第六章海洋微生物代謝物的生物活性

海洋微生物學研究已經走出了僅僅進行種群調查的階段，走上了涉及生態學、生物化學、分子生物學、遺傳學等領域的全面研究和應用開發階段。海洋生物的特異環境、奇特的功能其代謝物及其結構.代謝物的合成途徑及其相關的酶一、研究內容的發展第六章海洋微生物代謝物的生物活性海洋微生物學研究已1與特殊功能有關的或者與代謝物合成有關的功能基因。從人類的應用說，海洋微生物代謝物可以分為食品類、醫藥類、材料類等。醫療價值或保健作用的化合物是人們尋找和研究工作的首選與特殊功能有關的或者與代謝物合成有關的功能基因。2二、微生物代謝物微生物代謝物分為初級代謝物和次生代謝物1.初級代謝物定義：微生物通過代謝活動所產生的、自身生長和繁殖所必需的物質。舉例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。特征：（1）不同的微生物初級代謝產物基本相同；（2）初級代謝產物合成過程是連續不斷的。二、微生物代謝物微生物代謝物分為初級代謝物和次生代謝物1.32.次生代謝物定義：微生物生長到一定階段才產生的化學結構十分復雜、對該微生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質。舉例：抗生物、毒素、激素、色素等。特征：（1）不同的微生物次生代謝產物不同；（2）抗生素是一類具有特異性抑菌和殺菌作用的有機化合物。2.次生代謝物定義：微生物生長到一定階段才產生的化學結構十4圖中央是青霉菌，周圍是致病細菌。距青霉素最遠的細菌個大、色濃，活力十足；距青霉菌較近的細菌個較小、色較淺，活力較差；而最接近青霉菌的細菌個最小、色發白，顯然已經死亡抗生素圖中央是青霉菌，周圍是致病細菌。距青霉素最遠的細菌個大、色濃5煙草野火病菌產生的野火毒素毒素煙草野火病菌產生的野火毒素毒素6稻綠核菌子實體的形態健粒子實體黃色有薄膜包被墨綠色橙黃色淡黃色中心：白色肉質塊色素稻綠核菌子實體的形態健粒子實體黃色有薄膜包被墨綠色橙黃色淡黃7從自然界分離的菌種產品基因工程誘變育種誘變育種生產用菌種擴大培養原料微生物菌體代謝產物分離提純發酵罐發酵條件控制接種培養基配置滅菌從自然界分離的菌種產品基因工程誘變育種誘變育種生產用菌種86.1微生物的篩選根據生態學的知識和經驗去尋找特定功能或活性的代謝物及其生產者－－微生物。一些咸水蝦的卵子被真菌感染，一些蝦卵卻保持完好時，開始從無感染的卵子上找原因。

6.1微生物的篩選根據生態學的知識和經驗去尋找特定功能或9研究者相信，卵子不被感染應該歸功于抗真菌的物質，結果在完好的卵子表面發現一種細菌，從該細菌果真找到一種抗真菌代謝物；從熱泉中尋找耐熱菌，從這些菌中尋找熱穩定的酶.

研究者相信，卵子不被感染應該歸功于抗真菌的物質，結果在完10從日光曝曬的海邊巖石找到抗紫外線的藍細菌，并從中找到抗紫外物質。從健康的植物中找到產生植物保護劑的內生菌，從污染的港灣獲得農藥降解菌，并從中發現有關酶和基因；

從日光曝曬的海邊巖石找到抗紫外線的藍細菌，并從中找到抗紫外物11從海洋動、植物表面尋找防腐物質或微生物。從上述微生物中發現對人類疾病治療有效的藥物，對人類有用的化合物可以在很多環境分離的微生物中找到，只要應用適當的篩選模型或方法就有可能獲得特定生理活性的化合物。

從海洋動、植物表面尋找防腐物質或微生物。126.2代謝物生物活性的篩選

從龐大的海洋微生物群體中尋找特定活性化合物最好首先對微生物進行篩選。第一步是選擇微生物存在的環境基質，根據生物學和生態學的知識，確定采樣的環境和材料；第二步對獲得的菌株進行初篩，選出有可能獲得目標產物的菌株；6.2代謝物生物活性的篩選從龐大的海洋微生物群體中尋找特13第三步，從選出的菌株中分離代謝物；第四步，對所得代謝物再進行篩選。

第三步，從選出的菌株中分離代謝物；14常用的活性篩選方法(1)抗菌活性

一種最簡單的測試方法，稱生長抑制法，常用于抗菌活性檢測。樣品被置于無菌濾紙上，濾紙先被置于接有目標菌的固態培養基表面，培養后觀察和測量生長抑制圈的大小。

常用的活性篩選方法(1)抗菌活性15(2)對動物的影響活性①對動物幼體的定殖或變態的抑制。環節動物、鮑魚以及咸水蝦的幼體可用于檢測樣品對動物的毒性或其他影響，通常把多個幼體置于樣品液中，然后觀察對致死性或對變態過程、定殖效果、蟲室形成等方面的影響。(2)對動物的影響活性①對動物幼體的定殖或變態的抑制。16②對無脊椎動物運動的影響。在加有樣品的溶液中，如果一個飼養著的水螅或其他動物的附肢總是保持收縮狀態，可認為是遇到了有毒性的代謝物。

②對無脊椎動物運動的影響。17③金魚毒性試驗。樣品對小金魚的影響，可表現為致死或失去平衡等。

④通過器官和生理系統檢測。可檢測對心臟、血壓、肌肉等的作用活性。

③金魚毒性試驗。18(3)細胞水平篩選樣品可通過對各種細胞株的影響而得到評價。對某些腫瘤細胞株的抑制活性是最常用的評價內容。

(3)細胞水平篩選19(4)酶抑制劑篩選法在病理學和生物化學研究中，已對多種疾病的成因有所了解，有些情況，已經知道引起疾病的具體生物化學異常，即已確定生化途徑中哪一步驟發生了差錯，而在很多情況下是由某一種酶活性的增強或減弱所導致的。(4)酶抑制劑篩選法20酶抑制劑篩選法

已經知道多種病癥因為特定酶活性的增強而引起的。這樣以該酶為靶標篩選抑制劑，將使獲得適用的活性代謝物的可能性大大增加。這是一種針對具體靶標分子的篩選方法，比起應用整個動物或整個細胞作為試驗標靶有其優越之處。

酶抑制劑篩選法已經知道多種病癥因為特定酶活性的增強而引起的21應用酶抑制劑篩選法，可獲得具體抗腫瘤、抗血栓、抗糖尿病、抗病毒、抗炎癥以及降血脂、降血壓等活性代謝物。1.抗腫瘤活性篩選的靶酶有DNA拓撲異構酶、芳香酶、法尼基轉移酶、蛋白激酶等。應用酶抑制劑篩選法，可獲得具體抗腫瘤、抗血栓、抗糖尿病222.抗血栓形成活性篩選的靶酶包括凝血酶、血小板活化因子酰基轉移酶等。

3.抗病毒活性篩選的靶酶有蛋白酶、復制有關的酶等。4.抗糖尿病活性篩選的靶酶有醛糖還原酶等。2.抗血栓形成活性篩選的靶酶235.抗炎癥活性篩選的靶酶有溶磷脂酶、磷酸脂酶、脂氨酶等。6.抗神經退化活性篩選的靶酶有乙酞膽堿醋酶（需要同時篩選對丁酰膽堿酯酶不抑制的活性）。7.降血脂活性的篩選靶酶有鰲烯合成酶、脂酰輔酶A膽固醇酰轉移酶（A-CAT））等。5.抗炎癥活性篩選的靶酶248.降血壓活性的篩選靶酶有腎上腺素合成酶、內皮質素轉換酶等。

(5)免疫調節活性代謝物的篩選法免疫調節活性物為增強活性和抑制活性，在醫學上分別有其重要應用。可通過皮膚注射反應觀察樣品對抗原免疫反應的增強或抑制作用，也可在體外應用淋巴細胞進行免疫試驗。

8.降血壓活性的篩選靶酶25(6)受體拮抗活性篩選每一生化反應系統，需要受到嚴密的機制進行調控，信號分子往往需要與受體分子結合而起動某一生理、生化過程。如樣品能與受體親和結合即與正常信號分子產生竟爭從而抑制該生化過程。(6)受體拮抗活性篩選26用于抗腫瘤活性篩選的受體包括非甾體類雌激素受體或雄激素受體等。用于抗血栓活性篩選的受體包括纖維蛋白原受體。用于降血壓活性篩選的受體包括內皮素受體、血管緊張素Ⅱ受體。

