理学
问答题说明次级代谢及其特点。如何利用次级代谢的诱导调节机制及氮和磷调节机制来提高抗生素的产量？
题目
问答题
说明次级代谢及其特点。如何利用次级代谢的诱导调节机制及氮和磷调节机制来提高抗生素的产量？
参考答案和解析
正确答案：
相对于初级代谢而言，一般认为，微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物自身生命活动无明确生理功能的物质的过程，称为次级代谢。这一过程形成的产物，即为次级代谢产物。次级代谢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、色素及维生素等多种类别。次级代谢特点：
（1）次级代谢的生理意义不像初级代谢那样明确，次级代谢途径某个环节发生障碍，致使不能合成某个次级代谢产物，而不影响菌体的生长繁殖。
（2）次级代谢与初级代谢关系密切，初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的前体。
（3）次级代谢一般发生在菌体指数生长后期或稳定期，也会受到环境条件的影响。
（4）次级代谢产物的合成，因菌株不同而异，但与分类地位无关，两种完全不同来源的微生物可以产生同一种次级代谢产物。
（5）质粒与次级代谢的关系密切，控制着多种抗生素的合成。
（6）次级代谢产物通常都是限定在某些特定微生物中生成，因此与现代发酵产业密切相关。
（7）次级代谢产物的合成通常被细胞严密控制。某些抗生素的产生可以被加在发酵培养基中的诱导物诱导产生，可在发酵培养基中加入诱导物来增加产量。易代谢氮源如铵盐以及高浓度的磷酸盐，对某些抗生素的产生有抑制作用。在发酵培养基避免使用高浓度的铵盐和使用低浓度或亚适量的磷酸盐可以防止抑制作用。
（1）次级代谢的生理意义不像初级代谢那样明确，次级代谢途径某个环节发生障碍，致使不能合成某个次级代谢产物，而不影响菌体的生长繁殖。
（2）次级代谢与初级代谢关系密切，初级代谢的关键性中间产物往往是次级代谢的前体。
（3）次级代谢一般发生在菌体指数生长后期或稳定期，也会受到环境条件的影响。
（4）次级代谢产物的合成，因菌株不同而异，但与分类地位无关，两种完全不同来源的微生物可以产生同一种次级代谢产物。
（5）质粒与次级代谢的关系密切，控制着多种抗生素的合成。
（6）次级代谢产物通常都是限定在某些特定微生物中生成，因此与现代发酵产业密切相关。
（7）次级代谢产物的合成通常被细胞严密控制。某些抗生素的产生可以被加在发酵培养基中的诱导物诱导产生，可在发酵培养基中加入诱导物来增加产量。易代谢氮源如铵盐以及高浓度的磷酸盐，对某些抗生素的产生有抑制作用。在发酵培养基避免使用高浓度的铵盐和使用低浓度或亚适量的磷酸盐可以防止抑制作用。
解析：
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相似问题和答案
第1题：
试述大肠杆菌乳糖操纵子的结构及其通过酶诱导合成和阻遏来调节代谢的调控机制。
正确答案: 乳糖（lac）操纵子由调节基因I，启动基因P、操纵基因O和三个结构基因lacZ、lacY、lacA组成。
调节基因lacI组成型表达，编码阻遏蛋白，既有与操纵基因lacO结合的位点，也有与诱导物结合的位点。当诱导物与阻遏蛋白结合时，可改变阻遏蛋白的构象，使其无法与lacO结合。阻遏蛋白具有阻止转录和识别小分子诱导物的双重性，因此它的活性状态直接决定启动基因是开启或关闭。
当缺乏乳糖时，阻遏蛋白以活性状态结合在lacO上，这就影响了RNA聚合酶与lacP的结合，并阻碍RNA聚合酶通过lacO，这样结构基因就无法转录；当乳糖存在时，因作为诱导物的乳糖与阻遏蛋白结合，改变了它的构象，成为失活构象而脱离lacO，于是RNA聚合酶就可以与启动基因结合并开始转录。
第2题：
说明柠檬酸发酵的生物合成途径及其代谢调节积累机制
正确答案:葡萄糖经EMP途径生成丙酮酸，丙酮酸在有氧的条件下，一方面氧化脱羧生成coA，另一方面丙酮酸羧化生成草酰乙酸，草酰乙酸与乙酰coA在柠檬酸合酶的作用下所合成柠檬酸。代谢调节积累机制：
①由于锰缺乏抑制了蛋白质的合成，而导致细胞内NH+浓度升高和一条呼吸活性强的侧系呼吸链不产生ATP，这两方面分别接触了对磷酸果糖激酶的代谢调节，促进了EMP途径畅通；
②有组成性的丙酮酸羧化酶源源不断提供草酰乙酸；
③在控制Fe2+含量的情况下，顺乌头酸酶活性低从而使柠檬酸积累；
④丙酮酸氧化脱羧生成乙酰coA和CO2固定两个反应平衡，以及柠檬酸合酶不被调节，增强了合成柠檬酸的能力；
⑤柠檬酸积累增多，PH降低，在低PH时顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，从而近一步促进了柠檬酸自身的积累
第3题：
微生物的初级与次级代谢产物的调节方法。
