發(fā)第五章發(fā)酵機制與代謝調控2課件

1、第五章第五章 發(fā)酵機制與代謝調控發(fā)酵機制與代謝調控第一節(jié)第一節(jié) 厭氧發(fā)酵機制與代謝調控厭氧發(fā)酵機制與代謝調控第二節(jié)第二節(jié) 好氧發(fā)酵與代謝調控好氧發(fā)酵與代謝調控.發(fā)酵機制發(fā)酵機制l發(fā)酵機制：發(fā)酵機制： 微生物通過其代謝活動，利用基質（底物）合微生物通過其代謝活動，利用基質（底物）合成人們所需要的代謝產物的成人們所需要的代謝產物的內在規(guī)律內在規(guī)律l代謝控制發(fā)酵：代謝控制發(fā)酵： 人為的改變人為的改變微生物的代謝調控機制，使有用微生物的代謝調控機制，使有用的代謝產物過量的積累。的代謝產物過量的積累。.發(fā)酵方式發(fā)酵方式l對氧需要或不需要對氧需要或不需要 好氧好氧 厭氧厭氧l培養(yǎng)基液態(tài)或固態(tài)培養(yǎng)基液態(tài)或固

2、態(tài) 液態(tài)發(fā)酵液態(tài)發(fā)酵 固態(tài)發(fā)酵固態(tài)發(fā)酵l發(fā)酵是在培養(yǎng)基表面還是在深層進行發(fā)酵是在培養(yǎng)基表面還是在深層進行 表面發(fā)酵表面發(fā)酵 深層發(fā)酵深層發(fā)酵l發(fā)酵是間歇還是連續(xù)發(fā)酵是間歇還是連續(xù) 分批發(fā)酵分批發(fā)酵 連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵l菌種是否被固定在載體上菌種是否被固定在載體上 游離發(fā)酵游離發(fā)酵 固定化發(fā)酵固定化發(fā)酵l菌種是單一還是混合的菌種單一菌種是單一還是混合的菌種單一 純種發(fā)酵純種發(fā)酵 混合發(fā)酵混合發(fā)酵.相關的代謝途徑相關的代謝途徑lEMP途徑.糖酵解糖酵解(glycolysis)lEMP途徑l葡萄糖葡萄糖 1, 6- 1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖l 1, 6-1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖 3-3-磷

3、酸甘油醛磷酸甘油醛l 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 2- 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸l 2-2-二磷酸甘油二磷酸甘油酸酸 丙酮酸丙酮酸.第一節(jié)第一節(jié) 厭氧發(fā)酵機制與代謝調控厭氧發(fā)酵機制與代謝調控l在無氧條件下，丙酮酸去向在無氧條件下，丙酮酸去向（1）在酵母中，產生乙醇）在酵母中，產生乙醇 ；酒精發(fā)酵；酒精發(fā)酵（2）在乳酸菌中，產生乳酸；同型乳酸發(fā)酵）在乳酸菌中，產生乳酸；同型乳酸發(fā)酵（3）在梭狀芽孢桿菌中，產生乙酰）在梭狀芽孢桿菌中，產生乙酰CoA、丁醛、丁醇、丙、丁醛、丁醇、丙酮、乙醇；丙酮丁醇發(fā)酵。酮、乙醇；丙酮丁醇發(fā)酵。.第一節(jié)第一節(jié) 厭氧發(fā)酵機制與代謝調控厭氧發(fā)酵機制與代謝調控l一、酵母

