谷氨酸-教学讲解课件

谷氨酸谷氨酸12一、谷氨酸的代谢途径谷氨酸代谢途径包括糖酵解途径(EMP)、磷酸己糖途径(HMP)、三羧酸循环(TCA循环)、乙醛酸循环、伍德-沃克曼反应(CO2固定反应)等。2一、谷氨酸的代谢途径谷氨酸代谢途径包括糖酵解途径(EMP)23谷基酸代谢概况食物蛋白质谷氨酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物TCA鸟氨酸循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤生物固氮硝酸还原（次生物质代谢）CO2胺3谷基酸代谢概况食物蛋白质谷氨酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中34谷氨酸经代谢可以生成的物质谷氨酸→谷氨酰胺（谷氨酰胺合成酶）谷氨酸→-酮戊二酸（转氨酶）谷氨酸→-酮戊二酸+NH3（L-谷氨酸脱氢酶）→参与尿素合成谷氨酸→-氨基丁酸（L-谷氨酸脱羧酶）谷氨酸→合成蛋白质谷氨酸→经糖异生途径生成葡萄糖或糖原4谷氨酸经代谢可以生成的物质谷氨酸→谷氨酰胺（谷氨酰胺合成酶451.EMP途径GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸51.EMP途径GluG-6-PF-6-PF-1,6-56（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用存在于肝、脑、肾等组织中GTP、ATP为其抑制剂GDP、ADP为其激活剂L-谷氨酸脱氢酶(不需氧脱氢酶）受能荷调节反应：L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O意义：此反应使氨基酸氧化供能的速率受ATP/ADP、

GTP/GDP的反馈调节6（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用存在于肝、脑、肾等组织中L-67

三.谷氨酰胺的运氨作用

反应过程谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。氨中毒患者可以服用或输入谷氨酸盐以解毒7三.谷氨酰胺的运氨作用反应过程谷氨酸+78四、谷氨酸的脱羧基作用

L-谷氨酸GABACO2L-谷氨酸脱羧酶L-谷氨酸脱羧酶在脑、肾中活性高，所以脑中GABA含量高，是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。抗颠痫8四、谷氨酸的脱羧基作用L-谷氨酸GABACO2L-谷89二、调节模式①可通过诱变选育L-谷氨酸的结构类似物抗性突变株和营养缺陷型的回复突变株，以解除自身的反馈抑制和反馈阻遏，增大L-谷氨酸积累量。可以选育酮基丙二酸抗性突变株、谷氨酸氧肟酸盐抗突变株、谷氨酰胺抗性突变株等。②增加L-谷氨酸的前体物的合成量，可通过如选育抗氟乙酸、氟化钠、氮丝氨酸、氟柠檬酸等突变株，以及强化CO2固定反应突变株（选育以琥珀酸或苹果酸为唯一碳源，生长良好的菌株、选育氟丙酮酸敏感性突变株及选育丙酮酸缺陷、天冬氨酸缺陷突变株）使谷氨酸大量积累。9二、调节模式910③选育强化能量代谢的突变株。谷氨酸高产菌的2个显著特点是：α-酮戊二酸继续向下氧化的能力缺陷和乙醛酸循环弱，使能量代谢受阻；TCA循环前一阶段的代谢减慢。强化能量代谢，可补救上述两点不足，使TCA循环前一段代谢加强，谷氨酸合成的速度加快。④通过选育不能以L-谷氨酸为唯一碳源生长的突变株，由于该突变株切断或减弱L-谷氨酸向下一步的代谢途径，从而L-谷氨酸能得到持续的积累。另外需要注意：1菌种能高产谷氨酸，首先要使菌种具备在高糖、高酸的培养基中仍能正常生长、代谢的能力，即在高渗透压的培养基中菌体的生长和谷氨酸的合成不受影响或影响很小。2.选育细胞膜渗透性好的突变株。3.选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株。10③选育强化能量代谢的突变株。谷氨酸高产菌的2个显著特点是1011三、高产菌株代谢调控调控机制：①谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后，谷氨酸的生物合成受其自身的反馈抑制和反阻遏，代谢转向合成天冬氨酸。②磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是催化CO2固定的关键酶，受谷氨酸的反馈抑制。③柠檬酸合成酶是三羧酸循环的关键酶，除受能荷调节外，还受谷氨酸的反馈阻遏。11三、高产菌株代谢调控调控机制：1112④谷氨酸脱氢酶受谷氨酸的反馈抑制和阻遏。⑤生物素的影响：在谷氨酸生产过程中，生物素的主要作用是作为乙酰辅酶A的辅酶影响磷脂的合成，进而影响谷氨酸产生菌细胞膜的通透性，同时也影响菌体的代谢途径。12④谷氨酸脱氢酶受谷氨酸的反馈抑制和阻遏。1213四、发酵条件控制环境条件的控制对谷氨酸发酵的产酸率、糖酸转化率等的高低是非常重要的。采用计算机控制流加糖，减少糖浓度波动，提高转化率。目前借助电子计算机控制的参数有：温度、压力、空气流量、pH、溶解氧、消泡、补料、排气中O2、排气中CO2、溶解氧系数、搅拌转速等。13四、发酵条件控制环境条件的控制对谷氨酸发酵的产酸率、13141.碳源目前所发现的谷氨酸产生菌均不能直接利用淀粉，只有利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等单糖或双糖，国内绝大多数味精厂采用的碳源为淀粉水解糖。在一定的范围内，谷氨酸产量随葡萄糖浓度的增加而增加，但若葡萄糖浓度过高，由于渗透压过大，则对菌体的生长很不利，谷氨酸对糖的转化率降低。目前国内普遍采用低浓度初糖的流加糖发酵工艺。初糖8～12%，流加糖后总糖20%左右，产酸率可达11%以上，糖酸转化率达55%以上。141.碳源目前所发现的谷氨酸产生菌均不能直接利用淀粉，只有14152、氮源氮源有无机氮和有机氮之分。菌体利用无机氮源比较迅速，而利用有机氮较缓慢。铵盐、尿素和液氨等比硝基氮优越。一般要根据菌种和发酵特点合理地选择氮源。采用不同的氮源其添加方法不同，如液氨、尿素等可采取流加方法。碳氮比一般控制在100：15-30。152、氮源氮源有无机氮和有机氮之分。菌体利用无机氮源比较迅15163、无机盐一般微生物所需要的无机盐为磷酸盐、硫酸盐、氯化物和含钾、钠、镁和铁的化合物。还需要一些微量元素，如锰、铜、锌、钴、钼、碘和溴等。微生物对无机盐的需要量很少，但对菌体的生长和代谢产物的产生影响很大。163、无机盐一般微生物所需要的无机盐为磷酸盐、硫酸盐、氯化1617