正确答案: 微生物在长期的进化过程中，形成了一整套完善的代谢调节系统，以保证各种代谢活动经济而高效地进行。微生物的代谢调节主要有两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节。
酶合成的调节：微生物细胞内的酶可以分为组成酶和诱导酶两类。组成酶时微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制，而诱导酶则时在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶。例如，在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基本上培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。
酶活性的调节：微生物还能够通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。酶活性发生主要原因时，代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构产生变化。这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢中十分普遍。
总结上述两种调节方式时同时存在，并且密切配合、协调作用的。通过对代谢的调节，微生物细胞内一般不会累积大量的代谢产物。但在工业生产中，人们总希望微生物能够最大限度地积累对人类有用的代谢产物，这就需要对微生物代谢的调节进行人工控制。
第4题：
提高初级代谢产物和次级代谢产物产量的方法有哪些？
正确答案: 提高初级代谢产物方法
1.使用诱导物2.除去诱导物——选育组成性产生菌3.降低分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生4.解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株5.解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株6.防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株7.改变细胞膜的通透性8.筛选抗生素抗性突变株9.选育条件抗性突变株10.调节生长速率11.加入酶的竞争性抑制剂。
2.提高次级代谢产物的方法：1.补加前体类似物2.加入诱导物3.防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生4.防止氮代谢阻遏的发生5.筛选耐前体或前体类似物的突变株6.选育抗抗生素突变株7.筛选营养缺陷型的回复突变株8.抗毒性突变株的选育
第5题：
关于微生物代谢产物的说法中正确的是（）
- A、初级代谢产物是微生物生长和繁殖所必须的
- B、次级代谢产物并非是微生物生长和繁殖所必须的
- C、次级代谢产物在代谢调节下产生
- D、初级代谢产物的合成无需代谢调节
正确答案:A,B,C
第6题：
次级代谢与次级代谢产物及其特点时什么？
正确答案: 次级代谢主要涉及合成过程，其终产物，次级代谢产物对菌的生长不是必需的，对生命活动可能具有某种意义，通常时在生长后期开始形成的。
特点：
1、某些菌株特有的。
2、酶的特异性较低。
3、代谢途径较多（中间产物组合）。
4、受总调节控制。
第7题：
次级代谢的调节类型包括哪些？
正确答案:诱导调节、碳分解产物调节、氮分解产物调节、磷酸盐调节、反馈调节、生长速度调节等。
第8题：
抗生素产生菌的初级代谢与次级代谢的关系如何？
正确答案: 它们的关系可以从生化代谢和遗传代谢两个方面来分析：
（一）生化代谢方面：种初级代谢产物形成的。也就是说，初级代谢途径提供合成抗生素的前体物质，如β—内酰胺类抗生素，是由半胱氨酸和缬氨酸等氨基酸合成其母核的，所以次级代谢途径并不是独立的，与初级代谢无关系，又有特异性的酶系。
（二）遗传代谢方面：初级代谢和次级代谢都是受核内DNA控制，所不同的是次级代谢还受到与初级代谢产物合成无关的核外遗传物质——质粒的控制，在研究抗生素生物合成时，既要考虑两者在核内外遗传物质性质的差异，又要考虑两者的相互作用。
第9题：
试述提高次级代谢产物产量的方法？
正确答案: （1）筛选耐前体或前体类似物的突变株；
（2）选育抗抗生素突变株；
（3）筛选营养缺陷型的回复突变株。
第10题：
初级代谢和次级代谢的调节方式有哪些？
正确答案: 初级代谢的调节方式
①产能代谢调节：能荷调节
②核蛋白体合成的调节
③氨基酸、核苷酸合成代谢的调节
次级代谢的调节方式
①级代谢对初级代谢的调节
②碳代谢物的调节
③氮代谢物的调节
④盐酸盐的调节作用
⑤次级代谢中的诱导作用及产物的反馈作用
⑥次级代谢中的细胞膜透性调节