4、菌的酒精發(fā)酵一、酵母菌的酒精發(fā)酵l二、細菌的酒精發(fā)酵二、細菌的酒精發(fā)酵l三、乳酸發(fā)酵（同型、異型）三、乳酸發(fā)酵（同型、異型）l四、甘油發(fā)酵（亞硫酸鹽法、堿法）四、甘油發(fā)酵（亞硫酸鹽法、堿法）.第一節(jié)第一節(jié) 厭氧發(fā)酵機制與代謝調控厭氧發(fā)酵機制與代謝調控一、酵母菌的酒精發(fā)酵一、酵母菌的酒精發(fā)酵l1.乙醇生成機制乙醇生成機制以丙酮酸脫羧產生的乙醛作為以丙酮酸脫羧產生的乙醛作為H受體產生乙醇。受體產生乙醇。丙酮酸丙酮酸丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶COCO2 2 + +乙醛乙醛（酵母菌酒精發(fā)酵（酵母菌酒精發(fā)酵型）型）NADH +H NADH+乙醇乙醇+焦磷酸硫胺素、焦磷酸硫胺素、MgMg2 2乙醇脫氫酶乙醇

5、脫氫酶.葡萄糖生成乙醇葡萄糖生成乙醇l總反應式：總反應式：lC6H12O6 +2ADP+2H3PO42CH3CH2OH+2CO2+2ATP 2CH3COCOOH 丙酮酸脫羧酶丙酮酸脫羧酶 4ATP CO2 2CH3CHO NADH+H+ 2ADP 乙醇脫氫酶乙醇脫氫酶 NAD+ C6H12 O6 2C2H5OH.巴斯德效應巴斯德效應l葡萄糖分解為乙醇的過程中，并無氧氣參與，是葡萄糖分解為乙醇的過程中，并無氧氣參與，是一個無氧呼吸過程。一個無氧呼吸過程。l但在好氧條件下，但在好氧條件下，酵母酵母發(fā)酵能力降低，乙醇的積發(fā)酵能力降低，乙醇的積累減少，實質是糖代謝降低累減少，實質是糖代謝降低巴斯德效應

6、巴斯德效應。.巴斯德效應巴斯德效應l機制：機制：磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是第是第一個限速酶，它是一種變一個限速酶，它是一種變構酶，受構酶，受ATP、檸檬酸檸檬酸及其及其他一些高能化合物的抑制，他一些高能化合物的抑制，受受AMP、ADP的激活。的激活。l在在好氧條件好氧條件下，糖代謝進下，糖代謝進入三羧酸循環(huán)，產生檸檬入三羧酸循環(huán)，產生檸檬酸等，并通過氧化磷酸化酸等，并通過氧化磷酸化生成大量的生成大量的ATP。 ATP反反饋抑制饋抑制此酶的活性。此酶的活性。l細胞內細胞內檸檬酸檸檬酸生成量的增生成量的增加，反饋阻遏加，反饋阻遏磷酸果糖激磷酸果糖激酶酶的合成，這種阻遏作用的合成，這種阻遏作用由于由

7、于ATP存在而加強。存在而加強。OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖異構酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖由于磷酸果糖激酶受抑制，導致由于磷酸果糖激酶受抑制，導致6-磷酸果糖積累，磷酸果糖積累，反應平衡時，醛糖：酮糖為反應平衡時，醛糖：酮糖為7:3，導致，導致6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖積累，糖積累， 6-磷酸葡萄

8、糖抑制磷酸葡萄糖抑制己糖激酶己糖激酶，從而抑制，從而抑制葡萄糖進入細胞。葡萄糖進入細胞。.二、細菌的酒精發(fā)酵二、細菌的酒精發(fā)酵lED途徑：途徑：又稱又稱2-酮酮-3-脫氧脫氧-6-磷酸葡糖酸（磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途徑）裂解途徑lED途徑總反應式：途徑總反應式：C6H12O6+ADP+H3PO42C2H5OH+2CO2+ATP.ED途徑中的關鍵反應途徑中的關鍵反應lKDPG 2-酮酮-3-脫氧脫氧-6-磷酸葡糖酸磷酸葡糖酸.ED途徑途徑l1952年在年在Pseudomonas saccharophila（嗜糖假（嗜糖假單胞菌）中發(fā)現，后來證明存在于多種細菌中（革單胞菌）中發(fā)現，后來證明存在

