第6章微生物發(fā)酵機(jī)理

1、第第6 6章章 微生物發(fā)酵機(jī)理微生物發(fā)酵機(jī)理 微生物發(fā)酵機(jī)理微生物發(fā)酵機(jī)理 p第一節(jié)第一節(jié) 微生物基礎(chǔ)物質(zhì)代謝微生物基礎(chǔ)物質(zhì)代謝 p第二節(jié)第二節(jié) 厭氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機(jī)制厭氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機(jī)制 p第三節(jié)第三節(jié) 好氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機(jī)制好氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機(jī)制 第一節(jié)第一節(jié) 微生物基礎(chǔ)物質(zhì)代謝微生物基礎(chǔ)物質(zhì)代謝 p物質(zhì)代謝物質(zhì)代謝 p能量代謝能量代謝 微生物的能量代謝微生物的能量代謝 日光日光 （光能營(yíng)養(yǎng)菌）（光能營(yíng)養(yǎng)菌） 最初能源最初能源 有機(jī)物（化能異養(yǎng)菌）有機(jī)物（化能異養(yǎng)菌） ATPATP 還原態(tài)無(wú)機(jī)物（化能自養(yǎng)菌）還原態(tài)無(wú)機(jī)物（化能自養(yǎng)菌） 中心任務(wù)是將外界環(huán)境中各種形式的中心任務(wù)是將外界環(huán)境

2、中各種形式的最初能源最初能源轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成 能量貨幣能量貨幣ATPATP。 化能異養(yǎng)微生物的能量代謝化能異養(yǎng)微生物的能量代謝 底物失氫（電子）底物失氫（電子） 傳遞體遞氫（電子）傳遞體遞氫（電子） 受體受氫（電子）受體受氫（電子） 沒(méi)有電子傳遞鏈沒(méi)有電子傳遞鏈 內(nèi)源性有機(jī)物內(nèi)源性有機(jī)物 發(fā)酵發(fā)酵 有機(jī)物有機(jī)物 有電子傳遞鏈有電子傳遞鏈 OO2 2 有氧（好氧）呼吸 有氧（好氧）呼吸 除除OO2 2外的無(wú)機(jī)物或延胡外的無(wú)機(jī)物或延胡 索酸索酸 無(wú)氧無(wú)氧 呼吸呼吸 呼吸呼吸 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 ATP ADP 果糖果糖-6-磷酸磷酸 ATP ADP Mg2+ 果糖果糖-1，6-二

3、磷酸二磷酸 甘油醛甘油醛- 3-磷酸磷酸 二羥丙酮二羥丙酮 磷酸磷酸 2Pi 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 2ADP 2ATP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2H2O Mg2+ 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2ATP 2ADP 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 2CO2 乙醛乙醛 +2H+ 2NAD+ 2(NADH+H+) +2H+ 乙醇乙醇 糖酵解和酒精發(fā)酵的全過(guò)程糖酵解和酒精發(fā)酵的全過(guò)程 三三 羧羧 酸酸 循循 環(huán)環(huán) 反反 應(yīng)應(yīng) 過(guò)過(guò) 程程 P105 GTP 呼吸鏈呼吸鏈 1NADH-3ATP 1FADH-2ATP1FADH-2ATP FADH

4、2FADH2 化能自養(yǎng)菌的能量代謝化能自養(yǎng)菌的能量代謝 以無(wú)機(jī)物氧化獲得能量，以無(wú)機(jī)物氧化獲得能量， 無(wú)機(jī)物作為氫供體無(wú)機(jī)物作為氫供體 化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型 以無(wú)機(jī)物氧化獲得能量，以無(wú)機(jī)物氧化獲得能量，COCO2 2作為唯一碳源作為唯一碳源 化能自養(yǎng)菌化能自養(yǎng)菌 氧化過(guò)程氧化過(guò)程 底物失氫底物失氫 傳遞體遞氫傳遞體遞氫 受體得氫受體得氫 無(wú)機(jī)物無(wú)機(jī)物 一般一般呼吸鏈呼吸鏈 一般一般OO2 2（無(wú)氧（無(wú)氧NONO3 3- -、COCO3 32- 2-） ） 化能自養(yǎng)菌的底物和呼吸鏈化能自養(yǎng)菌的底物和呼吸鏈 底物有底物有NHNH4 4+ + 、H H2 2S S、S S、NONO2 2-

5、-、 SOSO3 32- 2- 、 、 S S2 2OO3 32- 2- 、 、 Fe Fe 、 H H2 2等等 NADFeQCytcc1Cyta1Cytaa3O (NO3-) H2 NH4+、SO32-、S2-Fe、S2O32-NO2- ATPATP ATP ATPNADH 光能微生物的能量代謝光能微生物的能量代謝 循環(huán)光合磷酸化循環(huán)光合磷酸化 非循環(huán)光合磷酸化非循環(huán)光合磷酸化 嗜鹽菌紫膜光合磷酸化嗜鹽菌紫膜光合磷酸化 只存在于能進(jìn)行光合作用的生物中，具有只存在于能進(jìn)行光合作用的生物中，具有 葉綠素葉綠素或或細(xì)菌葉綠素細(xì)菌葉綠素，或者，或者細(xì)菌視紫紅質(zhì)細(xì)菌視紫紅質(zhì) 循環(huán)光合磷酸化（環(huán)式光合

