Znajomość metabolizmu podstawą planowania procesu biotechnologicznego Metabolizm wtórny (przemiany peryferyjne)

Grupy specyficznych produktów metabolizmu drobnoustrojów alkaloidy fenazyny pirydyny aminocukry flawonoidy pirole aminoglikozydy fosfoglikolipidy pirony aminokwasy ftalaldehydy poliacetyleny antocyjaniny glikozydy polieny ansamycyny hydroksyloaminy polietery antrachinony laktony polikwasy antracykliny makrolidy polipeptydy chinoliny naftochinony polisacharydy chinolinony nitryle salicylany chinony nukleozydy steroidy depsipeptydy peptydy tetracykliny

Przemiany peryferyjne a przemiany centralne

Idiolity są syntezowane w idiofazie

Koncepcje wyjaśniające przyczyny biosyntezy idiolitów Uzyskanie przewagi w danym środowisku 2. Przystosowanie się do zmieniających się warunków środowiska dzięki dodatkowym szlakom metabolicznym 3. Utrzymanie stanu równowagi ze otoczeniem, gdy normalny wzrost nie jest możliwy 4. Wynik rozregulowania metabolizmu. Nadprodukcja idiolitów rodzajem „wentyla” dla niezbilansowanych przemian Obszar „wolnej gry” ewolucyjnej poza zakresem ścisłych reguł selekcji eliminujących zmiany niekorzystne dla organizmu. Niektóre z idiolitów znajdują w końcu zastosowanie w metabolizmie producenta

Prekursory przemian peryferyjnych

Szlak poliketydowy – biosynteza prekursorów

Szlak poliketydowy – biosynteza prekursorów

Biosynteza prekursorów układów aromatycznych W komórkach grzybów układy aromatyczne powstają z jednostek octanowych w szlaku poliketydowym

Inne prekursory idiolitów Jednostki izoprenoidowe – u grzybów ze szlaku biosyntezy ergosterolu Modyfikowane aminokwasy – D-aminokwasy, -aminokwasy, dehydroaminokwasy, N-metyloaminokwasy Modyfikowane cukry – aminocukry, N-metyloaminocukry deoksycukry, cyklitole, pochodne amidynowe

Biosynteza prekursorów jednostek izoprenoidowych

Szlak poliketydowy Analogie ze szlakiem biosyntezy kwasów tłuszczowych

Szlak poliketydowy AcCoA  3  malonyloCoA 2. Podczas kondensacji Przykład: biosynteza kwasu 6-metylo- salicylowego AcCoA  3  malonyloCoA 2. Podczas kondensacji dekarboksylacja Redukcja keto  OH 4. Eliminacja H2O 5. Cyklizacja

Szlak poliketydowy – biogeneza niektórych antybiotyków

Szlak poliketydowy Cechy charakterystyczne – porównanie ze szlakiem biosyntezy kwasów tłuszczowych Zużywanie różnych prekursorów 2. Różny stopień redukcji grup keto – do OH, podwójnego wiązania Powstawanie układów sprzężonych wiązań podwójnych Cyklizacje, tworzenie pierścieni Modyfikacje struktury produktów – wprowadzanie podstawników

Biosynteza związków -laktamowych U grzybów kwas -amino- adypinowy powstaje jako metabolit pośredni w szlaku biosyntezy lizyny U bakterii prekursorem jest lizyna Prekursorem L-cysteiny jest L-seryna lub L-metionina L-Val powstaje z pirogronianu

Biosynteza antybiotyków polipeptydowych Większość poza rybosomami Sekwencja peptydu uwarunkowana strukturą białek syntezujących

Reakcja katalizowana przez enzym syntezujący dekstran Biosynteza dekstranu Reakcja katalizowana przez enzym syntezujący dekstran   (16)Glcn + sacharoza  (16)Glcn+1 + D-fruktoza Biosynteza glikogenu – inny mechanizm

Biosynteza kwasu polihydroksymasłowego

Regulacja biosyntezy idiolitów

Regulacja biosyntezy idiolitów MIEJSCA KONTROLI BIOSYNTEZY IDIOLITÓW  -         powstawanie prekursorów; -         zużywanie prekursorów do syntezy idiolitów lub w szlakach konkurencyjnych metabolizmu podstawowego; -         dostarczanie energii metabolicznej niezbędnej w procesie biosyntezy idiolitów; -         transport komórkowy

Regulacja biosyntezy idiolitów MECHANIZMY KONTROLI BIOSYNTEZY IDIOLITÓW   -         indukcja substratowa; - indukcja powodowana przez regulatory metaboliczne; - represja i hamowanie kataboliczne; - regulacja związkami azotu; - regulacja fosforanowa i energetyczna; -         hamowanie w sprzężeniu zwrotnym – zarówno przez metabolity podstawowe jak i specyficzne; -         regulacja z udziałem pierwiastków śladowych; -         regulacja tlenowa; -         regulacja innymi czynnikami, takimi jak temperatura lub pH

Regulacja biosyntezy idiolitów Indukcja substratowa Biosynteza cefalosporyny C w C. acremonium – obecność w podłożu DL-cysteiny lub DL-norleucyny Biosynteza alkaloidów sporyszu przez grzyby Clavicepsis – DL-tryptofan Warunek – induktor dodawany w fazie wzrostu, a nie w fazie produkcji

Regulacja biosyntezy idiolitów Indukcja metaboliczna Małocząsteczkowe efektory metaboliczne wytwarzane przez bakterie przetrwalnikujące i promieniowce Czynnik A lakton kwasu 2-izokapronoilo-3-hydroksymetylo-4-hydroksybutanowego Czynnik A – autoregulator wytwarzany przez szczepy Streptomyces griseus produkujące streptomycynę Dodatek 0.001 g czynnika A zapewnia wytworzenie 1 mg streptomycyny

Regulacja biosyntezy idiolitów Zniesienie efektu represji katabolicznej

Regulacja biosyntezy idiolitów Miejsce represji katabolicznej (węglowej i azotowej) biosyntezy cefalosporyny C w Cephalosporium acremonium

Regulacja biosyntezy idiolitów Regulacja fosforanowa Zasada ogólna – niskie stężenie fosforanu stymuluje biosyntezę idiolitów

Regulacja biosyntezy idiolitów Kontrola metabolizmu wtórnego na zasadzie sprzężenia zwrotnego Regulacja biosyntezy penicyliny w Penicillium chrysogenum w układzie sprzężenia zwrotnego