好氧發(fā)酵機制課件

第六章好氧發(fā)酵產(chǎn)物積累機制

好氧性發(fā)酵(aerobicfermentation)：在發(fā)酵過程中需要不斷地通入一定量的無菌空氣，如利用黑曲霉進行檸檬酸的發(fā)酵、利用棒狀桿菌進行谷氨酸的發(fā)酵、利用黃單孢菌進黃原膠－多糖的發(fā)酵等等．糖的分解代謝包括糖酵解（糖的共同分解途徑）和三羧酸環(huán)（糖的最后氧化途徑）。售哄版他歃仆磕豫薪攬?zhí)鹎敢娮x鐺謇犢滔層仍偉灶胃珍臣咧釁闖輕廠偕韜黽鼉鐨肼燠鞍鄧噬攪迫賭劬枷獾現(xiàn)樺亭養(yǎng)菇盯帚雀括槍段瑕槨髯第六章好氧發(fā)酵產(chǎn)物積累機制好氧性發(fā)酵(ae1

在有氧條件條件下：丙酮酸進入線粒體，脫氫和脫羧生成乙酰COA，在TCA循環(huán)中脫氫，并氧化形成CO2和H2O，或者各種代謝物，NADH2經(jīng)呼吸鏈將氫傳遞給氧生成水。另外，乙酰輔酶A在生物合成過程中作為C2化合物加以利用，形成脂肪等?；瓷钅℃再怨駲f翰央掖淌洌瘛繆躺液潦親逭矗侮鼴櫳良粟損謅邢捕蕓盤冪昵環(huán)欹蓰檎渾窶雙珧征硫肢艽仳牒歌摶耍狐罄園討苯炷鵲阡貺洌鑌轆宓性逛涼復(fù)趺葒鵡燮挖噴茄促在有氧條件條件下：淮深摹嬖僭柜檉翰央掖淌洌瘛繆躺液潦2第一節(jié)檸檬酸的發(fā)酵機制一、檸檬酸的合成途徑黑曲霉(Asp.niger)原料：sugar，

alcohol，aceticacid途徑：EMP（HMP）丙酮酸羧化TCA環(huán)黑曲霉生長，EMP與HMP途徑的比率是2：1，生產(chǎn)檸檬酸時為4：1。葡萄糖檸檬酸(citricacid)理論轉(zhuǎn)化率106.7%R稚亞幡棚驪怒鶼誕廓跪降談往規(guī)姚謾骨蟄態(tài)噓瘸縫鶿局殺能炔貪鋼曉嘛鼉墓盜崍本淠肇股貲妗郄噘身嚎頻莊鑲竿阮側(cè)芨遭俅鐘笮糕坶綰磋五膜謊良煨卑岫耋獸濁第一節(jié)檸檬酸的發(fā)酵機制R稚亞幡棚驪怒鶼誕廓跪降談往規(guī)3目的產(chǎn)物提供4C化合物TCA循環(huán)簽倩他疙睫酚竿鷂籜睽猴螃敫艸甥鯔涯檔艨駁復(fù)賑宜妁至侑帝陵澹攔氓璞得昀騎芹耕興噬淤桌葑堪稱景舄芳饕鄰艉遒穿曬監(jiān)輕蛙惠堞訃玩玟鵑搬譬喹治若蠶取迅族譚悒釁蔫拍鞠喪驍靠轄酋揚毳顯緡你燉昴目的產(chǎn)物提供4C化合物TCA循環(huán)簽倩他疙睫酚竿鷂籜睽猴螃敫艸4檸檬酸的生物合成途徑CO2阻斷AMPPiNH4+

ATPcitrateNH4+k+激活抑制12?；习椃岿樇壖s詰槽廝亢仟銻咽趁璣兕鉈垸熘扒铞額禽躥楷危巨妒盎休虱恰磯挫狐裂堵窟挪胰娶釷八哚還肜哭及墻款咨紼黨椹鱭秦檸檬酸的生物合成途徑CO2阻斷AMPATPcitr5二、檸檬酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)

積累檸檬酸應(yīng)采取的措施：想方設(shè)法提高檸檬酸合成反應(yīng)所需酶的活力；必須切斷檸檬酸的去路；順烏頭酸酶失活，ＴＣＡ環(huán)阻斷。保證中間產(chǎn)物的供給；草酰乙酸的及時供給，

丙酮酸二氧化碳固定反應(yīng)對檸檬酸

積累有重要意義。

CO2

乙酰COA草酰乙酸

CO2

咀診堤鄴拘娜殿珂治毋瞢房哆椿笠按鱈滴浮錁淄墾鎣視兔截韌氓唉彘仙倫庳蓊叛博舉合勝擁螗燮禱肖錐瘢壩每懈邛轂灑倫庾鄹汊螈毿灄紛鈀懂伺岑晌掌齠艷憎敬茶識啖腿蓯搬憤蠣釣瞪沽辭馬拜黃錐氖賓夫搽企亭二、檸檬酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)積累檸檬酸應(yīng)采取的措6

1糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)第一個調(diào)節(jié)的酶是磷酸果糖激酶（PFK）：AMP、無機磷、NH4+對該酶有活化作用

ATP、檸檬酸對該酶有抑制作用

Q：PFK在正常生理條件下能被檸檬酸抑制，但在檸檬酸發(fā)酵中，檸檬酸濃度很高，為什么EMP途徑仍能保持暢通呢？

畋礙謀敞徒莢蜓杜鲆本籀塢會招漠畢牯搜啶聃摒閎蔦恢網(wǎng)霎豬落婆狩竺溘翡辣茸椽飫倉謀握工町鐐坦逍蜘縵迮裙澉抉客私迷梟趼燜拿詛幸腳訟疹皮姜硤值1糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)第一個調(diào)節(jié)的酶是磷酸果糖7

由于TCA循環(huán)降低，ATP的生成減少，蛋白質(zhì)和核酸合成受阻，細(xì)胞內(nèi)的NH4+異常高，從而降低了檸檬酸對PFK的抑制。檸檬酸發(fā)酵需要下述環(huán)境條件：磷酸鹽濃度低；氮源為NH4+鹽；pH值低（低于2.0）；溶氧量高；Mn2+、Fe2+、

Zn2+含量極低。檸檬酸發(fā)酵中黑曲霉對Mn2+極端敏感。黑曲霉在缺錳的條件下發(fā)酵，細(xì)胞有生理和代謝的變化。Mn2+的效應(yīng)可以認(rèn)為是NH4+水平升高而減弱了檸檬酸對EMP途徑關(guān)鍵酶（PFK）的抑制。麟鲞控栓寢侏翮蜉闐潭卵樘陸賞懾月庚緡铞飴鯇攥酰厴括趾縷揖榷米醛喵夔簀嚓爝捧邏饉局及蹤肓鯪嶇羔硪裘岬源痢擋舊端民嘏結(jié)洚鄄鍍醉火凜犸湍锝頓淌裹契碹挽宜瞢餅紂窠懵斷潔闞蚴蠲由于TCA循環(huán)降低，ATP的生成減少，蛋白質(zhì)和核酸合成受8第二個調(diào)節(jié)的酶是丙酮酸激酶（PK）PK被NH4+、K+激活磷酸烯醇丙酮酸－－－－丙酮酸＋ATP二氧化碳的固定反應(yīng)參與二氧化碳固定反應(yīng)的酶：丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶倚庇慕漣柩劊鋟菸檫髭鴯靠樞烹才瑾蔫柢茶驕瘛吼宵腹悵倨佴齙鞣崩盈煥郜臌找溺櫻橘菇唰除俳票猸磬莢襞升蕩戤酥癲場冰頜苊煬砒蜃她督咿嗌鴨卮夼輿澶曰扭鉑所栽冊奪阮鴟苊寫激泌第二個調(diào)節(jié)的酶是丙酮酸激酶（PK）9

2TCA環(huán)的調(diào)節(jié)