9、于多種細菌中（革蘭氏陰性菌中分布較廣）。蘭氏陰性菌中分布較廣）。l ED途徑可不依賴于途徑可不依賴于EMP和和HMP途徑而途徑而單獨存在單獨存在，是少數是少數缺乏缺乏完整完整EMP途徑的微生物的一種途徑的微生物的一種替代替代途徑，途徑，未發(fā)現存在于其它生物中。未發(fā)現存在于其它生物中。l少數假單胞桿菌（少數假單胞桿菌（Pscudomonas),如林氏假單胞菌如林氏假單胞菌（Ps.lindneri)能利用葡萄糖經能利用葡萄糖經ED途徑進行酒精發(fā)途徑進行酒精發(fā)酵。酵。.細菌酒精發(fā)酵細菌酒精發(fā)酵l在末端假單胞菌中能使在末端假單胞菌中能使2分子丙酮酸脫羧，然后還原乙醛生成分子丙酮酸脫羧，然后還原乙醛生成

10、2分子乙醇和分子乙醇和2分子分子CO2。l而在其他假單胞菌中氫載體氧化后，生成而在其他假單胞菌中氫載體氧化后，生成1分子乙醇、分子乙醇、1分子乳分子乳酸酸和和1分子分子CO2。lED途徑總反應式：途徑總反應式：C6H12O6+ADP+H3PO42C2H5OH+2CO2+ATP.細菌的酒精發(fā)酵特點細菌的酒精發(fā)酵特點l20世紀世紀70年代出現年代出現l代謝速度快代謝速度快l發(fā)酵周期短發(fā)酵周期短l酒精產率高（比酵母菌）酒精產率高（比酵母菌）l厭氧和耐高溫厭氧和耐高溫l代謝副產物少代謝副產物少l能利用各種糖類能利用各種糖類l但耐酒精度比酵母菌低但耐酒精度比酵母菌低lpH5 （酵母菌（酵母菌pH3 ）

11、，較易染菌，較易染菌.三、乳酸發(fā)酵三、乳酸發(fā)酵l1.同型乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵 通過通過EMP途徑，由途徑，由丙酮酸丙酮酸還原生成還原生成乳酸乳酸。發(fā)酵產物中只有。發(fā)酵產物中只有乳酸。乳酸。 進行同型乳酸發(fā)酵的細菌主要有進行同型乳酸發(fā)酵的細菌主要有乳鏈球菌、乳酪桿菌、保乳鏈球菌、乳酪桿菌、保加利亞桿菌、德氏乳桿菌。加利亞桿菌、德氏乳桿菌。l2.異型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵 通過通過HMP(PK)途徑，產物中除乳酸外，還有乙醇、乙酸等途徑，產物中除乳酸外，還有乙醇、乙酸等有機化合物的發(fā)酵。有機化合物的發(fā)酵。 進行異型乳酸發(fā)酵的有進行異型乳酸發(fā)酵的有腸膜明串珠菌、葡聚糖明串珠菌。腸膜明串珠菌、葡聚糖明串

12、珠菌。.1.同型乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵l無氧條件下，葡萄糖先經無氧條件下，葡萄糖先經經經EMP途徑得到丙酮酸途徑得到丙酮酸.2.異型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵HMP途徑途徑戊糖磷酸途徑戊糖磷酸途徑.異型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵HMP途徑途徑.l在微生物分類研究中，通常把發(fā)酵在微生物分類研究中，通常把發(fā)酵1mol葡萄糖產生的乳葡萄糖產生的乳酸少于酸少于1.8mol，同時還產生較多乙醇、，同時還產生較多乙醇、CO2或乙酸、甘油、或乙酸、甘油、甘露醇等產品的乳酸菌稱為異型乳酸菌。甘露醇等產品的乳酸菌稱為異型乳酸菌。l同型乳酸菌同型乳酸菌的微生物已經用來發(fā)酵產生乳酸。的微生物已經用來發(fā)酵產生乳酸。l異型乳酸異型乳