用于抗腫瘤活性篩選的受體包括非甾體類雌激素受體或雄激素受體等27第七章海洋微生物生物活性物質7.1海洋細菌產生的生物活性物質：1.抗菌活性物質多屬海洋細菌可產生抗生素：芽孢桿菌屬交替單胞菌屬假單胞菌屬黃桿菌屬微球菌屬著色菌屬欽氏菌屬等菌藤黃紫交替單胞菌第七章海洋微生物生物活性物質7.1海洋細菌產生的生物活性物28①胺類抗生素,②環狀的靈菌紅素③硝咯菌素④生物堿類化合物⑤含溴化合物①胺類抗生素,292抗病毒及抗腫瘤物質2.1大環內脂化合物

由海洋細菌產生的抗腫瘤活性物質macrolactins,它是由一種深海細菌產生的新的大環內脂化合物,由24元內脂環、吡喃型葡萄糖和一個開鏈的酸構成.其組成結構含Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、E、F等6個組分。2抗病毒及抗腫瘤物質2.1大環內脂化合物30第六章海洋微生物代謝物的生物活性課件31其中macrolactinsＡ組分是一種配糖體母體，既有抗菌活性又能抑制Ｂ16－Ｆ10黑色素癌細胞，還能保護Ｔ淋巴母細胞防止人類免疫缺陷病毒(ＨＩＶ)的復制。其中macrolactinsＡ組分是一種配糖體母體，既有抗菌322.2環肽類化合物

生理活性肽類及其類似物是重要而豐富的新藥來源。許多海洋生理活性肽類具有抗癌、抗病毒、抗微生物活性和酶抑制活性。近十多年來，海洋肽類（主要是環肽）的研究取得很大進展，發現了許多新的海洋生理活性肽類。2.2環肽類化合物生理活性肽類及其類似物是重要33海洋肽類（主要是環肽）主要來自于海綿、海鞘、海藻和海兔等。JasPamide是從斐濟和幾內亞海域離海綿目屬海綿中分離得到的。它具有殺線蟲活性（LD50＜1ug／ml）和細胞毒活性，對喉上皮組織癌細胞毒性體內試驗LD50為0.32ug／ml。海洋肽類（主要是環肽）主要來自于海綿、海鞘、海藻和海兔等。34GeodjamolidesGeodiamolideC、D、E、F從巴布亞新幾內亞海域外射海綿目屬海綿中獲得中的丙氨酸殘基，它們對L1210細胞毒性IC50。分別為：（1）0.0025ug／ml，（2）0.039ug／ml，（3）0．014ug／ml，（4）0.006ug／ml。GeodjamolidesGeodiamolideC、D35第六章海洋微生物代謝物的生物活性課件36HymenistatinHymenistatin是從膜海綿中分離獲得，它對白血病細胞P338的IC50是7.5ug/mlHymenistatinHymenistatin是從膜海綿37alterrobactinAlterrobactin是一種鐵離子傳導劑，能夠攝取自身生長所必需的鐵離子。alterrobactinAlterrobactin是一種鐵383毒素河豚毒素

河豚毒素(tetrodotoxinTXX)是一種毒性很強的海洋生物活性物質，為典型的神經Ｎａ+通道阻斷劑，毒性為ＮａＣＮ的1250倍，對人的致死量為0.3ｍｇ，臨床藥用價值很高，可用作鎮痛劑、鎮痙劑、搔癢鎮靜劑、呼吸鎮靜劑等。3毒素河豚毒素39目前已報道的能夠產生河豚毒素的細菌有：假單胞菌屬、弧菌屬、發光桿菌屬、氣單胞菌屬、鄰單胞菌屬、別單胞菌屬、不動桿菌屬、芽孢桿菌屬等。目前已報道的能夠產生河豚毒素的細菌有：404酶與酶抑制劑4.1熱穩定酶從熱泉和溫濕孔中分離的嗜熱古細菌是一群罕見的海洋微生物,能在100℃以上的環境中生長,因此需要有在高溫下穩定的酶系統.已從這類微生物中分離出多種酶。4酶與酶抑制劑4.1熱穩定酶414.2蛋白酶蛋白酶現已被用于洗滌劑中并作為膜清洗配方的組分。海洋船蛆的腺體內的共生細菌可以產生堿性蛋白酶,該酶具有較強的去污活性,在50℃可以加倍提高磷酸鹽洗滌劑的去污效果,在工業清洗方面有一定的應用價值4.2蛋白酶蛋白酶現已被用于洗滌劑中并作為膜清洗配方的組424.3幾丁質酶

幾丁質及其衍生物在醫藥、食品、工業等方面的重要作用,幾丁質酶已成為人們廣泛研究的課題之一.Ｏｓａｗａ等(1995)利用幾丁質作為唯一Ｃ源進行試驗時，發現6種海洋細菌均可產生幾丁質酶。4.3幾丁質酶幾丁質及其衍生物在醫藥、食品、工434.4葡聚糖酶

從東京灣海泥中分離到一株環狀芽孢桿菌，在常規培養基中不生長，將培養基進行適當稀釋后，菌株方可生長并產生一種新的葡聚糖降解酶。該酶作用于葡聚糖的α－1,3鍵和α－1,6鍵，在溶解牙齒上鏈球菌產生的不溶性葡聚糖方面具有一定的潛在用途。4.4葡聚糖酶從東京灣海泥中分離到一株環狀芽444.5海藻解壁酶

海洋細菌產生的海藻解壁酶種類復雜,主要有瓊膠酶、褐藻酸酶、卡拉膠酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶、紫菜聚糖酶等.Ｈａｔａｔｅ等從對紅藻細胞壁有降解作用的海洋細菌中制備出β－1,4甘露聚糖酶、木聚糖酶和紫菜聚糖酶,并將其用于紫菜原生質體游離的研究工作。4.5海藻解壁酶海洋細菌產生的海藻解壁酶種454.6超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)

海洋藍細菌是含有超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)的生物。Ｆｅ·ＳＯＤ首先從兩種藍細菌和兩種發光桿菌屬海洋細菌中提取獲得。4.6超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)海洋藍細菌是含有464.7過氧化物酶

Ｗｅｉｓ等發現，烏賊體內共生的發光細菌能夠產生過氧化物酶，該酶同哺乳動物嗜中性粒細胞產生的具有抗菌活性的髓過氧化物酶(ＭＰＯ)具有相似的生化特性。4.7過氧化物酶Ｗｅｉｓ等發現，烏賊體內共生的發光474.8酶抑制劑

專一性蛋白酶抑制劑在臨床治療中具有重要作用.Cathestatins是海洋細菌產生的一種熱穩定性的組織蛋白酶抑制劑，在治療骨病等方面具有一定的應用前景。在海洋假單胞菌中,一種新型的幾丁質酶抑制劑也被發現.4.8酶抑制劑專一性蛋白酶抑制劑在臨床治療中485抗心血管病化合物ＥＰＡ(二十碳五烯酸)和ＤＨＡ(二十二碳六烯酸)是哺乳動物體內不可缺少的、具有重要應用價值的不飽和脂肪酸，具有抗凝血的功能，可有效地預防和治療血栓的形成、動脈硬化及其引起的血液循環性疾病。5抗心血管病化合物ＥＰＡ(二十碳五烯酸)和ＤＨＡ(二十二碳49從海魚中提取的ＤＨＡ和ＥＰＡ有特殊的臭味，且分離純化成本高。有研究表明，很多海洋細菌可產生ＤＨＡ、ＥＰＡ，而且海洋細菌中的ＥＰＡ是磷脂型的，優于魚類的中性脂質ＥＰＡ，沒有特殊的魚腥味。因此從海洋細菌中獲取ＥＰＡ和ＤＨＡ具有廣泛應用前景.從海魚中提取的ＤＨＡ和ＥＰＡ有特殊的臭味，且分離純化成本高。507.2海洋放線菌產生的生物活性物質1.抗菌活性物質近來研究表明海洋環境中的放線菌和放線菌代謝產物卻是尋找新抗生素的重要來源.頭孢菌素Ｃ、Ｐ、Ｎ、硫酸小諾霉素就是由海洋放線菌分泌產生并已得到臨床應用的抗生素.7.2海洋放線菌產生的生物活性物質1.抗菌活性物質51土霉素原是一種由陸地微生物———龜裂鏈霉菌，分泌產生的抗生素，如今從海洋底泥的放線菌中也被分離到.

