好氧发酵机制课件

第四章好氧发酵机制2-羟基-丙烷三羧酸CH2CH2COOHCCOOHCOOHHO

有机酸发酵机制

氨基酸发酵机制

核苷酸发酵机制

抗生素发酵机制

柠檬酸发酵机制

衣康酸发酵机制

葡萄糖酸发酵机制柠檬酸发酵需要满足的环境条件选择能快速分解代谢的碳源，其浓度要高于50g/L磷酸盐浓度为亚适量用生理酸性无机氮源pH﹤3过量通气，以保持高溶解氧量Mn2+、Fe2+、Zn2+含量要很低，特别是Mn2+的含量磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶A柠檬酸顺乌头酸衣康酸异柠檬酸草酰琥珀酸α－酮戊二酸谷氨酸琥珀酰辅酶A琥珀酸延胡索酸葡萄糖苹果酸草酰乙酸乙醛酸乙酰辅酶A123316451567891012111413TCA循环与乙醛酸循环柠檬酸脱氢酶ATP降低限速反应异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶延胡索酸酶ATP抑制抑制AMP激活激活关键酶α-酮戊二酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶A柠檬酸顺乌头酸衣康酸异柠檬酸草酰琥珀酸α－酮戊二酸谷氨酸琥珀酰辅酶A琥珀酸延胡索酸葡萄糖苹果酸草酰乙酸乙醛酸乙酰辅酶A123316451567891012111413TCA循环与乙醛酸循环反馈抑制苹果酸脱氢酶CO2参与嘌呤和嘧啶的合成脂肪酸天冬氨酸参与蛋白质合成参与蛋白质合成丙酮酸脱氢酶柠檬酸积累的代谢调节

糖酵解及丙酮酸代谢的调节黑曲霉在缺锰的培养基中培养时，可提高

NH4+浓度，高浓度NH4+可有效解除ATP和柠檬酸对磷酸果糖激酶的抑制。

三羧酸循环的调节及时补加草酰乙酸葡萄糖葡萄糖-6-磷酸ATPADP⑴果糖-6-磷酸ATPADPMg2+⑵果糖-1，6-二磷酸⑶甘油醛-3-磷酸二羟丙酮磷酸⑷⑸2Pi⑹1，3-二磷酸甘油酸2ADP2ATP⑺3-磷酸甘油酸⑻2-磷酸甘油酸2H2OMg2+⑼磷酸烯醇式丙酮酸2ATP2ADP⑽烯醇式丙酮酸丙酮酸乳酸⑾2CO2乙醛+2H+⑿⒀2NAD+2(NADH+H+)+2H+乙醇⒁糖酵解和酒精发酵的全过程磷酸果糖激酶AMP无机磷NH4+活化抑制解除柠檬酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶A柠檬酸顺乌头酸衣康酸异柠檬酸草酰琥珀酸α－酮戊二酸谷氨酸琥珀酰辅酶A琥珀酸延胡索酸葡萄糖苹果酸草酰乙酸乙醛酸乙酰辅酶A123316451567891012111413TCA循环与乙醛酸循环CO2乌头酸脱羧酶衣康酸发酵机制Itaconicacid又称甲叉丁二酸，亚甲基琥珀酸产品为白色粉状结晶或无色结晶H2CCCOOHCH2COOH衣康酸与苯乙烯及丁二烯共聚可制成S.B.R乳胶，可用于纸张涂膜，使纸张强韧及印刷图案鲜艳；用于金属、混凝土涂料，易于着色且不受自然条件影响；用于油漆添加剂可提高油漆品质；用于地毯上浆可使合成纤维地毯经久耐用。

