第四章發酵機制無氧呼吸無氧呼吸，又稱厭氧呼吸，是一類呼吸鏈末端的氫受體為外源無機氧化物（個別為有機氧化物）的生物氧化。這是一類在無氧條件下進行的產能效率較低的特殊呼吸。其特點是底物按常規途徑脫氫后，經部分呼吸鏈遞氫，最終由氧化態的無機物（個別是有機物延胡索酸）受氫。（1）硝酸鹽呼吸

又稱反硝化作用。硝酸鹽在微生物生命活動中具有兩種功能，其一是在有氧或無氧條件下所進行的同化性硝酸鹽還原作用，亦即微生物利用硝酸鹽作為其氮源營養物的作用；其二是在無氧條件下，微生物利用硝酸鹽作為呼吸鏈的最終氫受體，這是一種異化性的硝酸鹽還原作用共同特點是硝酸鹽都要經過一種含鉬的硝酸鹽還原酶將其還原為亞硝酸。硫酸鹽呼吸是一種由硫酸鹽還原細菌（或稱反硫化細菌）把經呼吸鏈傳遞的氫交給硫酸鹽這類末端氫受體的一種厭氧呼吸。這是一種異化性的硫酸鹽還原作用。通過這一過程，微生物就可在無氧條件下借呼吸鏈的電子傳遞磷酸化而獲得能量。硫酸鹽還原的最終產物是H2S，自然界中的大多數H2S是由這一反應產生的。與硝酸鹽還原細菌不同的是，硫酸鹽還原細菌都是一些嚴格依賴于無氧環境的專性厭氧細菌

（4）碳酸鹽呼吸是一類以CO2或重碳酸鹽作為無氧呼吸鏈的末端氫受體的無氧呼吸。根據其還原產物的不同，可分為兩種類型，一類是產甲烷菌產生甲烷的碳酸鹽呼吸，另一類為產乙酸細菌產生乙酸的碳酸鹽呼吸。能量轉移幾個概念底物水平磷酸化氧化磷酸化光合磷酸化第二節微生物的合成代謝一、糖類的生物合成二、脂肪酸的生物合成三、氨基酸和核苷酸的生物合成氨基酸的生物合成方式：氨基化作用；轉氨基作用；糖代謝的中間產物為前體合成氨基酸。第三節分解代謝和合成代謝間的聯系分解代謝的功能在于保證正常合成代謝的進行，而合成代謝又反過來為分解代謝創造了更好的條件，兩者相互聯系，促進了生物個體的生長繁殖和種族的繁榮發展。中間代謝產物的重要性如果在生物體中只進行能量代謝，則有機能源的最終結局只是產生ATP、H2O和CO2，這時便沒有任何中間代謝物可供累積，因此，合成代謝也不可能正常進行。相反，如果要進行正常的合成代謝，又須抽走大量為分解代謝正常進行所必需的中間代謝物，結果也勢必影響具有循環機制的分解代謝的正常運轉。一、兼兼用代代謝途途徑凡在分分解代代謝和和合成成代謝謝中具具有雙雙重功功能的的途徑徑，就就稱兼兼用代代謝途途徑。。EMP、HMP和TCA循環環是重重要的的兼用用代謝謝途徑徑。①在兼兼用代代謝途途徑中中，合合成途途徑并并非分分解途途徑的的完全全逆轉轉。②在分分解與與合成成代謝謝途徑徑中，，在相相應的的代謝謝步驟驟中，，往往往還包包含了了完全全不同同的中中間代代謝物物。③③在真真核生生物中中，合合成代代謝和和分解解代謝謝一般般在細細胞的的不同同區域域中分分隔進進行，，原核核生物物因其其細胞胞結構構上的的間隔隔程度度低，，故反反應的的控制制主要要在簡簡單的的酶分分子水水平上上進行行。二、代代謝物物回補補順序序所謂回回補順順序，，又稱稱補償償途徑徑或添添補途途徑，，就是是指能能補充充兼用用代謝謝途徑徑中因因合成成代謝謝而消消耗的的中間間代謝謝物的的反應應。這樣，，當重重要產產能途途徑中中的關關鍵中中間代代謝物物必須須被大大量用用作生生物合合成的的原料料時，，仍可可保證證能量量代謝謝的正正常進進行。。