廈門大學生物系在研究紅樹林根際微生物時，從中分離到多株產生新型抗生素的放線菌.Ｂｉａｂａｎｉ等從海底沉積物中分離出的一株鏈霉菌培養液中獲得一種抗微藻劑.土霉素原是一種由陸地微生物———龜裂鏈霉菌，分泌產生的抗生素52常見的產生抗菌活性的放線菌：小單孢菌屬，鏈霉菌屬，小四孢菌。常見的產生抗菌活性的放線菌：小單孢菌屬，鏈霉菌屬，小四孢菌。532抗腫瘤活性物質抗腫瘤海洋放線菌主要是鏈霉菌屬產生.從報道化合物的結構類型來看，有生物堿、環肽、聚醚類毒素、萜類、多羥基甾醇等。2抗腫瘤活性物質抗腫瘤海洋放線菌主要是鏈霉菌屬產生.547.3海洋真菌產生的生物活性物質1抗菌活性物質青霉屬、曲霉屬、鐮刀菌屬的發酵產物具有抗細菌或抗真菌生物活性.主要有：環縮二氨酸，倍半萜，氯霉素，抗微藻劑等。7.3海洋真菌產生的生物活性物質1抗菌活性物質552抗腫瘤活性物質

許多屬的海洋真菌可產生抗腫瘤活性物質，這些海洋真菌有的分離自海水或海洋沉積物，有的則來自其它海洋生物體.它們產生的抗腫瘤活性物質大多具有新型的結構.。多硫二氧代呱嗪類化合物，不對稱萘醌二聚物等。2抗腫瘤活性物質許多屬的海洋真菌可產生抗腫56海洋微藻代謝產物一、胞外產物Fogg1966年和Ｈellebust1974年研究發現，海洋微藻在生長過程中會不斷向周圍環境中釋放多種代謝產物.如碳水化合物、氨基酸、酶、脂類、維生素、有機磷酸、毒素、揮發性物質以及抑制和促進因子等。這些產物統稱為胞外產物(Extracellularproducts,ECP)海洋微藻代謝產物一、胞外產物57１.1胞外溶解有機碳海洋中的有機碳是全球最大的儲碳庫之一,其有機碳主要以顆粒有機碳(ＰＯＣ)和溶解有機碳(ＤＯＣ)的形式存在。海洋微藻通過光合作用合成有機碳是海洋中ＤＯＣ的重要來源之一。１.1胞外溶解有機碳海洋中的有機碳是全球最大的儲碳庫之一,58Carslo1998年通過示蹤實驗發現,由微藻固定的碳至少有５%～１０%以ＤＯＣ形式釋放到水體中，有的藻類釋放ＤＯＣ高達１０%～２５%。Carslo1998年通過示蹤實驗發現,由微藻固定的碳至少有591.2胞外氮水中溶解有機氮(ＤＯＮ)是水體微生物的重要氮源，主要是由微藻釋放的。硅藻從外界吸收的硝酸鹽約有１%以ＤＯＮ的形式分泌到外界,釋放速率約為10.4～13.3ｎｍｏｌ／ｈ。ＤＯＮ的釋放可能是通過膜被動運輸。1.2胞外氮水中溶解有機氮(ＤＯＮ)是水體微生物的重要氮源601.3胞外酶目前關于胞外酶的研究主要集中在細菌、真菌方面，藻類胞外酶研究較晚，相關報道不多。近期已陸續發現有關微藻胞外酶的報道，如胞外碳酸酐酶、胞外氨基酸氧化酶等。1.3胞外酶目前關于胞外酶的研究主要集中在細菌、真菌方面，61碳酸酐酶碳酸酐酶(Ｃarbonicanhydrase)是一含Ｚｎ的金屬酶，可催化ＨＣＯ3-與ＣＯ２的相互轉化。迄今,已在很多微藻中發現胞外ＣＡ酶。該酶主要使藻細胞利用水體中ＨＣＯ3-進行光合作用，ＨＣＯ3-

在靠近藻細胞表面處脫水成ＣＯ２,再經擴散或主動運輸至細胞內。碳酸酐酶碳酸酐酶(Ｃarbonicanhydrase)是一621.4微藻富集微量元素已有實驗和事實證明：硒、鍺、鋅等微量元素有明顯的促進機體生長和發育、提高機體免疫功能和抗病力、防癌抗癌等多種作用.但是,由于許多無機形式的微量元素對機體有毒害作用,而使其使用范圍和劑量受到很大的限制,只有當無機形式轉化為有機形式后才具有普遍的食用和保健價值.1.4微藻富集微量元素已有實驗和事實證明：63利用海洋微藻細胞的螯合同化作用,把無機微量元素轉化成細胞內的有機螯合物則可達到這一目的；同時又可利用某些微藻本身的醫療保健作用.利用海洋微藻細胞的螯合同化作用,把無機微量元素轉化成細胞內的641.5鹽藻β-胡蘿卜素鹽藻是單細胞真核綠藻.鹽藻中富含蛋白質,甘油和β-胡蘿卜素,可以成為良好的飼料及餌料，其中的β-胡蘿卜素對人類防癌、抗癌，降低心血管病發生率大有好處.1.5鹽藻β-胡蘿卜素鹽藻是單細胞真核綠藻.鹽藻中富含蛋651.6海洋微藻生物分子標記物海洋微藻細胞中的一些特異性分子物質,如色素、甾醇可以用來指示該類生物的存在和生物量。據此可對海洋生物生產力和種群組成特性進行快速的定量分析測定。因此，在海洋生態系統研究中將有廣泛的應用前景.1.6海洋微藻生物分子標記物海洋微藻細胞中的一些特異性分子661.7可利用微藻的種類及其應用前景1螺旋藻(Ｓpirulina)螺旋藻是一種生長在非洲、墨西哥和東非大裂谷等熱帶高溫地方堿性鹽湖中的藍藻。螺旋藻是藍藻門念珠藻目顫藻科中的一個屬,其藻體為單一藻絲,一般能聚集在一起并形成青苔;藻絲彎曲,可作有規律的螺旋狀盤旋。1.7可利用微藻的種類及其應用前景1螺旋藻(Ｓpiruli67本屬有30余種,我國有9種,現能進行工業化生產的主要有2種:即鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻。螺旋藻細胞進行二分分裂無性繁殖,結果使藻絲長度迅速增加。它主要靠藻絲斷裂增加絲體數量,有時也形成“藻殖段”。.本屬有30余種,我國有9種,現能進行工業化生產的主要有2種:68藻殖段是由于絲狀體中某些細胞的死亡，或形成異形胞，或在兩個營養細胞間形成雙凹形分離盤，以及機械作用等將絲狀體分成許多小段，每一小段稱為藻殖段。藻殖段細胞分裂成新的螺旋狀體,無有性生殖。藻殖段69大多數螺旋藻喜高溫（25~36℃）、高堿（PH值9~11），這樣的環境條件下許多其他生物都難以生存，而螺旋藻卻能迅速生長繁殖。螺旋藻與其他植物一樣，能夠利用陽光、二氧化碳和其他礦物質合成有機物，同時放出氧氣。它光合效率高，單位面積產量比大田作物高出幾十倍。大多數螺旋藻喜高溫（25~36℃）、高堿（PH值9~11），70作物總產量（噸/公頃/年）蛋白質含量（%）蛋白質產量（噸/公頃/年）小表玉米糙米大豆鈍頂螺旋藻6.714.08.04.015~209.57.47.136.060.00.641.040.751.409~12表2-1農作物與螺旋藻的產量的比較

作物總產量（噸/公頃/年）蛋白質含量（%）蛋白質產量（71表2-2各類食品的蛋白質含量

食品種類蛋白質含量（%）螺旋藻大豆牛肉蛋小麥米60~7133~3618~20186~107表2-2各類食品的蛋白質含量食品種類蛋白質含量（%）螺旋藻72表2-3氨基酸組成比較表（占總量%）種類螺旋藻大豆牛肉蛋FAO*標準異亮氨酸亮氨酸賴氨酸蛋氨酸苯丙氨酸蘇氨酸色氨酸纈氨酸4.15.84.02.03.44.21.16.01.82.72.60.41.91.60.51.80.91.71.70.40.80.80.21.00.61.00.80.40.60.50.20.84.24.84.252.22.82.81.44.2表2-3氨基酸組成比較表（占總量%）種類螺旋藻大豆牛肉蛋731.1螺旋藻生化組成特點

①螺旋藻含蛋白質高達60%以上，由18種氨基酸組成，含有人體和動物所必需的8種氨基酸。②螺旋藻還含有6種維生素，其中維生素B12含量特別高，比動物肝臟高3.5倍，是現在已知所有生物體中維生素B12含量最高的一種。1.1螺旋藻生化組成特點