①磷酸盐磷酸盐对谷氨酸发酵影响很大。当磷酸盐偏高时，菌体代谢转向合成缬氨酸；但如磷酸盐过低，菌体生长也不好，造成延长发酵时间，影响谷氨酸的合成。17①磷酸盐磷酸盐对谷氨酸发酵影响很大。1718②钾盐钾对谷氨酸发酵影响明显，钾盐少长菌体；钾盐足够时产谷氨酸。当培养基中配用1.0g/LK2HPO4·3H2O时，其钾浓度约为0.38g/L。如果采用Na2HPO4·12H2O时，应配用0.3~0.6g/LKCl，此时钾浓度为0.35~0.70g/L。18②钾盐钾对谷氨酸发酵影响明显，钾盐少长菌体；钾盐足够时产1819③生物素在谷氨酸发酵中，生物素的作用主要影响谷氨酸产生菌细胞膜的合成，从而影响谷氨酸通透性，同时也影响菌体的代谢途径，即代谢产物的生成。生物素浓度对菌体生长和谷氨酸积累都有影响。谷氨酸产生菌大量合成谷氨酸所需要的生物素浓度比菌体生长所需的生物素浓度要低得多，即为菌体生长所需的“亚适量”。谷氨酸发酵最适生物素浓度随菌种不同、碳源种类和碳源浓度以及供氧条件不同而不同，一般为5μg/L左右。19③生物素在谷氨酸发酵中，生物素的作用主要影响谷氨酸产生菌19204、温度在整个流加发酵中，并非一定要控制恒温培养，因为菌体最适生长温度不一定是菌体积累代谢终产物的最佳温度。谷氨酸菌体最适生长温度为30-32℃；谷氨酸最适合成温度为34-37℃；发酵初期温度提高可以缩短细胞生长时间，减少发酵总时间；发酵中、后期的菌体活力较强，适当提高发酵温度有利于细胞膜渗透性和产酸，故温度应控制稍高一些。204、温度在整个流加发酵中，并非一定要控制恒温培养，因为菌20215、PH在谷氨酸发酵过程中，随着谷氨酸的不断生成，发酵液的pH值不断的减小，对谷氨酸菌产生抑制，为了维持发酵的最佳条件，采用流加尿素和液氨（现在大多采用的是液氨）的方法。发酵法在微生物发酵阶段，主要是获得谷氨酸，在氨过量存在的情况下以谷氨酸铵的形式存在，所以从发酵罐出来的是谷氨酸铵，而不是我们所希望的谷氨酸。215、PH在谷氨酸发酵过程中，随着谷氨酸的不断生成，发酵液21227、溶氧谷氨酸发酵是典型好氧发酵，溶解氧对谷氨酸产生菌种子培养影响很大。溶解氧过低，菌体呼吸受到抑制，从而抑制生长，引起乳酸等副产物的积累；但是并非溶氧越高越好，当溶氧满足菌的需氧量后继续升高，不但会造成浪费还会由于高氧水平抑制菌体生长和谷氨酸的生成。227、溶氧谷氨酸发酵是典型好氧发酵，溶解氧对谷氨酸产生菌种22238、CO2CO2对谷氨酸发酵有一定的影响。谷氨酸生物合成需要CO2固定反应，如果CO2含量过高，也会影响菌体正常呼吸作用。在供氧条件一定时，CO2对谷氨酸发酵的影响不显著；与供氧效果相比，CO2的作用较小。已知谷氨酸发酵在菌体呼吸充足时显示最大产量，必须供给菌体充足氧气，氧的满足程度要求达到1.0。可以采用间断或连续测定排气中CO2浓度的办法来调节通气量，以满足供氧要求。238、CO2CO2对谷氨酸发酵有一定的影响。谷氨酸23249、泡沫谷氨酸产生菌本身有稳定泡沫的作用。特别是当感染杂菌和噬菌体时，泡沫特别多；发酵条件不当，菌体自溶时泡沫增多。通气和搅拌强度大，泡沫增加。