6、磷酸化）循環(huán)光合磷酸化（環(huán)式光合磷酸化） 一般光合細(xì)菌一般光合細(xì)菌 細(xì)菌葉綠素細(xì)菌葉綠素 特點(diǎn)特點(diǎn) 可在厭氧條件下進(jìn)行可在厭氧條件下進(jìn)行, ,只一個(gè)只一個(gè) 光反應(yīng)系統(tǒng)光反應(yīng)系統(tǒng) 產(chǎn)物產(chǎn)物ATPATP，無(wú)，無(wú)NADNAD（P P）H H， 也不產(chǎn)生分子氧。也不產(chǎn)生分子氧。 非循環(huán)光合磷酸化非循環(huán)光合磷酸化 綠色植物、藻類和藍(lán)細(xì)菌綠色植物、藻類和藍(lán)細(xì)菌 所共有的產(chǎn)所共有的產(chǎn)ATPATP方式。方式。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩個(gè)光系統(tǒng)兩個(gè)光系統(tǒng) 水光解提供電子水光解提供電子 產(chǎn)物除產(chǎn)物除ATPATP外，外， 產(chǎn)生產(chǎn)生NADPHNADPH和和OO2 2。 細(xì)菌視紫紅質(zhì)細(xì)菌視紫紅質(zhì)的光合作用的光合作用 Bacter

7、iorhodopsin 第二節(jié)厭氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機(jī)制第二節(jié)厭氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機(jī)制 p酒精發(fā)酵機(jī)制酒精發(fā)酵機(jī)制 p甘油發(fā)酵機(jī)制甘油發(fā)酵機(jī)制 p乳酸發(fā)酵機(jī)制乳酸發(fā)酵機(jī)制 p沼氣發(fā)酵沼氣發(fā)酵機(jī)制機(jī)制 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 ATP ADP 果糖果糖-6-磷酸磷酸 ATP ADP Mg2+ 果糖果糖-1，6-二磷酸二磷酸 甘油醛甘油醛- 3-磷酸磷酸 二羥丙酮二羥丙酮 磷酸磷酸 2Pi 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 2ADP 2ATP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2H2O Mg2+ 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2ATP 2ADP 烯醇式丙酮酸烯醇式丙

8、酮酸 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 2CO2 乙醛乙醛 +2H+ 2NAD+ 2(NADH+H+) +2H+ 乙醇乙醇 糖酵解和酒精發(fā)酵的全過(guò)程糖酵解和酒精發(fā)酵的全過(guò)程 酵母菌酒精酵母菌酒精 發(fā)酵發(fā)酵 主產(chǎn)物：乙醇、主產(chǎn)物：乙醇、CO2CO2 副產(chǎn)物副產(chǎn)物4040多種多種 醇（雜醇油）醇（雜醇油） 醛（糠醛）醛（糠醛） 酸（琥珀酸）酸（琥珀酸） 酯酯 甲醇甲醇 酒精發(fā)酵中的副產(chǎn)物酒精發(fā)酵中的副產(chǎn)物 酒精發(fā)酵中的主要副產(chǎn)物酒精發(fā)酵中的主要副產(chǎn)物 p雜醇油雜醇油的生成的生成 p琥珀酸的生成琥珀酸的生成 p酯類的生成酯類的生成 p糠醛、甲醇等的生成糠醛、甲醇等的生成 酵母菌中的乙醇脫氫酶活性很強(qiáng)，乙醛作為

9、氫受體被還原成酵母菌中的乙醇脫氫酶活性很強(qiáng)，乙醛作為氫受體被還原成 乙醇的反應(yīng)進(jìn)行得很徹底，因此，在乙醇發(fā)酵中甘油的生成量乙醇的反應(yīng)進(jìn)行得很徹底，因此，在乙醇發(fā)酵中甘油的生成量 很少。很少。 如果采取某些手段阻止乙醛作為氫受體時(shí)，磷酸二羥丙酮?jiǎng)t替如果采取某些手段阻止乙醛作為氫受體時(shí)，磷酸二羥丙酮?jiǎng)t替 代乙醛作為氫受體形成甘油，這樣發(fā)酵轉(zhuǎn)為甘油發(fā)酵（酵母代乙醛作為氫受體形成甘油，這樣發(fā)酵轉(zhuǎn)為甘油發(fā)酵（酵母 型發(fā)酵）。型發(fā)酵）。 NaHSO3可作為抑制劑：可作為抑制劑： 乙醛乙醛+NaHSO3乙醛亞硫酸氫鈉乙醛亞硫酸氫鈉 甘油發(fā)酵機(jī)制甘油發(fā)酵機(jī)制 2ATP2ATP2ADP2ADP 2ADP2ADP