13、酸發(fā)酵的微生物，例如發(fā)酵的微生物，例如雙歧桿菌雙歧桿菌，已經用于發(fā)酵生，已經用于發(fā)酵生產活菌飲料，并越來越受重視。產活菌飲料，并越來越受重視。異型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵.四、甘油發(fā)酵四、甘油發(fā)酵1.亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵l正常情況正常情況酵母酵母菌在無氧條件下：菌在無氧條件下： 丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇乙醇l當加入當加入NaHSO3, 乙醛乙醛+ NaHSO3, CH3CHOSO2Na(難溶結晶狀加成物）難溶結晶狀加成物） OHl乙醛不能作為受氫體，而迫使乙醛不能作為受氫體，而迫使磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮作為受氫體，作為受氫體，生成生成-磷酸甘油，磷酸甘油， -磷酸甘油磷酸甘油經脫

14、磷酸而有經脫磷酸而有甘油甘油累積。累積。1,6-二磷酸果糖HOHH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OCH2OPO3H2CCH2OHOCH2OPO3H2CHOHCHO磷酸二羥丙酮3磷酸甘油醛磷酸丙糖異構酶964醛縮酶.亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵CH2OP CH2OP CH2OHC=O + NADH + H+ CHOH CHOHCH2OH CH2OH CH2OH CH2OH OHC6H12O6 + NaHSO3 CHOH + C3CHOSO2Na +CO2 CH2OH-磷酸甘油磷酸二羥丙酮.亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵l1mol葡萄糖只產生葡萄糖只產生1mol甘油，不

15、產生甘油，不產生ATP，整個過程無，整個過程無ATP結余，結余，可見在甘油發(fā)酵過程中亞硫酸氫鈉不能加太多可見在甘油發(fā)酵過程中亞硫酸氫鈉不能加太多，否則會使酵母菌因得不到能量而終止發(fā)酵，必須留一部分否則會使酵母菌因得不到能量而終止發(fā)酵，必須留一部分酒精發(fā)酵，以便獲得一些能量，供生命活動所需。酒精發(fā)酵，以便獲得一些能量，供生命活動所需。l在果酒發(fā)酵中，由于利用亞硫酸作為殺菌劑，故副產物甘在果酒發(fā)酵中，由于利用亞硫酸作為殺菌劑，故副產物甘油量較大，甘油具有調味功能，使酒口感圓潤。油量較大，甘油具有調味功能，使酒口感圓潤。.2.堿法甘油發(fā)酵堿法甘油發(fā)酵l正常情況正常情況酵母菌酵母菌在無氧條件下：在無氧

16、條件下： 丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇乙醇l酒精酵母，酒精酵母，發(fā)酵液保持堿性發(fā)酵液保持堿性，pH7.6以上，發(fā)酵產生的以上，發(fā)酵產生的乙醛乙醛不能作為不能作為受氫體，而是受氫體，而是2分子分子乙醛乙醛之間發(fā)生之間發(fā)生歧化反應歧化反應，相互氧化還原，生成等，相互氧化還原，生成等量的乙醇和乙酸。此時，由量的乙醇和乙酸。此時，由3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脫氫生成的脫氫生成的NADH2用來還原用來還原磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮，并進而生成甘油。不產生，并進而生成甘油。不產生ATP。 CH2OH 3C6H12O6 + H2O 2CHOH + C2H5OH + CH3COOH + CO2 CH2OH.五、丙酸和

