在無氧條件下 在乳酸菌中 受乳酸脫氫酶作用 丙酮酸作為受氫體而被還原為乳酸 即為同型乳酸發酵 在酵母個 在丙酮酸脫羧酶作用下 丙酮酸脫羧生成乙醛 后者在乙醇脫氫酶作用下 乙醛為受氫體被還原成乙醇 即酒精發酵 在梭狀芽孢桿菌中 丙酮酸脫梭生成乙酰CoA 然后經一系列變化生成丁酰CoA 丁醛 兩者作為受氫體被還原為丁醇 生成物還有丙酮 乙醇 稱為丙酮丁醇發酵 一 糖嫌氣性發酵產品 第十二章工業微生物發酵產品 調節點主要在三個激酶 即己糖激酶 磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶 它們是糖酵解途徑中的關鍵酶 是糖酵解途徑的三個不可逆步驟 糖代謝的調節主要是能荷的控制 能荷 ATP ATP抑制磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶的活性 使酵解減少 當需能反應加強 ATP分解為ADPI和AMP ATP ADP AMP增加 ATP的抑制作用被解除 同時ADP AMP激活已糖激酶和磷酸果糖激酶 乙醇生成機制 在好氣條件下 酵母發酵能力降低 呼吸抑制發酵 巴斯德效應 能荷調節 甘油為合成機制 酵母在一定條件下培養 可以利用糖分生成甘油 酵母的第二型發酵 加入亞硫酸氫鈉 與乙醛起加成作用生成難溶的乙醛亞硫酸氫鈉加成物 酵母的第三型發酵 當酵母在堿性條件 pH7 6 進行發酵 二個分子乙醛起歧化反應 相互氧化還原 生成等量的乙醇和乙酸 二 檸檬酸發酵 主要生產菌 黑曲霉 黑曲霉糖質發酵檸檬酸 證明生產菌 黑曲霉 中80 的糖代謝走EMP途徑 生產菌中存在TCA的酶系 故有TCA存在 草酰乙酸的來源不是由TCA供應 而是由2個CO2固定提供 故CO2固定對檸檬酸合成必不可少 由于不存在蘋果酸脫氫酶 丙酮酸羧化酶 PEP羧激酶 生物合成途徑 無碳原子損失 理論轉化率 106 7 C6H8O7H2O理論轉化率 116 7 能量平衡 EMP中底物水平磷酸化 2ATP EMP途徑 2NADH 丙酮酸氧化脫羧 2NADH 可以滿足生產菌的維持能量消耗 不需要消耗C源經TCA來產能 檸檬酸合成的代謝調節 第一個調節酶是磷酸果糖激酶 PFK 檸檬酸和ATP對該酶有抑制 生產菌需要解除該抑制作用 AMP 無機磷以及NH4 對該酶有活化作用 NH4 有效解除檸檬酸和ATP對該酶有抑制 故生產上通過添加銨鹽來提高檸檬酸產量 Mn2 的影響 Mn2 缺乏 菌體的TCA酶活下降 Mn2 缺乏 可能干擾蛋白質合成 導致蛋白質分解 NH4 水平升高 減少檸檬酸對該酶的抑制 第二個調節點 CO2固定的酶活力高 保證草酰乙酸的供應 第三個調節點 TCA環上調節 檸檬酸合成酶 許多細胞中該酶是TCA的調節酶 但在黑曲霉中此酶無調節作用 順烏頭酸水合酶 理論上此酶失活 TCA環阻斷 積累檸檬酸 順烏頭酸水合酶需要Fe2 故在發酵液中添加黃血鹽絡合Fe2 阻斷TCA環 積累檸檬酸 黑曲霉烏頭酸水合酶存在于線粒體中 它催化的反應存在著檸檬酸 異檸檬酸 順式烏頭酸 90 7 3的平衡關系 黑曲霉對輔酶NAD 專一性的異檸檬酸脫氫酶活力很低 卻有三種依賴于輔酶NADP 的異檸檬酸脫氫酶 其中的兩種與存在于線粒體的酶及TCA循環有關 它們受到生理濃度檸檬酸的抑制 為什么在A nigar中異檸檬酸不會進一步分解及檸檬酸的積累機制 三 谷氨酸的發酵 1 谷氨酸生產菌中存在2個糖酵解途徑EMP HMP 生物素參與糖代謝作用 增加糖代謝的速度 而丙酮酸氧化脫羧的速度未改變 丙酮酸積累 乳酸積累 2 酮戊二酸脫氫酶缺失 TCA環阻斷 酮戊二酸積累 3 四碳二羧酸的來源 在生產菌中檢出CO2固定反應酶活性 磷酸烯醇丙酮酸 PEF 羧化酶和蘋果酸酶 谷氨酸對糖的轉化率達到81 7 DCA循環 標志酶 異檸檬酸裂解酶 在谷氨酸發酵中 DCA環一方面可以作為TCA循環有缺陷時C4二羧酸的補充 在谷氨基酸生產菌的生長中提供能量 作用 谷氨酸生成期中要封閉DCA環 通過DCA環提供C4二羧酸時谷氨酸對糖的轉化率僅為54 4 4 異檸檬酸脫氫酶活力強 提供NADPH 用于還原 酮戊二酸生成谷氨酸 形成氧化還原共扼體系 5 氨的導入 合成谷氨酸的反應有3種 酮戊二酸 NH4 NADPH 谷氨酸 H2O NADP 谷氨酸脫氫酶 酮戊二酸 天冬氨酸或丙氨酸 谷氨酸轉氨酶 谷氨酸 酮戊二酸 酮戊二酸 谷氨酰胺 NADPH 2谷氨酸 NADP 谷氨酸合成酶 生產菌中 谷氨酸轉氨酶活力低 轉氨作用可以不考慮 谷氨酸合成酶由于不受高濃度谷氨酸抑制 其作用值得重視 谷氨酸脫氫酶是合成積累谷氨酸的主要酶 氨的導入時 生物素缺乏 NH4 影響糖代謝速度 提高糖代謝速度 高效合成谷氨酸 生物素充足時 NH4 不影響糖代謝速度 6 谷氨酸合成的調節機制 谷aa比天冬aa優先合成 谷aa脫氫酶 谷aa對其反饋抑制和反饋阻遏 檸檬酸合成酶 TCA的關鍵酶 受能荷調節 谷aa反饋阻遏 烏頭酸反饋抑制 異檸檬酸脫氫酶 酮戊二酸反饋抑制 酮戊二酸脫氫酶先天喪失或微弱 PEP受天冬aa反饋抑制 受谷aa和天冬aa反饋阻遏 7 細胞膜通透性控制 生物素 阻斷脂肪酸的合成 影響細胞膜的