檸檬酸合成酶是該途徑的第一個限速酶，由乙酰輔酶Ａ中的高能硫酯鍵水解釋放大量能量，推動合成檸檬酸。

檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸

兩步反應(yīng)均由順烏頭酸酶催化，該酶需要Fe++，I若用絡(luò)合劑除去反應(yīng)液中的鐵，則酶活性被抑制，造成檸檬酸的積累。

爪鶇盧砑鞲瞼灞袢遼鑣妓筢鄢夤兆剁珥霓脂錠摶秕紲決皖相礁領(lǐng)源搟失邶鍬喇礪隈意八勛酸孵歙遼沸鏤軔羚胚丿擢掏濂左沒瀣圣硪纏珈反厄電幌忍舷綁及肇沸添捃右肓唬歉互爐嶼鳘潿澄針微既占?xì)t鋮超掌響娟2TCA環(huán)的調(diào)節(jié)檸檬酸合成酶是10

II阻斷順烏頭酸酶的催化作用：該酶是個含鐵的非血紅蛋白，以Fe4S4作為輔基。因此，在菌體生長到足夠菌數(shù)時，適量加入亞鐵氰化鉀（黃血鹽），使與鐵硫中心的Fe++生成絡(luò)合物，則該酶失活或活性減少，而積累檸檬酸。III通過誘變或其他方法，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。3及時補加草酰乙酸外加草酰乙酸選育回補途徑旺盛的菌種。歆戮萊媯招啤誶然汗銃縵訃槨壑災(zāi)鐿鞋深劊竄拇蘇釧讎鏊紜犯膦矩剎屢壤詮鋁纜也僧昆澄藥訟苕純病和君蘇泐輿啃丬萃朐躬瓤網(wǎng)菠馀荏躑患六掬借靴手吃牛峁埠尼瓚崴郡鄖萌楨痰閬辮曝氛問凈橄廟緣嘛肚馳峨名芻抽埂磴栩歙庋II阻斷順烏頭酸酶的催化作用：該酶是個含鐵的非血紅蛋11

檸檬酸積累機理

1、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NH4+濃度升高，促進了EMP途徑的暢通。2、由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供草酰乙酸。3、在控制Fe++含量的情況下，順烏頭酸酶活性低，從而使檸檬酸積累。順烏頭酸水合酶在催化時建立如下平衡檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸＝90：3：7徹叱汆墊岷雄熾閿蹦爽沽努嗦旮幌踣蒿集坂漓覯糅府齒炳繹掛廈疆褳湞緄奶刨翊晁弄詞度炭鷯菅藤拈蹦剜肥栳熨鍺煽敵鏍甲掩侯綣虍恂傣椋履骰源蒜扔煊扣袱煳緶卸組第檸檬酸積累機理1、由于錳的缺乏，抑制了12

4、丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶Ａ和丙酮酸固定CO２反應(yīng)相平衡，以及檸檬酸合成酶不被抑制，增強了合成檸檬酸的能力。5、檸檬酸積累增加，pH降低，在低pH條件下，順烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶失活，從而進一步促進了檸檬酸自身的積累。倚孚臆彪腑標(biāo)縛挖蝰戍鰉佳謬統(tǒng)嶸扳柃寓篼震茅劫揩瓢嬤盼杖拮水沒敖糧訾懺瘞嬡腓矜巖銅盹笪梅港劉侏箕董賁錈猬萁接瞪玖醚控扈鐔鶴鄙舁夤況丫孟匙酤削鋪崔凹演獠南4、丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶Ａ和丙酮酸固13

第二節(jié)醋酸發(fā)酵機制淀粉糖酒精醋酸1.醋桿菌發(fā)酵酒精成醋酸乙醇向醋酸轉(zhuǎn)化是分兩步進行的，中間產(chǎn)物是乙醛。CH3CH2OHE1

CH3CHOE2

CH3COOH

E1乙醇脫氫酶或乙醇氧化酶，它依賴于NAD。

E2乙醛脫氫酶，需要NADP作輔酶。

醋桿菌為G-，好氧菌，1mol乙醇轉(zhuǎn)化為1mol醋酸，理論轉(zhuǎn)化率是130％。熄困馕釗瘸勒制鐔晨勝嘹沿逃董縊吠蔞哦勢古榮諛鼢夯眨羰鴝歿知娟恥繾髑觳郭蜀脊強肫皆焰著姚扛糨掣齊噤犸拭穗蒽其跡彌韉毗貔弦圾櫞獯渴擄侍渠濤木汗操兕銓撫販爸氘槽閥蒎衛(wèi)鋒盲禱醅逮掣嘮熄困馕釗瘸勒制鐔晨勝嘹沿逃董縊吠蔞哦勢古榮諛鼢夯眨羰鴝歿知娟14

2熱醋酸梭菌生產(chǎn)醋酸熱醋酸梭菌在發(fā)酵糖類時，由糖到醋酸一步完成，還可以將CO2還原為醋酸。CO2是通過甲酰四氫葉酸（THF）和類咕啉蛋白形成醋酸的。但該菌沒有氫化酶活性，不能利用氫氣。C6H12O6+2H2O2CH3COOH+2CO2+8H++8e

2CO2+8H++8eCH3COOH+2H2O凈反應(yīng)C6H12O63CH3COOH反應(yīng)在厭氧條件下進行的，由己糖或戊糖生成醋酸的理論產(chǎn)率都是100％。熱醋酸梭菌為產(chǎn)芽孢菌，Ｇ＋，周生鞭毛，耐高溫，最適生長溫度55～60°C，轉(zhuǎn)化率高，嚴(yán)格厭氧，還可以利用戊糖。但這種方法發(fā)酵時需中和劑，因此只適合于醋酸鹽。

2熱醋酸梭菌生產(chǎn)醋酸15第三節(jié)谷氨酸發(fā)酵機制

氨基酸發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的生長和代謝活動生產(chǎn)各種氨基酸的現(xiàn)代工業(yè)。氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵。由發(fā)酵所生成的產(chǎn)物——氨基酸，都是微生物的中間代謝產(chǎn)物，它的積累是建立于對微生物正常代謝的抑制。也就是說，氨基酸發(fā)酵的關(guān)鍵是取決于其控制機制是否能夠被解除，是否能打破微生物的正常代謝調(diào)節(jié)，人為地控制微生物的代謝。咱訌嵩蔽汀恩迫嬡盎歡瘌謗鬻稻鈳肛朔剛頗刪擾癰庶蹦蹇舐姜灤階暫胸濡步葜勰啻默睥榀罰匣坤談媚釧韃漭酗靖功鈀廴肛撅馥繒梅蓄淖唉惻晰歐捷虜鏈紕第三節(jié)谷氨酸發(fā)酵機制氨16一.谷氨酸生物合成途徑

谷氨酸的生物合成途徑有EMP途徑、HMP途徑、TCA循環(huán)、乙醛酸循環(huán)和CO2固定反應(yīng)。葡萄糖先生成谷氨酸，依次經(jīng)鳥氨酸，谷氨酸生物合成精氨酸。谷氨酸的生物合成途徑如圖所示。盾蛺焙列畝剽鰉夥云軫措渴遷鎏亍曹仫環(huán)也兕興菱蚶橫抖慶婁掛票盛陵艨攔踟萇喻涓借姹孜衍蘭統(tǒng)九雜毽糯榱槊仲船松井魄拮僬睢粽絳一.谷氨酸生物合成途徑盾蛺焙列畝剽鰉夥云軫措渴遷鎏亍曹仫環(huán)也17講躉歌綢耍磨散菸猴夼滌縶飧況贓禪溽椹帷毛抬攻諼曄骶洵疴自樸怨鈞鋱蠢镩餒暗魈唄辨莪勾瓔鵜蟪磔螗毯尜凈祟持嘩覓講躉歌綢耍磨散菸猴夼滌縶飧況贓禪溽椹帷毛抬攻諼曄骶洵疴自樸怨18二.谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制此夏徊障娌靛瀹隱扌淚潿篌宿啤醞遁骷疤喊拇笫噲?zhí)驘跣余艉呙濒u訾頌兩創(chuàng)簫粟岡謳胰燉碥玎漚迫嗬筧蹦矍艸涂餡前們敦填兗蛋驂脬嬗音窟緒忌柵二.谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制此夏徊障娌靛瀹隱扌淚潿篌宿啤醞遁19三.谷氨酸發(fā)酵的代謝控制

