1 Znajomość metabolizmu podstawą planowania procesu biotechnologicznegoMetabolizm wtórny (przemiany peryferyjne)

2 Grupy specyficznych produktów metabolizmu drobnoustrojówalkaloidy 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

3

4 Przemiany peryferyjne a przemiany centralne

5 Idiolity są syntezowane w idiofazie

6 Koncepcje wyjaśniające przyczyny biosyntezy idiolitówUzyskanie 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

7

8 Prekursory przemian peryferyjnych

9 Szlak poliketydowy – biosynteza prekursorów

10 Szlak poliketydowy – biosynteza prekursorów

11 Biosynteza prekursorów układów aromatycznychW komórkach grzybów układy aromatyczne powstają z jednostek octanowych w szlaku poliketydowym

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

13 Biosynteza prekursorów jednostek izoprenoidowych

14 Szlak poliketydowy Analogie ze szlakiem biosyntezy kwasów tłuszczowych

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

16 Szlak poliketydowy – biogeneza niektórych antybiotyków

17 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

18 Biosynteza związków -laktamowychU 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

19 Biosynteza antybiotyków polipeptydowychWiększość poza rybosomami Sekwencja peptydu uwarunkowana strukturą białek syntezujących

20 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

21 Biosynteza kwasu polihydroksymasłowego

22 Regulacja biosyntezy idiolitów

23 Regulacja biosyntezy idiolitówMIEJSCA 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

24 Regulacja biosyntezy idiolitówMECHANIZMY 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

25 Regulacja biosyntezy idiolitówIndukcja 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

26 Regulacja biosyntezy idiolitówIndukcja 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 g czynnika A zapewnia wytworzenie 1 mg streptomycyny

27 Regulacja biosyntezy idiolitówZniesienie efektu represji katabolicznej

28 Regulacja biosyntezy idiolitówMiejsce represji katabolicznej (węglowej i azotowej) biosyntezy cefalosporyny C w Cephalosporium acremonium

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

30 Regulacja biosyntezy idiolitówKontrola metabolizmu wtórnego na zasadzie sprzężenia zwrotnego Regulacja biosyntezy penicyliny w Penicillium chrysogenum w układzie sprzężenia zwrotnego