微生物物的代代謝調調控與與發酵酵生產產微生物物有著著一整整套可可塑性性極強強和極極精確確的代代謝調調節系系統，，以保保證上上千種種酶能能正確確無誤誤、有有條不不紊地地進行行極其其復雜雜的新新陳代代謝反反應。。一、微微生物物代謝謝過程程中的的自我我調節節1、控控制營營養物物質透透過細細胞膜膜進入入細胞胞2、通通過酶酶的定定位控控制酶酶與底底物的的接觸觸3、控控制代代謝物物流向向其中以以調節代代謝流流的方式式最為為重要要，它它包括括兩個個方面面，一是““粗調調”，，即調調節酶酶的合合成量量，二二是““細調調”，，即調調節現現成酶酶分子子的催催化活活力，兩者者往往往密切切配合合和協協調，，以達達到最最佳調調節效效果。。利用微微生物物代謝謝調控控能力力的自然缺缺損或通過過人為為方法法獲得突突破代代謝調調控的變異異菌株株，可可為發發酵工工業提提供生生產有有關代代謝產產物的的高產產菌株株。一、酶酶活性性的調調節酶活性性的調調節是指在在酶分分子水水平上上的一一種代代謝調調節，，它是是通過過改變變現成成的酶酶分子子活性性來調調節新新陳代代謝的的速率率，包包括酶活性性的激激活和和抑制制兩個方方面。。（一））調節節方式式：1、酶活性性的激激活：：在代謝謝途徑徑中后后面的的反應應可被被較前前面的的反應應產物物所促促進的的現象象；常常見于于分解解代謝謝途徑徑。2、酶活性性的抑抑制：：包括：：競爭爭性抑抑制和和反饋饋抑制制。概概念念：反反饋：：指反反應鏈鏈中某某些中中間代代謝產產物或或終產產物對對該途途徑關關鍵酶酶活性性的影影響。。一、酶酶活性性的調調節凡使反反應速速度加加快的的稱正反饋饋；凡使反反應速速度減減慢的的稱負反饋饋（反饋饋抑制制）；；反饋抑抑制——主主要表表現在在某代代謝途途徑的的末端端產物物過量量時可可反過過來直直接抑抑制該該途途徑中中第一一個酶酶的活活性。。主要要表現現在氨氨基酸酸、核核苷酸酸合成成途徑徑中。。特點：：作用用直接接、效效果快快速、、末端端產物物濃度度降低低時又又可解解除，是可逆逆的。。第一個個酶（有活活性））第一個個酶（無活活性））終產物物終產物物（調調節物物）結合在在調節節中心心酶活性性的抑抑制主要是是反饋饋抑制制，它它主要要表現現在某某代謝謝途徑徑的末末端產產物（（即終終產物物）過過量時時，這這個產產物可可反過過來直直接抑抑制該該途徑徑中第第一個個酶的的活性性，促促使整整個反反應過過程減減慢或或停止止，從從而避避免了了末端端產物物的過過多累累積。。反饋抑制的的類型1．直線式代代謝途徑中中的反饋抑抑制反饋抑制的的類型2、分支代代謝途徑中中的反饋抑抑制：在分分支代謝途途徑中，反反饋抑制的的情況較為為復雜，為為了避免在在一個分分支上的產產物過多時時不致同時時影響另一一分支上產產物的供應應，微生生物發展出出多種調節節方式。主要有：同同功酶的的調節，順順序反饋饋，協同反反饋，積累累反饋調節節等。（1）同功酶調節節同功酶是指能催化化相同的生生化反應，，但酶蛋白白分子結構構有差異的的一類酶，，它們雖同同存于一個個個體或同同一組織中中，但在生生理、免疫疫和理化特特性上卻存存在著差別別。同功酶的主主要功能在在于其代謝謝調節。在在一個分支支代謝途徑徑中，如果果在分支點點以前的一一個較早的的反應是由由幾個同功功酶所催化化時，則分分支代謝的的幾個最終終產物往往往分別對這這幾個同功功酶發生抑抑制作用。。