在微生物生长特定阶段才出现,它和细胞生长的过程往往不是同步的。例如,青霉素的合成在生产菌的生长速率开始下降时才开始。而初代谢存在于生命活动的切过程中,在细胞生长和繁殖时尤其旺盛,因而往往和细胞生长过程同步。

④次代谢产物种类繁多,往往含有不寻常的化学键。每种类型的次代谢产物常是群化学结构非常相似而成分不同的混合物。而初代谢产物的性质和类型在不同生物中基本相同。例如,组成蛋白质的20种常见氨基酸、组成核酸的5种常见核苷酸在不同生物中都是样的,在生物生长和繁殖过程中发挥的重要作用也基本类似。⑤机体内两种代谢类型在遗传上的稳定性不同。控制次代谢产物合成的基因可能不在染色体DNA上,而是存在于游离的环状DNA分子(质粒)中,这些质粒可以转移、整合、重组甚至消失。控制初代谢产物合成的基因般都存在于染色体DNA上,稳定性要高得多。

⑥机体内两种代谢类型对环境的敏感性不同。次代谢对环境条件的变化敏感,往往随着环境的不同而产生不同的产物。而初代谢对环境变化的敏感性小得多,较稳定。

⑦催化次代谢产物合成的酶专性较差,往往结构上类似的底物都能够被同种酶催化。例如,青霉素合成中的酰基转移酶可以将不同的酰基侧链转移到青霉素母核6ApA的7位氨基上,因而天然青霉素发酵形成了五种不同的成分,分别为青霉素G、V、O、F、X。而催化初代谢产物合成的酶专性总是很高,因为差错会导致严重的后果。

虽然初代谢和次代谢有诸多不同,但它们之间也有着非常密切的联系,总体表现为初代谢是次代谢的基础,初代谢为次代谢提供前体或起始物。以β内酰胺类抗生素的生物合成为例,青霉素生物合成的起始物是a氨基己二酸、L半胱氨酸、L缬氨酸。这三种氨基酸都是微生物的初代谢产物,但是它们又被用来合成青霉素、头孢菌素L等次代谢产物。大环内酯类抗生素-阿维菌素的生物合成以异亮氨酸和缬氨酸为起始物。多肽类抗生素是由氨基酸通过肽键连接而合成的。此外,初代谢的些关键中间产物也是次代谢合成中重要的中间体物质,如乙酰CoA、莽草酸和丙二酸等是许多次代谢的中间体物质。

另外,初代谢的调控影响到次代谢产物的生物合成。初代谢往往受到严格的代谢调控。当些初代谢产物和次代谢相关时,初代谢途径的调控必然影响到相关的次代谢。例如,在青霉素发酵中,产黄青霉(penicillum chrysogenum Thom)菌株胞内的a氨基己二酸浓度与青霉素的产量有着直接的关系,向生长菌体或静息细胞的培养液中加入外源的a氨基己二酸可有效提高青霉素的产量。再者,初代谢也是次代谢主要的能量和还原力来源。例如糖类、脂类、氨基酸的分解代谢产生的能量和还原力也可以用于次代谢。


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