什么是初级代谢产物？

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介绍

在生物化学中，代谢物是代谢的中间或最终产物。许多小分子本身具有催化活性，经常作为酶的辅因子，参与防御作用以及与其他生物体的相互作用，这些只是代谢物发挥的众多作用中的一小部分，例如色素、气味剂和信息素。

在代谢过程中产生的中间产物被称为代谢物，它们由细胞内天然存在的各种酶催化。通常，小分子被称为代谢物。

初级代谢产物是由体内酶触发的基本代谢过程产生的。然后，它们有助于执行诸如人体细胞增殖等过程。此外，这些代谢物有助于维持细胞功能。

一些主要的工业化生产的代谢物包括氨基酸、维生素和有机酸。工业上最常生产的主要代谢物是氨基酸、酒精、乙酸和柠檬酸。

定义

初级代谢物在适当的生长、发育和繁殖中起着至关重要的作用。它通常有助于生物体的生理功能。通常，许多生物体或细胞都包含初级代谢物。它也被称为中心代谢物，这是一个定义更窄的术语（存在于任何自主生长的细胞或生物体中）。乳酸和某些氨基酸是初级代谢物的典型例子。

初级代谢物的特征是什么？

以下是初级代谢物的特征：

• 初级代谢物在生物体的生长机制（即在其生长阶段）期间合成。“营养期”指的是合成初级代谢物的生长阶段。
• 一些初级代谢物，如氨基酸，对某些细胞或生物体是特异性的；否则，它们存在于所有类型的生物体中。
• 通常，人体会产生大量的初级代谢物。这是因为人体不断需要这些代谢物来执行许多重要的功能。
• 初级代谢物分为两类：初级必需代谢物和初级代谢终产物。
• 蛋白质、碳水化合物、脂类、维生素、乳酸、酶、乙醇、丁醇和其他物质都是初级代谢物的例子。

初级代谢物的功能是什么？

初级代谢物在许多重要的身体功能中起着至关重要的作用，并直接参与重要的生理过程。以下是初级代谢物的一些功能：

• 初级代谢物提供进行体力活动所需的能量。例如：碳水化合物和脂类。
• 蛋白质是重要的初级代谢物，有助于人体组织和细胞的生长、维持和修复。体内所有代谢反应都由各种酶催化。
• 核酸是重要的代谢物，对于将遗传信息传递给后代至关重要。
• 脂类是细胞器和细胞的结构基础。此外，它提供的能量是蛋白质或碳水化合物的两倍。
• 没有初级代谢物，生物体就不能生存。

初级代谢物的商业生产

一些主要的工业化生产的初级代谢物包括氨基酸、维生素和有机酸。以下是工业上最常生产的主要代谢物：

氨基酸

此类别中最常见的两种氨基酸是谷氨酸和赖氨酸，它们主要分别用作饲料和食品添加剂。通过发酵生产的谷氨酸产量为 150 万吨，赖氨酸 HCl 产量为 85 万吨。

L-谷氨酸

通过发酵生产的一种强效增味剂是味精 (MSG)。谷氨酸的发酵在日本被发现（Kinoshita 等人，1957 年）。

L-赖氨酸

全世界食用的谷物大多缺乏赖氨酸这种氨基酸。它是价值数十亿美元的动物饲料行业中的重要组成部分，对于动物的生长至关重要。添加赖氨酸后，这些谷物就变成了猪、鸡和其他牲畜的均衡食物或饲料。

维生素

超过一半的商业化生产的维生素被用作宠物饲料。维生素的年市场规模达数十亿美元。维生素 B12（氰钴胺）、抗坏血酸（维生素 C）、核黄素（维生素 B2）、泛酸（维生素 B5）和生物素是通过微生物商业化生产的五种维生素。代谢工程改进了某些维生素的生产工艺。

维生素 B12

维生素 B12 的工业化生产已经有很长时间了。维生素 B12 的商业化生产量约为每年 10 吨。

B12 的生产

使用假单胞菌属或丙酸杆菌属的物种，在完全或部分厌氧条件下进行发酵。尽管解硝化假单胞菌和谢尔曼丙酸杆菌是主要的工业菌种，但弗氏丙酸杆菌可以产生 206 mg/l。通过传统的菌株改良，解硝化假单胞菌菌株产生 150 mg。

有机酸

主要用作化学品的商业化有机酸包括乳酸、柠檬酸、葡萄糖酸和衣康酸。代谢工程以及传统的诱变和筛选/选择策略提高了有机酸的产量。

乙酸

全世界近一半的乙酸是由微生物过程生产的（Causey 等人，2003 年）。自公元前 4000 年以来，醋一直是通过微生物方法生产的。用于醋发酵的理想细菌是葡糖醋杆菌属和醋杆菌属的物种。

柠檬酸

每年约有 100 万吨柠檬酸由黑曲霉和酵母菌生产。年销售额已超过 20 亿美元。最好的黑曲霉菌株可以将每升 250 克葡萄糖或蔗糖转化为近 200 克柠檬酸。充足的碳源、低 pH 值、溶解氧以及几种微量金属和磷酸盐的低含量对于发酵至关重要。

乙醇及相关化合物

巴西每年从甘蔗中生产超过 40 亿加仑乙醇，这些乙醇要么作为 22-25% 的燃料混合物使用，要么作为纯乙醇使用。美国生产的乙醇也超过 40 亿加仑，而世界其他地区生产的乙醇接近 80 亿加仑。目前市场价值达 150 亿美元。

乙醇

糖或可解聚成可发酵糖的多糖的发酵会产生乙醇，这是一种主要的代谢物。使用酿酒酵母发酵己糖，而乳糖则使用弗氏克鲁维酵母。如果底物是戊糖，则可以使用毕赤酵母或一种念珠菌属。

甘油

医药、食品、化妆品、油漆等行业都需要甘油。尽管在使用酿酒酵母和耐渗透压酵母的发酵中，大部分甘油都是通过丙烯的化学合成或从脂肪和油工业中提取成分来生产的。

结论

酒精是工业微生物学领域最常生产的主要代谢物之一。酒精特别用于发酵过程，从而产生啤酒和葡萄酒等饮料。上述初级代谢物都具有很高的商业价值。