10、 2ATP2ATP COCO2 2 NaHSONaHSO3 3 NADNAD NADH+HNADH+H NADH+HNADH+H NADNAD H H2 2O O PiPi 甘油發(fā)酵甘油發(fā)酵 葡葡 萄萄 糖糖 1.6-1.6- 二磷二磷 酸果酸果 糖糖 3-3-磷酸甘磷酸甘 油醛油醛 磷酸二羥丙磷酸二羥丙 酮酮 丙酮酸丙酮酸 乙乙 醛醛 乙醛乙醛 HSO3HSO3 -磷酸甘磷酸甘 油油 甘甘 油油 乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵 乳酸菌的同型乳酸發(fā)酵（產(chǎn)物中只乳酸菌的同型乳酸發(fā)酵（產(chǎn)物中只 有乳酸）有乳酸） 明串珠菌等的異型乳酸發(fā)酵（產(chǎn)物明串珠菌等的異型乳酸發(fā)酵（產(chǎn)物 除乳酸外尚有乙醇，除乳酸外尚有乙醇，C

11、OCO2 2） 乳酸發(fā)酵機(jī)制乳酸發(fā)酵機(jī)制 葡萄糖葡萄糖 葡萄糖葡萄糖-6-磷酸磷酸 ATP ADP 果糖果糖-6-磷酸磷酸 ATP ADP Mg2+ 果糖果糖-1，6-二磷酸二磷酸 甘油醛甘油醛- 3-磷酸磷酸 二羥丙酮二羥丙酮 磷酸磷酸 2Pi 1，3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 2ADP 2ATP 3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸 2H2O Mg2+ 磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸 2ATP 2ADP 烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸 丙酮酸丙酮酸 乳酸乳酸 +2H+ 2NAD+ 2(NADH+H+) +2H+ 同型乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵 異型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵 分兩種途徑分兩種

12、途徑 1 1、6-6-磷酸葡糖酸途徑（磷酸酮解途徑）磷酸葡糖酸途徑（磷酸酮解途徑） 2 2、雙歧途徑（也是磷酸酮解途徑）、雙歧途徑（也是磷酸酮解途徑） 葡萄糖葡萄糖 ATP ADP 6磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖 1 NAD NADHH 6磷酸葡萄糖酸磷酸葡萄糖酸 2 NAD NADHH 5磷酸核酮糖磷酸核酮糖 3 5磷酸木酮糖磷酸木酮糖 乙酰磷酸乙酰磷酸 乙酰乙酰 乙酰乙酰CoA NADHH NAD 乙醛乙醛 NADHH NAD 乙醇乙醇 3磷酸甘油醛磷酸甘油醛 乳酸乳酸 ADP ATP NAD NADHH NAD NADHH 4 8 5 7 6 6磷酸葡萄糖酸生成乳酸和乙醇磷酸葡萄糖酸生成乳酸和乙

13、醇 1.己糖激酶己糖激酶 2. 6磷酸葡萄糖脫氫酶磷酸葡萄糖脫氫酶 3. 6磷酸葡萄糖酸脫氫酶磷酸葡萄糖酸脫氫酶 4. 5磷酸核酮糖磷酸核酮糖3差向異構(gòu)酶差向異構(gòu)酶 5. 磷酸解酮酶磷酸解酮酶 6. 磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶 7. 乙醛脫氫酶乙醛脫氫酶 8. 醇脫氫酶醇脫氫酶 葡萄糖葡萄糖 ATP ADP 6磷酸果糖磷酸果糖 6磷酸果糖磷酸果糖 ADP Pi 4磷酸赤蘚糖磷酸赤蘚糖 3磷酸甘油醛磷酸甘油醛 7磷酸景天庚酮糖磷酸景天庚酮糖 5磷酸木酮糖磷酸木酮糖 5磷酸核糖磷酸核糖 乙酰磷酸乙酰磷酸 ATP 乙酰乙酰 5磷酸木酮糖磷酸木酮糖5磷酸核酮糖磷酸核酮糖 乙酰磷酸乙酰磷酸 2 分子分子3