代谢旺盛，排出CO2多，泡沫也增加。249、泡沫谷氨酸产生菌本身有稳定泡沫的作用。特别是当感染杂242510、接种时间利用对数生长期中后期的种子接种，可缩短其延滞期，而且菌体生长迅速，菌体浓度相对较高，有利于缩短发酵周期，提高代谢产物的产量。2510、接种时间利用对数生长期中后期的种子接种，可缩短其延252611、接种量接种量大小直接影响发酵产酸，接种量太小，发酵前期生长缓慢，发酵整个时间长菌种的活力下降，发酵效果差；接种量过大，会引起菌体增长过快，单位体积内的养料和溶氧供应不足，代谢废物较多，不利于产酸。接种量适宜，能减少染菌机会，缩短发酵周期。因此，接种量一般要求以适量为原则。2611、接种量接种量大小直接影响发酵产酸，接种量太小，发酵26五、参考文献[1]陈宁,张克旭,王东洋,李建河.L-谷氨酸生产菌的选育及其发酵条件的研究[J].发酵科技通讯,2002,01:11-13.[2]张星元.发酵原理[M].第二版.科学出版社,2005.[3]王镜岩.生物化学（下）[M].第三版.高等教育出版社,2002.27五、参考文献[1]陈宁,张克旭,王东洋,李建河.L-谷氨酸27谢谢谢谢28谷氨酸谷氨酸2930一、谷氨酸的代谢途径谷氨酸代谢途径包括糖酵解途径(EMP)、磷酸己糖途径(HMP)、三羧酸循环(TCA循环)、乙醛酸循环、伍德-沃克曼反应(CO2固定反应)等。2一、谷氨酸的代谢途径谷氨酸代谢途径包括糖酵解途径(EMP)3031谷基酸代谢概况食物蛋白质谷氨酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中间产物脂肪及其代谢中间产物TCA鸟氨酸循环NH4+NH4+NH3CO2H2O体蛋白尿素尿酸激素卟啉尼克酰氨衍生物肌酸胺嘧啶嘌呤生物固氮硝酸还原（次生物质代谢）CO2胺3谷基酸代谢概况食物蛋白质谷氨酸特殊途径-酮酸糖及其代谢中3132谷氨酸经代谢可以生成的物质谷氨酸→谷氨酰胺（谷氨酰胺合成酶）谷氨酸→-酮戊二酸（转氨酶）谷氨酸→-酮戊二酸+NH3（L-谷氨酸脱氢酶）→参与尿素合成谷氨酸→-氨基丁酸（L-谷氨酸脱羧酶）谷氨酸→合成蛋白质谷氨酸→经糖异生途径生成葡萄糖或糖原4谷氨酸经代谢可以生成的物质谷氨酸→谷氨酰胺（谷氨酰胺合成酶32331.EMP途径GluG-6-PF-6-PF-1,6-2PATPADPATPADP1,3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸丙酮酸磷酸二羟丙酮3-磷酸甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸51.EMP途径GluG-6-PF-6-PF-1,6-3334（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用存在于肝、脑、肾等组织中GTP、ATP为其抑制剂GDP、ADP为其激活剂L-谷氨酸脱氢酶(不需氧脱氢酶）受能荷调节反应：L-谷氨酸NH3α-酮戊二酸NAD(P)+NAD(P)H+H+H2O意义：此反应使氨基酸氧化供能的速率受ATP/ADP、

