第五章微生物的合成代谢.ppt
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1、第三节、微生物的合成代谢,微生物的合成代谢主要指与细胞结构、生长和生命活动有关的生物大分子物质的合成,这些物质包括蛋白质、核酸、多糖及脂类等化合物。 在微生物的合成代谢中有许多过程与其他生物是基本相同的,如蛋白质和核酸等物质的合成,在生物化学中已作了专门介绍。 加之高中已经学习二氧化碳的固定以及生物固氮。,重点介绍微生物合成代谢的类型、原料、基本路线及微生物特有的部分合成反应。,3.1、微生物合成反应的类型,3.2、微生物合成代谢的原料,微生物合成作用需要小分子物质、能量和还原力NAD(P)H2,来源:,直接自外界环境中吸取,从分解代谢中获得,细胞中的分解代谢是合成代谢的基础,二者密切相关。,
2、(1) 小分子前体碳架物质这类物质指直接被机体用来合成细胞物质基本组成成分的前体物(氨基酸、核苷酸及单糖等)。,(2)能量微生物合成代谢所需能量来自发酵、呼吸和光合磷酸化过程形成的ATP和其他高能化合物。,(3)还原力-主要指还原型烟酰胺腺嘌呤核苷酸类物质,即NADPH2或NADH2,这两种物质在转氢酶作用下可以互换。,化能异养微生物 :,化能自养型细菌:,通过发酵或呼吸过程形成,氢酶催化H2形成NAD(P)H2(氢细菌等),电子逆转,在消耗ATP的前提下,电子通过在电子传递链上的逆转过程(由高电位向低电位流动)产生NAD(P)H2,3.3 微生物独特合成代谢举例,肽聚糖生物合成,肽聚糖: 绝
3、大多数原核微生物细胞壁所含有的独特成分;在细菌的生命活动中有重要功能,尤其是许多重要抗生素如青霉素、头孢霉素、万古霉素、环丝氨酸(恶唑霉素)和杆菌肽等呈现其选择毒力(selective toxicity)的物质基础,是在抗生素治疗上有特别意义的物质。 合成特点: 合成机制复杂,步骤多,且合成部位几经转移; 合成过程中须要有能够转运与控制肽聚糖结构元件的载体(UDP和细菌萜醇)参与。,第一阶段:,在细胞质中合成N-乙酰胞壁酸五肽(“Park”核苷酸) 起始于N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸,由葡萄糖经一系列反应生成; 自N-乙酰葡萄糖胺-1-磷酸开始,以后的N-乙酰葡萄糖胺、N-乙酰胞壁酸以及胞壁酸五
4、肽,都是与糖载体UDP结合的;,第二阶段:,在细胞膜上由N-乙酰胞壁酸五肽与N-乙酰葡萄糖胺合成肽聚糖单体双糖肽亚单位。 需要细菌萜醇(bactoprenol,Bcp)脂质载体参与,细菌萜醇(bactoprenol),又称类脂载体,运载“Park”核苷酸进入细胞膜,连接N-乙酰葡糖胺和甘氨酸五肽“桥”,最后将肽聚糖单体送入细胞膜外的细胞壁生长点处。 结构式: 功能: 除肽聚糖合成外还参与微生物细胞外多糖和脂多糖的生物合成 如:细菌的磷壁酸、脂多糖 细菌和真菌的纤维素 真菌的几丁质和甘露聚糖等,第三阶段:,已合成的双糖肽插在细胞膜外的细胞壁生长点中并交联形成肽聚糖。 这一阶段分两步: 第一步:是
5、多糖链的伸长双糖肽先是插入细胞壁生长点上作为引物的肽聚糖骨架(至少含68个肽聚糖单体分子)中,通过转糖基作用(transglycosylation)使多糖链延伸一个双糖单位; 第二步:通过转肽酶的转肽作用(transpeptitidation)使相邻多糖链交联转肽时先是D-丙氨酰-D-丙氨酸间的肽链断裂,释放出一个D-丙氨酰残基,然后倒数第二个D-丙氨酸的游离羧基与相邻甘氨酸五肽的游离氨基间形成肽键而实现交联。,肽聚糖的生物合成与某些抗生素的作用机制:,一些抗生素能抑制细菌细胞壁的合成,但是它们的作用位点和作用机制是不同的。 -内酰胺类抗生素(青霉素、头孢霉素): 是D-丙氨酰-D-丙氨酸的结
6、构类似物,两者相互竞争转肽酶的活性中心。当转肽酶与青霉素结合后,双糖肽间的肽桥无法交联,这样的肽聚糖就缺乏应有的强度,结果形成细胞壁缺损的细胞,在不利的渗透压环境中极易破裂而死亡。 杆菌肽: 能与十一异戊烯焦磷酸络合,因此抑制焦磷酸酶的作用,这样也就阻止了十一异戊烯磷酸糖基载体的再生,从而使细胞壁(肽聚糖)的合成受阻。,3.4、微生物次级代谢与次级代谢产物,1、次级代谢与次级代谢产物,一类与生物生存有关的、涉及到产能代谢和耗能代谢的代谢类型,普遍存在于一切生物中。,初级代谢:,微生物从外界吸收各种营养物质,通过分解代谢和合成代谢, 生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程。,某些生物为了避免在
7、初级代谢过程某种中间产物积累所造成的不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。,次级代谢:,通过次级代谢合成的产物。 大多是分子结构比较复杂的化合物,根据其作用可将其分为抗生素、激素、生物碱、毒素及维生素等类型。,次级代谢产物:,讨论初级代谢与初级代谢的关系?,?,(1)存在范围及产物类型不同,(2)对产生者自身的重要性不同,(3)同微生物生长过程的关系明显不同,(4)对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同,(5)相关酶的专一性不同,(6)某些机体内存在二种既有联系又有区别的代谢类型,初级代谢系统、代谢途径和初级代谢产物在各类生物中基本相同。它是一类普遍存在于各类生物中的一种基本代谢类型
8、。,(1)存在范围及产物类型不同,象病毒这类非细胞生物虽然不具备完整的初级代谢系统,但它们仍具有部分的初级代谢系统和具有利用宿主代谢系统完成本身的初级代谢过程的能力。,次级代谢只存在于某些生物(如植物和某些微生物)中,并且代谢途径和代谢产物因生物不同而不同,就是同种生物也会由于培养条件不同而产生不同的次级代谢产物。,例如某些青霉、芽孢杆菌和黑曲霉在一定的条件下可以分别合成 青霉素、杆菌肽和柠檬酸等次级代谢产物。,不同的微生物可产生不同的初级代谢产物,相同的微生物在不同条件下产生不同的初级代谢产物,用于青霉菌的二种培养基:,Raulin培养基: 葡萄糖5%、酒石酸0.27%、酒石酸铵0.27%、
9、磷酸氢二铵0.04% 、硫酸镁0.027%硫酸铵0.017%、硫酸锌0.005%、硫酸亚铁0.005%,CzapekDox培养基: 葡萄糖5%、硝酸纳0.2%、磷酸氢二钾0.1%、氯化钾0.05%、硫酸 镁0.05%、硫酸亚铁0.001%,灰黄青素在CzapekDox培养基上培养时可以合成灰黄霉素, 在Raulin培养基上培养时则合成褐菌素(fulvic acid)。,Penicillium urticae在含有0.510-8M的锌离子的CzapekDox培养基里培养时合成的主要次级代谢产物是6-氨基水杨酸,但在含0.510-6M的锌离子的CzapekDox培养基里培养时不合成6-氨基水杨酸,
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