第十一章微生物的应用.ppt

1、第十一章 微生物的应用,一、微生物在农业中的应用,微生物与土壤的生物活性： 土壤是一个永远变化着的、具有生物活性的无机、有机、生物复合体系。 土壤酶催化着土壤中的物质转化。土壤酶主要来源于生活在土壤中的微生物、植物根系及其他生物。土壤酶比纯酶制剂及酶溶液稳定，但较难提取。如其过氧化物酶可耐180干热3小时处理。 微生物的生命活动影响着土壤肥力。,1、微生物肥料： 根瘤菌剂、泾阳链霉菌菌肥、固氮菌剂、磷细菌制剂、钾细菌制剂及复合型制剂等。,2、生物农药： 苏云金杆菌、真菌和病毒杀虫剂等。,苏云金杆菌 产生具有杀虫活性的物质有：伴孢晶体、芽孢、热不稳定外毒素、苏云金素、热稳定性外毒素。 采用固态发

2、酵工艺生产苏云金杆菌。,二、微生物在食品中的应用,1、传统的发酵食品：酱油、食醋、腐乳、传统法白酒和黄酒等。其中酱油、食醋等已采用纯种发酵；传统法白酒和黄酒等采用混合菌种发酵。,2、现代的发酵食品：面包、饮料酒、发酵乳制品。,三、微生物在发酵工业中的应用,发酵工业的产品类型： 微生物细胞、酶制剂和微生物代谢产物。,发酵工业的应用范围： 来源于微生物的医药产品 利用微生物工程技术的农业 精细化工产品和食品添加剂 日用化学品和能源产品,发酵工业产品的类型： 酒精和酒类：酒精、啤酒等。 有机溶剂：甘油、丙酮丁醇和丁二醇等。 有机酸：柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸、苹果酸、酒石酸、衣康酸和富马酸等。,氨基酸类

3、：谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬氨酸等15种。 核苷酸类：肌苷、肌苷酸、鸟苷、鸟苷酸等。,酶制剂：淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等。 单细胞蛋白：酵母蛋白、细菌蛋白和霉菌蛋白等。,1、有机溶剂的生产,丙酮酸,乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,-羟基丁酰CoA,丁酰CoA,丁醛,丁醇,丁酰磷酸,丁酸,乙酰乙酸,丙酮,乙醛,乙醇,乙酰磷酸,乙酸,从丙酮酸到酸和溶剂的代谢途径,2、柠檬酸发酵,（1）、柠檬酸的生物合成途径,葡萄糖,EMP,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶或丙酮酸羧化酶,丙酮酸脱氢酶复合体,柠檬酸合成酶,柠檬酸,TCA循环,草酰乙酸,乙酰CoA,（2）、柠檬酸

4、的发酵机制,柠檬酸,草酰乙酸,顺乌头酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,乙酰CoA,琥珀酸,反丁烯二酸,苹果酸,柠檬酸产生菌的标记,葡萄糖,丙酮酸,3、乳酸发酵,（1）、乳酸细菌的糖代谢途径,A、糖酵解途径 同型发酵,B、磷酸转酮酶途径 异型发酵,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡糖酸,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸丙糖,（醛缩酶）,丙酮酸,乳酸,丙酮酸,乳酸,3-磷酸丙糖 + 乙酰磷酸,乙酸,乙醇,戊糖,5-磷酸木酮糖,（磷酸转酮醇酶）,（2）、乳酸细菌的混合酸发酵途径,同型发酵,丙酮酸,乳酸,甲酸,乙酸,乙醇,乙酰CoA,乳酸脱氢酶,丙酮酸甲酸裂合酶（在有氧条件下失活）,丙酮

5、酸脱氢酶（在有氧条件下失活）,CO2 +NADH,（3）、米根霉产乳酸的途径,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,草酰乙酸,乙醇,琥珀酸,富马酸,活性CO2化合物,苹果酸,细菌和真菌（米根霉为代表）发酵生产乳酸的比较,（4）、乳酸菌种选择的标准,经济、高效 选择同型发酵菌种 具有在较高浓度乳酸环境中生存的能力 菌种的耐热性要好 菌种的营养要求要简单,4、琥珀酸发酵,葡萄糖,3-磷酸甘油醛,磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸,苹果酸,延胡索酸,琥珀酸,丙酮酸,乳酸,乙酰CoA,乙酸,乙醇,乙醛,乙酰磷酸,甲酸,产琥珀酸厌氧螺菌与产琥珀酸放线杆菌葡萄糖发酵的途径,高CO2,低CO2,PEP羧化激酶,产琥珀酸厌氧螺菌的主

