糖代谢与调节

发酵代谢控制Chapter4糖代谢与控制第一节糖代谢与调节

丙酮酸葡萄糖“糖酵解”不需氧“磷酸戊糖途径”需氧有氧情况缺氧情况好氧生物厌氧生物“三羧酸循环”“乙醛酸循环”CO2+H2O“乳酸发酵”乳酸“乳酸发酵”、“乙醇发酵”乳酸或乙醇CO2+H2O一、概述

EMP途径

微生物发酵葡萄糖最为重要，有机物只是部分被氧化，如葡萄糖到丙酮酸，称为糖酵解。柠檬酸草酰乙酸乙酰CoACoAH2O柠檬酸合成酶顺乌头酸琥珀酰CoA异柠檬酸H2OH2O异柠檬酸脱氢酶NAD+NADH+H+CO2α-酮戊二酸脱氢酶复合体柠檬酸合成酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶复合体延胡索酸苹果酸FADFADH2H2O草酰琥珀酸CO2NAD+NADH+H+三羧酸循环琥珀酸GDPGTPATPNADH+H+NAD+α-酮戊二酸CO2CO2HHHHH2HHNAD+NAD+NAD+FADATP磷酸戊糖途径：又称HMP途径(己糖磷酸支路）

是糖类的第二条重要代谢途径，即葡萄糖分解的另外一种机制（不经EMP和TCA)。这种途径存在于细胞溶胶中，广泛存在于动植物细胞内。它由一个循环式的反应体系构成，分为2个阶段：氧化阶段:由6－磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧生成磷酸戊糖非氧化阶段:磷酸戊糖分子再经重排最终又生成6－磷酸葡萄糖。总反应式为：6×6-磷酸葡萄糖+12NADP++7H2O5×6-磷酸葡萄糖+6CO2+12NADPH+12H++6Pi磷酸戊糖途径第一阶段第二阶段5-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤藓糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖

C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脱氢酶

3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶3CO2转至17页转至25页CO2的固定反应

（1）（2）（3）丙酮酸苹果酸草酰乙酸电子传递系统与氧化磷酸化1.生物氧化：在生物体内生物酶的催化作用下，凡是能通过氧化作用释放能量的反应都称为生物氧化作用。过程：脱氢、递氢、受氢2、呼吸链：从代谢物脱下的氢，经过一系列传递体，最终传给分子氧生成水的全部体系称为呼吸链。又称为电子传递体系。根据代谢物脱下的氢的最初受体不同，分为NADH呼吸链和FADH2呼吸链。3、氧化磷酸化：以代谢物进行生物氧化所产生的能量合成高能化合物（如ATP）的过程称为氧化磷酸化。4、P/O比值：表示氧的消耗与ATP生成的个数间的关系，即每消耗1摩尔氧所消耗无机磷的摩尔数，它表明每消耗1摩尔的氧所能生成的ATP分子个数的多少。NADH呼吸链P/O=3，FADH2呼吸链P/O=2。二、糖代谢的调节－能荷的调节

1、能荷的概念（energycharge）

能荷是一个表示细胞能量状态的参数。是细胞中所含腺苷酸中含有相当于ATP的数量百分比，其表示式为：能荷=（[ATP]+0.5[ADP]）/（[ATP]+[ADP]+[AMP]）×100%当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为1；当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为0.5；当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为0当细胞或线粒体中三种核苷酸同时并存时，能荷大小随三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化。图4－1能量生成代谢体系的调节2、能荷的调节

当能荷降低时：则激活催化糖分解酶系，或解除ATP对这些酶的抑制（如糖原磷酸化酶、果糖磷酸激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶等）并抑制糖类合成酶(糖原合成酶，1、6磷酸果糖酯酶)，从而加速糖分解和TCA的产能代谢。

当能荷升高时：细胞中AMP，ADP转变为ATP，这时ATP则抑制糖原降解以及糖酵解和TCA循环中的关键酶，并激活糖类合成酶，从而抑制糖的分解，加速糖原的合成。第二节D-核糖发酵

（一）D-核糖发酵机制

（二）D-核糖发酵的代谢控制育种

1、出发菌株选择

芽孢杆菌属的细菌转酮酶缺陷突变株积累D-核糖具有普遍性。多采用芽孢杆菌属细菌作为出发菌株。2、转酮酶缺陷突变株的分离（选育）

（1）选育不利用D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖的突变株，因为D-葡萄糖酸和L-阿拉伯糖必须通过磷酸戌糖途径进行代谢，若转酮酶发生缺陷，那样菌体自然也就不能利用D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖。（2）选育莽草酸缺陷突变株（3）选育L-色氨酸-、L-酪氨酸-、L-phe-、CoQ-、Vk-或叶酸缺陷突变、4-磷酸赤藓糖合成受阻、转酮酶-、转醛酶-。3、其它标记

在维持转酮酶缺陷的情况下，进一步诱变使菌体带上具有高葡萄糖脱氢酶活性和丧失孢子形成能力，可使D-核糖大量积累。4、利用基因工程

小林等人将葡萄糖脱氢酶基因克隆到载体质粒PHY300PLK中，然后转化到枯草芽孢杆菌中去。构建扩增葡萄糖脱氢酶的D-核糖工程菌，35℃发酵80h可积累49g/LD-核糖。

5、发酵控制

发酵培养基：碳源：葡萄糖、D-甘露糖、山梨醇、D-甘露醇、麦芽糖、乳糖、甘油、糊精、可溶性淀粉等。氮源：干酵母、酵母膏、牛肉膏、蛋白胨、玉米浆、（NH4）2SO4、CaCO3。

要在好气条件下，pH中性，温度37℃。

第三节柠檬酸发酵一