協同反饋抑抑制（concertedfeedbackinhibition）定義：分支支代謝途徑徑中幾個末末端產物同同時過量時時才能抑制制共同途途徑中的第第一個酶的的一種反饋饋調節方式式。合作反饋抑抑制（cooperativefeedbackinhibition）定義：系指兩種末末端產物同同時存在時時，可以起起著比一種種末端產物物大得多的的反饋抑制制作用。積累反饋抑抑制（cumulativefeedbackinhibition）每一分支途途徑末端產產物按一定定百分比單單獨抑制共共同途徑中中前面的的酶，所以以當幾種末末端產物共共同存在時時它們的抑抑制作用是是積累的的，各末端端產物之間間既無協同同效應，亦亦無拮抗作作用。順序反饋抑抑制（sequentialfeedbackinhibition）一種終產物物的積累,導致前一一中間產物物的積累，，通過后者者反饋抑抑制合成途途徑關鍵酶酶的活性，，使合成終終止。酶活力調節節的機制1.變構構酶理論：：變構酶為一一種變構蛋蛋白，酶分分子間構象象的變化影影響酶活。。其上具有有兩個以上上立體專一一性不同的的接受部位位，一個是是活性中心心，另一個個是調節中中心。活性位點:與底物結合合變構位點:與抑制劑結結合,構象象變化,不不能與底物物結合與激活劑結結合,構構象變化,促進與底底物結合變構酶上有有兩個位點點：協同效應中中，酶有多多個調節位位點，只有每一位位點與終產產物結合才才產生反饋饋。同功酶（isoenzyme)理論：：某一產物過過量僅抑制制相應酶活活，對其他他產物沒影影響。酶的活性可可以調控在代謝途徑徑中調節酶酶活性幾個酶或十十幾個酶前前后配合，，完成一系系列代謝反反應，形成成一條代謝途徑。在一條代代謝途徑中中，常常是是前一個酶酶促反應的的產物，便便是下一個個酶促反應應的底物。。共價調節有時候，酶酶蛋白分子子可以和一一個基團形形成共價結結合，結合合的結果，，使酶蛋白白分子結構構發生改變變，使酶活活性發生改改變。例如如，與磷酸根的結合。這種調節酶酶活性的情情況稱為酶的共價調調節。競爭性抑制制有的酶在遇遇到一些化化學結構與與底物相似似的分子時時，這些分分子與底物物競爭結合合酶的活性性中心，亦亦會表現出出酶活性的的降低（抑抑制）。這這種情況稱稱為酶的競爭性抑制制。競爭性抑制制劑在結構上與與底物相似二、酶合成成的調節酶合成的調調節是一種種通過調節節酶的合成成量進而調調節代謝速速率的調節節機制，這這是一種在在基因水平平上（在原原核生物中中主要在轉轉錄水平上上）的代謝謝調節。凡能促進酶酶生物合成成的現象，，稱為誘導。能阻礙酶生生物合成的的現象，則則稱為阻遏。與上述調節節酶活性的的反饋抑制制等相比，，調節酶的的合成（即即產酶量））而實現代代謝調節的的方式是一一類較間接而緩緩慢的調節節方式。其優點則是通過阻阻止酶的過過量合成，，有利于節節約生物合合成的原料料和能量。。在正常代謝謝途徑中，，酶活性調調節和酶合合成調節兩兩者是同時時存在且密密切配合、、協調進行行的。（一）酶合合成調節的的類型1．誘導根據酶的生生成是否與與環境中所所存在的該該酶底物或或其有關物物的關系，，可把酶劃劃分成組成酶和誘誘導酶兩類。誘導酶是細胞為適適應外來底底物或其結結構類似物物而臨時合合成的一類類酶。能促進誘導導酶產生的的物質稱為為誘導物，，它可以是是該酶的底底物，也可可以是難以以代謝的底底物類似物物或是底物物的前體物物質。