衣康酸与丙烯酸或甲基丙烯酸或其酯类聚合制成树脂，可用于表面涂层及乳化漆。作为皮革涂层可增加皮革的可塑性；用作汽车、电器、冷库涂料具有粘着力强、色泽美观且抗恶劣气候等优点；用作电泳涂料具有优良的附着力；加入多价金属氧化物可制成挤压性能好、粘结力强、生理适应性好的牙科粘合剂；添加氯烷基二甲基苄基氯化铵可制成水溶性涂料，用于食品包装材料，可减少包装物表面细菌污染。衣康酸制成酯类可用于油漆、弱酸性离子交换树脂、润滑油添加剂、粘结剂和增塑剂、粉压塑料以及密封胶。衣康酸用于其它衍生物可用作医药、化妆品试剂、润滑剂、增稠剂、除草剂以及改善丝毛织物性能。衣康酸是生产柠康酸、中康酸、衣康酸酐等的原料。Bentley学说Shimi学说1.5葡萄糖EMP3乙醇乙酸琥珀酸衣康酸第二节氨基酸发酵机制氨基酸发酵的代谢控制控制发酵的环境条件氨基酸发酵受菌种的生理特征和环境条件的影响。控制细胞渗透性通过改变细胞渗透性，实现谷氨酸的积累。控制旁路代谢D-苏氨酸L-苏氨酸α-酮基丁酸L-异亮氨酸L-苏氨酸脱氢酶反馈抑制D-苏氨酸脱氢酶

降低反馈作用物的浓度谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸-γ-半醛N-乙酰鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸精胺琥珀酸精氨酸负反馈控制N-乙酰谷氨酸激酶Arg-Cit

-鸟氨酸瓜氨酸精氨酸发酵机制谷氨酸产生菌因环境条件变化而引起的发酵转换环境因子发酵产物转换溶解氧谷氨酸乳酸和琥珀酸α－酮戊二酸（通气不足）（适中）（通风过量，转速过快）NH4+α－酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺（适量）（缺乏）（过量）pH值谷氨酰胺，N-乙酰谷酰胺谷氨酸（pH值5～8，NH4+过多）（中性或微碱性）磷酸缬氨酸谷氨酸（高浓度磷酸盐）（磷酸盐适中）生物素乳酸或琥珀酸谷氨酸（过量）（限量）影响谷氨酸产生菌细胞膜通透性的物质生物素油酸表面活性剂其作用是引起细胞膜的脂肪成分的改变，尤其是改变油酸的含量，从而改变细胞膜通透性一二：青霉素：抑制细胞壁的合成O=CHNNHHCCHH2CCSH（CH2）4CNHBCCP赖氨酸残基生物素羧基载体蛋白（biotincarboxylcarrierproteinBCCP）生物素O=HOH+H2OATPADPCO2生物素羧化酶-酶O=CNNHHCCHH2CCSH（CH2）4CO=NHO=C-OBCCP-羧基生物素BCCP-羧基生物素在转羧酶作用下，形成丙二酰CoA丙二酰CoA与乙酰CoA缩合并脱羧，生成丁酰CoA，如此反复进行合成高级脂肪酸，再合成磷脂生物素不足时，就抑制了不饱和脂肪酸的生成，从而影响了磷脂的生成，导致磷脂含量不足，使细胞膜结构不完全，从而提高细胞膜的通透性表面活性剂对不饱和脂肪酸的生物合成有拮抗作用，从而抑制不饱和脂肪酸的生物合成，导致形成磷脂含量不足的不完全细胞膜，从而解除了细胞膜对谷氨酸渗透的屏障，使谷氨酸易于排出胞外。CH2OHOCH2OHOOOCH3-CH-C=ONHCCH3HC=ONHCH-OOC（CH2）2C=OC=ONHC(CH2)4HOHNHC=OCH3NHC=OCH3L-AlaD-GluNH3+NHCCH3HC=OL-LysD-Ala（Gly）5NAMNAG肽聚糖结构NHNAGNAMNAGNAML-alaD-gluD-alaL-alaD-gluD-alagly5gly5NAGNAMNAGNAML-alaD-gluDAPAD-alaL-alaD-gluDAPAD-alagly5gly5NAGNAMNAGNAML-alaD-gluDAPAD-alaL-alaD-gluDAPAD-alaNAGNAMNAGNAML-alaD-gluDAPAD-alaL-alaD-gluDAPAD-alagly5gly5细胞壁的粘多肽结构D-alaD-alaD-alaD-alaD-alaD-alaD-alaD-alaD-alaD-alaD-alaD-ala谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸半缩醛N-乙酰鸟氨酸鸟氨酸瓜氨酸精氨酸反馈抑制天冬氨酸天冬氨酰胺磷酸天冬氨酸半缩醛高丝氨酸苏氨酸赖氨酸天冬氨酸激酶协同反馈抑制N-乙酰谷氨酸激酶第三节核苷酸发酵机制

