补充材料 发酵机制

1、 重点重点：糖酵解途径的特点及调节机制；糖酵解途径的特点；酒精发酵机制；乙醇生成机制；甘油的合成机制；乳酸发酵机制；同型乳酸发酵； 难点：糖酵解的调节机制；巴斯德效应；酒精发酵中副产物的生成；异型乳酸发酵； 发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质（低物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律。 微生物菌体积累的代谢产物 酶 厌氧发酵：酒精、甘油、乳酸、丙酮、丁醇 代谢产物 好气发酵：有机酸、氨基酸、蛋白质、核苷酸等 发酵机制研究的内容发酵机制研究的内容： 1.微生物的生理代谢规律（就是各种代谢产物合成途径及代谢调节机制）； 2.环境因素（营养条件、培养条件等）对代谢的影响及改变代谢的措施； 糖厌

2、气性发酵产物积累机制糖厌气性发酵产物积累机制 厌气发酵产物：酒精发酵、甘油发酵、同型乳酸发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵等第一节第一节 糖酵解途径及调节机制糖酵解途径及调节机制一、糖酵解途径的特点：一、糖酵解途径的特点：1.是除兰绿藻外的几乎所有生物葡萄糖分解的共同途径，广泛存在于各种细胞中，每个反应都不需要氧参与。2.分为两个阶段。3.糖酵解有10多个反应组成，每个反应都在酶的作用下完成，这些酶包括：4.其他糖类（如淀粉、乳糖等）作为碳源和能源时，是通过葡萄糖或其他中间产物并入糖酵解途径的。5、在不同的有机体和不同条件下，H2的受体不同，因此丙酮酸的去路也不同。这是因为氢的受体不同 3-磷酸甘

3、油醛 1，3-二磷酸甘油酸甘油醛脱氢酶甘油醛脱氢酶二、糖酵解调节机制二、糖酵解调节机制 调节点主要是三个激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三个反应是不可逆的，只参与糖酵解，不参与糖的新生。而激酶的活性是受细胞能荷调节的。 (ATP+ADP)(ATP+ADP+AMP) 为一定比例，该比例叫能荷。 无机磷也是调节者，它能解除6-磷酸葡萄糖对己糖激酶的抑制，加快糖酵解。第二节第二节 酒精发酵机制酒精发酵机制一、酒精生成机制一、酒精生成机制 以丙酮酸脱羧酶产生的乙醛作为氢受体： 丙酮酸 CO2+乙醛乙醇（） NADH+H+ NADH+ 以上是酵母酒精发酵型。二、巴斯德效应二、巴斯德效应

4、 在好气条件下，酵母菌发酵能力下降（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；不仅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和发酵能力的其他细胞中。 在好气条件下：糖代谢进入TCA环 柠檬酸、ATP 抑制磷酸激酶的合成 6-P-葡萄糖（积累） 反馈抑制己糖激酶 抑制葡萄糖进入细胞内 葡萄糖利用降低。三、酒精发酵中的副产物三、酒精发酵中的副产物 主产物：乙醇、CO2酵母菌酒精发酵 醇类（杂醇油） 醛类（糠醛） 酸类（琥珀酸） 酯类1.杂醇油的形成途径： 氨基酸氧化脱氨作用； 由葡萄糖直接形成： 葡萄糖-酮酸高级-酮酸 高级醇 正丙醇的形成： 苏氨酸-氨基-2丁烯酸-丁酮酸醛正丙醇2.影响杂醇油形成的条件 菌种 培养

5、基组成 发酵条件脱羧脱羧活性乙醛第三节第三节 甘油的合成机制甘油的合成机制 酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成乙醇的反应进行得很彻底，因此，在乙醇发酵中，甘油的生成量很少。1.如果采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时，磷酸二羟丙酮则代替乙醛作为氢受体形成甘油，这样发酵转为甘油发酵，称为酵母型发酵。2.酵母菌在碱性条件下，由于乙醛生成等量的乙酸和乙醇，因此，乙醛作为氢受体的作用也被抑制，这时磷酸二羟丙酮成为氢受体，这样发酵产生的总的产物为甘油、乙酸、乙醇，这就是酵母型发酵。第四节第四节 乳酸发酵机制乳酸发酵机制 乳酸菌的同型乳酸发酵 乳酸发酵 明串珠菌等的异型乳酸发酵一、同型乳酸发