①螺旋藻含蛋白質高達60%以上，74β-胡蘿卜素含量也很高，β-胡蘿卜素是維生素A的前體，吸入體內后貯于肝和小腸壁細胞內在酶的作用下轉化為維生素A。近年來，國內外專家一致認定，β-胡蘿卜素具有防癌、擴癌，增強人體免疫力功能和延緩衰老的作用。β-胡蘿卜素含量也很高，β-胡蘿卜素是維生素A的前體，吸入體75③r-亞麻酸及其他不飽和脂肪酸在螺旋藻細胞里含量達到1.7%左右，它們具有降血脂、軟化血管的功能。④藻膽蛋白是藍藻物有的光合色素，含量可高達干重的18%。國外研究證明，它不僅是很好的純天然的藍色素，廣泛用于食品、化妝品，而且有提高機體免疫力和搞艾滋病的功效。③r-亞麻酸及其他不飽和脂肪酸在螺旋藻細胞里含量達到1.7%76⑤螺旋藻含有多種人體必需的微量元素和礦物質，如：鐵、鋅、銅、硒等，這些微量元素和礦物質均與有機物結合，易為人體吸收利用，能有效地調節機體平衡及酶的活性。另外，又發現螺旋藻中含有的一些小分子多糖、蛋白多糖等生物活性物質，也有極好的藥效。⑤螺旋藻含有多種人體必需的微量元素和礦物質，如：鐵、鋅、銅、77螺旋藻的細胞壁不是由纖維素構成的，而是由一些多糖類物質構成的，易消化吸收，螺旋藻的消化率高達86%以上。螺旋藻主要營養成分詳見表2-4，它與一些主副食品蛋白質含量及含熱量的比較見表2-5、2-6螺旋藻的細胞壁不是由纖維素構成的，而是由一些多糖類物質構成的78表2-4

螺旋藻（100克）的主要成分一般成分蛋白質脂肪碳水化合物纖維灰分水分50~70克6~9克15~20克2~4克6~8克2~5克色素類葉綠素類胡蘿卜素藻青蛋白800~2000毫克200~400毫克8500~7000毫克表2-4

螺旋藻（100克）的主要成分一蛋白質50~779礦

物質鈣鐵鉀鎂100~400毫克50~100毫克1000~2000毫克200~300毫克維

生素類維生素A維生素B1維生素B2維生素B6維生素B12維生素E肌醇r亞麻酸泛酸鈣葉酸維生素PP100~~200毫克1.5~4毫克3~5毫克0.5~0.7毫克0.05~0.2毫克5~20毫克40~100毫克800~1300毫克1毫克0.05毫克305毫克小分子多糖3克

礦鈣100~400毫克維維生素A100~~200毫80表2-5蛋白質含量與熱量比較（克/100克）食品名稱蛋白質熱量（卡路里）大米豬肉牛肉雞肉雞蛋魚豆腐螺旋藻6.516.721.021.012.724.36.060~703402791491351561145836表2-5蛋白質含量與熱量比較（克/100克）食品名稱蛋白質812-6表鈍頂螺旋藻（S.platensis）極大螺旋藻（S.maxima）和豆類成分的比較種類%干重水灰分粗脂肪粗纖維碳水化合物粗蛋白S.platensis(a)S.maxima(b)豆類6~104~77~104~56~9149~14416~123~813~610~188~1319~3556~7760~7134~402-6表鈍頂螺旋藻（S.platensis）極大螺旋藻（82螺旋藻具有以上重要的生化組成特點，從而人們稱之為最理想的營養庫，并被聯合國教科文組織推薦為“明天最理想和最完美的食品”。螺旋藻具有以上重要的生化組成特點，從而人們稱之為最理想的營養832.小球藻綠藻門，卵孢藻科。藻體單細胞，球形或橢圓形，直徑僅數微米。無鞭毛，浮游生活。

繁殖時，原生質體分裂數次，生成2、4、8或16個不動孢子；因孢子的形態與母細胞相似，故稱“似親孢子”。2.小球藻綠藻門，卵孢藻科。藻體單細胞，球形或橢圓形，直徑僅84富含脂肪、蛋白質、碳水化合物、礦物鹽類和各種維生素，可作高蛋白質食物，是宇航中的理想食糧。又可利用小球藻光合作用時釋放氧、吸收二氧化碳，解決宇航中氧的供應。因它繁殖快，又易于控制，為良好的研究材料。富含脂肪、蛋白質、碳水化合物、礦物鹽類和各種維生素，可作高蛋853.鹽藻鹽藻即杜氏藻（Dunaliella），是綠藻門團藻目多睫毛藻科的一個屬，包含約30個種，其中最有代表性和應用最廣的是鹽生杜氏藻（D．Salinā）。鹽藻為單細胞藻類，外包一層薄膠鞘，無細胞壁。個體呈梨形、卵形或橢圓形，具2條等長鞭毛，可自由游動。3.鹽藻鹽藻即杜氏藻（Dunaliella），是綠藻門團藻目86其繁殖主要靠細胞縱裂的無性繁殖，有性生殖為同配接合。生長于海水及咸水湖、鹽湖等高鹽環境下，是耐鹽性最強的單細胞藻類。其繁殖主要靠細胞縱裂的無性繁殖，有性生殖為同配接合。生長于海87鹽藻培養與其它藻類培養相比，具有以下兩個顯著特點：（1）成本較低由于該藻無細胞壁而又有鞭毛，故易于采收、提取，且減少了對機械攪拌的依賴。（2）經濟價值高與傳統藻類培養不同，鹽藻培養以加工提取β-胡蘿卜素為主，產品用途廣、價格高，且作為食用色素易為人們所接受。鹽藻培養與其它藻類培養相比，具有以下兩個顯著特點：884紅球藻紅球藻是綠藻門綠藻綱團藻目紅球藻科的一個屬,在淡水中分布較廣。多數種類分布在平原和淡水中,個別種類可在雪中生存,成為歐洲高山的“紅雪”。紅球藻的繁殖為細胞分裂,產生2、4、8…ｎ個細胞。在環境不良時進行無性生殖,發育成厚壁孢子,因血色素積累而成紅色。4紅球藻紅球藻是綠藻門綠藻綱團藻目紅球藻科的一個屬,在淡水89紅球藻，特別是雨生紅球藻（Haenatcoccuspluvialis）細胞內蝦青素含量很高，超過細胞干重的2％。蝦青素屬于類胡蘿卜素蝦青素的化學系統名為（IUPAC），相對分子量為596．86。純蝦青素是暗紅棕色粉末，熔點224度，不溶于水，能溶于大多數有機溶劑。紅球藻，特別是雨生紅球藻（Haenatcoccuspluv90蝦青素的化學結構是由四個異戊二烯單位以共軛雙鍵形式連接，兩端又有二個異戊二烯單位組成六節環結構。蝦青素的化學結構是由四個異戊二烯單位以共軛雙鍵形式連接，兩端91蝦青素的生理功能

1.蝦青素具有很強的抗氧化功能，能清除體內由紫外線照射產生的自由基，調節降低由光化學引起的危害，對紫外線引起的皮膚癌有很好的療效。2.蝦青素還能顯著促進淋巴結抗體的產生，特別是能促進與體內T細胞有關的抗原的抗體的產生。蝦青素的生理功能

1.蝦青素具有很強的抗氧化功能，能清除體內923.蝦青素與脂肪酸結合形成的酯比脂肪酸與其它類胡蘿卜素形成的酯穩定，不易被氧化。4.蝦青素在某些條件下對抗脂肪氧化的保護作用比β-胡蘿卜素高10倍，比維生素E高100倍，故又稱超級維生素E。3.蝦青素與脂肪酸結合形成的酯比脂肪酸與其它類胡蘿卜素形成的935.蝦青素對魚類的生長繁殖有重要作用，促進魚卵受精，減少胚胎發育的死亡，促進個體生長，增加成熟速度和生殖力.5.蝦青素對魚類的生長繁殖有重要作用，促進魚卵受精，減少胚胎94蝦青素的應用

蝦青素目前主要用作三文魚的飼料添加劑。三文魚的鮮紅的肉色是非常重要的質量指標，但三文魚自身并不能合成蝦青素，必須從其食物中獲得。人工養殖的三文魚如不添加蝦青素，則肉成白色，品質下降。蝦青素的應用