6、要产物,产琥珀酸放线杆菌的主要产物,5、衣康酸发酵,又名亚甲基丁二酸、亚甲基琥珀酸。是一种白色无嗅晶体。溶于水、乙醇和丙酮，微溶于其他有机溶剂。其结构式为：,CH2=C-CH2COOH,COOH,（1）、衣康酸的生物合成途径,葡萄糖,丙酮酸,草酰乙酸,柠檬酸,顺乌头酸,衣康酸,乙酸,丙酮酸,（2）、衣康酸的用途,衣康酸是化学合成工业中的一种重要中间体。可以进行自身聚合、也可和不同数目的其他单体如丙烯腈、苯乙烯、氯乙烯、丁二烯等聚合。,6、天冬氨酸族氨基酸的发酵生产,L-天冬氨酸,天冬氨酰磷酸,天冬氨酸半醛,L-高丝氨酸,L-苏氨酸,L-异亮氨酸,L-蛋氨酸,L-赖氨酸,二氢吡啶-2，6-二羧酸

7、,O-琥珀酰-高丝氨酸,天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径,（1）、天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径及代谢调节机制,PEP,PC,Asp,AK,ASA,HD,PS,Hom,Lys,Met,Thr,TD,Ile,PEP,PEP,PC,PC,Asp,Asp,AK,AK,ASA,ASA,PS,PS,HD,HD,Lys,Lys,Hom,Hom,Met,Met,Thr,Thr,TD,TD,Ile,Ile,（2）、天冬氨酸族氨基酸高产菌选育的图式说明,野生型,Lys高产菌,Hom高产菌,优先合成,解除控制后的代谢流,切断或减弱支路代谢,反馈控制,PEP,PEP,PC,PC,Asp,Asp,AK,AK,ASA,A

8、SA,PS,PS,HD,HD,Lys,Lys,Hom,Hom,Met,Met,Thr,Thr,TD,TD,Ile,Ile,Thr高产菌,Ile高产菌,优先合成,解除控制后的代谢流,切断或减弱支路代谢,反馈控制,7、芳香族氨基酸的发酵生产,（1）芳香族氨基酸的生物合成途径及代谢调节机制,芳香族氨基酸的生物合成途径,PEP + 4-磷酸赤藓糖,DAHP,DAHP合成酶,莽草酸,分支酸,分支酸变位酶,预苯酸,PPA脱氢酶,PPA脱水酶,苯丙酮酸,对羟基苯丙酮酸,苯丙氨酸,酪氨酸,维生素K,CoQ,氨茴酸,氨茴酸合成酶,色氨酸,优先合成,PEP + EP,DS,AS,CM,PD,PT,AS,DS,TS

9、,TS,CM,PEP + EP,DAHP,DAHP,CA,CA,PPA,PPA,Tyr,Tyr,Phe,Phe,Trp,Trp,氨茴酸,氨茴酸,野生型菌株,色氨酸产生菌,反馈调节,切断或减弱支路代谢,解除反馈调节的代谢流,优先合成,（2）、芳香族氨基酸高产菌选育的图式说明,DS,DS,AS,AS,TS,TS,CM,PEP + EP,PEP + EP,DAHP,DAHP,CA,CA,PPA,PPA,Tyr,Tyr,Phe,Phe,Trp,Trp,氨茴酸,氨茴酸,苯丙氨酸产生菌,酪氨酸产生菌,解除反馈调节的代谢流,切断或减弱支路代谢,DS,DS,AS,AS,TS,TS,CM,PEP + EP,PE

10、P + EP,DAHP,DAHP,CA,CA,PPA,PPA,Tyr,Tyr,Phe,Phe,Trp,Trp,氨茴酸,氨茴酸,苯丙氨酸产生菌,酪氨酸产生菌,解除反馈调节的代谢流,切断或减弱支路代谢,8、肌苷及肌苷酸的生产,糖,糖,发酵,肌苷,肌苷酸,腺苷酸,磷酸化,脱氢,菌体,自溶,酶解,核糖核酸,提取,菌体,糖,发酵,发酵,黄苷酸,鸟苷酸,核糖核酸,9、鸟苷酸的生产,糖,菌体,菌体,提取,酶解,自溶,糖,氨基化,磷酸化,鸟苷或氨基甲酰胺咪唑核糖苷,四、微生物在现代生物制药中的应用,天然抗生素：青霉素、头孢菌素、多粘菌素和杆菌肽等。 氨基酸类和核酸类药物：必需氨基酸和肌苷等。,维生素和辅酶类药物：维生素A、维生素B、生物素和辅酶Q等。 药用酶及甾体类药物 生物制品：疫苗、菌苗和类毒素等。,青霉素G和头孢菌素C生物合成的可能途径,L-氨基己二酸+L-半胱氨酸+L-缬氨酸,（L-氨基己二酸）-L-半胱氨酸-D-缬氨酸,异青霉素N,青霉素N,青霉素G,6-APA,青霉素酰化酶,酰基