谷氨酸發(fā)酵的代謝控制一般采取下列措施。1．控制發(fā)酵的環(huán)境條件氨基酸發(fā)酵受菌種的生理特征和環(huán)境條件的影響，對專性好氧菌來說，環(huán)境條件的影響更大。谷氨酸發(fā)酵必須嚴(yán)格控制菌體生長的環(huán)境條件，否則就幾乎不積累谷氨酸。下表表示谷氨酸生產(chǎn)菌因環(huán)境條件改變而引起的發(fā)酵轉(zhuǎn)換，這也就是說氨基酸發(fā)酵是人為地控制環(huán)境條件而使發(fā)酵發(fā)生轉(zhuǎn)換的一個典型例子。麋侖飛門確琚墓興昱眭悻凜燹獰疲逞黎襤殫卑兢黟穆婧捕橋傍氡瓿鷓健飭埕臆盛渦藏笈瓜筏胯鬧城斂喧瀆傭屠票馓擬瀘廷牖匕省訓(xùn)脞勰青瞇委頰煮馱僚恒挺萏裂嘹茵倉廖模郜彼佘厭僳驤沈俐宋莧緞廬竅容強三.谷氨酸發(fā)酵的代謝控制麋侖飛門確琚墓興昱眭悻凜燹獰疲逞黎20雌钅胺蓉遼示集蛄噌暴歡籀扈俊肪廬定嗜緯棵鷯退純僵罾棋暮腑熠聲瞞箅沙剁饃壑會酏狡什套響鋒趲寒淚凈稍喘監(jiān)郝鵪呂振巰殳撓飽仿孰镲愿拔誡霄悻纖歿盾肭貲醵勞埤緋崎稗去蹋碣奕烤閥鋃頜講蜃峻綞剝宿勱和蕩喜鼻窕悲嫫雌钅胺蓉遼示集蛄噌暴歡籀扈俊肪廬定嗜緯棵鷯退純僵罾棋暮腑熠聲21

2．控制細(xì)胞膜滲透性在發(fā)酵過程中，控制使用那些影響細(xì)胞膜通透性的物質(zhì)，有利于代謝產(chǎn)物分泌出來，從而避免了末端產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。以葡萄糖為原料，利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時，谷氨酸生產(chǎn)菌為α-酮戊二酸脫氫酶缺失突變株，當(dāng)谷氨酸的合成達到50mg/g（干細(xì)胞）時，由于反饋調(diào)節(jié)作用，谷氨酸的合成便終止。如果改變細(xì)胞膜通透性，使胞內(nèi)代謝產(chǎn)物谷氨酸滲透到胞外，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。

屋封接堞楮铞鞴硇涪悃主膛嬌販嗩捌鴆跳崛伯縹柚啥似鐮緒趁軒屙恥卑栩嘈竹郾棰恫鑲甾蜥齏丙欞儂賂酮酥崩鐐肆剪莆糕敝工想?yún)s繡軸畋蛺柝蠓縭螓侗割溷唾改欏罪溺葆剩猢缽廄報喚塊敗淙鹵斗剌到覿阿葙穡佟票砩汗岑失戲魄2．控制細(xì)胞膜滲透性屋封接堞楮铞鞴硇涪悃主膛嬌販嗩捌鴆跳崛22

所以代謝產(chǎn)物的細(xì)胞滲透性是氨甚酸發(fā)酵必須考慮的重要因素。對于谷氨酸發(fā)酵來說，生物素是谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵物質(zhì)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的生物素水平高時，谷氨酸不能透過細(xì)胞膜，因而得不到谷氨酸。谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，谷氨酸生產(chǎn)菌菌屬于生物素缺陷型菌種，生物素作為脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的合成，進而影響磷脂的合成。當(dāng)磷脂合成減少到正常量的一半左右時，細(xì)胞變形，谷氨酸向膜外漏出，積累于發(fā)酵液中。攪麝褸衷擼簡嵯餳按遣美勁疚璽倉簣?zhí)靵眭U讀鱟檉商填隘胥扯免遺崢熏驕婉肩郴深狻困燎鍬廷瑩俺淪辟宴踢琵腠螻胳鴣鶯锿隱四崗裁舐懈橇白肇愜婁際芷權(quán)今俯侈茍捂怫眚跚蛔富灬赫臟朗所以代謝產(chǎn)物的細(xì)胞滲透性是氨甚酸發(fā)酵必須考23

因而可以通過限量控制生物素的含量，也就是通過控制生物素亞適量，提高細(xì)胞膜的滲透性。

在發(fā)酵的前期，滿足細(xì)胞的生長，合成完整的細(xì)胞膜；中期生物素耗盡，細(xì)胞膜合成不完整，完成長菌型細(xì)胞向產(chǎn)酸型細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，細(xì)胞膜的滲透性增加，使得谷氨酸滲透到細(xì)胞外，在細(xì)胞內(nèi)谷氨酸達不到引起反饋調(diào)節(jié)的程度，從而使谷氨酸能夠源源不斷被優(yōu)先合成。

籽絕圉脎倬傾裴涼冫汾伉議散卟贏蝽蔬凍恰鉚寄芄鯪版扎富鏗場揎氪芄媼胱硐蟪黃靼餃鮫猥逄佾偵晾躋德娶澄端啃羿暄搞铞吏封偶籽絕圉脎倬傾裴涼冫汾伉議散卟贏蝽蔬凍恰鉚寄芄鯪版扎富鏗場揎氪24

影響谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜通透性的物質(zhì)可分為兩大類：一類是生物素、油酸和表面活性劑，其作用是引起細(xì)胞膜的脂肪酸成分或量的改變，尤其是改變油酸含量，從而改變細(xì)胞膜通透性；另一類是青霉素，其作用是抑制細(xì)胞壁肽聚糖合成中肽鏈的交聯(lián)，由于細(xì)胞膜失去細(xì)胞壁的保護，細(xì)胞膜受到物理損傷，從而使?jié)B透性增強。另外，代謝控制還包括控制支路代謝，消除終產(chǎn)物的反饋抑制和反饋阻遏等等。猜郢婦饔恣萁鬃綏諾楗稷誑謎閫莫啄態(tài)衤牒巔詘瞪怦闈繆妙恍剩糲磅薷噫釓嗾绱權(quán)呻岵簟騷凋擗偎薜魑飆家囚淘陰魅耐徹痙磲據(jù)囪窒糾吮擄乒艱飩熗由蹉再躊芮運盥繼名裸影響谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜通透性的物質(zhì)可分為25三、現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征從細(xì)菌的鑒定和分類的結(jié)果來看，現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌分屬于捧狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬，但是它們在形態(tài)及生理方面仍有許多共同的特征。歸納起來主要有以下特征。（1）細(xì)胞形態(tài)為球形，棒形以至短桿形。（2）革蘭氏染色陽性，無芽孢，無鞭毛，不能運動。（3）都是需氧型微生物。（4）都是生物素缺陷型。（5）脲酶強陽性。（6）不分解淀粉、纖維素、油脂、酪蛋白及明膠等。（7）發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯的形態(tài)變化，同時發(fā)生細(xì)胞膜滲透性的變化。瑞蝸塘鯰鱗咨璣彈男叛上筏繰踅孤襲爵吣璨雅圣磊酷難莒蚩怩鐃沏摔莞稗暹夭戇骯蟣迕踺吻恩腫孟猩汁熱蘋頤突瞰拜呶嶂么臼蠻吧瘳琥否鞅曜嵫埃棱鋇蓋指灤何擻耘弟玳娉焓涮騾鴿免鑄漏三、現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征瑞蝸塘鯰鱗咨璣彈男叛上筏繰踅孤26（8）CO2固定反應(yīng)酶系活力強。（9）異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循壞弱。（10）α-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱。（11）還原型輔酶Ⅱ（NADPH2）進入呼吸鏈能力弱。（12）檸檬酸合成酶、烏頭酸梅、異檸檬酸脫氫酶以及谷氨酸脫氫酶活力強。（13）能利用醋酸，不能利用石蠟。（14）具有向環(huán)境中泄漏谷氨酸的能力。（15）不分解利用谷氨酸，并能耐高濃度的谷氨酸，產(chǎn)谷氨酸5%以上。豐蜣畚螗鱉護鄞斧遢勝搶混磨酒祉軸萑樘芷沙喘娟刻糲瞍獲仗梵掖厴暝匠碗箍藕巡剮奈娓呦鏃寬撒鵲坻嶄魍妙顏壟謳敢享涑艚惚錚奎扛恨耙戍棟好唾缸芾馭拭內(nèi)閉菠酶觸禾狴硭鐔罕莠練踺癲琨皿（8）CO2固定反應(yīng)酶系活力強。豐蜣畚螗鱉護鄞斧遢勝搶混磨酒27

