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菌體組成和細胞外代謝産物

發布時間:2013-11-28 15:39:14

菌體組成 應用于發酵工业生産的微生物具有複雜的化学成分,在各個層次上構成極为精密的細胞結構體系:雖然菌體細胞種類繁多,形态結構與功能各異,其多樣性無法計算,但各種微,耋物細胞的結構與組成之間仍存在着共同點。 首先,菌體一般都具有細胞壁、細胞膜、細胞質、細胞核等結構,組成基本元素都是C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、CI、Mg等元素,这些化学元素構成了菌體結構與功能所需要的許多無機化合物和有機化合物。 其次,最基礎的生物小分子都是核苷酸、氨基酸、脂肪酸與單糖,它們又構成核酸、蛋白質、脂質與多糖類等重要的生物大分子。这些生物大分子一般以複合分子的形式,如核蛋白、脂蛋白、糖蛋白與糖脂等組成微生物細胞的基本結構體系。如脂蛋白構成的生物膜體系與核酸和蛋白質分子構成遺傳信息的複制與表达體系,是構建任何類型微生物細胞所必需的兩大基本結構體系。 第三,所有菌體的細胞膜都是由磷脂雙分子層與鑲嵌蛋白質構成的。細胞膜使細胞與周圍壞境保持相對的獨立性,造成相對穩定的細胞内環境并通過細胞膜與周圍環境進行物質交換和信号轉導。 第四,所有的菌體細胞都有兩種核酸:即DNA與RNA,作为遺傳信息複制與轉錄的載體。而非細胞形态生命體病毒隻有一種核酸,即DNA或RNA作为遺傳信息的載體。最後,核糖體作为蛋白質合成的機器存在于一切筒體細胞内,是任何細胞(除個别非常特殊的細胞)不可缺少的基本結構。 細胞外代謝産物 微生物具有種類多、分布廣、多變異和生理生化多樣性等特性,容易形成各種各樣的代謝産物,已知的發酵産物多达37大類,從而形成了規模龐大的發酵工业。 根據微生物代謝産物與生長繁殖的關系不同,可将其分为兩大類。一類是微生物自身生長繁殖所必需的代謝産物,稱为初級代謝産物,如氨基酸、核苷酸、多糖、維生素、有機酸、蛋白質、核酸等。它們的生物合成過程在各種微生物體内基本相同。 有些産物是菌體在正常生長情況下就可以分泌到細胞外并積累起来的,如乙醇、醋酸、乳酸籌。而還有一些産物是在菌體正常生長情況下不能積累的,如氨基酸、核酸、有機酸等,因为这些産物的産量在达到滿足營體自身需要的量之後,就受到許多調節機制的控制而使其合成停止。對于此類産物必須采用代謝失調的突變菌株,如營養缺陷型菌株、抗性菌株等。此類産物的生産菌種主要是細菌、酵母、黴菌等。 另一類代謝産物與微生物生長繁殖無明确關系,稱为次級代謝産物,如抗生索、生物堿、色素等。它們的生物合成有特異性:能夠産生次級代謝産物的産生菌,在分類学上的位置與産生的次綴代謝産物的結構之間沒有明确的内在聯系,分類学上相同的菌種能産生不同結構的次級代謝産物,如灰色鍊黴菌,既能合成氨基環醇類抗生素中的鍊黴素,又能合成多烯大環内醺類抗生素中的殺假絲菌素:而分類学上不同的微生物也能産生相同的抗生素,如能産生頭孢菌素C的菌有黴菌和鍊黴菌。次級代謝産物的合成還受到許多調節機制的控制,因此要提高産量,就必須解除其控制。發酵工业用来生産次級代謝産物的微生物僅有少數幾個類群,主要是絲狀放線菌絲狀真莆等。 随着基因工程、細胞工程、蛋白質工程等現代生物技術的發展,大量基因工程菌被構建出来,産生了許多微生物本身不能産生的物質,如胰島素、生長激素、細胞因子、疫苗、單克隆抗體等,大大擴展了發酵工程技術的應用範圍。可以預見,随着生物技術的發展将會有更多有用的産物被合成出来。 本文參考《發酵工程原理與技術》一書。
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