14、磷酸甘油醛磷酸甘油醛 乳酸乳酸 ADP ATP NAD NADHH NAD NADHH ADP ATP 3分子乙酸分子乙酸 葡萄糖經(jīng)雙歧途徑發(fā)酵生成乳酸和乙酸葡萄糖經(jīng)雙歧途徑發(fā)酵生成乳酸和乙酸 1 3 2 45 6 7 1.6-磷酸果糖解酮酶磷酸果糖解酮酶 2.轉(zhuǎn)二羥基丙酮基酶轉(zhuǎn)二羥基丙酮基酶 3.轉(zhuǎn)羥乙醛基酶轉(zhuǎn)羥乙醛基酶 4.5磷酸核糖異構(gòu)酶磷酸核糖異構(gòu)酶 5.5磷酸核酮糖磷酸核酮糖3差向異構(gòu)差向異構(gòu) 酶酶 6.5磷酸木酮糖磷酸酮解酶磷酸木酮糖磷酸酮解酶 7.乙酸激酶乙酸激酶 沼氣發(fā)酵沼氣發(fā)酵 1 1水解階段水解階段 2 2發(fā)酵階段發(fā)酵階段 生物化學(xué)本質(zhì)來(lái)說(shuō)，就是一生物化學(xué)本質(zhì)來(lái)說(shuō)，就是一

15、種由種由產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行的甲烷形產(chǎn)甲烷菌進(jìn)行的甲烷形 成過(guò)程成過(guò)程。分為四個(gè)階段。分為四個(gè)階段 第三節(jié)第三節(jié) 好氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機(jī)制好氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機(jī)制 p檸檬酸的發(fā)酵機(jī)制檸檬酸的發(fā)酵機(jī)制 p氨基酸的發(fā)酵機(jī)制氨基酸的發(fā)酵機(jī)制 檸檬酸的發(fā)酵機(jī)制檸檬酸的發(fā)酵機(jī)制 p檸檬酸在食品中的應(yīng)用檸檬酸在食品中的應(yīng)用 p檸檬酸發(fā)酵微生物檸檬酸發(fā)酵微生物 p檸檬酸發(fā)酵機(jī)理檸檬酸發(fā)酵機(jī)理 1)1) 飲料與冰淇淋飲料與冰淇淋 p檸檬酸廣泛用于配制各種水果型的飲料以及軟檸檬酸廣泛用于配制各種水果型的飲料以及軟 飲料飲料 p檸檬酸本身是果汁的檸檬酸本身是果汁的天然成分天然成分之一，不僅賦于之一，不僅賦于 飲料水果風(fēng)味，而

16、且具有增溶、緩沖、抗氧化飲料水果風(fēng)味，而且具有增溶、緩沖、抗氧化 等作用，能使飲料中的糖、香精、色素等成分等作用，能使飲料中的糖、香精、色素等成分 交融協(xié)調(diào)，形成適宜的口味和風(fēng)味；添加檸檬交融協(xié)調(diào)，形成適宜的口味和風(fēng)味；添加檸檬 酸可以改善冰淇淋的口味，增加乳化穩(wěn)定性，酸可以改善冰淇淋的口味，增加乳化穩(wěn)定性， 防止氧化作用。防止氧化作用。 2)2) 果醬與釀造酒果醬與釀造酒 p檸檬酸在檸檬酸在果醬果醬與與果凍果凍中同樣可以增進(jìn)風(fēng)味，并使產(chǎn)中同樣可以增進(jìn)風(fēng)味，并使產(chǎn) 品抗氧化作用。由于果醬、果凍的凝膠性質(zhì)需要一品抗氧化作用。由于果醬、果凍的凝膠性質(zhì)需要一 定范圍的定范圍的pHpH值，添加一定量的

17、檸檬酸可以滿足這一值，添加一定量的檸檬酸可以滿足這一 要求。要求。 p當(dāng)葡萄或其它當(dāng)葡萄或其它釀酒釀酒原料成熟過(guò)度而酸度不足時(shí)，可原料成熟過(guò)度而酸度不足時(shí)，可 以用檸檬酸調(diào)節(jié)，以防止所釀造的酒口味單薄。檸以用檸檬酸調(diào)節(jié)，以防止所釀造的酒口味單薄。檸 檬酸加到這些果汁中還有抗氧化和保護(hù)色素的作用，檬酸加到這些果汁中還有抗氧化和保護(hù)色素的作用， 以保護(hù)果汁的新鮮感和防止變色。以保護(hù)果汁的新鮮感和防止變色。 3)3) 腌制品腌制品 p各種肉類和蔬菜在腌制加工時(shí)，加入或涂上檸各種肉類和蔬菜在腌制加工時(shí)，加入或涂上檸 檬酸可以改善風(fēng)味，除腥去臭，抗氧化。檬酸可以改善風(fēng)味，除腥去臭，抗氧化。 4)4) 罐