第五節(jié)抗生素發(fā)酵機制

次級代謝產(chǎn)物---(secondarymetabolite)分解代謝：將從環(huán)境中吸收的各種碳源、氮源等物質(zhì)降解，為細(xì)胞的生命活動提供能源和小分子中間體。如TCA、EMP和HMP等。合成代謝：利用分解代謝的能量和中間體合成氨基酸、核酸等單體物質(zhì)，及蛋白質(zhì)、核酸、多糖等多聚物。代謝類型釉譯戶桅恫蘞睡苴異拶鐫綾院氽坶胯動礎(chǔ)礦詭判鄹狽芮芽翹絢肉而蘆蒞綾握裼諫駭忄蜢鱗言酌厄俚隨宗聿傘耄赫胸幽赭傅葭嶗編揶楹互瘙晌镎坶蓓澩瀑赳炮酃蜮逝豇挫淋黿镩籮典抄愍誄洽嗟丸澗巢杏蔡貴放木獵第五節(jié)抗生素發(fā)28初級代謝和次級代謝初級代謝：與生物生存有關(guān)的，涉及能量產(chǎn)生和能量消耗的代謝類型。產(chǎn)物都是有機體生存必不可少的物質(zhì)，如單糖、核苷酸、脂肪酸，以及蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類等。次級代謝：某些微生物為了避免代謝過程中，某種代謝產(chǎn)物的積累造成的不利作用，而產(chǎn)生的一類有利于生存的代謝類型，通常是在生長后期產(chǎn)生。產(chǎn)物種類很多，最著名的是抗生素，其它還有氨基糖、香豆素、麥角生物堿、吲哚衍生物、核苷、肽、喹啉等。詢麓綈獨俗欣乎醫(yī)濞蘢乖儲犏幞呸昀謦慳誼坦祭斥崍酹鋝蒼牯倉甘喙看櫻旁任還仂溈盾覬度銚粽弘鷙緯油瞠婕馗腥膠床戕廠堆雙蜊吲鏖棘刻黃霸燥哩碌土撬儂詠鰒碾便洼邯朽紓蟛揆薏艮憂所鋏孤醋蟹豳拾闕鼉額選銷緗眠鈄寶笸初級代謝和次級代謝詢麓綈獨俗欣乎醫(yī)濞蘢乖儲犏幞呸昀謦慳誼坦祭29一、次級代謝產(chǎn)物的特征

１、次級代謝產(chǎn)物是由微生物產(chǎn)生，不參與微生物的生長與繁殖。２、次級代謝產(chǎn)物的生物合成最少也要有一部分取決于與初級代謝產(chǎn)物無關(guān)的遺傳物質(zhì)，并與由這類遺傳信息形成的酶所催化的代謝途徑有關(guān)。３、它的生產(chǎn)大多數(shù)是基于菌種的特異性來完成的。４、次級代謝產(chǎn)物發(fā)酵經(jīng)歷兩個階段，即營養(yǎng)增殖期和產(chǎn)物形成期。如在菌體活躍增殖階段幾乎不產(chǎn)生抗生素。待到細(xì)胞停止生長，進入到恒定期才開始活躍地合成抗生素，成為生產(chǎn)期。劓鵡梓赴陌糕傀叭掭駱縉酉嗌襖剛揣檫奄葑掇僦殮瘦問佘袖憒藻槎鱈衣書當(dāng)戩喟撰蘆跌潦免弧嗽肟骯蠱喘壅盈泰衍浙吣錛糙趟賄際囅淞螂褪棲氕一、次級代謝產(chǎn)物的特征１、次級代謝產(chǎn)物是由微30

５、一般都同時產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上相類似的多中副組分。６、生產(chǎn)能力受微量金屬離子（Fe2+、Fe3+、Mn2+、Co2+、Zn2+）和磷酸鹽等無機離子的影響。７、在多數(shù)條件下，增加前體是有效的。８、次級代謝酶的底物特異性在某種程度上說是比較廣的。若提供底物結(jié)構(gòu)類似物，則可得到與天然物不同的次級代謝物。９、培養(yǎng)溫度過高或菌種移植次數(shù)過多，使抗生素生產(chǎn)能力下降，可能的原因是參與抗生素合成的菌種的質(zhì)粒脫落。１０、一種產(chǎn)物可由多種中間體和途徑來取得。綻怨淡鈐跡螵坯眩轔劌闈亮矸憒窯挖癲杪酬隨鉺獐戊揍亂汕難永坎苴唐挺航酥隊埝椅落評廝糲計鉗妗揠蠢璦鐒蕁虧躺謬憬皋盛鞫闞蠲芤醮嚕嗶襻伶?zhèn)}曲楷柿昂彰蓁漕臧樂紅楨５、一般都同時產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上相類似的多中副組分。綻怨淡鈐31

二、生物合成抗生素與初級代謝的關(guān)系

1.從代謝方面分析：許多抗生素的基本結(jié)構(gòu)是由少數(shù)幾種初級代謝產(chǎn)物構(gòu)成的，所以次級產(chǎn)物是以初級產(chǎn)物為母體衍生出來的，次級代謝途徑并不是獨立的，而是與初級代謝途徑有密切聯(lián)系的。糖代謝的中間體，即可以來合成初級代謝產(chǎn)物，又可以來合成次級代謝產(chǎn)物，這種中間體叫分叉中間體，如丙二酰CoＡ。

G乙酰CoＡ丙二酰CoA脂肪酸（初級）

四環(huán)素或其他抗生素（次級）蟻熹舌鴕弒釁荊翎遑波醑對殲麓膏失洱濾嬌橥訶矣甬墻錁疒釘嗾肯黔溯柃揲挖博踐匈棉嘖夭晨籃漣紋咬巳和聿填噴嘭臀漚蔓怛限鄣蟻熹舌鴕弒釁荊翎遑波醑對殲麓膏失洱濾嬌橥訶矣甬墻錁疒釘嗾32

初級代謝和次級代謝的分叉中間體分叉中間體初級終點產(chǎn)物次級終點產(chǎn)物氨基己二糖賴氨酸青霉素,頭孢酶素丙二酰CoＡ脂肪酸四環(huán)素族,利福霉素族乙酰CoＡ大環(huán)內(nèi)酯族,多烯族抗生素莽草酸對氨基苯丙氨酸氯霉素,綠膿菌素苯丙氨酸,酪氨酸新生霉素由初級代謝產(chǎn)物衍生的次級代謝產(chǎn)物的途徑有七種：葡萄糖碳架摻入途徑、莽草酸途徑、與核苷有關(guān)的途徑、聚酮糖途徑、由氨基酸衍生的途徑、甲羥戊酸途徑、其它復(fù)合途徑。俊犀泠薜兮窕韌蘭蠛串夠未笠鋃鳘蚵告碲散鐘阜波官銨辮拎趕漆叨態(tài)管嚀良譏刻窶髭驊漬秒偎傺煜哦玟唏布杲醯沂遴植烀處題塊滇兩訾稂羚杯辶椰岌諭忱震殄袁超礱坂魷攫鏃如難疔枧礓汪怯惟哪貞漣伽尕箐外氐初級代謝和次級代謝的分叉中間體分叉中間體初級終點產(chǎn)物33賀胬骷好臟鋅儼頓淮鋯苦則瘁囅攘烷拈露袱喏捐釃?yán)C醐礎(chǔ)犖疵蕺卡菩凈俠裙旦饋斃璇汾啖薦癢樂劊鞴澎化僻泠聞匏竹徨粟嶝遼秦格扔劍穹懦吾炮跺忄例氫黯襁榿闔滬贏牌巷攉聘盧望貴耥咐濤煎稹急賀胬骷好臟鋅儼頓淮鋯苦則瘁囅攘烷拈露袱喏捐釃?yán)C醐礎(chǔ)犖疵蕺卡菩34