GTP/GDP的反馈调节6（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用存在于肝、脑、肾等组织中L-3435

三.谷氨酰胺的运氨作用

反应过程谷氨酸+NH3谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶ATPADP+Pi谷氨酰胺酶在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。氨中毒患者可以服用或输入谷氨酸盐以解毒7三.谷氨酰胺的运氨作用反应过程谷氨酸+3536四、谷氨酸的脱羧基作用

L-谷氨酸GABACO2L-谷氨酸脱羧酶L-谷氨酸脱羧酶在脑、肾中活性高，所以脑中GABA含量高，是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。抗颠痫8四、谷氨酸的脱羧基作用L-谷氨酸GABACO2L-谷3637二、调节模式①可通过诱变选育L-谷氨酸的结构类似物抗性突变株和营养缺陷型的回复突变株，以解除自身的反馈抑制和反馈阻遏，增大L-谷氨酸积累量。可以选育酮基丙二酸抗性突变株、谷氨酸氧肟酸盐抗突变株、谷氨酰胺抗性突变株等。②增加L-谷氨酸的前体物的合成量，可通过如选育抗氟乙酸、氟化钠、氮丝氨酸、氟柠檬酸等突变株，以及强化CO2固定反应突变株（选育以琥珀酸或苹果酸为唯一碳源，生长良好的菌株、选育氟丙酮酸敏感性突变株及选育丙酮酸缺陷、天冬氨酸缺陷突变株）使谷氨酸大量积累。9二、调节模式3738③选育强化能量代谢的突变株。谷氨酸高产菌的2个显著特点是：α-酮戊二酸继续向下氧化的能力缺陷和乙醛酸循环弱，使能量代谢受阻；TCA循环前一阶段的代谢减慢。强化能量代谢，可补救上述两点不足，使TCA循环前一段代谢加强，谷氨酸合成的速度加快。④通过选育不能以L-谷氨酸为唯一碳源生长的突变株，由于该突变株切断或减弱L-谷氨酸向下一步的代谢途径，从而L-谷氨酸能得到持续的积累。另外需要注意：1菌种能高产谷氨酸，首先要使菌种具备在高糖、高酸的培养基中仍能正常生长、代谢的能力，即在高渗透压的培养基中菌体的生长和谷氨酸的合成不受影响或影响很小。2.选育细胞膜渗透性好的突变株。3.选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株。10③选育强化能量代谢的突变株。谷氨酸高产菌的2个显著特点是3839三、高产菌株代谢调控调控机制：①谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后，谷氨酸的生物合成受其自身的反馈抑制和反阻遏，代谢转向合成天冬氨酸。②磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是催化CO2固定的关键酶，受谷氨酸的反馈抑制。③柠檬酸合成酶是三羧酸循环的关键酶，除受能荷调节外，还受谷氨酸的反馈阻遏。11三、高产菌株代谢调控调控机制：3940④谷氨酸脱氢酶受谷氨酸的反馈抑制和阻遏。⑤生物素的影响：在谷氨酸生产过程中，生物素的主要作用是作为乙酰辅酶A的辅酶影响磷脂的合成，进而影响谷氨酸产生菌细胞膜的通透性，同时也影响菌体的代谢途径。12④谷氨酸脱氢酶受谷氨酸的反馈抑制和阻遏。4041四、发酵条件控制环境条件的控制对谷氨酸发酵的产酸率、糖酸转化率等的高低是非常重要的。采用计算机控制流加糖，减少糖浓度波动，提高转化率。目前借助电子计算机控制的参数有：温度、压力、空气流量、pH、溶解氧、消泡、补料、排气中O2、排气中CO2、溶解氧系数、搅拌转速等。13四、发酵条件控制环境条件的控制对谷氨酸发酵的产酸率、41421.碳源目前所发现的谷氨酸产生菌均不能直接利用淀粉，只有利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等单糖或双糖，国内绝大多数味精厂采用的碳源为淀粉水解糖。在一定的范围内，谷氨酸产量随葡萄糖浓度的增加而增加，但若葡萄糖浓度过高，由于渗透压过大，则对菌体的生长很不利，谷氨酸对糖的转化率降低。目前国内普遍采用低浓度初糖的流加糖发酵工艺。初糖8～12%，流加糖后总糖20%左右，产酸率可达11%以上，糖酸转化率达55%以上。141.碳源目前所发现的谷氨酸产生菌均不能直接利用淀粉，只有42432、氮源氮源有无机氮和有机氮之分。菌体利用无机氮源比较迅速，而利用有机氮较缓慢。铵盐、尿素和液氨等比硝基氮优越。一般要根据菌种和发酵特点合理地选择氮源。采用不同的氮源其添加方法不同，如液氨、尿素等可采取流加方法。碳氮比一般控制在100：15-30。152、氮源氮源有无机氮和有机氮之分。菌体利用无机氮源比较迅43443、无机盐一般微生物所需要的无机盐为磷酸盐、硫酸盐、氯化物和含钾、钠、镁和铁的化合物。还需要一些微量元素，如锰、铜、锌、钴、钼、碘和溴等。微生物对无机盐的需要量很少，但对菌体的生长和代谢产物的产生影响很大。163、无机盐一般微生物所需要的无机盐为磷酸盐、硫酸盐、氯化4445