17、丁酸發(fā)酵五、丙酸和丁酸發(fā)酵 葡萄糖葡萄糖（EMP途徑）乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸蘋果酸蘋果酸富馬酸富馬酸琥珀酸琥珀酸丙酸丙酸+CO2 乙酸乙酸+CO2丙酸丙酸發(fā)酵：先經過發(fā)酵：先經過EMP途徑，再經途徑，再經Wood-Werk-man途徑途徑.第二節(jié)第二節(jié) 好氧發(fā)酵與代謝調控好氧發(fā)酵與代謝調控l一、檸檬酸發(fā)酵一、檸檬酸發(fā)酵l二、醋酸發(fā)酵二、醋酸發(fā)酵l三、氨基酸發(fā)酵三、氨基酸發(fā)酵l四、核苷酸發(fā)酵四、核苷酸發(fā)酵l五、抗生素發(fā)酵五、抗生素發(fā)酵.1.代謝途徑代謝途徑TCA循環(huán)循環(huán)l提供微生物生命活動的提供微生物生命活動的大量能量（大量能量（38個個ATP)。l中間代謝產物是一些重中間代謝產物

18、是一些重要的細胞物質。如各種要的細胞物質。如各種氨基酸、嘌呤、嘧啶和氨基酸、嘌呤、嘧啶和脂類等生物合成前體物。脂類等生物合成前體物。l是糖類有氧降解的主要是糖類有氧降解的主要途徑，也是脂肪、蛋白途徑，也是脂肪、蛋白質降解的必經途徑。徹質降解的必經途徑。徹底氧化成底氧化成CO2和和H2O。l提供各種碳架原料。提供各種碳架原料。一、檸檬酸發(fā)酵一、檸檬酸發(fā)酵p119.2.檸檬酸積累的代謝調節(jié)檸檬酸積累的代謝調節(jié) （1）糖酵解及丙酮酸代謝的調節(jié)）糖酵解及丙酮酸代謝的調節(jié)以下酶要強以下酶要強檸檬酸合成酶檸檬酸合成酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶羧化酶以下酶要弱以

19、下酶要弱順烏頭酸水合酶順烏頭酸水合酶草酰乙酸水解酶草酰乙酸水解酶異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸檸檬酸檸檬酸乙酰乙酰-CoA-CoA草酰乙酸草酰乙酸EMPEMP途徑途徑氧化脫羧氧化脫羧羧化羧化乙醛酸乙醛酸 乙酰輔酶A.2.檸檬酸積累的代謝調節(jié)檸檬酸積累的代謝調節(jié) （1）糖酵解及丙酮酸代謝的調節(jié)）糖酵解及丙酮酸代謝的調節(jié)黑曲霉生長時：黑曲霉生長時：EMP與與HMP途徑為途徑為2:1檸檬酸合成時：檸檬酸合成時：EMP與與HMP途徑為途徑為4:1EMP途徑的調節(jié)對檸檬酸合成非途徑的調節(jié)對檸檬酸合成非常重要。常重要。有關酶的調節(jié)有關酶的調節(jié)a.磷酸果糖激

20、酶磷酸果糖激酶b.丙酮酸激酶丙酮酸激酶c.丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶乙醛酸乙醛酸 乙酰輔酶A葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸檸檬酸檸檬酸乙酰乙酰-CoA-CoA草酰乙酸草酰乙酸EMPEMP途徑途徑氧化脫羧氧化脫羧羧化羧化丙酮酸丙酮酸cba.（1）糖酵解及丙酮酸代謝的調節(jié)）糖酵解及丙酮酸代謝的調節(jié)葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸檸檬酸檸檬酸乙酰乙酰-CoA-CoA草酰乙酸草酰乙酸EMPEMP途徑途徑氧化脫羧氧化脫羧羧化羧化丙酮酸丙酮酸cba激活劑激活劑抑制劑抑制劑a.磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶（PFK)NH4 +、AMP、 Pi檸檬酸檸檬酸 、PEP 、ATPb.丙酮酸激酶丙