18、頭食品罐頭食品 p加入檸檬酸除了調(diào)酸作用之外，還有螯合金屬加入檸檬酸除了調(diào)酸作用之外，還有螯合金屬 離子的作用，保護(hù)其中的抗壞血酸，使之不被離子的作用，保護(hù)其中的抗壞血酸，使之不被 金屬離子破壞。檸檬酸添加到植物油中也有類金屬離子破壞。檸檬酸添加到植物油中也有類 似的作用。似的作用。 5)5) 豆制品及調(diào)味品豆制品及調(diào)味品 p用含有檸檬酸的水浸漬大豆，可以脫腥并便于用含有檸檬酸的水浸漬大豆，可以脫腥并便于 后續(xù)加工。檸檬酸可以用于大豆等豆類蛋白、后續(xù)加工。檸檬酸可以用于大豆等豆類蛋白、 葵花子蛋白的水解，生產(chǎn)出風(fēng)味別致的調(diào)味品。葵花子蛋白的水解，生產(chǎn)出風(fēng)味別致的調(diào)味品。 它也可以用于成熟調(diào)味品

19、（醬油等）的調(diào)味。它也可以用于成熟調(diào)味品（醬油等）的調(diào)味。 6)6) 其它其它 p檸檬酸在醫(yī)藥、化學(xué)等其它工業(yè)中也有一定的檸檬酸在醫(yī)藥、化學(xué)等其它工業(yè)中也有一定的 作用。檸檬酸鐵胺可以用作補(bǔ)血?jiǎng)?；檸檬酸鈉作用。檸檬酸鐵胺可以用作補(bǔ)血?jiǎng)粰幟仕徕c 可用作輸血?jiǎng)?；檸檬酸可制造食品包裝用薄膜可用作輸血?jiǎng)粰幟仕峥芍圃焓称钒b用薄膜 及無(wú)公害洗滌劑。及無(wú)公害洗滌劑。 檸檬酸的消費(fèi)領(lǐng)域：檸檬酸的消費(fèi)領(lǐng)域： 飲料行業(yè)占飲料行業(yè)占40404545 食品添加劑等占食品添加劑等占15152020 洗滌劑占洗滌劑占20203030 醫(yī)藥占醫(yī)藥占5 5 其它占其它占1010 2004 2004年全球檸檬酸產(chǎn)量約年全

20、球檸檬酸產(chǎn)量約120120萬(wàn)噸，歐盟萬(wàn)噸，歐盟 和美國(guó)為最大消費(fèi)市場(chǎng)。和美國(guó)為最大消費(fèi)市場(chǎng)。 p檸檬酸是目前世界上以生物化學(xué)方法生產(chǎn)，產(chǎn)檸檬酸是目前世界上以生物化學(xué)方法生產(chǎn)，產(chǎn) 量最大的有機(jī)酸。量最大的有機(jī)酸。 p我國(guó)是檸檬酸的第一大生產(chǎn)國(guó)，估計(jì)年產(chǎn)約我國(guó)是檸檬酸的第一大生產(chǎn)國(guó)，估計(jì)年產(chǎn)約5050 萬(wàn)噸萬(wàn)噸 p歐洲是檸檬酸的第二大生產(chǎn)地，產(chǎn)量約歐洲是檸檬酸的第二大生產(chǎn)地，產(chǎn)量約3030萬(wàn)噸萬(wàn)噸 p 美國(guó)檸檬酸年產(chǎn)量約美國(guó)檸檬酸年產(chǎn)量約2525萬(wàn)噸萬(wàn)噸 檸檬酸發(fā)酵微生物檸檬酸發(fā)酵微生物 p 黑曲霉黑曲霉 分生孢子頭分生孢子頭 檸檬酸發(fā)酵機(jī)理檸檬酸發(fā)酵機(jī)理 p檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié)檸檬酸積累的代謝調(diào)

21、節(jié) p檸檬酸積累機(jī)理檸檬酸積累機(jī)理 檸檬酸發(fā)檸檬酸發(fā)酵酵 機(jī)理機(jī)理 檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié)檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié) p 糖酵解糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié) 黑曲霉在缺錳的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，可提高黑曲霉在缺錳的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，可提高 NHNH4 4+ +濃度，高濃度濃度，高濃度NHNH4 4+ + 可有效解除可有效解除ATPATP、 檸檬酸對(duì)磷酸果糖激酶的抑制。檸檬酸對(duì)磷酸果糖激酶的抑制。 檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié)檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié) p三羧酸循環(huán)三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) 檸檬酸檸檬酸順烏頭酸順烏頭酸異檸檬酸異檸檬酸 順烏頭酸酶順烏頭酸酶含含鐵鐵的非血紅蛋白，以的非血紅蛋白，以FeFe4 4S

22、S4 4作為輔基。作為輔基。 且反應(yīng)需要且反應(yīng)需要FeFe+ + 適量加入亞鐵氰化鉀（黃血鹽），與適量加入亞鐵氰化鉀（黃血鹽），與FeFe+ + 生成絡(luò)合 生成絡(luò)合 物，則酶失活或活性減少，而積累檸檬酸。物，則酶失活或活性減少，而積累檸檬酸。 誘變或其他方法，造成生產(chǎn)菌種順烏頭酸酶的缺損誘變或其他方法，造成生產(chǎn)菌種順烏頭酸酶的缺損 或活力很低，同樣積累檸檬酸或活力很低，同樣積累檸檬酸。 高能硫酯鍵高能硫酯鍵 能量能量 檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié)檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié) p及時(shí)補(bǔ)加草酰乙酸及時(shí)補(bǔ)加草酰乙酸 外加草酰乙酸外加草酰乙酸 回補(bǔ)途徑旺盛的菌種回補(bǔ)途徑旺盛的菌種 組成型的丙酮酸羧化酶組成型的丙酮酸羧

