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菌体组成和细胞外代谢产物

发布时间:2013-11-28 15:39:14

菌体组成 应用于发酵工业生产的微生物具有复杂的化学成分,在各个层次上构成极为精密的细胞结构体系:虽然菌体细胞种类繁多,形态结构与功能各异,其多样性无法计算,但各种微,耋物细胞的结构与组成之间仍存在着共同点。 首先,菌体一般都具有细胞壁、细胞膜、细胞质、细胞核等结构,组成基本元素都是C、H、O、N、P、S、Ca、K、Fe、Na、CI、Mg等元素,这些化学元素构成了菌体结构与功能所需要的许多无机化合物和有机化合物。 其次,最基础的生物小分子都是核苷酸、氨基酸、脂肪酸与单糖,它们又构成核酸、蛋白质、脂质与多糖类等重要的生物大分子。这些生物大分子一般以复合分子的形式,如核蛋白、脂蛋白、糖蛋白与糖脂等组成微生物细胞的基本结构体系。如脂蛋白构成的生物膜体系与核酸和蛋白质分子构成遗传信息的复制与表达体系,是构建任何类型微生物细胞所必需的两大基本结构体系。 第三,所有菌体的细胞膜都是由磷脂双分子层与镶嵌蛋白质构成的。细胞膜使细胞与周围坏境保持相对的独立性,造成相对稳定的细胞内环境并通过细胞膜与周围环境进行物质交换和信号转导。 第四,所有的菌体细胞都有两种核酸:即DNA与RNA,作为遗传信息复制与转录的载体。而非细胞形态生命体病毒只有一种核酸,即DNA或RNA作为遗传信息的载体。最后,核糖体作为蛋白质合成的机器存在于一切筒体细胞内,是任何细胞(除个别非常特殊的细胞)不可缺少的基本结构。 细胞外代谢产物 微生物具有种类多、分布广、多变异和生理生化多样性等特性,容易形成各种各样的代谢产物,已知的发酵产物多达37大类,从而形成了规模庞大的发酵工业。 根据微生物代谢产物与生长繁殖的关系不同,可将其分为两大类。一类是微生物自身生长繁殖所必需的代谢产物,称为初级代谢产物,如氨基酸、核苷酸、多糖、维生素、有机酸、蛋白质、核酸等。它们的生物合成过程在各种微生物体内基本相同。 有些产物是菌体在正常生长情况下就可以分泌到细胞外并积累起来的,如乙醇、醋酸、乳酸筹。而还有一些产物是在菌体正常生长情况下不能积累的,如氨基酸、核酸、有机酸等,因为这些产物的产量在达到满足营体自身需要的量之后,就受到许多调节机制的控制而使其合成停止。对于此类产物必须采用代谢失调的突变菌株,如营养缺陷型菌株、抗性菌株等。此类产物的生产菌种主要是细菌、酵母、霉菌等。 另一类代谢产物与微生物生长繁殖无明确关系,称为次级代谢产物,如抗生索、生物碱、色素等。它们的生物合成有特异性:能够产生次级代谢产物的产生菌,在分类学上的位置与产生的次缀代谢产物的结构之间没有明确的内在联系,分类学上相同的菌种能产生不同结构的次级代谢产物,如灰色链霉菌,既能合成氨基环醇类抗生素中的链霉素,又能合成多烯大环内醺类抗生素中的杀假丝菌素:而分类学上不同的微生物也能产生相同的抗生素,如能产生头孢菌素C的菌有霉菌和链霉菌。次级代谢产物的合成还受到许多调节机制的控制,因此要提高产量,就必须解除其控制。发酵工业用来生产次级代谢产物的微生物仅有少数几个类群,主要是丝状放线菌丝状真莆等。 随着基因工程、细胞工程、蛋白质工程等现代生物技术的发展,大量基因工程菌被构建出来,产生了许多微生物本身不能产生的物质,如胰岛素、生长激素、细胞因子、疫苗、单克隆抗体等,大大扩展了发酵工程技术的应用范围。可以预见,随着生物技术的发展将会有更多有用的产物被合成出来。 本文参考《发酵工程原理与技术》一书。
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