蝦青素目前主要用作三文魚的飼料添加劑。三文魚的95蝦青素的來源

（l）化學合成瑞士Hoffmann-LaRoche公司成功地合成了蝦青素并投入市場，商品名為CarophyllPink。目前人工合成的蝦青素仍然是三文魚飼料色素添加劑的主要來源。蝦青素的來源

（l）化學合成96（2）甲殼類動物甲殼類動物的甲殼中含有蝦青素，但含量很低，并且這些甲殼中灰分、幾丁質的含量較高，限制了蝦青素的提取和利用。（2）甲殼類動物97（3）微藻

雨生紅球藻（Haenatcoccuspluvialis）細胞內蝦青素含量很高，超過細胞干重的2％；血紅裸藻（Euglenasanguinea）中蝦青素雙酯的含量達細胞干重的0．70，此外綠藻（Eremosphaeraviridis）、小球藻（Chlorellaspp）、Botryococcusbraunil在不利條件下能生產蝦青素。但這些微藻生長緩慢、需要較長的生長周期。（3）微藻

雨生紅球藻（Haenatcoccuspluvi98(4)原生動物Gymnodinium、Strombidium和Favellaehrenbergii等原生動物中也有蝦青素，但它們自身不能會成蝦青素，沒有商業價值。由此可以預言，開發紅球藻培養生產蝦青素技術具有廣闊的發展前景和巨大的商業價值。(4)原生動物Gymnodinium、Strombidium99蝦青素生產

目前利用酵母菌工業化生產蝦青素受到生產周期的和酵母菌蝦青素含量低（占細胞干重的0.05％）的限制。利用微藻（如紅球藻）可自然產生高含量的蝦青素（達細胞干重的2％以上），故利用紅球藻進行大規模生產蝦青素有著美好的發展前景。蝦青素生產

目前利用酵母菌工業化生產蝦青素受到生產周期的和酵100雨生紅球藻內蝦青素的合成

紅球藻細胞內的蝦青素蝦青素在紅球藻細胞內合成和積累會影響其產量。Santos和Mesquita通過電鏡觀察發現，蝦青素不是在細胞器內，而是在細胞內質網外面的透明質內合成。雨生紅球藻內蝦青素的合成

紅球藻細胞內的蝦青素101合成的蝦青素質粒最初以顆粒形式存在于核周質附近，沒有生物膜，互相也不容易融合。成熟的蝦青素呈各種形狀，包括長絲狀、棒狀和顆粒狀。合成的蝦青素質粒最初以顆粒形式存在于核周質附近，沒有生物膜，102蝦青素的積累

蝦青素的含量及合成速率在紅球藻的生活周期中顯著不同。蝦青素的積累速率在游動細胞和不動細胞中是一樣的，游動細胞蝦青素的含量下降是因為它的合成速率低于細胞的分裂速度。蝦青素的積累

蝦青素的含量及合成速率在紅球藻的生活周期中顯103任何因素，如不利的生長條件和細胞分裂抑制物的產生等，都可引致細胞分裂速度下降，從而導致個體細胞內蝦青素的快速積累。根據紅球藻分批培養的結果，發現蝦青素的生成速率在紅球藻的不同生長階段是不同的，紅球藻生長后期的蝦青素積累明顯高于生長早期。任何因素，如不利的生長條件和細胞分裂抑制物的產生等，都可引致104外界條件對細胞蝦青素積累的影響許多環境如光照、營養等都可以影響蝦青素的形成，這些因素常常通過細胞內綜合代謝而發生作用。（1）光照度光照度不但對紅球藻的生長是一個非常重要的因素，而且對紅球藻蝦青素的合成也是很重要的。外界條件對細胞蝦青素積累的影響許多環境如光照、營養等都可以105普遍認為光照度對紅球藻的生長，特別是對紅球藻內蝦青素的合成是必需的。相反，也有人認為蝦青素的合成可以在黑暗中進行，只是蝦青素的合成速率在光照條件下比黑暗條件下高7倍。普遍認為光照度對紅球藻的生長，特別是對紅球藻內蝦青素的合成是106強光對紅球藻的生長不利，特別是在紅球藻的生長早期，強光顯著地抑制紅球藻的生長誘導促進蝦青素的合成。紅光比藍光對紅球藻的生長有利，而藍光對蝦青素的積累有利。強光對紅球藻的生長不利，特別是在紅球藻的生長早期，強光顯著地107（2）溫度溫度對紅球藻蝦青素的生物合成的影響與光照度很相似，較高的溫度可以促進蝦青素的生物合成。據Tjahjono等報道，在30℃條件下，紅球藻的產量比20℃培養條件高2．5倍。（2）溫度溫度對紅球藻蝦青素的生物合成的影響與光照度很相似108但是，Borowitzka認為，最適合紅球藻光合自養的溫度在25～28℃之間。溫度高于30℃時，紅球藻的生長受到抑制。所以，較高的溫度促進細胞內蝦青素含量的增加，適用于紅球藻培養的后期。但是，Borowitzka認為，最適合紅球藻光合自養的溫度在109（3）溶解氧較低的溶解氧（50％）有利于紅球藻自養生長，而飽和的溶解氧則有利于紅球藻的異養生長。溶解氧對紅球藻蝦青素含量的影響尚有待研究。（3）溶解氧較低的溶解氧（50％）有利于紅球藻自養生長，而飽110（4）pH值pH值對對紅球藻蝦青素細胞含量的影響目前尚未有詳細報道。一般認為，最適合于紅球藻生長的pH值為中性至微堿性，雖然紅球藻在pH=11的條件下仍然可以生長和成活，但其生長速率很低。（4）pH值pH值對對紅球藻蝦青素細胞含量的影響目前尚未有詳111（5）培養液的流體剪切力的影響通過對攪拌速度對紅球藻的生長和蝦青素的影響的研究，發現如果流體剪切力高于0.05N／M，則會阻礙紅球藻的生長，促進蝦青素的合成。（5）培養液的流體剪切力的影響通過對攪拌速度對紅球藻的生長和112（6）培養基的優化醋酸鹽是應用于紅球藻混合培養的比較好的碳源，它除了容易被紅球藻利用于生長外，也很容易被紅球藻吸收參與蝦青素的合成。（6）培養基的優化醋酸鹽是應用于紅球藻混合培養的比較好的碳源113氮源的需求科學家有不同意見，大多數認為低濃度的氮源對蝦青素的合成有利。但Goodwin報道，如果紅球藻在含有醋酸鹽的培養基中，高濃度的氮源有利于蝦青素的合成；此外，較高的亞鐵離子濃度有利于蝦青素的合成；低濃度的磷酸鹽可以促進蝦青素的合成，但并不顯著抑制紅球藻的生長。氮源的需求科學家有不同意見，大多數認為低濃度的氮源對蝦青素的114（7）環境條件的優化

除了對培養基的優化，其他環境條件如溫度、PH、光照、溶解氧的優化組合對于提高紅球藻蝦青素的生長率也非常重要。

但是適于紅球藻生長與蝦青素合成的條件往往是互相矛盾的。（7）環境條件的優化

除了對培養基的優化，其他環境條件如115即當環境條件如溫度，PH值、光照、溶解氧、培養基成分和濃度有利于紅球藻生長時，蝦青素的合成速率通常較低；而蝦青素快速合成的時期發生在不利于紅球藻生長的環境條件下。即當環境條件如溫度，PH值、光照、溶解氧、培養基成分和濃度有116培養方法可采用分步培養的方法生產蝦青素：首先利用紅球藻的最優生長條件促使紅球藻細胞于物質增加，然后改變條件使紅球藻能快速合成蝦青素。培養方法可采用分步培養的方法生產蝦青素：117蝦青素的大規模生產

室外大池培養目前利用紅球藻進行工業化大規模生產蝦青素仍然有許多技術問題需解決。首先，大池培養紅球藻容易被其他微生物污染；大池培養使光的利用效率也受到限制。現在用大池培養的紅球藻提取純化蝦青素的成本較高。蝦青素的大規模生產