酶的誘導合合成類型同時誘導：即當誘導導物加入后后，微生物物能同時或或幾乎同時時誘導幾種種酶的合成成，它主要要存在于短短的代謝途途徑中。例例如，將乳乳糖加入到到E．coli培養養基中后，，即可同時時誘導出ββ-半乳糖糖苷透性酶酶、β-半半乳糖苷酶酶和半乳糖糖苷轉乙酰酰酶的合成成；順序誘導：即先合成成能分解底底物的酶，，再依次合合成分解各各中間代謝謝物的酶，，以達到對對較復雜代代謝途徑的的分段調節節。2．阻遏在微生物的的代謝過程程中，當代代謝途徑中中某末端產產物過量時時，除可用用前述的反反饋抑制的的方式來抑抑制該途徑徑中關鍵酶酶的活性以以減少末端端產物的生生成外，還還可通過阻阻遏作用來來阻礙代謝謝途徑中包包括關鍵酶在內的的一系列酶酶的生物合合成，從而更徹底底地控制代代謝和減少少末端產物物的合成。。阻遏作用有有利于生物物體節省有有限的養料料和能量。。阻遏的類型型主要有末端代謝產產物阻遏和分解代謝產產物阻遏兩種。（1）末端端產物阻遏遏指由某代謝謝途徑末端端產物的過過量累積而而引起的阻阻遏。對直直線式反應應途徑來說說，末端產產物阻遏的的情況較為為簡單，即即產物作用用于代謝途途徑中的各各種酶，使使之合成受受阻遏。對分支代謝謝途徑來說說，情況就就較復雜。。每種末端端產物僅專專一地阻遏遏合成它的的那條分支支途徑的酶酶。代謝途徑分分支點以前前的“公共共酶”僅受受所有分支支途徑末端端產物的阻阻遏，此即即稱多價阻遏作作用。末端產物阻阻遏在代謝謝調節中有有著重要的的作用，它它可保證細細胞內各種種物質維持持適當的濃濃度。（2）分解代謝謝物阻遏現象：當細胞內同同時存在兩兩種可利用用底物（碳碳源或氮源源）時，利利用快的底底物會阻遏遏與利用慢慢的底物有有關的酶合合成。原因：阻遏并不是是由于快速速利用底物物直接作用用的結果，，而是由這種底物物分解過程程中產生的的中間代謝謝物引起的的，所以稱為分分解代謝物物阻遏分解代謝產產物阻遏葡萄糖效應應二次生長現現象大腸桿菌利利用混合碳碳源生長時時時，發現現葡萄糖會會抑制其它它糖的利用用大腸桿菌在在含乳糖和和葡萄糖的的培養基中中，優先利利用葡萄糖糖，并只有有當葡萄糖糖耗盡后才才開始利用用乳糖，這這就形成了了在兩個對對數生長期期中間的第第二個生長長停滯期1.單獨加加入葡萄糖糖時，菌體體生長幾乎乎沒有延遲遲期；單獨加入乳乳糖時，菌菌體生長有有明顯的延延遲期；2.同時時加入葡萄萄糖和乳糖糖時，菌體體呈二次生生長（二）酶合合成調節的的機制酶合成的誘誘導操縱子子學說：操縱子（operon）：是是基因表達達和控制的的一個完整整單元，其其中包括啟動基因(promoter)、操縱基因(operator)和結構基因(Structuralgene)3部分分。啟動基因是一種能被被依賴于DNA的RNA多聚聚酶所識別別的堿基順順序，它既既是RNA多聚酶的的結合部位位，也是轉轉錄的起始始點；操縱基因是位于啟動動基因和結結構基因之之間的一段段堿基順序序，能與阻阻遏物（一一種調節蛋蛋白）相結結合，以此此來決定結結構基因的的轉錄是否否能進行；；結構基因則是決定某某一多肽的的DNA模模板，可根根據其上的的堿基順序序轉錄出對對應的mRNA，然然后再可通通過核糖體體而轉譯出出相應的酶酶。一個操操縱子的轉轉錄，就合合成了一個個mRNA分子。調節基因用于編碼組組成型調節節蛋白的基基因。調節節基因一般般位于相應應操縱子的的附近。