在无氧条件下.ppt

在无氧条件下 在乳酸菌中 受乳酸脱氢酶作用 丙酮酸作为受氢体而被还原为乳酸 即为同型乳酸发酵 在酵母个 在丙酮酸脱羧酶作用下 丙酮酸脱羧生成乙醛 后者在乙醇脱氢酶作用下 乙醛为受氢体被还原成乙醇 即酒精发酵 在梭状芽孢杆菌中 丙酮酸脱梭生成乙酰CoA 然后经一系列变化生成丁酰CoA 丁醛 两者作为受氢体被还原为丁醇 生成物还有丙酮 乙醇 称为丙酮丁醇发酵 一 糖嫌气性发酵产品 第十二章工业微生物发酵产品 调节点主要在三个激酶 即己糖激酶 磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶 它们是糖酵解途径中的关键酶 是糖酵解途径的三个不可逆步骤 糖代谢的调节主要是能荷的控制 能荷 ATP ATP抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的活性 使酵解减少 当需能反应加强 ATP分解为ADPI和AMP ATP ADP AMP增加 ATP的抑制作用被解除 同时ADP AMP激活已糖激酶和磷酸果糖激酶 乙醇生成机制 在好气条件下 酵母发酵能力降低 呼吸抑制发酵 巴斯德效应 能荷调节 甘油为合成机制 酵母在一定条件下培养 可以利用糖分生成甘油 酵母的第二型发酵 加入亚硫酸氢钠 与乙醛起加成作用生成难溶的乙醛亚硫酸氢钠加成物 酵母的第三型发酵 当酵母在碱性条件 pH7 6 进行发酵 二个分子乙醛起歧化反应 相互氧化还原 生成等量的乙醇和乙酸 二 柠檬酸发酵 主要生产菌 黑曲霉 黑曲霉糖质发酵柠檬酸 证明生产菌 黑曲霉 中80 的糖代谢走EMP途径 生产菌中存在TCA的酶系 故有TCA存在 草酰乙酸的来源不是由TCA供应 而是由2个CO2固定提供 故CO2固定对柠檬酸合成必不可少 由于不存在苹果酸脱氢酶 丙酮酸羧化酶 PEP羧激酶 生物合成途径 无碳原子损失 理论转化率 106 7 C6H8O7H2O理论转化率 116 7 能量平衡 EMP中底物水平磷酸化 2ATP EMP途径 2NADH 丙酮酸氧化脱羧 2NADH 可以满足生产菌的维持能量消耗 不需要消耗C源经TCA来产能 柠檬酸合成的代谢调节 第一个调节酶是磷酸果糖激酶 PFK 柠檬酸和ATP对该酶有抑制 生产菌需要解除该抑制作用 AMP 无机磷以及NH4 对该酶有活化作用 NH4 有效解除柠檬酸和ATP对该酶有抑制 故生产上通过添加铵盐来提高柠檬酸产量 Mn2 的影响 Mn2 缺乏 菌体的TCA酶活下降 Mn2 缺乏 可能干扰蛋白质合成 导致蛋白质分解 NH4 水平升高 减少柠檬酸对该酶的抑制 第二个调节点 CO2固定的酶活力高 保证草酰乙酸的供应 第三个调节点 TCA环上调节 柠檬酸合成酶 许多细胞中该酶是TCA的调节酶 但在黑曲霉中此酶无调节作用 顺乌头酸水合酶 理论上此酶失活 TCA环阻断 积累柠檬酸 顺乌头酸水合酶需要Fe2 故在发酵液中添加黄血盐络合Fe2 阻断TCA环 积累柠檬酸 黑曲霉乌头酸水合酶存在于线粒体中 它催化的反应存在着柠檬酸 异柠檬酸 顺式乌头酸 90 7 3的平衡关系 黑曲霉对辅酶NAD 专一性的异柠檬酸脱氢酶活力很低 却有三种依赖于辅酶NADP 的异柠檬酸脱氢酶 其中的两种与存在于线粒体的酶及TCA循环有关 它们受到生理浓度柠檬酸的抑制 为什么在A nigar中异柠檬酸不会进一步分解及柠檬酸的积累机制 三 谷氨酸的发酵 1 谷氨酸生产菌中存在2个糖酵解途径EMP HMP 生物素参与糖代谢作用 增加糖代谢的速度 而丙酮酸氧化脱羧的速度未改变 丙酮酸积累 乳酸积累 2 酮戊二酸脱氢酶缺失 TCA环阻断 酮戊二酸积累 3 四碳二羧酸的来源 在生产菌中检出CO2固定反应酶活性 磷酸烯醇丙酮酸 PEF 羧化酶和苹果酸酶 谷氨酸对糖的转化率达到81 7 DCA循环 标志酶 异柠檬酸裂解酶 在谷氨酸发酵中 DCA环一方面可以作为TCA循环有缺陷时C4二羧酸的补充 在谷氨基酸生产菌的生长中提供能量 作用 谷氨酸生成期中要封闭DCA环 通过DCA环提供C4二羧酸时谷氨酸对糖的转化率仅为54 4 4 异柠檬酸脱氢酶活力强 提供NADPH 用于还原 酮戊二酸生成谷氨酸 形成氧化还原共扼体系 5 氨的导入 合成谷氨酸的反应有3种 酮戊二酸 NH4 NADPH 谷氨酸 H2O NADP 谷氨酸脱氢酶 酮戊二酸 天冬氨酸或丙氨酸 谷氨酸转氨酶 谷氨酸 酮戊二酸 酮戊二酸 谷氨酰胺 NADPH 2谷氨酸 NADP 谷氨酸合成酶 生产菌中 谷氨酸转氨酶活力低 转氨作用可以不考虑 谷氨酸合成酶由于不受高浓度谷氨酸抑制 其作用值得重视 谷氨酸脱氢酶是合成积累谷氨酸的主要酶 氨的导入时 生物素缺乏 NH4 影响糖代谢速度 提高糖代谢速度 高效合成谷氨酸 生物素充足时 NH4 不影响糖代谢速度 6 谷氨酸合成的调节机制 谷aa比天冬aa优先合成 谷aa脱氢酶 谷aa对其反馈抑制和反馈阻遏 柠檬酸合成酶 TCA的关键酶 受能荷调节 谷aa反馈阻遏 乌头酸反馈抑制 异柠檬酸脱氢酶 酮戊二酸反馈抑制 酮戊二酸脱氢酶先天丧失或微弱 PEP受天冬aa反馈抑制 受谷aa和天冬aa反馈阻遏 7 细胞膜通透性控制 生物素 阻断脂肪酸的合成 影响细胞膜的