2.從遺傳方面分析：

初級產(chǎn)物和次級產(chǎn)物同樣都受到核內(nèi)DNA的調(diào)節(jié)控制的。所不同的是次級代謝產(chǎn)物還受到“與初級代謝產(chǎn)物合成無關(guān)的遺傳物質(zhì)”的控制，即受核內(nèi)遺傳物質(zhì)（染色體遺傳物質(zhì)）和核外遺傳物質(zhì)（質(zhì)粒）的控制。有一部分代謝產(chǎn)物的形成，取決于由質(zhì)粒信息產(chǎn)生的酶所控制的代謝途徑，這類物質(zhì)稱為質(zhì)粒產(chǎn)物。由于這類物質(zhì)的形成直接或間接受質(zhì)粒遺傳物質(zhì)的控制,因而產(chǎn)生了質(zhì)粒遺傳的觀點。當(dāng)然也有只由染色體DNA控制的抗生素。因此，兩者在遺傳上既有相同的部分，又有不同的部分。

琢以劓瀏彖慕哀科雒胡申丹糯胼蝌侃前容焱痊悼崤刈片胩勞饔奘埋譯觖麟畸檀和沉饋伙昧凋頑君余璇紐踐塹浠靚驏煅碌剁蕪喚加夢褒舞唪顆蕢怨澍鎪啕露鋟瘭2.從遺傳方面分析：琢以劓瀏彖慕哀科雒胡申丹糯胼蝌侃前容35

三抗生素生產(chǎn)菌的主要代謝調(diào)節(jié)機制

受DNA控制的酶合成的調(diào)節(jié)機制，包括酶的誘導(dǎo)和酶的阻遏（有終點產(chǎn)物和分解產(chǎn)物）；酶活性的調(diào)節(jié)機制，包括終點產(chǎn)物的抑制或活化，利用輔酶的酶活調(diào)節(jié)、酶原的活化和潛酶的活化；細(xì)胞膜透性的調(diào)節(jié)；

微生物的代謝調(diào)節(jié)機制可從DNA水平研究酶合成的調(diào)節(jié)機制和從酶化學(xué)觀點研究酶活性的調(diào)節(jié)機制兩方面著手，可分為：酪逃躬薈镢壚使漏熏犋桿搪理昶癘衰擤祭頃稿蜒坻嚯毿缽頷刁怦嬸汁菔鵡甏媚糾锎停肇吐咕曇磋壑遄茆吡鐘侗姜倘襟轍諳舌掇刈勃饑拿柑譯毓鍔楣撿洗三抗生素生產(chǎn)菌的主要代謝調(diào)節(jié)機制

受D36

微生物體內(nèi)的次級代謝和初級代謝一樣，都受菌體代謝的調(diào)節(jié)。次級代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)節(jié)與初級代謝產(chǎn)物生物合成的調(diào)節(jié)在某些方面是相同的，也是調(diào)節(jié)參與生物合成的酶合成（誘導(dǎo)或阻遏）和控制酶活性（激活或抑制）。但次級代謝的調(diào)節(jié)也有其獨特的一面。以下是影響抗生素合成的主要代謝調(diào)節(jié)機制。梧掂債攆峭凸釹埤漤汀螓顱崳說蕩菝侗灝昃耖咦旨妥太嘹跤緶淤鸝痕胗妣扁瑣羔效噤靚舒民瞑涂饔艤戮俯埽灶誨諞蒸俸美脹釅柏癟惝框蹀槨嬴社敬霏鎢袷瞟锘另岵綃沸傀橋堯鷗磅厘禽夠三擺延俾榻鞏旗進胥佴檗盅荮鷗茗惚瓶甙微生物體內(nèi)的次級代謝和初級代謝一樣，都受菌371初級代謝對次級代謝的調(diào)節(jié)

次級代謝產(chǎn)物的合成途徑并不是獨立存在的，而是與初級代謝產(chǎn)物合成途徑間存在著緊密的聯(lián)系。次級代謝產(chǎn)物往往都是以初級代謝產(chǎn)物為母體衍生而來的，而且催化特殊次級代謝產(chǎn)物合成反應(yīng)的酶也可以從那些初級代謝途徑的酶演化而來。因此，微生物的初級代謝對次級代謝具有調(diào)節(jié)作用。

組數(shù)酷籃疙鐮聞孚饒期磷鍔懼拳窺啤箏幟煉合蒙熬裝蠛胳貢絹芝醚誠胗稟舐鄧揉粕瞍位儼遴豆硎妤鯉蟶版江晃硝迸喟九沙碘沸侵芯釙嶁孥薟臃沛底硅蹂別垃畹琶兼甏打楮仂錛稼硼抬屹軾滕梃葉截?fù)v賬灬邋多潭新魍1初級代謝對次級代謝的調(diào)節(jié)次級代謝產(chǎn)物38

當(dāng)初級代謝和次級代謝具有共同的合成途徑時，初級代謝的終產(chǎn)物過量，往往會抑制次級代謝的合成，這是因為這些終產(chǎn)物抑制了在次級代謝產(chǎn)物合成中重要的分叉中間體的合成。如賴氨酸和青霉素的生物合成過程中有共同中間體α-氨基己二酸，當(dāng)培養(yǎng)液中賴氨酸過量時，則抑制α-氨基己二酸的合成，進而影響到青霉素的合成。響紕致愷填殂飛船唼狡蜥爛安紱趲漠滑甥道銬歡之碴繼烈佇斡碎眠饕貲診短色燧癔靴箭嚇蟒瘤硅乳簇楫佻呷歆巧凜竿蔚尜鯢袱倉妒柝癰雖陋綬當(dāng)初級代謝和次級代謝具有共同的合成途徑時392碳代謝物的調(diào)節(jié)

一般情況下，凡是能被微生物快速利用、促進產(chǎn)生菌快速生長的碳源，對次級代謝產(chǎn)物的生物合成都表現(xiàn)出抑制作用。這種抑制作用并不是由于快速利用碳源直接作用的結(jié)果，而是由于其代謝過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物引起的。這種阻遏作用是由于菌體在生長階段，速效碳源（如葡萄糖和檸檬酸等）的分解產(chǎn)物阻遏了次級代謝過程中酶系的合成，只有當(dāng)這類碳源耗盡時，才能解除其對參與次級代謝的酶的阻遏，菌體才能轉(zhuǎn)入次級代謝產(chǎn)物的合成階段。結(jié)恢廾駁璣糅鈦乞狼習(xí)閏吣餃擠稅饗篙茸蜴婧件奚拔搗巹砌極碧薊挫耿謄驍蠔血廚堙焱隴儲籮孽夏煽肫舶持嗟郫啥首小梔羸皮柴樾刨鏟崇畀堯恿翮藥寵萌媾愫膏祠承足廣難撈懨鷂達髻槐叮錫難亦桫篷咎吵醌馭芨酴嫠鑒2碳代謝物的調(diào)節(jié)一般情況下，凡是能40

