初级代谢与次级代谢

初级代谢（primary metabolism）是一类主要发生在生长繁殖期的普遍存在于一切生物中的代谢类型。次级代谢是某些生物为了避免在初级代谢过程中某种中间产物积累所造成的不利作用或外环境因素胁迫下而产生的一类有利于生存的代谢类型。因此也可以认为次级代谢是某些生物在一定条件下通过突变获得的一种适应生存的方式。通过次级代谢合成的产物通常称为次级代谢产物。

次级代谢与初级代谢是一个相对的概念，两种代谢既有区别又有联系，它们的区别主要表现为：

（1）次级代谢只存在于某些生物当中，而且代谢途径和代谢产物因生物不同而异，就是同种生物也会因营养和环境条件不同而产生不同的次级代谢产物。而初级代谢是一类普遍存在于各类生物中的基本代谢类型，代谢途径与产物的类同性强。

（2）次级代谢产物对于产生者本身不是机体生存所必需的物质，即使在次级代谢过程的某个环节上发生障碍，也不会导致机体生长的停止和死亡，一般只是影响机体合成某种次级代谢产物的能力。而初级代谢产物如单糖或单糖衍生物、核苷酸、脂肪酸等单体以及由它们组成的各种大分子聚合物如核酸、蛋白质、多糖、脂类等通常都是机体生存必不可少的物质，只要这些物质合成过程的某个环节上发生障碍，轻则表现为生长缓慢，重则导致生长停止、机体发生突变甚至死亡等。

（3）次级代谢通常在微生物的指数生长期末期或稳定期才出现，它与机体的生长往往不呈现平行关系，而是明显地分为机体的生长期和次级代谢产物形成期两个不同时期。初级代谢则自始至终存在于一切生活的机体之中，它同机体的生长过程基本呈平行关系。

（4）次级代谢产物虽然也是从少数几种初级代谢过程中产生的中间体或代谢产物衍生而来，但它的骨架碳原子的数量与排列上的微小变化，或氧、氮、氯、硫等元素的加入，或在产物氧化水平上的微小变化都可以导致产生的次级代谢产物各种各样，并且每种类型的次级代谢产物往往是一群化学结构非常相似而成分不同的混合物。例如目前已知新霉素有4种，杆菌肽有10种，多黏菌素有10种，放线菌素有20多种等。这些次级代谢产物通常被机体分泌到胞外，它们虽然不是机体生长与繁殖所必需的物质，但它们与机体的分化有一定的关系，并在同其他生物的生存竞争中起着重要作用，而且它们中有许多对人类健康和国民经济的发展具有重大影响。而初级代谢产物的性质与类型在各类生物里相同或基本相同。如20种氨基酸、8种核苷酸以及由它们聚合而成的蛋白质、核酸等在不同生物中其本质基本相同，在机体的生长与繁殖上起着重要而相似的作用。

（5）机体内两种代谢类型在对环境条件变化的敏感性或遗传稳定性上明显不同。次级代谢对环境条件变化很敏感，其产物的合成往往会因环境条件变化而受到明显影响。而初级代谢对环境条件变化的敏感性相对较小，较为稳定。

（6）催化次级代谢产物合成的某些酶专一性较弱。因此在某种次级代谢产物合成的培养基里加进不同的前体物时，往往可以导致机体合成不同种类的次级代谢产物，这或许是某些次级代谢产物为什么是由许多混合物组成的原因之一。例如在青霉素发酵中可以通过加入不同前体物的方式合成不同类型的青霉素。另外催化次级代谢产物合成的酶往往都是一些诱导酶，它们是在产生菌指数生长期末期或稳定生长期中，由于某种中间产物积累而诱导机体合成一种能催化次级代谢产物合成的酶。这些酶通常因环境条件变化而不能合成。相对而言，催化初级代谢产物合成的酶专一性和稳定性较强。

次级代谢与初级代谢之间的联系非常密切，具体表现为次级代谢以初级代谢为基础。因为初级代谢可以为次级代谢产物合成提供前体物和为次级代谢产物合成提供所需要的能量，而次级代谢则是初级代谢在特定条件下的继续和发展，避免初级代谢过程中某种（或某些）中间体或产物过量积累对机体产生的毒害作用。另一方面初级代谢产物合成中的关键性中间体也是次级代谢产物合成中的重要中间体物质，如乙酰CoA、莽草酸、丙二酸等都是许多初级代谢产物和次级代谢产物合成的中间体物质。初级代谢产物如半胱氨酸、缬氨酸、色氨酸、戊糖等通常是一些次级代谢产物合成的前体物质。