23、化酶 回補(bǔ)途徑回補(bǔ)途徑 檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié)檸檬酸積累的代謝調(diào)節(jié) p糖酵解及丙酮酸代謝糖酵解及丙酮酸代謝 的調(diào)節(jié)的調(diào)節(jié) p三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié)三羧酸循環(huán)的調(diào)節(jié) p及時(shí)補(bǔ)加草酰乙酸及時(shí)補(bǔ)加草酰乙酸 回補(bǔ)途徑回補(bǔ)途徑 1 1、由于錳的缺乏，抑制了蛋白質(zhì)的合成，由于錳的缺乏，抑制了蛋白質(zhì)的合成， 而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的NHNH4 4+ + 濃度升高，促進(jìn)了濃度升高，促進(jìn)了 EMPEMP途徑的暢通。途徑的暢通。 2 2、由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供 草酰乙酸。草酰乙酸。 檸檬酸積累機(jī)理檸檬酸積累機(jī)理 黑曲霉黑曲霉 檸檬酸積累機(jī)理檸檬酸積累機(jī)理 3 3、在控制在

24、控制FeFe+ +含量的情況下，順烏頭酸酶活性 含量的情況下，順烏頭酸酶活性 低，從而使檸檬酸積累。低，從而使檸檬酸積累。 順烏頭酸水合酶在催化時(shí)建立如下平衡順烏頭酸水合酶在催化時(shí)建立如下平衡 檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸90 90 ：3 3：7 7 4 4、丙酮酸氧化脫丙酮酸氧化脫 羧生成乙酰輔酶羧生成乙酰輔酶 和丙酮酸固定和丙酮酸固定COCO 反應(yīng)相平衡反應(yīng)相平衡 檸檬酸合成酶不檸檬酸合成酶不 被抑制，增強(qiáng)了合被抑制，增強(qiáng)了合 成檸檬酸的能力。成檸檬酸的能力。 檸檬酸積累機(jī)理檸檬酸積累機(jī)理 回補(bǔ)途徑回補(bǔ)途徑 檸檬酸積累機(jī)理檸檬酸積累機(jī)理 5 5、檸檬酸積累增加，檸檬

25、酸積累增加，pHpH降低，在低降低，在低pHpH條件下，條件下， 順烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶失活，從而順烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶失活，從而 進(jìn)一步促進(jìn)了檸檬酸自身的積累。進(jìn)一步促進(jìn)了檸檬酸自身的積累。 檸檬酸檸檬酸順烏頭酸順烏頭酸異檸檬酸異檸檬酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸 氨基酸發(fā)酵機(jī)制氨基酸發(fā)酵機(jī)制 p氨基酸發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的生長(zhǎng)和代謝活氨基酸發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的生長(zhǎng)和代謝活 動(dòng)生產(chǎn)各種氨基酸的現(xiàn)代工業(yè)。動(dòng)生產(chǎn)各種氨基酸的現(xiàn)代工業(yè)。 p氨基酸發(fā)酵是典型的氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵代謝控制發(fā)酵。 發(fā)酵所生成的產(chǎn)物發(fā)酵所生成的產(chǎn)物氨基酸，都是微生物的中間氨基酸，都是微生物的中間 代謝

26、產(chǎn)物，它的積累是建立于對(duì)微生物正常代謝的代謝產(chǎn)物，它的積累是建立于對(duì)微生物正常代謝的 抑制。抑制。 氨基酸發(fā)酵的關(guān)鍵是取決于其氨基酸發(fā)酵的關(guān)鍵是取決于其控制機(jī)制是否能夠被控制機(jī)制是否能夠被 解除解除，是否能，是否能打破微生物的正常代謝調(diào)節(jié)打破微生物的正常代謝調(diào)節(jié)，人為地，人為地 控制微生物的代謝控制微生物的代謝。 氨基酸發(fā)酵機(jī)制氨基酸發(fā)酵機(jī)制 p氨基酸發(fā)酵的代謝控制氨基酸發(fā)酵的代謝控制 p谷氨酸發(fā)酵機(jī)制谷氨酸發(fā)酵機(jī)制 氨基酸發(fā)酵的代謝控制氨基酸發(fā)酵的代謝控制 控制發(fā)酵的環(huán)境條件控制發(fā)酵的環(huán)境條件 控制細(xì)胞滲透性控制細(xì)胞滲透性 控制旁路代謝控制旁路代謝 降低反饋?zhàn)饔梦锏臐舛冉档头答佔(zhàn)饔梦锏臐舛?