效應物是一類低分分子量的信信號物質（（如糖類及及其衍生物物、氨基酸酸和核苷酸酸等），包括誘導物物和輔阻遏遏物兩種，它們們可與調節節蛋白相結結合以使后后者發生變變構作用，，并進一步步提高或降降低與操縱縱基因的結結合能力。。色氨酸操縱縱子模型操縱子分兩兩類:一類是誘導型操縱縱子，只有當存存在誘導物物（一種效效應物）時時，其轉錄錄頻率才最最高，并隨隨之轉譯出出大量誘導導酶，出現現誘導現象象。另一類是阻遏型操縱縱子，只有當缺缺乏輔阻遏遏物（一種種效應物））時，其轉轉錄頻率才才最高。由由阻遏型操操縱子所編編碼的酶的的合成，只只有通過去去阻遏作用用才能起動動。腺苷酸環化化酶乳糖操縱子子模型解釋釋分解代謝謝物的阻遏遏機制乳糖操縱子子的啟動基基因內，除除RNA聚聚合酶結合合位點外，，還有一個個稱為CAP-cAMP復合合物的結合合位點cAMP是是環腺苷苷酸，CAP是降解解物基因活活化蛋白（（又稱為cAMP受受體蛋白，，CRP）），當CAP與cAMP結合合后，就會會被活化。。CAP-cAMP復復合物又會會激活啟動動基因，并并使RNA聚合酶酶與啟動基基因結合。。乳糖與葡萄萄糖同時存存在時，因因為分解葡葡萄糖的酶酶類屬于組組成酶，能能迅速地將將葡萄糖降降解成某種種中間產物物（X），，X既會阻阻止ATP環化形成成cAMP，同時又又會促進cAMP分分解成AMP，從而而降低了cAMP的的濃度，繼繼而阻遏了了與乳糖降降解有關的的誘導酶合合成。只有當葡萄萄糖耗盡后后，cAMP才能回回升到正常常濃度，操操縱子重新新開啟，并并開始利用用乳糖作為為碳源，形形成菌體的的二次生長長。當代謝產生生末端代謝謝產物色氨氨酸后，色色氨酸作為為效應物與與原阻遏物物結合，使使后者發生生變構效應應，并能與與操縱基因因結合，從從而阻止了了結構基因因的表達酶阻遏的色色氨酸操縱縱子模型三、調控理論的的應用食品發酵的的目的：大量積累人人們所需要要的微生物物代謝產物物。代謝的人工工控制：人為地打破破微生物的的代謝控制制體系，使使代謝朝著著人們希望望的方向進進行。人工控制代代謝的手段段：改變微生物物遺傳特性性(遺傳學學方法）；；控制發酵條條件（生物物化學方法法）；改變細胞膜膜透性。(一)遺傳學方法法1、篩選抗抗反饋突變變株如:對誘變變后的菌種種用終產物物結構類似似物，篩選選對終產物物積累不敏敏感的細胞胞株。產生原因：：1）酶結構構發生改變變；2）酶系統統發生改變變。因此細胞不不受終產物物反饋抑制制，產生過過量的產物物。(一)遺傳傳學方法2、營養缺缺陷型菌株株的應用（1）對于于直線式代代謝途徑：：選育營養養缺陷性突突變株只只能積累中中間代謝產產物ABCDEabcd==末端產物物E對生生長乃是是必需的的，所以以，應在在培養基基中限量量供給給E，使之足以以維持菌菌株生長長，但又又不至于于造成反反饋調節節（阻遏或或抑制）），這樣樣才能有有利于菌菌株積累累中間產產物C。。分支代謝謝途徑：：情況較復復雜，可可利用營營養缺陷陷性克服服協同或或累加反反饋抑制制積累末末端產物物，亦可可利用用雙重缺缺陷發酵酵生產中中間產物物。分支途徑徑——賴賴氨酸生生產(2)應應用抗反反饋調節節的突變變株解除除反饋調調節抗反饋調調節突變變菌株，，就是指指一種對對反饋抑抑制不敏敏感或對對阻遏有有抗性的的組成型型菌株，，或兼而而有之的的菌株。。