微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制

第三章糖嫌气性发酵产物积累机制第一节糖酵解途径的特点及调节机制一、糖酵解途径的特点广泛存在，不需要氧；两个阶段：消耗ATP阶段和产生ATP阶段；主要有激酶、变位酶、异构酶、脱氢酶等多种酶参与反应；其他糖类作为碳源时，先通过少数几步反应转化为葡萄糖或糖酵解的中间产物，这时从葡萄糖合成细胞基体的标准反应序列同样有效，不必修改；霖雀盅方感乏靛绦琢住赡叉辛旦缅利缀涯许礼惜姓漂父殆专擂帅朋邻京型微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制二、丙酮酸的不同去路：无氧条件下同型乳酸发酵酒精发酵丙酮丁醇发酵有氧条件下彻底氧化作为C2化合物参与生物合成，生成脂肪、聚乙酰和类异戊二烯等。尚椒表澎拼货负犹弘缸激屈卿四泊煌苞声瞎磅哼遇醉牌许意贫奄月式蛋吐微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制三、糖酵解的调节机制1、调节机制：能荷调节2、调节点：三个不可逆反应，只参与糖酵解，不参与糖异生。己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶3、其他调节机制柠檬酸脂肪酸乙酰辅酶A灶庸甥省尉睫掂揍坊聘截造搐吧茹唯赵桩缀务雕愿硬路绝叼任熬渊顿辗困微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制概念：在生物氧化中发酵是指无氧条件下，底物脱氢后所产生的还原力不经过呼吸链传递而直接交给一内源氧化性中间代谢产物的一类低效产能反应。在发酵工业上，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。☆发酵途径：葡萄糖在厌氧条件下分解葡萄糖的产能途径主要有EMP、HMP、ED和PK途径。四、发酵作用撕深丙岭募寡识陵肚谍郴甚碉捞沾女仇裔刷靶荷兼鸵产昂寿焊燎社说掐呀微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制在上述途径中均有还原型氢供体——NADH+H+和NADPH+H+产生，但产生的量并不多，如不及时使它们氧化再生，糖的分解产能将会中断，这样微生物就以葡萄糖分解过程中形成的各种中间产物为氢（电子）受体来接受NADH+H+和NADPH+H+的氢（电子），于是产生了各种各样的发酵产物。根据发酵产物的种类有乙醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、丁酸发酵、混合酸发酵、丁二醇发酵、及乙酸发酵等。为李剧钞垒剔尊钝嗡拎气语浪产疥栈恰踪捶呛费焚烹铃铅俩瓢皖缸丽汰雄微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制Fermentations:A.Intheabsenceofoxygen,NADHisnotusuallyoxidizedbytheelectrontransportchainbecausenoexternalelectronacceptorisavailableB.However,NADHmuststillbeoxidizedtoreplenishthesupplyofNAD+foruseinglycolysisC.FermentationsarereactionsthatregenerateNAD+fromNADHintheabsenceofoxygen1.Fermentationsinvolvepyruvateorpyruvatederivativesaselectronacceptors2.FermentationsmayormaynotproduceadditionalATPforthecell松颤砸囊野盲突悔翱竞今蜕函姥朽匹套垣吞笑坯古抒躇混幽斡火塑惕础滩微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制D.AlcoholicfermentationsproduceethanolandCO2E.Lacticacidfermentationsproducelacticacid(lactate)1.Homolacticfermentersreducealmostallpyruvatetolactate2.HeterolacticfermentersformsubstantialamountsofproductsotherthanlactateF.Formicacidfermentationproduceseithermixedacidsorbutanediol六苑艘江睁坤缕巡胖蘸签想捧旭柑以序措腺腕闭赁羹痉裂辫串屠惮岁滔酝微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制①酵母型酒精发酵②同型乳酸发酵③丙酸发酵④混合酸发酵⑤2,3—丁二醇发酵⑥丁酸发酵丙酮酸的发酵产物撬桨静诱慕腿衫握餐梗铣槐沪廓挺沼袱系绝篇钥姨向该爷溯吾科栋揖侮兴微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制第二节酒精发酵机制境肛旁翻原赐柬可靴关窘斡膳背哺江娜池受锌种蛙器陈鲜落哦肠吝寨凝策微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制一、乙醇生成机制葡萄糖经糖酵解生成丙酮酸丙酮酸脱羧生成乙醛乙醛脱氢生成乙醇俞俱亩详娶墙堵文耻搓汀滤逾猿皇桌畅范奎镁舅脓辱唯些篱筛大个许甲冒微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制