①磷酸盐磷酸盐对谷氨酸发酵影响很大。当磷酸盐偏高时，菌体代谢转向合成缬氨酸；但如磷酸盐过低，菌体生长也不好，造成延长发酵时间，影响谷氨酸的合成。17①磷酸盐磷酸盐对谷氨酸发酵影响很大。4546②钾盐钾对谷氨酸发酵影响明显，钾盐少长菌体；钾盐足够时产谷氨酸。当培养基中配用1.0g/LK2HPO4·3H2O时，其钾浓度约为0.38g/L。如果采用Na2HPO4·12H2O时，应配用0.3~0.6g/LKCl，此时钾浓度为0.35~0.70g/L。18②钾盐钾对谷氨酸发酵影响明显，钾盐少长菌体；钾盐足够时产4647③生物素在谷氨酸发酵中，生物素的作用主要影响谷氨酸产生菌细胞膜的合成，从而影响谷氨酸通透性，同时也影响菌体的代谢途径，即代谢产物的生成。生物素浓度对菌体生长和谷氨酸积累都有影响。谷氨酸产生菌大量合成谷氨酸所需要的生物素浓度比菌体生长所需的生物素浓度要低得多，即为菌体生长所需的“亚适量”。谷氨酸发酵最适生物素浓度随菌种不同、碳源种类和碳源浓度以及供氧条件不同而不同，一般为5μg/L左右。19③生物素在谷氨酸发酵中，生物素的作用主要影响谷氨酸产生菌47484、温度在整个流加发酵中，并非一定要控制恒温培养，因为菌体最适生长温度不一定是菌体积累代谢终产物的最佳温度。谷氨酸菌体最适生长温度为30-32℃；谷氨酸最适合成温度为34-37℃；发酵初期温度提高可以缩短细胞生长时间，减少发酵总时间；发酵中、后期的菌体活力较强，适当提高发酵温度有利于细胞膜渗透性和产酸，故温度应控制稍高一些。204、温度在整个流加发酵中，并非一定要控制恒温培养，因为菌48495、PH在谷氨酸发酵过程中，随着谷氨酸的不断生成，发酵液的pH值不断的减小，对谷氨酸菌产生抑制，为了维持发酵的最佳条件，采用流加尿素和液氨（现在大多采用的是液氨）的方法。发酵法在微生物发酵阶段，主要是获得谷氨酸，在氨过量存在的情况下以谷氨酸铵的形式存在，所以从发酵罐出来的是谷氨酸铵，而不是我们所希望的谷氨酸。215、PH在谷氨酸发酵过程中，随着谷氨酸的不断生成，发酵液49507、溶氧谷氨酸发酵是典型好氧发酵，溶解氧对谷氨酸产生菌种子培养影响很大。溶解氧过低，菌体呼吸受到抑制，从而抑制生长，引起乳酸等副产物的积累；但是并