21、酮酸激酶NH4 、K+（糖酵解中為第（糖酵解中為第二個調節(jié)酶，二個調節(jié)酶，在某些真菌在某些真菌得到證實，但黑曲霉未被得到證實，但黑曲霉未被證實。證實。）（變構酶）乙酰（變構酶）乙酰CoA、 ATP、 丙酮酸是變構抑丙酮酸是變構抑制劑制劑c.丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶-酮戊二酸僅有微弱的抑酮戊二酸僅有微弱的抑制作用，制作用，K+，與其它真菌，與其它真菌相反，不受乙酰輔酶相反，不受乙酰輔酶A的的抑制。抑制。(組成酶）該酶的調節(jié)性組成酶）該酶的調節(jié)性很差，幾乎不受代謝產很差，幾乎不受代謝產物的調節(jié)。物的調節(jié)。.淀粉淀粉葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸丙糖磷酸

22、丙糖磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA草酰乙酸草酰乙酸檸檬酸檸檬酸CO2CO2CO2CO2CO2CO2NH4+PiK+AMPATP.錳離子充足和缺乏下黑曲霉錳離子充足和缺乏下黑曲霉PFK活力活力lNH4+在細胞內生理濃度水平下，在細胞內生理濃度水平下，PFK(磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶)酶對檸檬酶對檸檬酸不敏感。酸不敏感。l錳離子錳離子是催化核糖核酸形成聚合階段第一步反應酶所需要是催化核糖核酸形成聚合階段第一步反應酶所需要的，的，錳離子缺乏錳離子缺乏，核酸、蛋白質合成受阻，而使細胞內，核酸、蛋白質合成受阻，而使細胞內銨銨離子離子水平升高。水平升高。l因此，因此，嚴格限制

23、供給錳離子等金屬離子嚴格限制供給錳離子等金屬離子，降低菌體中糖代，降低菌體中糖代謝轉向合成蛋白質、脂肪酸、核酸的能力，使細胞中形成謝轉向合成蛋白質、脂肪酸、核酸的能力，使細胞中形成高水平的銨離子，從而解除檸檬酸和高水平的銨離子，從而解除檸檬酸和ATP對對PFK酶的反饋酶的反饋抑制，增加抑制，增加EMP代謝流量，丙酮酸和草酰乙酸水平升高，代謝流量，丙酮酸和草酰乙酸水平升高，而使檸檬酸大量積累。而使檸檬酸大量積累。因子因子檸檬酸檸檬酸/(mmol/L）銨離子銨離子/(mmol/L）活力活力/u缺錳缺錳4151.1錳足錳足131.0.2.檸檬酸積累檸檬酸積累的的代謝調節(jié)代謝調節(jié)（2）TCA循環(huán)的調節(jié)

24、循環(huán)的調節(jié)d.檸檬酸合成酶檸檬酸合成酶(限速酶）限速酶）促進作用促進作用 檸檬酸合成酶對乙酰檸檬酸合成酶對乙酰CoA的親和力取決于的親和力取決于草草酰乙酸酰乙酸的濃度，在檸檬的濃度，在檸檬酸積累的情況下，草酰酸積累的情況下，草酰乙酸的濃度可提高此酶乙酸的濃度可提高此酶對乙酰對乙酰CoA的親和力。的親和力。加入草酰乙酸不經濟。加入草酰乙酸不經濟。而檸檬酸大量產酸時而檸檬酸大量產酸時TCA檸檬酸后續(xù)反應基本阻斷。檸檬酸后續(xù)反應基本阻斷。（補充代謝強的菌液）（補充代謝強的菌液）dee.2.檸檬酸積累檸檬酸積累的的代謝調節(jié)代謝調節(jié)（2）TCA循環(huán)的調循環(huán)的調節(jié)節(jié)e.順烏頭酸酶順烏頭酸酶Fe2+抑制作用