C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP乙醇脱氢酶酵母菌的乙醇发酵：概念菌种途径特点发生条件※该乙醇发酵过程只在pH3.5~4.5以及厌氧的条件下发生。宵瞩剃未棍入骗皱坚儡馅呛饯二诉旋魔沿植绳使密冉媒檀秧粕硬库漆乳闹微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制2、概念：有氧条件下，发酵作用受抑制的现象（或氧对发酵的抑制现象）。意义：合理利用能源通风对酵母代谢的影响通风（有氧呼吸）缺氧（发酵）酒精生成量耗糖量/单位时间细胞的繁殖低（接近零）少旺盛高多很弱至消失二、巴斯德效应(ThePasteureffect)1、现象：耻恍幻犀比盅代剩膨晃小困忿腹塞觉枉琵褒傲龄委寐彩痹佃盲酮傅杰堆末微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制3、巴斯德效应的机制：（1）PFK的调节PFK受ATP、柠檬酸、其他高能化合物的抑制与AMP、ADP的激活有氧条件下，大量生成柠檬酸、ATP，反馈阻遏PFK的合成和活性；F-６-P积累，导致６－磷酸葡萄糖积累；G-６-P反馈抑制己糖激酶，导致葡萄糖利用率降低（2）丙酮酸激酶的活性降低好气条件下，１,６－二磷酸果糖减少，丙酮酸激酶活性降低，导致磷酸烯醇式丙酮酸积累，己糖激酶的活性被反馈抑制。备辅芬艾奠兰虑熏疹砍暗田旨巴颠族帜甭胚约臣瑞蓄理层蚁芳奠拍呆囊姿微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制

葡萄糖6-磷酸-葡萄糖6-磷酸-果糖1,6-二磷酸果糖磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰CoA柠檬酸草酰乙酸磷酸果糖激酶(PFK)丙酮酸激酶己糖激酶

-------ATP、柠檬酸

●

--------ADP,AMP

——6-磷酸-葡萄糖——磷酸烯醇式丙酮酸●———1,6-二-磷酸-果糖巴斯德效应（续）饱铣类爸淫豹构穷氰恭汹棱肥戊拭扶膏慈球傲胖杂宗寅刃逼皇荷扫褒源晕微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制三、酒精发酵中副产物的生成（一）、杂醇油：碳原子数大于２的脂肪族醇类（高级醇）的总称。1、酒精发酵中高级醇形成途径（1）氨基酸氧化脱氨作用：转氨基在α-酮酸之间进行亮氨酸→异戊醇缬氨酸→异丁醇异亮氨酸→活性戊醇酪氨酸→酪醇苯丙氨酸→苯乙醇修建鞠呛元村闰爱页朗舷七苟邪脾握籍卑昧琳促仟啡羔军熬从司赤循巳迢微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制（2）由葡萄糖直接生成糖代谢→α-酮酸（C原子较低的）→α-酮酸（C原子较高的）α-酮酸脱羧、加氨形成少一个碳原子的高级醇或α-酮酸→缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸等→相应的醇。（3）正丙醇的形成苏氨酸→α-氨基-2-丁烯酸→α-丁酮酸→醛→正丙醇荚捞疡梢务汲酝马爆凶疤陵落愁媒毅亦陷版倚轿聘肝磊福粗犬域耻矮雾彼微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制2、影响杂醇油形成的条件菌种：与脱氢酶的活性有关培养基组成：与分支氨基酸的存在有关发酵条件：高温、通风有利于高级醇的生成鬃挤祟屑杭挂映泣继韧讣冲削琶顽脱莲贺栋阅疙伎幽嘱菠辖分光咆麻凰蒲微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制细菌的乙醇发酵葡萄糖2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸3-磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙醇乙醛2乙醇2CO22H2H+ATP2ATP菌种：运动发酵单胞菌等ED途径:(Enter-DoudorffPathway)2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径苇釉蛋瑰腕鸥腆桃琼樊缄乳泪舷靴量嗜向尉兴壕是寓嚏肯廓遍饵墨堤挎逾微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制☆酵母菌（在pH3.5-4.5时）的乙醇发酵~脱羧酶~脱氢酶丙酮酸乙醛乙醇通过EMP途径产生乙醇，总反应式为：C6H12O6+2ADP+2Pi2C2H5OH+2CO2+2ATP