27、消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏 促進(jìn)促進(jìn)ATPATP的積累，以利于氨基酸的生物合成的積累，以利于氨基酸的生物合成 氨基酸發(fā)酵受菌種的生理特征和環(huán)境條件的氨基酸發(fā)酵受菌種的生理特征和環(huán)境條件的 影響。影響。 對(duì)專性好氧菌來(lái)說(shuō)，環(huán)境條件的影響更大。對(duì)專性好氧菌來(lái)說(shuō)，環(huán)境條件的影響更大。 谷氨酸谷氨酸發(fā)酵必須嚴(yán)格控制菌體生長(zhǎng)的環(huán)境條發(fā)酵必須嚴(yán)格控制菌體生長(zhǎng)的環(huán)境條 件，否則就幾乎不積累谷氨酸。件，否則就幾乎不積累谷氨酸。 控制發(fā)酵的環(huán)境條件控制發(fā)酵的環(huán)境條件 氨基酸發(fā)酵是人為地控制環(huán)境條件而使發(fā)酵發(fā)生轉(zhuǎn)換氨基酸發(fā)酵是人為地控制環(huán)境條件而使發(fā)酵發(fā)生轉(zhuǎn)換 環(huán)境因子環(huán)境因子發(fā)發(fā) 酵酵

28、 產(chǎn)產(chǎn) 物物 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 溶解氧溶解氧谷氨酸谷氨酸乳酸和琥珀酸乳酸和琥珀酸酮戊二酸酮戊二酸 （通氣不足）（通氣不足）（適中）（適中） （通風(fēng)過(guò)量，轉(zhuǎn)速過(guò)快）（通風(fēng)過(guò)量，轉(zhuǎn)速過(guò)快） NHNH4 4+ + 酮戊二酸酮戊二酸谷氨酸谷氨酸谷氨酰胺谷氨酰胺 （適量）（適量） （缺乏）（缺乏） （過(guò)量）（過(guò)量） pHpH值值谷氨酰胺，谷氨酰胺，N-N-乙酰谷酰胺乙酰谷酰胺谷氨酸谷氨酸 （pHpH值值5 58 8，NHNH4 4+ +過(guò)多）過(guò)多）（中性或微堿性）（中性或微堿性） 磷酸磷酸 纈纈 氨氨 酸酸谷氨酸谷氨酸 （高濃度磷酸鹽）（高濃度磷酸鹽） （磷酸鹽適中）（磷酸鹽適中） 生物素生物素 乳酸或琥珀酸

29、乳酸或琥珀酸谷氨酸谷氨酸 （過(guò)量）（過(guò)量）（限量）（限量） 控制細(xì)胞滲透性控制細(xì)胞滲透性 谷氨酸的生物合成途徑谷氨酸的生物合成途徑 控制細(xì)胞滲透性控制細(xì)胞滲透性 谷氨酸的生物合成途徑谷氨酸的生物合成途徑 控制細(xì)胞滲透性控制細(xì)胞滲透性 影響細(xì)胞膜通透性影響細(xì)胞膜通透性，有利于代謝產(chǎn)物分，有利于代謝產(chǎn)物分 泌出來(lái)，避免了泌出來(lái)，避免了末端產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)末端產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)， 有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。 控制細(xì)胞滲透性控制細(xì)胞滲透性 生物素生物素 油酸油酸 表面活性劑表面活性劑 其作用是引起細(xì)胞膜的脂肪其作用是引起細(xì)胞膜的脂肪 成分的改變，尤其是改變油成分的改變，尤其是改變油 酸的含量，

30、從而改變細(xì)胞膜酸的含量，從而改變細(xì)胞膜 通透性通透性 一一 二：二：青霉素青霉素：抑制細(xì)胞壁的合成：抑制細(xì)胞壁的合成 影響谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜通透性的物質(zhì)影響谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜通透性的物質(zhì) p生物素生物素是脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶是脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙乙 酰酰CoACoA羧化酶羧化酶的輔酶的輔酶, ,參與了脂肪酸的合成參與了脂肪酸的合成, ,特別特別 是不飽和脂肪酸的合成是不飽和脂肪酸的合成, ,進(jìn)而影響脂肪酸的合成進(jìn)而影響脂肪酸的合成. . 進(jìn)而影響磷脂合成，當(dāng)磷脂合成量少到正常的進(jìn)而影響磷脂合成，當(dāng)磷脂合成量少到正常的 1/21/2左右時(shí)左右時(shí), ,細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)不完全，細(xì)胞變