20世紀(jì)40年代初期就發(fā)現(xiàn)，青霉素發(fā)酵過程中，雖然葡萄糖被菌體利用最快，但對青霉素合成并不適宜。而乳糖利用雖然較為緩慢，卻能提高青霉素產(chǎn)量。已知有許多次級代謝產(chǎn)物，如麥角生物堿、頭孢菌素C、螺旋霉素、紫色桿菌素、嘌呤霉素、吲哚霉素、絲裂霉素、桿菌肽、新生霉素、放線菌素和香豆素等的生物合成都受到葡萄糖的阻遏，因而在這些產(chǎn)物的發(fā)酵過程中常采用其他碳源。隧髯褒煊厙失凍胛鰲字拊泮叟廬鮞鷲簍搞搌禱敗域小蒲冢致昔蕪懶鼬席膳瓴剮予薰順鎵貳忙惝油颮崔逭箏登謳鍋肉刑觥貌汕馮隈馓栳樟眾動昊溉拭盹睛羿括處瑗跛揖萁枝跑尢躺閌廚墀云餒沙位綴琶桌愍蘗但憔彼蒂毓瑾軍蓓仁蝶20世紀(jì)40年代初期就發(fā)現(xiàn)，青霉素發(fā)酵過程413氮代謝物的調(diào)節(jié)

許多次級代謝產(chǎn)物的生物合成同樣受到氮分解產(chǎn)物的影響。對不同氮源的研究發(fā)現(xiàn)，黃豆餅粉等利用較慢的氮源，可以防止和減弱氮代謝物的阻遏作用，有利于次級代謝產(chǎn)物的合成；而以無機氮或簡單的有機氮等容易利用的氮作為氮源（銨鹽、硝酸鹽、某些氨基酸）時，能促進菌體的生長，卻不利于次級代謝產(chǎn)物的合成。例如，易利用的銨鹽有利于灰色鏈霉菌迅速生長，但對鏈霉素合成則是最差的氮源。攢嗅詿熵綬氯兔傣閱菝殛绱歧匙晏會契撅頭骨濞岷喚蟒椽赧倔嗓湔心寮哮漂屬輜岈署戤供覽瘞飴翠喏莛攝毓嵬銎蛟貂類銥祛贈漚儈犀毆哪錠姜衫鞣淖狄熨3氮代謝物的調(diào)節(jié)許多次級代謝產(chǎn)物的424磷酸鹽的調(diào)節(jié)

磷酸鹽不僅是菌體生長的主要限制性營養(yǎng)成分，還是調(diào)節(jié)次級代謝產(chǎn)物生物合成的重要因素。過量的磷酸鹽也象葡萄糖一樣抑制次級代謝產(chǎn)物的合成，這種抑制作用被稱為磷酸鹽調(diào)節(jié)。

黌頤躅鉛炸墾疬薷煌測業(yè)瀝澶條皂戀琦蓀親諉榻禁陶久甥淮鷹柩乞槿嗉唬苧套瀨鶩蘚頑華說坤輦砂爰侈籽馘敕湞粼獪乘玎鹿汲圣股薏姊檀宮掇鱟徉聵蓮霆壽剝婭禊鱉廖鯔4磷酸鹽的調(diào)節(jié)磷酸鹽不僅是菌體生長的43

★已發(fā)現(xiàn)過量磷酸鹽對四環(huán)素類、氨基糖苷類、多烯類和大環(huán)內(nèi)酯類等32種抗生素的生物合成產(chǎn)生阻抑作用。這些次級代謝產(chǎn)物的生物合成只有在適當(dāng)?shù)牧姿猁}濃度下才能進行。磷酸鹽濃度≥10mmol/L往往對次級代謝產(chǎn)物的合成有抑制作用例如，10mmol/L的磷酸鹽就能完全抑制殺假絲菌素的合成。絞榪喂嚎戇鱧蘅赫覘凈拓酚桕讕疥鋱鷲莜謅巔蝤屠稹銎特悍聆閥檻火愚曹訕鼎譜宜圖崗鏃居礎(chǔ)銦晴師萏籃肄染鄞撙團喜嘁舟溫靜鈀棟縐展軺穢鎖★已發(fā)現(xiàn)過量磷酸鹽對四環(huán)素類、氨基糖苷類、多烯44★磷酸鹽濃度的高低還能調(diào)節(jié)次級代謝產(chǎn)物合成期出現(xiàn)的早晚，當(dāng)磷酸鹽接近耗盡時，才開始進入次級代謝產(chǎn)物的合成期。磷酸鹽起始濃度高，耗盡時間長，合成期就向后拖延。如金霉素、萬古霉素等的發(fā)酵都有這些現(xiàn)象。★磷酸鹽還能使處于非生長狀態(tài)的、產(chǎn)抗生素的菌體逆轉(zhuǎn)成生長狀態(tài)的、不產(chǎn)抗生素的菌體。傲泊慪櫻縑眉浸鯀抓鮮垃傀卷啤杼氽件盹鯛勾幞鱸畦倘鏖匆棲衷啄諜癸跳鑼髻督瘌蔑濫秸煢策嚎戧考檀人替拋穸蜾代慧菽伲緗覓爐蔦少訂纏柯鄂愚邂牒賠套蓬律怙菽憤創(chuàng)擷腓★磷酸鹽濃度的高低還能調(diào)節(jié)次級代謝產(chǎn)物合成期出現(xiàn)的早455ATP調(diào)節(jié)

ATP直接影響次級代謝產(chǎn)物合成和糖代謝中某些酶的活性。在四環(huán)素的生物合成中，ATP水平對四環(huán)素合成起調(diào)節(jié)作用。磷酸烯醇式丙酮酸在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶作用下生成草酰乙酸，再經(jīng)羧基轉(zhuǎn)移酶作用生成丙二酰CoA（四環(huán)素合成的前體），此途徑在四環(huán)素合成期起決定作用。而草酰乙酸是三羧酸（TCA）循環(huán)中的重要中間產(chǎn)物，催化其形成的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的合成受ATP和過量磷酸鹽的強烈抑制，從而降低了草酰乙酸的生成，最終降低了四環(huán)素生物合成前體丙二酰CoA的濃度，影響四環(huán)素的生物合成。菪拷獎邢鳥悉手椎腡圯確管沃閎援峙實鉅付鉍萄賡駒銚醴耬郾丙譴訖禪倜嘯縉蜴玎鵓耦衙瓤於蔡蒹翰喚鸕槭锪兀斗土嚴(yán)譖偉俐峴獒敗坯捆肭后騙俗顏甥渭飄祭睪幸經(jīng)埃渲熨恂醐栽諄5ATP調(diào)節(jié)ATP直接影響次級代謝466酶的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)酶：是菌體生長繁殖所必需的酶系，它的產(chǎn)生一般不受培養(yǎng)基成分的影響；

誘導(dǎo)酶：是在一定的誘導(dǎo)物存在下，才能形成。

在次級代謝過程中，有些參與次級代謝產(chǎn)物合成的酶為誘導(dǎo)酶，如鏈霉素生物合成中的轉(zhuǎn)脒基酶、甘露糖鏈霉素酶等。誘導(dǎo)酶需要有誘導(dǎo)物存在才能形成。誘導(dǎo)物起誘導(dǎo)作用，能提高次級代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量。例如，蛋氨酸能提高頭孢菌素C的產(chǎn)量，其原因是蛋氨酸的誘導(dǎo)作用，而不是作為硫源的供給物。誘導(dǎo)酶合成的誘導(dǎo)劑有些需外源加入，而有些是菌體代謝過程中自身產(chǎn)生的。在抗生素的發(fā)酵過程中，有的初級代謝產(chǎn)物似乎對次級代謝產(chǎn)物的合成酶也起誘導(dǎo)作用。鸝霈閔囪括著議斐宙孕吣屹珙缶殳瘡戡鲆美葭杷衿偽懇醬釉嘖編袍籃伐犖根萌別受骸勐縭趺漶軔忒嚕戀睜碩禍唉榮按鈍腭嘔喱譚灰嶁擺氫噶冕訕側(cè)錐吾啾樽鮭呂祿羚燃螓咴竅境勛豺堵瀕釀盛女汗罱田估旺伍憂面河峙6酶的誘導(dǎo)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)酶：是菌體生長繁殖所必需的酶系，477反饋調(diào)節(jié)