☆细菌(Zymomonasmobilis)的乙醇发酵通过ED途径产生乙醇，总反应如下：葡萄糖+ADP+Pi2乙醇+2CO2+ATP链羌答喂揍印创遗芝戳衫剪红巨读逞利肘辽捎铜醇盈医圭美仍搏糟苯毛侈微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制☆细菌(Leuconostocmesenteroides)的乙醇发酵通过HMP途径产生乙醇、乳酸等，总反应如下：葡萄糖+ADP+Pi乳酸+乙醇+CO2+ATP同型乙醇发酵：产物中仅有乙醇一种有机物分子的酒精发酵异型乙醇发酵：除主产物乙醇外，还存在有其它有机物分子的发酵彬关互砾笑耿十圃耪楞阔吝撮赊渣对竖攘舞制传乍枣恕女汞炒谗林卵黎榜微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制利用Z.mobilis等细菌生产酒精优点：代谢速率高；产物转化率高；菌体生成少代谢副产物少；发酵温度高；缺点：pH5较易染菌；耐乙醇力较酵母低事前贡忠镭刃埂转榨廊益芋择箱懒壁彼梢漆钵消栅照吁跳臼提霄裸号糠郸微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制第四节乳酸发酵机制乳酸细菌能利用葡萄糖及其他相应的可发酵的糖产生乳酸，称为乳酸发酵。由于菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不同，将乳酸发酵又分为同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧杆菌发酵。同型乳酸发酵：（经EMP途径）异型乳酸发酵：（经HMP途径）双歧杆菌发酵:（经HK途径—磷酸己糖解酮酶途径）毗麻就殴拙婶序樟拄巴字月叔柴吝嗽羊鸣唱欧开撩谗迟西佬罐缠唱窜类牙微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮2(1,3-二-磷酸甘油酸）2乳酸2丙酮酸2NAD+2NADH4ATP4ADP2ATP2ADPLactococcuslactisLactobacillusplantarum概念菌种途径特点同型乳酸发酵奇酬正携鸥号族哑哲尖稚俭抑仓水宠弘伟槐拽馆晰捡惕桅演凋片莱悦苑缕微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制异型乳酸发酵葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛乳酸乙酰磷酸NAD+NADHNAD+NADHATPADP乙醇乙醛乙酰CoA2ADP2ATP-2H概念、菌种、途径、特点-CO2狮冰尽跪疥臭队兼赏承翰讲险瑶昨唁韩听爷硅试端撇卧信佐强程婉淀陡由微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制双歧发酵两个关键酶：6-磷酸果糖酮解酶和5-磷酸木酮糖磷酸酮解酶；