31、形細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)不完全，細(xì)胞變形,Glu,Glu向向 膜外泄漏膜外泄漏. . 表面活性劑表面活性劑對(duì)不飽和脂肪酸的生物合成對(duì)不飽和脂肪酸的生物合成 有拮抗作用，從而抑制不飽和脂肪酸的有拮抗作用，從而抑制不飽和脂肪酸的 生物合成，導(dǎo)致形成磷脂含量不足的不生物合成，導(dǎo)致形成磷脂含量不足的不 完全細(xì)胞膜，從而解除了細(xì)胞膜對(duì)谷氨完全細(xì)胞膜，從而解除了細(xì)胞膜對(duì)谷氨 酸滲透的屏障，使谷氨酸易于排出胞外酸滲透的屏障，使谷氨酸易于排出胞外 p其作用是抑制細(xì)胞壁其作用是抑制細(xì)胞壁肽聚糖合成中肽鏈肽聚糖合成中肽鏈 的交聯(lián)的交聯(lián)，由于細(xì)胞膜失去細(xì)胞壁的保護(hù)，由于細(xì)胞膜失去細(xì)胞壁的保護(hù)， 細(xì)胞膜受到物理?yè)p傷，從而使?jié)B透性

32、增細(xì)胞膜受到物理?yè)p傷，從而使?jié)B透性增 強(qiáng)。強(qiáng)。 控制旁路代謝控制旁路代謝 D-D-蘇氨酸蘇氨酸L- L-蘇氨酸蘇氨酸 -酮基丁酸酮基丁酸 L- L-異亮氨酸異亮氨酸 L- L-蘇氨酸蘇氨酸 脫氫酶脫氫酶 反饋抑制反饋抑制 D-D-蘇氨酸蘇氨酸 脫氫酶脫氫酶 降低反饋?zhàn)饔梦锏臐舛冉档头答佔(zhàn)饔梦锏臐舛?谷氨酸谷氨酸 N-N-乙酰谷氨酸乙酰谷氨酸 N-N-乙酰乙酰-谷氨酰磷酸谷氨酰磷酸 N-N-乙酰谷氨酸半縮醛乙酰谷氨酸半縮醛 N-N-乙酰鳥氨酸乙酰鳥氨酸 瓜氨酸瓜氨酸 精氨酸精氨酸 反饋抑制反饋抑制 瓜氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型瓜氨酸營(yíng)養(yǎng)缺陷型 通過(guò)使用抗氨基酸結(jié)通過(guò)使用抗氨基酸結(jié) 構(gòu)類似物突變株的方構(gòu)類似物

33、突變株的方 法來(lái)進(jìn)行法來(lái)進(jìn)行 S- S-（氨基乙基）氨基乙基）-L -L半胱氨酸半胱氨酸 (AEC)(AEC)賴氨酸結(jié)構(gòu)類似物賴氨酸結(jié)構(gòu)類似物 AECAEC蘇氨酸蘇氨酸平板？平板？ 消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏 天冬氨酸天冬氨酸 天冬氨酰胺磷酸天冬氨酰胺磷酸 天冬氨酸半縮醛天冬氨酸半縮醛 高絲氨酸高絲氨酸 蘇氨酸蘇氨酸賴氨酸賴氨酸 天冬氨天冬氨 酸激酶酸激酶 協(xié)同反協(xié)同反 饋抑制饋抑制 AECAEC 谷氨酸發(fā)酵機(jī)制谷氨酸發(fā)酵機(jī)制 p生物素營(yíng)養(yǎng)缺陷型生物素營(yíng)養(yǎng)缺陷型 p-酮戊二酸脫氫酶活性微弱或喪失酮戊二酸脫氫酶活性微弱或喪失 p具有具有COCO2 2 固定反應(yīng)的酶系固定

34、反應(yīng)的酶系 p有強(qiáng)烈的有強(qiáng)烈的L- L-谷氨酸脫氫酶活性谷氨酸脫氫酶活性 pNADPHNADPH氧化能力欠缺或喪失氧化能力欠缺或喪失 -酮戊二酸酮戊二酸+NH+NH3 3+NAD+NADH L-H L-谷氨酸谷氨酸+H+H2 2O+NADO+NAD+ + L- L-谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶 生物素營(yíng)養(yǎng)缺陷型生物素營(yíng)養(yǎng)缺陷型 p使用該類突變株必須限制發(fā)酵培養(yǎng)基中使用該類突變株必須限制發(fā)酵培養(yǎng)基中 生物素生物素亞適量亞適量(5-10(5-10 g/L).g/L).在發(fā)酵初期在發(fā)酵初期(0-8(0-8 小時(shí)小時(shí)), ),細(xì)胞正常生長(zhǎng)細(xì)胞正常生長(zhǎng), ,當(dāng)生物素耗盡后當(dāng)生物素耗盡后, ,在在 菌的再次倍增時(shí)菌的再次倍增時(shí), ,開始出現(xiàn)異常形態(tài)細(xì)胞開始出現(xiàn)異常形態(tài)細(xì)胞, , 即完成