室外大池培養118第六章海洋微生物代謝物的生物活性

海洋微生物學研究已經走出了僅僅進行種群調查的階段，走上了涉及生態學、生物化學、分子生物學、遺傳學等領域的全面研究和應用開發階段。海洋生物的特異環境、奇特的功能其代謝物及其結構.代謝物的合成途徑及其相關的酶一、研究內容的發展第六章海洋微生物代謝物的生物活性海洋微生物學研究已119與特殊功能有關的或者與代謝物合成有關的功能基因。從人類的應用說，海洋微生物代謝物可以分為食品類、醫藥類、材料類等。醫療價值或保健作用的化合物是人們尋找和研究工作的首選與特殊功能有關的或者與代謝物合成有關的功能基因。120二、微生物代謝物微生物代謝物分為初級代謝物和次生代謝物1.初級代謝物定義：微生物通過代謝活動所產生的、自身生長和繁殖所必需的物質。舉例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。特征：（1）不同的微生物初級代謝產物基本相同；（2）初級代謝產物合成過程是連續不斷的。二、微生物代謝物微生物代謝物分為初級代謝物和次生代謝物1.1212.次生代謝物定義：微生物生長到一定階段才產生的化學結構十分復雜、對該微生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質。舉例：抗生物、毒素、激素、色素等。特征：（1）不同的微生物次生代謝產物不同；（2）抗生素是一類具有特異性抑菌和殺菌作用的有機化合物。2.次生代謝物定義：微生物生長到一定階段才產生的化學結構十122圖中央是青霉菌，周圍是致病細菌。距青霉素最遠的細菌個大、色濃，活力十足；距青霉菌較近的細菌個較小、色較淺，活力較差；而最接近青霉菌的細菌個最小、色發白，顯然已經死亡抗生素圖中央是青霉菌，周圍是致病細菌。距青霉素最遠的細菌個大、色濃123煙草野火病菌產生的野火毒素毒素煙草野火病菌產生的野火毒素毒素124稻綠核菌子實體的形態健粒子實體黃色有薄膜包被墨綠色橙黃色淡黃色中心：白色肉質塊色素稻綠核菌子實體的形態健粒子實體黃色有薄膜包被墨綠色橙黃色淡黃125從自然界分離的菌種產品基因工程誘變育種誘變育種生產用菌種擴大培養原料微生物菌體代謝產物分離提純發酵罐發酵條件控制接種培養基配置滅菌從自然界分離的菌種產品基因工程誘變育種誘變育種生產用菌種1266.1微生物的篩選根據生態學的知識和經驗去尋找特定功能或活性的代謝物及其生產者－－微生物。一些咸水蝦的卵子被真菌感染，一些蝦卵卻保持完好時，開始從無感染的卵子上找原因。

6.1微生物的篩選根據生態學的知識和經驗去尋找特定功能或127研究者相信，卵子不被感染應該歸功于抗真菌的物質，結果在完好的卵子表面發現一種細菌，從該細菌果真找到一種抗真菌代謝物；從熱泉中尋找耐熱菌，從這些菌中尋找熱穩定的酶.

研究者相信，卵子不被感染應該歸功于抗真菌的物質，結果在完128從日光曝曬的海邊巖石找到抗紫外線的藍細菌，并從中找到抗紫外物質。從健康的植物中找到產生植物保護劑的內生菌，從污染的港灣獲得農藥降解菌，并從中發現有關酶和基因；

從日光曝曬的海邊巖石找到抗紫外線的藍細菌，并從中找到抗紫外物129從海洋動、植物表面尋找防腐物質或微生物。從上述微生物中發現對人類疾病治療有效的藥物，對人類有用的化合物可以在很多環境分離的微生物中找到，只要應用適當的篩選模型或方法就有可能獲得特定生理活性的化合物。

從海洋動、植物表面尋找防腐物質或微生物。1306.2代謝物生物活性的篩選

從龐大的海洋微生物群體中尋找特定活性化合物最好首先對微生物進行篩選。第一步是選擇微生物存在的環境基質，根據生物學和生態學的知識，確定采樣的環境和材料；第二步對獲得的菌株進行初篩，選出有可能獲得目標產物的菌株；6.2代謝物生物活性的篩選從龐大的海洋微生物群體中尋找特131第三步，從選出的菌株中分離代謝物；第四步，對所得代謝物再進行篩選。

第三步，從選出的菌株中分離代謝物；132常用的活性篩選方法(1)抗菌活性

一種最簡單的測試方法，稱生長抑制法，常用于抗菌活性檢測。樣品被置于無菌濾紙上，濾紙先被置于接有目標菌的固態培養基表面，培養后觀察和測量生長抑制圈的大小。

常用的活性篩選方法(1)抗菌活性133(2)對動物的影響活性①對動物幼體的定殖或變態的抑制。環節動物、鮑魚以及咸水蝦的幼體可用于檢測樣品對動物的毒性或其他影響，通常把多個幼體置于樣品液中，然后觀察對致死性或對變態過程、定殖效果、蟲室形成等方面的影響。(2)對動物的影響活性①對動物幼體的定殖或變態的抑制。134②對無脊椎動物運動的影響。在加有樣品的溶液中，如果一個飼養著的水螅或其他動物的附肢總是保持收縮狀態，可認為是遇到了有毒性的代謝物。

②對無脊椎動物運動的影響。135③金魚毒性試驗。樣品對小金魚的影響，可表現為致死或失去平衡等。

④通過器官和生理系統檢測。可檢測對心臟、血壓、肌肉等的作用活性。

③金魚毒性試驗。136(3)細胞水平篩選樣品可通過對各種細胞株的影響而得到評價。對某些腫瘤細胞株的抑制活性是最常用的評價內容。

(3)細胞水平篩選137(4)酶抑制劑篩選法在病理學和生物化學研究中，已對多種疾病的成因有所了解，有些情況，已經知道引起疾病的具體生物化學異常，即已確定生化途徑中哪一步驟發生了差錯，而在很多情況下是由某一種酶活性的增強或減弱所導致的。(4)酶抑制劑篩選法138酶抑制劑篩選法

已經知道多種病癥因為特定酶活性的增強而引起的。這樣以該酶為靶標篩選抑制劑，將使獲得適用的活性代謝物的可能性大大增加。這是一種針對具體靶標分子的篩選方法，比起應用整個動物或整個細胞作為試驗標靶有其優越之處。

酶抑制劑篩選法已經知道多種病癥因為特定酶活性的增強而引起的139應用酶抑制劑篩選法，可獲得具體抗腫瘤、抗血栓、抗糖尿病、抗病毒、抗炎癥以及降血脂、降血壓等活性代謝物。1.抗腫瘤活性篩選的靶酶有DNA拓撲異構酶、芳香酶、法尼基轉移酶、蛋白激酶等。應用酶抑制劑篩選法，可獲得具體抗腫瘤、抗血栓、抗糖尿病1402.抗血栓形成活性篩選的靶酶包括凝血酶、血小板活化因子酰基轉移酶等。

3.抗病毒活性篩選的靶酶有蛋白酶、復制有關的酶等。4.抗糖尿病活性篩選的靶酶有醛糖還原酶等。2.抗血栓形成活性篩選的靶酶1415.抗炎癥活性篩選的靶酶有溶磷脂酶、磷酸脂酶、脂氨酶等。6.抗神經退化活性篩選的靶酶有乙酞膽堿醋酶（需要同時篩選對丁酰膽堿酯酶不抑制的活性）。7.降血脂活性的篩選靶酶有鰲烯合成酶、脂酰輔酶A膽固醇酰轉移酶（A-CAT））等。5.抗炎癥活性篩選的靶酶1428.降血壓活性的篩選靶酶有腎上腺素合成酶、內皮質素轉換酶等。

(5)免疫調節活性代謝物的篩選法免疫調節活性物為增強活性和抑制活性，在醫學上分別有其重要應用。可通過皮膚注射反應觀察樣品對抗原免疫反應的增強或抑制作用，也可在體外應用淋巴細胞進行免疫試驗。

8.降血壓活性的篩選靶酶143(6)受體拮抗活性篩選每一生化反應系統，需要受到嚴密的機制進行調控，信號分子往往需要與受體分子結合而起動某一生理、生化過程。如樣品能與受體親和結合即與正常信號分子產生竟爭從而抑制該生化過程。(6)受體拮抗活性篩選144用于抗腫瘤活性篩選的受體包括非甾體類雌激素受體或雄激素受體等。用于抗血栓活性篩選的受體包括纖維蛋白原受體。用于降血壓活性篩選的受體包括內皮素受體、血管緊張素Ⅱ受體。

用于抗腫瘤活性篩選的受體包括非甾體類雌激素受體或雄激素受體等145第七章海洋微生物生物活性物質7.1海洋細菌產生的生物活性物質：1.抗菌活性物質多屬海洋細菌可產生抗生素：芽孢桿菌屬交替單胞菌屬假單胞菌屬黃桿菌屬微球菌屬著色菌屬欽氏菌屬等菌藤黃紫交替單胞菌第七章海洋微生物生物活性物質7.1海洋細菌產生的生物活性物146①胺類抗生素,②環狀的靈菌紅素③硝咯菌素④生物堿類化合物⑤含溴化合物①胺類抗生素,1472抗病毒及抗腫瘤物質2.1大環內脂化合物