6、酵一、同型乳酸发酵 多数乳酸菌不具有脱羧酶，丙酮酸不能脱羧生成乙醛，而能在乳酸脱氢酶作用下作为氢受体被还原成乳酸。二、异型乳酸发酵二、异型乳酸发酵 1. 6-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径） 2. 双歧途径（磷酸酮糖途径）一、氨基酸发酵机制 典型的代谢控制发酵 发酵产物氨基酸：中间代谢产物 积累：要求微生物正常代谢的抑制 关键：控制机制被解除 打破微生物正常代谢调节好氧发酵机制1. 控制发酵环境条件2. 控制细胞渗透性 氨基酸发酵必须考虑的重要因素 细胞内生物素水平高，Glu不能通过细胞膜 青霉素影响细胞壁合成 表面活性剂增加细胞膜通透性3. 控制旁路代谢4. 降低反馈 作用物浓度5. 消除

7、终产物的反馈抑制与阻遏作用 1、定义 广义：利用微生物生产有用代谢一种生产方式。 狭义：厌氧条件下，以自身内部某些中间代谢 产物作为最终氢（电子）受体的产能过程 特点： 1）通过底物水平磷酸化产ATP； 2）葡萄糖氧化不彻底，大部分能量存在于 发酵产物中； 3）产能率低； 4）产多种发酵产物。 发酵（fermentantion）的定义和类型2、发酵类型1） 乙醇发酵 a、酵母型乙醇发酵 1 G 2丙酮酸 2 乙醛 + CO2 2 乙醇 + 2 ATP 条件：pH 3.54.5 , 厌氧菌种：酿酒酵母、少数细菌（胃八叠球菌、解淀粉欧文氏菌等） i、加入NaHSO4 NaHSO4 + 乙醛 磺化羟

8、乙醛（难溶） ii、弱碱性（pH 7.5） 2 乙醛 1 乙酸 + 1 乙醇 （歧化反应）磷酸二羟丙酮作为氢受体，经水解去磷酸生成甘甘油发酵（EMP）-亚硫酸氢钠必须控制亚适量（3%） b、细菌型乙醇发酵 (发酵单胞菌和嗜糖假单胞菌) 同型酒精发酵 1 G 2 丙酮酸 代谢速率高，产物转化率高，发酵周期短等。缺点是生长pH较高，较易染杂菌，并且对乙醇的耐受力较酵母菌低. （ED）乙醇乙醇 + 1ATP 异型酒精发酵(乳酸菌、肠道菌和一些嗜热细菌） 1 G 2 丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）（丙酮酸甲酸解酶）乙醛 乙醇乙醇甲酸甲酸 + 乙酰- CoA无丙酮酸脱羧酶而有乙醛脱氢酶 2）乳酸发酵乳酸发酵

9、同型乳酸发酵 （德氏乳杆菌、植物乳杆菌等） EMP途径（丙酮酸 乳酸） 异型乳酸发酵（PK途径） 肠膜明串株菌（PK） 产能 ：1ATP 双歧双歧杆菌（PK、HK） 产能：2G 5 ATP即 1G 2.5ATP 3)混合酸、丁二醇发酵a 混合酸发酵： 肠道菌（E.coli、沙氏菌、志贺氏菌等）1 G丙酮酸乳酸乳酸乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶 乙酰-CoA +甲酸甲酸丙酮酸甲酸解酶丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸丙酸PEP羧化酶羧化酶磷酸转乙酰基酶磷酸转乙酰基酶乙醛脱氢酶乙醛脱氢酶乙酸激酶乙酸激酶乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶乙酸乙酸 乙醇乙醇E.coli与志贺氏菌的区别：葡萄糖发酵试验： E.coli、产气肠杆菌 甲

10、酸 CO2 + H2 （甲酸氢解酶甲酸氢解酶、H+） 志贺氏菌无此酶，故发酵G 不产气。CO2 + H2 b b 丁二醇发酵（丁二醇发酵（2 2，3-3-丁二醇发酵）丁二醇发酵） 肠杆菌、沙雷氏菌、欧文氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羟基丁酮乙二酰红色物质（乙酰乳酸脱氢酶）（乙酰乳酸脱氢酶）（OHOH- -、O O2 2）中性丁二醇丁二醇精氨酸胍基其中两个重要的鉴定反应： 1 、VP实验 2、甲基红（M.R）反应产气肠杆菌： V.P.试验（+），甲基红（-） E.coli： V.P.试验（-），甲基红（+）V.P.试验的原理：4）丙酮-丁醇发酵 严格厌氧菌进行的 唯一能大规模生产的发酵产品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1） 丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum)2丙酮酸2乙酰-CoA乙酰-乙酰 CoA丙酮丙酮 +CO2（CoA转移酶）转移酶）丁醇丁醇缩合 5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）发酵菌体：生孢梭菌生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双 酶梭菌等。 特点：氨基酸的氧化与另一些氨基酸还原相偶联； 产能效率低（1ATP） 氢供体（氧化