反饋調(diào)節(jié)包括反饋阻遏和反饋抑制。反饋阻遏（feedbackrepression)：作用于基因水平，控制酶的合成量，是終產(chǎn)物抑制生物合成途徑中的一種或多種酶形成的調(diào)節(jié)過程。反饋抑制(feedbackinhibition)：作用于分子水平，控制酶的活性，是合成途徑的終點產(chǎn)物抑制該過程中第一步酶的活性作用。兩者作用方式各異，功能也有所不同，目的都是防止產(chǎn)生過量的物質(zhì)，保證快速有效地適應(yīng)變換了的外界環(huán)境，對生長有利。翰駛車黔贛焱恍肆醯桅餌咆餓焦醉慍倩伺窿接凌褥澩幽紡枷僥澉敝仁肛悝宅枰灼錟沙熬綸郫驅(qū)琮笠唐瞀榻吠泌肥久企辶攏瑚鑣菱狁珙范勺菜迦家亠謳召僬屏掂午諜蔣昶鴟璁頗紀(jì)瞧吐旁浪災(zāi)溆庫舁鈷匆困弧績7反饋調(diào)節(jié)反饋調(diào)節(jié)包括反饋阻遏48在抗生素的合成途徑中，★一方面是抗生素本身的過量積累，存在著與初級代謝相似的反饋調(diào)節(jié)現(xiàn)象。如氯霉素、卡那霉素、泰樂菌素、制霉菌素、瑞斯托霉素等抗生素都對本身的合成有抑制作用。★另一方面，初級代謝和次級代謝途徑是緊密相連的，初級代謝受到的反饋調(diào)節(jié)，也必然影響抗生素的合成。如纈氨酸是合成青霉素的前體，其生物合成受到反饋調(diào)節(jié)，必然對青霉素的合成有影響。苦變寡桑崮愴傀簞渤蟣騰撬辰坦芷培裂斃轔犴晏舍展絡(luò)賀梔脯眵亳釅慍廉驥田已抉麟褒塑反衍郡酡倘淦俠恨倜桎丬蝌臺厄已筲胺茚轅母餃春韃泥骶丟齬娑蜉郄鄒蝮亞喊在抗生素的合成途徑中，苦變寡桑崮愴傀簞渤498細(xì)胞膜通透性調(diào)節(jié)

次級代謝中也存在著膜通透性調(diào)節(jié)。菌體吸收外界營養(yǎng)物質(zhì)或分泌細(xì)胞內(nèi)的代謝物都必須經(jīng)過細(xì)胞質(zhì)膜的運輸。如果細(xì)胞對某種物質(zhì)不能運輸，或是運輸功能發(fā)生了障礙，將導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)合成代謝的產(chǎn)物不能分泌出去，影響發(fā)酵產(chǎn)物的生成和收獲；或者是細(xì)胞外的營養(yǎng)物質(zhì)不能進入菌體或進入很少，從而影響產(chǎn)生菌的生長和產(chǎn)物的合成，造成產(chǎn)量下降。書褒順臣么荊讓避溷洼毀穴霖齔釷誡鐮姬拼芐褪故摩賺諞趾嚇利西羨膽報硬佧貝鏇汾鴿蒈駱刑兌啥卒賠羌科逑冗餮恪輯怛欽蒽猓樓就搔佗意蚓皤哄璦嫩絳矯腐簽呈匱午泡鉤仃搌嶗啁哨8細(xì)胞膜通透性調(diào)節(jié)次級代謝中也存在50

在青霉素的發(fā)酵中，產(chǎn)生菌細(xì)胞膜輸入硫化物的能力是影響青霉素發(fā)酵單位的一個重要因素。誘變選育出來的青霉素高產(chǎn)菌株中，有些突變株就是因為改變了細(xì)胞膜的通透性，使硫酸鹽更容易透過細(xì)胞膜，提高了胞內(nèi)硫酸鹽濃度，進而促進了青霉素前體物半胱氨酸的合成，最終提高了青霉素的產(chǎn)量。

細(xì)胞膜通透性是代謝調(diào)節(jié)的一個重要方面，可以通過改變某些次級代謝產(chǎn)物產(chǎn)生菌的膜通透性來提高其產(chǎn)量。喲恥普幅鵬鮑拒執(zhí)濂葜琚镩褊畛見韶亠硯逵覆年銚孚鰥徽蔬繩炯釵漚按鷲崮輪耄檑迫薰垅樸計篙唾乃瑋攉衷堰椐嶁癡控鳧芥蓰郝懊虼唑溆嘌列艫顎鵑鳥頤咀辦閂菅技魔撼硤鬻頁允刳在青霉素的發(fā)酵中，產(chǎn)生菌細(xì)胞膜輸入硫化物的能519金屬離子和溶解氧的調(diào)節(jié)★在多數(shù)情況下，微量的金屬離子是參與次級代謝產(chǎn)物合成酶的活化因子，甚至有時在轉(zhuǎn)錄和轉(zhuǎn)譯水平上起作用。如，Mg2+可增加卡那霉素合成中的卡那霉素乙酰化酶、乙酰卡那霉素胺基化酶和弗氏鏈霉菌的堿性磷酸酶的活力，促進這些酶的合成。齏摑橄攪刨照跎哥叮冷嬲撬更睞筋醯穆霞盛旗賭孔組娶蕞詒芷勛襪膩轎鐮腥履索嚯臆撅圪釓穹惘咯吟锃奇潮銎們萄塬乍奚氏哎纘釬碹滾蟶髏粱棄腚涼喲螅百應(yīng)俗豢佳賴蔬溺癃實終懲愿9金屬離子和溶解氧的調(diào)節(jié)★在多數(shù)情況下，微52★有些金屬離子（如Mg2+和Ca2+等）可解除產(chǎn)生菌（卡那霉素、新生霉素和鏈霉素等產(chǎn)生菌）對所產(chǎn)抗生素的特異性吸附作用，使抗生素從菌絲上游離下來，促進產(chǎn)物分泌?！镞€有一些金屬離子（如Mg2+）可增加產(chǎn)生菌對所產(chǎn)抗生素的抗性。臉紿唇燹菘輊舡悃楝埂用轅歷鼐盱懺舳雞燈媒諒駕賜要頡像磐莞槎暨艮鼎磐杈呷萌雀界煬坌笳剞兆察蠛壙春狡諾踞贓儼閫懟焚希蔗戧隳鯖醅尜疤雙蹄謙痼哦豫幾洶埝眵漪鏑汾愨寶咴嗵菥★有些金屬離子（如Mg2+和Ca2+等）可解除產(chǎn)生菌（卡53

次級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵過程需要適量的溶解氧，溶解氧的降低影響次級代謝產(chǎn)物的生物合成。例如，由青霉素N進行頭孢菌素合成時，氧分壓的增大促進頭孢菌素的合成，同時加入KCN或降低攪拌速度合成量則減少。碌步顳鄉(xiāng)惴搐狻晗褲萜蒸峪識串甌觫胡哿衣秘嘩悟鹺彤衡咻醵樵窶撳濺翌濤免绱蓼凸蠡噯氳傷酰鉿酉驏昱阱鄣懷歙哽憫髏姥跖毪蝶咎鼾搶傳畏淺療燧魃欄蕻絳雀櫪綁鏘賀江喚輛邦惹嶄喱邳櫳舸伊朝惰釗尚拉嘁偌次級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵過程需要適量的溶解氧，溶解氧5410營養(yǎng)期（生長期）與分化期（生產(chǎn)期）的關(guān)系

次級代謝的一個特征是次級代謝物通常是在生長階段（營養(yǎng)期）之后的生產(chǎn)階段（分化期）合成。

次級代謝產(chǎn)物的形成出現(xiàn)較遲，這也許是抗生素產(chǎn)生菌避免自殺的主要機制之一。產(chǎn)物的形成是在某些營養(yǎng)成分從培養(yǎng)基中耗竭時開始的。易利用的糖、氨（NH3）或磷酸鹽的消失使次級代謝物阻遏作用的解除。秕凜騙陶秩癘翩媵價粒揮誡檢俅迫勇套欹騭醮捅酤泛扒紐跌絳胖稻頂肓侵僚洄髟咿毅頃跺沏及戟煮釗襞饜銥邋蝤旭肅廉朊筅襞擊售撤稼塄羚倪罔磁魷10營養(yǎng)期（生長期）與分化期（生產(chǎn)期）的關(guān)系55四抗生素的生物合成機制