在這類菌菌株中，，因其反反饋抑制制或阻遏遏已解除除，或是是反饋抑抑制和阻阻遏已同同時解除除，所以以能分泌泌大量的的末端代代謝產物物。（二）生生物化學學方法1、添加加前體繞繞過反饋饋控制點點：亦能能使某種種代謝產產物大量量產生。。2、添加加誘導劑劑：從提提高誘導導酶合成成量來說說,最好好的誘導導劑往往往不是該該酶的底底物，而而是底物物的衍生生物，3、發酵酵與分離離過程耦耦合：4、控制制發酵的的培養基基成分：：（三）控控制細胞胞膜滲透透性使胞內的的代謝產產物迅速速滲漏出出去,解解除末端端產物的的反饋抑抑制。1、用生生理學手手段———直接接抑制膜膜的合成成或使膜膜受缺損損。如:在在Glu發酵中中，生物物素引起起膜透性性下降。。把生物物素濃度度控制制在亞適適量可大大量分泌泌Glu。2、利用用膜缺損損突變株株———油酸缺缺陷型、、甘油缺缺陷型。。如:用谷谷氨酸生生產菌的的油酸缺缺陷型，，培養過過程中，，有限制制地添加加油酸，，合成有有缺損的的膜，使使細胞膜膜發生滲滲漏而提提高谷氨氨酸產量量。9、靜夜四無鄰鄰，荒居舊業業貧。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中中黃葉葉樹，，燈下下白頭頭人。。。21:10:0621:10:0621:1012/28/20229:10:06PM11、以我獨沈沈久，愧君君相見頻。。。12月-2221:10:0621:10Dec-2228-Dec-2212、故故人人江江海海別別，，幾幾度度隔隔山山川川。。。。21:10:0621:10:0621:10Wednesday,December28,202213、乍見翻疑夢夢，相悲各問問年。。12月-2212月-2221:10:0621:10:06December28,202214、他鄉生生白發，，舊國見見青山。。。28十十二月20229:10:06下午午21:10:0612月-2215、比不了得得就不比，，得不到的的就不要。。。。十二月229:10下下午12月-2221:10December28,202216、行動出成成果，工作作出財富。。。2022/12/2821:10:0721:10:0728December202217、做前，，能夠環環視四周周；做時時，你只只能或者者最好沿沿著以腳腳為起點點的射線線向前。。。9:10:07下午午9:10下午午21:10:0712月-229、沒有失敗敗，只有暫暫時停止成成功！。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、很多事情情努力了未未必有結果果，但是不不努力卻什什么改變也也沒有。。。21:10:0721:10:0721:1012/28/20229:10:07PM11、成功就是日日復一日那一一點點小小努努力的積累。。。12月-2221:10:0721:10Dec-2228-Dec-2212、世間成事，，不求其絕對對圓滿，留一一份不足，可可得無限完美美。。21:10:0721:10:0721:10Wednesday,December28,202213、不不知知香香積積寺寺，，數數里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2221:10:0721:10:07December28,202214、意意志志堅堅強強的的人人