由海洋細菌產生的抗腫瘤活性物質macrolactins,它是由一種深海細菌產生的新的大環內脂化合物,由24元內脂環、吡喃型葡萄糖和一個開鏈的酸構成.其組成結構含Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、E、F等6個組分。2抗病毒及抗腫瘤物質2.1大環內脂化合物148第六章海洋微生物代謝物的生物活性課件149其中macrolactinsＡ組分是一種配糖體母體，既有抗菌活性又能抑制Ｂ16－Ｆ10黑色素癌細胞，還能保護Ｔ淋巴母細胞防止人類免疫缺陷病毒(ＨＩＶ)的復制。其中macrolactinsＡ組分是一種配糖體母體，既有抗菌1502.2環肽類化合物

生理活性肽類及其類似物是重要而豐富的新藥來源。許多海洋生理活性肽類具有抗癌、抗病毒、抗微生物活性和酶抑制活性。近十多年來，海洋肽類（主要是環肽）的研究取得很大進展，發現了許多新的海洋生理活性肽類。2.2環肽類化合物生理活性肽類及其類似物是重要151海洋肽類（主要是環肽）主要來自于海綿、海鞘、海藻和海兔等。JasPamide是從斐濟和幾內亞海域離海綿目屬海綿中分離得到的。它具有殺線蟲活性（LD50＜1ug／ml）和細胞毒活性，對喉上皮組織癌細胞毒性體內試驗LD50為0.32ug／ml。海洋肽類（主要是環肽）主要來自于海綿、海鞘、海藻和海兔等。152GeodjamolidesGeodiamolideC、D、E、F從巴布亞新幾內亞海域外射海綿目屬海綿中獲得中的丙氨酸殘基，它們對L1210細胞毒性IC50。分別為：（1）0.0025ug／ml，（2）0.039ug／ml，（3）0．014ug／ml，（4）0.006ug／ml。GeodjamolidesGeodiamolideC、D153第六章海洋微生物代謝物的生物活性課件154HymenistatinHymenistatin是從膜海綿中分離獲得，它對白血病細胞P338的IC50是7.5ug/mlHymenistatinHymenistatin是從膜海綿155alterrobactinAlterrobactin是一種鐵離子傳導劑，能夠攝取自身生長所必需的鐵離子。alterrobactinAlterrobactin是一種鐵1563毒素河豚毒素

河豚毒素(tetrodotoxinTXX)是一種毒性很強的海洋生物活性物質，為典型的神經Ｎａ+通道阻斷劑，毒性為ＮａＣＮ的1250倍，對人的致死量為0.3ｍｇ，臨床藥用價值很高，可用作鎮痛劑、鎮痙劑、搔癢鎮靜劑、呼吸鎮靜劑等。3毒素河豚毒素157目前已報道的能夠產生河豚毒素的細菌有：假單胞菌屬、弧菌屬、發光桿菌屬、氣單胞菌屬、鄰單胞菌屬、別單胞菌屬、不動桿菌屬、芽孢桿菌屬等。目前已報道的能夠產生河豚毒素的細菌有：1584酶與酶抑制劑4.1熱穩定酶從熱泉和溫濕孔中分離的嗜熱古細菌是一群罕見的海洋微生物,能在100℃以上的環境中生長,因此需要有在高溫下穩定的酶系統.已從這類微生物中分離出多種酶。4酶與酶抑制劑4.1熱穩定酶1594.2蛋白酶蛋白酶現已被用于洗滌劑中并作為膜清洗配方的組分。海洋船蛆的腺體內的共生細菌可以產生堿性蛋白酶,該酶具有較強的去污活性,在50℃可以加倍提高磷酸鹽洗滌劑的去污效果,在工業清洗方面有一定的應用價值4.2蛋白酶蛋白酶現已被用于洗滌劑中并作為膜清洗配方的組1604.3幾丁質酶

幾丁質及其衍生物在醫藥、食品、工業等方面的重要作用,幾丁質酶已成為人們廣泛研究的課題之一.Ｏｓａｗａ等(1995)利用幾丁質作為唯一Ｃ源進行試驗時，發現6種海洋細菌均可產生幾丁質酶。4.3幾丁質酶幾丁質及其衍生物在醫藥、食品、工1614.4葡聚糖酶

從東京灣海泥中分離到一株環狀芽孢桿菌，在常規培養基中不生長，將培養基進行適當稀釋后，菌株方可生長并產生一種新的葡聚糖降解酶。該酶作用于葡聚糖的α－1,3鍵和α－1,6鍵，在溶解牙齒上鏈球菌產生的不溶性葡聚糖方面具有一定的潛在用途。4.4葡聚糖酶從東京灣海泥中分離到一株環狀芽1624.5海藻解壁酶

海洋細菌產生的海藻解壁酶種類復雜,主要有瓊膠酶、褐藻酸酶、卡拉膠酶、甘露聚糖酶、木聚糖酶、紫菜聚糖酶等.Ｈａｔａｔｅ等從對紅藻細胞壁有降解作用的海洋細菌中制備出β－1,4甘露聚糖酶、木聚糖酶和紫菜聚糖酶,并將其用于紫菜原生質體游離的研究工作。4.5海藻解壁酶海洋細菌產生的海藻解壁酶種1634.6超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)

海洋藍細菌是含有超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)的生物。Ｆｅ·ＳＯＤ首先從兩種藍細菌和兩種發光桿菌屬海洋細菌中提取獲得。4.6超氧化物歧化酶(ＳＯＤ)海洋藍細菌是含有1644.7過氧化物酶

Ｗｅｉｓ等發現，烏賊體內共生的發光細菌能夠產生過氧化物酶，該酶同哺乳動物嗜中性粒細胞產生的具有抗菌活性的髓過氧化物酶(ＭＰＯ)具有相似的生化特性。4.7過氧化物酶Ｗｅｉｓ等發現，烏賊體內共生的發光1654.8酶抑制劑

專一性蛋白酶抑制劑在臨床治療中具有重要作用.Cathestatins是海洋細菌產生的一種熱穩定性的組織蛋白酶抑制劑，在治療骨病等方面具有一定的應用前景。在海洋假單胞菌中,一種新型的幾丁質酶抑制劑也被發現.4.8酶抑制劑專一性蛋白酶抑制劑在臨床治療中1665抗心血管病化合物ＥＰＡ(二十碳五烯酸)和ＤＨＡ(二十二碳六烯酸)是哺乳動物體內不可缺少的、具有重要應用價值的不飽和脂肪酸，具有抗凝血的功能，可有效地預防和治療血栓的形成、動脈硬化及其引起的血液循環性疾病。5抗心血管病化合物ＥＰＡ(二十碳五烯酸)和ＤＨＡ(二十二碳167從海魚中提取的ＤＨＡ和ＥＰＡ有特殊的臭味，且分離純化成本高。有研究表明，很多海洋細菌可產生ＤＨＡ、ＥＰＡ，而且海洋細菌中的ＥＰＡ是磷脂型的，優于魚類的中性脂質ＥＰＡ，沒有特殊的魚腥味。因此從海洋細菌中獲取ＥＰＡ和ＤＨＡ具有廣泛應用前景.從海魚中提取的ＤＨＡ和ＥＰＡ有特殊的臭味，且分離純化成本高。1687.2海洋放線菌產生的生物活性物質1.抗菌活性物質近來研究表明海洋環境中的放線菌和放線菌代謝產物卻是尋找新抗生素的重要來源.頭孢菌素Ｃ、Ｐ、Ｎ、硫酸小諾霉素就是由海洋放線菌分泌產生并已得到臨床應用的抗生素.7.2海洋放線菌產生的生物活性物質1.抗菌活性物質169土霉素原是一種由陸地微生物———龜裂鏈霉菌，分泌產生的抗生素，如今從海洋底泥的放線菌中也被分離到.