25、抑制作用 該酶需要該酶需要Fe2+ ，當菌體，當菌體生長到足夠數量時，若生長到足夠數量時，若用配位劑（如亞鐵氰化用配位劑（如亞鐵氰化鉀）除去反應液中的鉀）除去反應液中的Fe2+ ，則酶活被抑制，則酶活被抑制，而積累檸檬酸。而積累檸檬酸。篩選優(yōu)良生產菌篩選優(yōu)良生產菌 通過誘變或其它方法，通過誘變或其它方法，造成生產菌種順烏頭酸造成生產菌種順烏頭酸酶缺損或活力很低，可酶缺損或活力很低，可積累大量的檸檬酸。積累大量的檸檬酸。dee.2.檸檬酸積累的代謝調節(jié)檸檬酸積累的代謝調節(jié)（2）TCA循環(huán)的調節(jié)循環(huán)的調節(jié) f.順烏頭酸水合酶、順烏頭酸水合酶、g.異檸檬酸脫氫酶調節(jié)異檸檬酸脫氫酶調節(jié) 檸檬酸檸檬酸順

26、烏頭酸順烏頭酸異檸檬酸異檸檬酸a-酮戊二酸酮戊二酸 有研究有研究La Nnuze 等（等（1966）當銅離子）當銅離子0.3mg/L、鐵離子、鐵離子2mg/L和和pH2.0情況下情況下，以上酶不出現活力，而發(fā)酵中檸，以上酶不出現活力，而發(fā)酵中檸檬酸正是在這個酸度下積累的。檬酸正是在這個酸度下積累的。 黑曲霉中有一種單純的線粒體順烏頭酸水合酶（細胞質中黑曲霉中有一種單純的線粒體順烏頭酸水合酶（細胞質中也有該酶）在催化時有也有該酶）在催化時有檸檬酸：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 的平衡，這個平衡可能就是造成檸檬酸的最初積累的平衡，這個平衡可能就是造成檸檬

27、酸的最初積累而使而使pHpH值降低。值降低。 .2.檸檬酸積累的代謝調節(jié)檸檬酸積累的代謝調節(jié)（3）氧對檸檬酸代謝的調節(jié)氧對檸檬酸代謝的調節(jié) 乙酰乙酰CoACoA和草酰乙酸縮合生成檸檬酸過程中要引進一個氧原子，因此氧也可和草酰乙酸縮合生成檸檬酸過程中要引進一個氧原子，因此氧也可以看作為檸檬酸合成底物。以看作為檸檬酸合成底物。 氧對檸檬酸發(fā)酵的作用：氧對檸檬酸發(fā)酵的作用： a.a.氧是發(fā)酵過程（氧是發(fā)酵過程（EMPEMP途徑和丙酮酸脫氫）生成的途徑和丙酮酸脫氫）生成的NADHNADH2 2重新氧化的受體。重新氧化的受體。 b.b.除標準的呼吸鏈（氧化時產生除標準的呼吸鏈（氧化時產生ATPATP反饋

28、抑制反饋抑制PFKPFK酶酶) )外，黑曲霉中有一條側外，黑曲霉中有一條側呼吸鏈，不產生呼吸鏈，不產生 ATPATP，但當缺氧時，該呼吸鏈不可逆失活，從而導致檸檬，但當缺氧時，該呼吸鏈不可逆失活，從而導致檸檬酸產酸急劇下降。酸產酸急劇下降。因此因此發(fā)酵中特別是產酸期要充足供氧，以保證更多的發(fā)酵中特別是產酸期要充足供氧，以保證更多的NHDHNHDH2 2通過側系呼吸鏈將通過側系呼吸鏈將H H交給交給O O2 2生成生成COCO2 2和和H H2 2O,O,使總體使總體ATPATP減少。減少。 側呼吸鏈對水楊酸酰異羥側呼吸鏈對水楊酸酰異羥肟酸（肟酸（SHAM）敏感：）敏感： 黑曲霉生長期：側鏈不受黑曲霉生長期：側鏈不受SHAM抑制。抑制。 產檸檬酸期：側鏈受產檸檬酸期：側鏈受SHAM強烈抑制。強烈抑制。.（1）糖酵解及丙酮酸代謝的調節(jié)）糖酵解及丙酮酸代謝的調節(jié)葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸檸檬酸檸檬酸乙酰乙酰-CoA-CoA草酰乙酸草酰乙酸EMPEMP途徑途徑氧化脫羧氧化脫羧