嘌呤核苷酸的生物合成途径

嘌呤核苷酸的代谢调节嘌呤核苷酸的生物合成途径全合成途径补救途径

嘌呤核苷酸的代谢调节HCO3-CNCCCNNNC嘌呤环合成的原料来源123456789天冬氨酸甘氨酸谷氨酰胺一碳单位一碳单位嘌呤核苷酸的全合成途径5´-磷酸核糖的活化IMP的合成由IMP生成AMP和GMP葡萄糖5-磷酸核糖ATPADPMg2+，HPO42-PRPP合成酶磷酸核糖焦磷酸（PRPP）谷氨酰胺+H2O谷氨酸+HP2O73-5-磷酸核糖酸（PRA）Mg2+GAR合成酶甘氨酸ATPADP+Pi甘氨酰胺核苷酸（GAR）N10-甲酰THFAH2OTHFA甲酰甘氨酰胺核苷酸（FGAR）磷酸核糖甘氨酰胺转甲酰酶GlnH2OGLUADPATP+Pi甲酰甘氨咪核苷酸（FGAM）Mg2+K+ATPADP+Pi5-氨基咪唑核苷酸（AIR）CO2AIR羧化酶5-氨基-4-甲酸咪唑核苷酸（CAIR）5-氨基-4-（N-琥珀基）甲酰胺核苷酸（CAIR)ASPATPADP+PiMg2+SAICAR合成酶延胡索酸腺苷酸琥珀酸裂解酶5-氨基-4-氨甲酰咪唑核苷酸（AICAR）5-甲酰胺基咪唑-4-氨甲酰核苷酸（FAICAR）N10-甲酰THFAH2OIMP环化脱水酶次黄嘌呤核苷酸(IMP)THFAPRPP转酰胺酶GMP、IMPAMP、GDP、ADP由IMP生成AMP和GMP5′-IMPSAMP合成酶SAMPAMPIMP脱氢酶XMPSAMP裂解酶XMP氨化酶GMPAMP合成酶GMP合成酶IMP腺苷琥珀酸（SAMP）SAMP裂解酶延胡索酸AMPSAMP合成酶GDP+PiGTP+天冬氨酸黄嘌呤核苷-磷酸（XMP）NAD+NADH鸟嘌呤核苷酸（GMP）GMP还原酶XMP氨化酶谷氨酰胺谷氨酸+AMP+PPi+ATP+H2OAMP脱氨酶IMP脱氢酶ADPATPGDPGTPPRPP谷氨酰胺PRAAICAR谷氨酸PRATP咪唑甘油磷酸组氨酸IMP生物合成中的代谢调节控制嘌呤核苷酸的代谢调节抗生素发酵机制抗生素的定义及特性抗生素是生物在其生产活动过程中产生的，并能在低浓度下有选择性地抑制或杀灭其他微生物或肿瘤细胞的有机物质。抗生素的分类根据生物来源放线菌产生的抗生素真菌产生的抗生素细菌产生的抗生素动物或植物产生的抗生素抗生素的作用机制抑制细胞壁的合成抑制细胞膜的合成干扰蛋白质的合成抑制核酸的合成抑制生物能作用