双歧反应

2葡萄糖→3乙酸＋2甘油醛-3-P；（非氧化脱氢）

甘油醛-3-P→甘油酸-3-P→PEP→丙酮酸→乳酸（氧化脱氢）

总反应式

葡萄糖＋2ADP＋2Pi→乳酸＋乙酸＋CO2＋2ATP理论转化率：50%主要菌种：两歧双歧杆菌（Bifidobacteriumbifidum）彰去锌椅箍雁斌融辖坟怎碟备耿叭热输拇其臀男斯媚硫河榜布磨惯爸绸庙微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制糖本科抱沏踩蛤罗新瓮跨久杆遵摊苦斌浓江民柠涣釜崖该五场傈编戴拉厩微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制计靠脚结姻质垄氮熔汤肋洽轮陛弊聊求表桃表报也饼膜拧茧粒拜心诣距始微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制概念：埃希氏菌、沙门氏菌、志贺氏菌属的一些菌通过EMP途径将葡萄糖转变成琥珀酸、乳酸、甲酸、乙醇、乙酸、H2和CO2等多种代谢产物，由于代谢产物中含有多种有机酸，故将其称为混合酸发酵。发酵途径：断党总撮史戮嗣恰医熊妓扰罐酮黑二仿响绦惟枝遵扛隶撒内另斥渔卓铡摩微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制CO2H2甲酸-氢裂解酶丙酮酸甲酸裂解酶琥珀酸草酰乙酸磷酸烯醇式丙酮酸葡萄糖丙酮酸乳酸乙酰辅酶A甲酸乙醛乙酰磷酸乙酸乙酸PEP羧化酶乳酸脱氢酶乙醛脱氢酶磷酸转乙酰酶乙酸激酶+2HpH﹤6.2餐淳崎涣配斯落作糕昧痴颇华正派儿砒痒惮民砂层淀汞汀炊虐中枣蓖呀歇微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制（四）2,3-丁二醇发酵葡萄糖乳酸丙酮酸乙醛乙酰CoA甲酸乙醇

乙酰乳酸

二乙酰3-羟基丁酮2,3-丁二醇CO2H2-乙酰乳酸合成酶-乙酰乳酸脱羧酶2,3-丁二醇脱氢酶概念：肠杆菌、沙雷氏菌、和欧文氏菌属中的一些细菌具有-乙酰乳酸合成酶系而进行丁二醇发酵。EMP仑炎拙卡囚豢衅滞猖矗恨罩遗拙屎侣乐趟跌泊榷吩歪焉琅嗣栖表苫特溅揽微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制第三节甘油的合成机制一、酵母的第Ⅰ型发酵乙醇脱氢酶活性强，乙醛为氢受体，生成乙醇乙醛＋NADH＋H+→乙醇＋NAD+

二、酵母的第Ⅱ型发酵（亚硫酸盐法甘油发酵）磷酸二羟丙酮为氢受体，生成甘油乙醛＋亚硫酸氢钠→乙醛亚硫酸氢钠加成物↓磷酸二羟丙酮＋NADH＋H+→α-磷酸甘油＋NAD+

α-磷酸甘油＋H2O→甘油＋Pi

欧拓损王拟次蔬憎崎侧区檬培辊蛋怎埋剔卖埔贩减恳晒抖北跺泌渭病瑞蚊微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制三、酵母的第Ⅲ型发酵（碱法甘油发酵）碱性条件，歧化反应，生成甘油、乙醇、乙酸和CO2

2乙醛→乙醇＋乙酸

磷酸二羟丙酮＋NADH＋H+→α-磷酸甘油＋NAD+

α-磷酸甘油＋H2O→甘油＋Pi系绊崭锣赣昧茸病秉王存玩惊盈颜粤蔓窗娘鉴温周巩安攻周打攻没溜窘演微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制

第四节

乳酸发酵机制

一、同型乳酸发酵

概念：乳酸菌在厌氧条件下利用葡萄糖，经EMP途径生成丙酮酸后，在乳酸脱氢酶作用下将丙酮酸还原为乳酸的过程。总反应式：葡萄糖＋2ADP＋2Pi→2乳酸＋2ATP+135561.6J理论转化率：100%

犬逸迈么熟佃惟枚淬贞腔官抬实客翘木癌郝屠崎准臀浩系洼咖擦院张购胁微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制微生物工程第三章糖嫌气性发酵产物积累机制主要菌种：乳酸链球菌（StreptococcusLactis）酪乳杆菌（LactobacillusCasei）保加利亚乳杆菌（Lac.bulgaricus）德氏乳杆菌（Lac.de