廈門大學生物系在研究紅樹林根際微生物時，從中分離到多株產生新型抗生素的放線菌.Ｂｉａｂａｎｉ等從海底沉積物中分離出的一株鏈霉菌培養液中獲得一種抗微藻劑.土霉素原是一種由陸地微生物———龜裂鏈霉菌，分泌產生的抗生素170常見的產生抗菌活性的放線菌：小單孢菌屬，鏈霉菌屬，小四孢菌。常見的產生抗菌活性的放線菌：小單孢菌屬，鏈霉菌屬，小四孢菌。1712抗腫瘤活性物質抗腫瘤海洋放線菌主要是鏈霉菌屬產生.從報道化合物的結構類型來看，有生物堿、環肽、聚醚類毒素、萜類、多羥基甾醇等。2抗腫瘤活性物質抗腫瘤海洋放線菌主要是鏈霉菌屬產生.1727.3海洋真菌產生的生物活性物質1抗菌活性物質青霉屬、曲霉屬、鐮刀菌屬的發酵產物具有抗細菌或抗真菌生物活性.主要有：環縮二氨酸，倍半萜，氯霉素，抗微藻劑等。7.3海洋真菌產生的生物活性物質1抗菌活性物質1732抗腫瘤活性物質

許多屬的海洋真菌可產生抗腫瘤活性物質，這些海洋真菌有的分離自海水或海洋沉積物，有的則來自其它海洋生物體.它們產生的抗腫瘤活性物質大多具有新型的結構.。多硫二氧代呱嗪類化合物，不對稱萘醌二聚物等。2抗腫瘤活性物質許多屬的海洋真菌可產生抗腫174海洋微藻代謝產物一、胞外產物Fogg1966年和Ｈellebust1974年研究發現，海洋微藻在生長過程中會不斷向周圍環境中釋放多種代謝產物.如碳水化合物、氨基酸、酶、脂類、維生素、有機磷酸、毒素、揮發性物質以及抑制和促進因子等。這些產物統稱為胞外產物(Extracellularproducts,ECP)海洋微藻代謝產物一、胞外產物175１.1胞外溶解有機碳海洋中的有機碳是全球最大的儲碳庫之一,其有機碳主要以顆粒有機碳(ＰＯＣ)和溶解有機碳(ＤＯＣ)的形式存在。海洋微藻通過光合作用合成有機碳是海洋中ＤＯＣ的重要來源之一。１.1胞外溶解有機碳海洋中的有機碳是全球最大的儲碳庫之一,176Carslo1998年通過示蹤實驗發現,由微藻固定的碳至少有５%～１０%以ＤＯＣ形式釋放到水體中，有的藻類釋放ＤＯＣ高達１０%～２５%。Carslo1998年通過示蹤實驗發現,由微藻固定的碳至少有1771.2胞外氮水中溶解有機氮(ＤＯＮ)是水體微生物的重要氮源，主要是由微藻釋放的。硅藻從外界吸收的硝酸鹽約有１%以ＤＯＮ的形式分泌到外界,釋放速率約為10.4～13.3ｎｍｏｌ／ｈ。ＤＯＮ的釋放可能是通過膜被動運輸。1.2胞外氮水中溶解有機氮(ＤＯＮ)是水體微生物的重要氮源1781.3胞外酶目前關于胞外酶的研究主要集中在細菌、真菌方面，藻類胞外酶研究較晚，相關報道不多。近期已陸續發現有關微藻胞外酶的報道，如胞外碳酸酐酶、胞外氨基酸氧化酶等。1.3胞外酶目前關于胞外酶的研究主要集中在細菌、真菌方面，179碳酸酐酶碳酸酐酶(Ｃarbonicanhydrase)是一含Ｚｎ的金屬酶，可催化ＨＣＯ3-與ＣＯ２的相互轉化。迄今,已在很多微藻中發現胞外ＣＡ酶。該酶主要使藻細胞利用水體中ＨＣＯ3-進行光合作用，ＨＣＯ3-

在靠近藻細胞表面處脫水成ＣＯ２,再經擴散或主動運輸至細胞內。碳酸酐酶碳酸酐酶(Ｃarbonicanhydrase)是一1801.4微藻富集微量元素已有實驗和事實證明：硒、鍺、鋅等微量元素有明顯的促進機體生長和發育、提高機體免疫功能和抗病力、防癌抗癌等多種作用.但是,由于許多無機形式的微量元素對機體有毒害作用,而使其使用范圍和劑量受到很大的限制,只有當無機形式轉化為有機形式后才具有普遍的食用和保健價值.1.4微藻富集微量元素已有實驗和事實證明：181利用海洋微藻細胞的螯合同化作用,把無機微量元素轉化成細胞內的有機螯合物則可達到這一目的；同時又可利用某些微藻本身的醫療保健作用.利用海洋微藻細胞的螯合同化作用,把無機微量元素轉化成細胞內的1821.5鹽藻β-胡蘿卜素鹽藻是單細胞真核綠藻.鹽藻中富含蛋白質,甘油和β-胡蘿卜素,可以成為良好的飼料及餌料，其中的β-胡蘿卜素對人類防癌、抗癌，降低心血管病發生率大有好處.1.5鹽藻β-胡蘿卜素鹽藻是單細胞真核綠藻.鹽藻中富含蛋1831.6海洋微藻生物分子標記物海洋微藻細胞中的一些特異性分子物質,如色素、甾醇可以用來指示該類生物的存在和生物量。據此可對海洋生物生產力和種群組成特性進行快速的定量分析測定。因此，在海洋生態系統研究中將有廣泛的應用前景.1.6海洋微藻生物分子標記物海洋微藻細胞中的一些特異性分子1841.7可利用微藻的種類及其應用前景1螺旋藻(Ｓpirulina)螺旋藻是一種生長在非洲、墨西哥和東非大裂谷等熱帶高溫地方堿性鹽湖中的藍藻。螺旋藻是藍藻門念珠藻目顫藻科中的一個屬,其藻體為單一藻絲,一般能聚集在一起并形成青苔;藻絲彎曲,可作有規律的螺旋狀盤旋。1.7可利用微藻的種類及其應用前景1螺旋藻(Ｓpiruli185本屬有30余種,我國有9種,現能進行工業化生產的主要有2種:即鈍頂螺旋藻和極大螺旋藻。螺旋藻細胞進行二分分裂無性繁殖,結果使藻絲長度迅速增加。它主要靠藻絲斷裂增加絲體數量,有時也形成“藻殖段”。.本屬有30余種,我國有9種,現能進行工業化生產的主要有2種:186藻殖段是由于絲狀體中某些細胞的死亡，或形成異形胞，或在兩個營養細胞間形成雙凹形分離盤，以及機械作用等將絲狀體分成許多小段，每一小段稱為藻殖段。藻殖段細胞分裂成新的螺旋狀體,無有性生殖。藻殖段187大多數螺旋藻喜高溫（25~36℃）、高堿（PH值9~11），這樣的環境條件下許多其他生物都難以生存，而螺旋藻卻能迅速生長繁殖。螺旋藻與其他植物一樣，能夠利用陽光、二氧化碳和其他礦物質合成有機物，同時放出氧氣。它光合效率高，單位面積產量比大田作物高出幾十倍。大多數螺旋藻喜高溫（25~36℃）、高堿（PH值9~11），188作物總產量（噸/公頃/年）蛋白質含量（%）蛋白質產量（噸/公頃/年）小表玉米糙米大豆鈍頂螺旋藻6.714.08.04.015~209.57.47.136.060.00.641.040.751.409~12表2-1農作物與螺旋藻的產量的比較

作物總產量（噸/公頃/年）蛋白質含量（%）蛋白質產量（189表2-2各類食品的蛋白質含量

食品種類蛋白質含量（%）螺旋藻大豆牛肉蛋小麥米60~7133~3618~20186~107表2-2各類食品的蛋白質含量食品種類蛋白質含量（%）螺旋藻190表2-3氨基酸組成比較表（占總量%）種類螺旋藻大豆牛肉蛋FAO*標準異亮氨酸亮氨酸賴氨酸蛋氨酸苯丙氨酸蘇氨酸色氨酸纈氨酸4.15.84.02.03.44.21.16.01.82.72.60.41.91.60.51.80.91.71.70.40.80.80.21.00.61.00.80.40.60.50.20.84.24.84.252.22.82.81.44.2表2-3氨基酸組成比較表（占總量%）種類螺旋藻大豆牛肉蛋1911.1螺旋藻生化組成特點

①螺旋藻含蛋白質高達60%以上，由18種氨基酸組成，含有人體和動物所必需的8種氨基酸。②螺旋藻還含有6種維生素，其中維生素B12含量特別高，比動物肝臟高3.5倍，是現在已知所有生物體中維生素B12含量最高的一種。1.1螺旋藻生化組成特點

①螺旋藻含蛋白質高達60%以上，192β-胡蘿卜素含量也很高，β-胡蘿卜素是維生素A的前體，吸入體內后貯于肝和小腸壁細胞內在酶的作用下轉化為維生素A。近年來，國內外專家一致認定，β-胡蘿卜素具