次级代谢产物及特征

生物合成抗生素与初级代谢的关系

抗生素生产菌的主要代谢调节机制

抗生素的生产次级代谢产物及特征初级代谢产物：是指微生物产生的、生长和繁殖所必需的物质。次级代谢产物：是指由微生物产生的，与微生物生长和繁殖无关的一类物质次级代谢产物的特征：①次级代谢产物是由微生物产生的，不参与微生物的生长和繁殖。②次级代谢产物的生物合成与初级代谢产物合成无关的遗传物质有关。③次级代谢产物发酵经历两个阶段，即营养增殖期（trophophase）和生产期（idiophase）。④一般都产生结构上相类似的多种副组分。生产能力受微量金属离子和磷酸盐等无机离子的影响。⑤次级代谢酶的底物特异性在某种程度上是比较广泛的。⑥培养温度过高或菌移植次数过多，会使抗生素的生产能力下降。⑦次级代谢中与一个酶相对应的底物和产物也可以成为其他酶的底物。⑧在多数情况下，增加前体是有效的。生物合成抗生素与初级代谢的关系从菌体生化代谢方面分析次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生出来的从遗传代谢方面分析次级代谢产物除与初级代谢产物一样受核内DNA的调剂控制外，还受到与初级代产物合成无关的遗传物质的控制。葡萄糖丙糖丙酮酸乙酸草酰乙酸柠檬酸α-酮戊二酸谷氨酸次级代谢产物天冬氨酸次级代谢产物CO2CO2甲羟戊酸焦磷酸异戊酯萜甾体甾体丙二酸丙氨酸聚酮体脂肪酸次级代谢产物缬氨酸丝氨酸甘氨酸次级代谢产物氨基糖苷类抗生素糖苷部分戊糖莽草酸丁糖芳基次级代谢产物芳基氨基酸次级代谢产物核苷类抗生素CO2CO2生物甲基化次级代谢产物C1CO2CO2核苷抗生素生产菌的主要代谢调节机制受DNA控制的酶合成调节机制酶的诱导酶的阻遏终点产物的阻遏分解产物的阻遏酶活性的调节机制终产物的抑制或活化利用辅酶的酶活调节酶原的活化和潜酶的活化细胞通透性的调节诱导调节反馈调节碳、氮及其代谢产物的调节碳分解代谢产物调节:是指能迅速被利用的碳源或其分解代谢产物，对其他代谢中的酶的调节反馈阻遏：作用于基因水平反馈抑制：作用于分子水平氮代谢的调节：是指迅速被利用的氮源抑制作用于含底物酶的合成磷酸盐的调节细胞膜透性的调节营养期和分化期的关系直接作用：磷酸盐自身影响抗生素合成间接作用：磷酸盐调节细胞内其他效应剂，进而影响抗生素的合成磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰辅酶A柠檬酸顺乌头酸衣康酸异柠檬酸草酰琥珀酸α－酮戊二酸谷氨酸琥珀酰辅酶A琥珀酸延胡索酸葡萄糖苹果酸草酰乙酸乙醛酸乙酰辅酶A123316451567891012111413TCA循环与乙醛酸循环CO2柠檬酸合成酶能量葡萄糖酸发酵机制真菌葡萄糖酸发酵细菌葡萄糖酸发酵黑曲霉（ASP.niger）和青霉（penicillium）均可以发酵葡萄糖为葡萄糖酸葡萄糖（环式）葡萄糖氧化酶葡萄糖酸-δ-内酯+H2O2自发水解葡萄糖酸主要细菌有葡萄糖酸杆菌，另外还有数种假单胞菌（Pseudoncones)、芽生菌（Pulluaria)、微球菌（Micrococcus）葡萄糖（醛式）葡萄糖氧化酶葡萄糖酸葡萄糖（环式）自发葡萄糖（醛式）葡萄糖氧化酶葡萄糖酸糖及营养物配料灭菌种子罐发酵罐消泡剂过滤器空气过滤器贮槽蒸发罐结晶罐离心母液水和活性炭脱色罐结晶罐离心干燥99%以上或97%的粗衣康酸蒸发结晶离心二次结晶粗结晶过滤器一些常用发酵法生产的有机酸的来源和用途有机酸名称来源用途柠檬酸黑曲霉、酵母等食品工业和化学工业的酸味剂、增稠剂、缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、螯合剂等药物、纤维媒染剂、助染剂等乳酸德氏乳杆菌、赖氏乳杆菌、米根霉等食品工业的酸味剂、防腐剂、还原剂、制革辅料等。醋酸奇异醋杆菌、过氧