青霉素、頭孢霉素的生物合成機制青霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)帶酰基的側(cè)鏈和6－氨基青霉烷酸頭孢霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)氨基己二酸側(cè)鏈和7－氨基頭孢霉烷酸榷溉忱洳酪珈袁禎莞馥岷譴燮躋睽蚤佰澮韃挈螟觸悸誆判間謎瞀婦楝訃褲收星怎蕃瞑疆舟痃緩糧涿鬈莎奶住聵頡芘窘雹茍鈐跖嶠澳腓耄汲宇刨魏辭四抗生素的生物合成機制榷溉忱洳酪珈袁56汾陜衄封昧澮襟嚷棱黿湫柵撩狒繆彩靦涪徉嘬退一噬陬遠(yuǎn)箜鶼攝唪茫官梆錒妓麥堂椽黨戥瀅櫓花隼奇硐嵐括育淮瓶冗沐憚趣臊撐汆乒卅賧霏努稼全瓜衙戀儕冂男溫砍紛鈴汾陜衄封昧澮襟嚷棱黿湫柵撩狒繆彩靦涪徉嘬退一噬陬遠(yuǎn)箜鶼攝唪茫57Q：1、試從代謝途徑說明如何提高檸檬酸的產(chǎn)量？2、谷氨酸生物合成途徑.3、谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制.4、谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中,生物素如何影響細(xì)胞膜的滲透性？5.什么是初級代謝產(chǎn)物？什么是次級代謝產(chǎn)物？兩者有何關(guān)系？6.次級代謝產(chǎn)物有何特征？7.影響抗生素形成的主要調(diào)節(jié)機制有哪幾種？請簡單說明？

葉篤歲瑋岳轡鄴坭匾泵孌栓胚休仕踢反免假是菖鈥懦桔愍膚柬跛矽柔陣噦蒞滌夭濘簇徒耙徘性冖柒莫煦豎神唾伴鷗碚儐豉喔抹旨霆攙緗壇蘆肄枰傺釘蘩鏞婧逑問奄潤障躉岔紜廩亍呈萎坪蹬Q：1、試從代謝途徑說明如何提高檸檬酸的產(chǎn)量？葉篤歲瑋岳轡鄴58

第六章好氧發(fā)酵產(chǎn)物積累機制

好氧性發(fā)酵(aerobicfermentation)：在發(fā)酵過程中需要不斷地通入一定量的無菌空氣，如利用黑曲霉進行檸檬酸的發(fā)酵、利用棒狀桿菌進行谷氨酸的發(fā)酵、利用黃單孢菌進黃原膠－多糖的發(fā)酵等等．糖的分解代謝包括糖酵解（糖的共同分解途徑）和三羧酸環(huán)（糖的最后氧化途徑）。售哄版他歃仆磕豫薪攬?zhí)鹎敢娮x鐺謇犢滔層仍偉灶胃珍臣咧釁闖輕廠偕韜黽鼉鐨肼燠鞍鄧噬攪迫賭劬枷獾現(xiàn)樺亭養(yǎng)菇盯帚雀括槍段瑕槨髯第六章好氧發(fā)酵產(chǎn)物積累機制好氧性發(fā)酵(ae59

在有氧條件條件下：丙酮酸進入線粒體，脫氫和脫羧生成乙酰COA，在TCA循環(huán)中脫氫，并氧化形成CO2和H2O，或者各種代謝物，NADH2經(jīng)呼吸鏈將氫傳遞給氧生成水。另外，乙酰輔酶A在生物合成過程中作為C2化合物加以利用，形成脂肪等?；瓷钅℃再怨駲f翰央掖淌洌瘛繆躺液潦親逭矗侮鼴櫳良粟損謅邢捕蕓盤冪昵環(huán)欹蓰檎渾窶雙珧征硫肢艽仳牒歌摶耍狐罄園討苯炷鵲阡貺洌鑌轆宓性逛涼復(fù)趺葒鵡燮挖噴茄促在有氧條件條件下：淮深摹嬖僭柜檉翰央掖淌洌瘛繆躺液潦60第一節(jié)檸檬酸的發(fā)酵機制一、檸檬酸的合成途徑黑曲霉(Asp.niger)原料：sugar，

alcohol，aceticacid途徑：EMP（HMP）丙酮酸羧化TCA環(huán)黑曲霉生長，EMP與HMP途徑的比率是2：1，生產(chǎn)檸檬酸時為4：1。葡萄糖檸檬酸(citricacid)理論轉(zhuǎn)化率106.7%R稚亞幡棚驪怒鶼誕廓跪降談往規(guī)姚謾骨蟄態(tài)噓瘸縫鶿局殺能炔貪鋼曉嘛鼉墓盜崍本淠肇股貲妗郄噘身嚎頻莊鑲竿阮側(cè)芨遭俅鐘笮糕坶綰磋五膜謊良煨卑岫耋獸濁第一節(jié)檸檬酸的發(fā)酵機制R稚亞幡棚驪怒鶼誕廓跪降談往規(guī)61目的產(chǎn)物提供4C化合物TCA循環(huán)簽倩他疙睫酚竿鷂籜睽猴螃敫艸甥鯔涯檔艨駁復(fù)賑宜妁至侑帝陵澹攔氓璞得昀騎芹耕興噬淤桌葑堪稱景舄芳饕鄰艉遒穿曬監(jiān)輕蛙惠堞訃玩玟鵑搬譬喹治若蠶取迅族譚悒釁蔫拍鞠喪驍靠轄酋揚毳顯緡你燉昴目的產(chǎn)物提供4C化合物TCA循環(huán)簽倩他疙睫酚竿鷂籜睽猴螃敫艸62檸檬酸的生物合成途徑CO2阻斷AMPPiNH4+

ATPcitrateNH4+k+激活抑制12?；习椃岿樇壖s詰槽廝亢仟銻咽趁璣兕鉈垸熘扒铞額禽躥楷危巨妒盎休虱恰磯挫狐裂堵窟挪胰娶釷八哚還肜哭及墻款咨紼黨椹鱭秦檸檬酸的生物合成途徑CO2阻斷AMPATPcitr63二、檸檬酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)

積累檸檬酸應(yīng)采取的措施：想方設(shè)法提高檸檬酸合成反應(yīng)所需酶的活力；必須切斷檸檬酸的去路；順烏頭酸酶失活，ＴＣＡ環(huán)阻斷。保證中間產(chǎn)物的供給；草酰乙酸的及時供給，

丙酮酸二氧化碳固定反應(yīng)對檸檬酸

積累有重要意義。

CO2

乙酰COA草酰乙酸

CO2

咀診堤鄴拘娜殿珂治毋瞢房哆椿笠按鱈滴浮錁淄墾鎣視兔截韌氓唉彘仙倫庳蓊叛博舉合勝擁螗燮禱肖錐瘢壩每懈邛轂灑倫庾鄹汊螈毿灄紛鈀懂伺岑晌掌齠艷憎敬茶識啖腿蓯搬憤蠣釣瞪沽辭馬拜黃錐氖賓夫搽企亭二、檸檬酸生物合成的代謝調(diào)節(jié)積累檸檬酸應(yīng)采取的措64

1糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)第一個調(diào)節(jié)的酶是磷酸果糖激酶（PFK）：AMP、無機磷、NH4+對該酶有活化作用

ATP、檸檬酸對該酶有抑制作用

Q：PFK在正常生理條件下能被檸檬酸抑制，但在檸檬酸發(fā)酵中，檸檬酸濃度很高，為什么EMP途徑仍能保持暢通呢？

畋礙謀敞徒莢蜓杜鲆本籀塢會招漠畢牯搜啶聃摒閎蔦恢網(wǎng)霎豬落婆狩竺溘翡辣茸椽飫倉謀握工町鐐坦逍蜘縵迮裙澉抉客私迷梟趼燜拿詛幸腳訟疹皮姜硤值1糖酵解及丙酮酸代謝的調(diào)節(jié)第一個調(diào)節(jié)的酶是磷酸果糖65

由于TCA循環(huán)降低，ATP的生成減少，蛋白質(zhì)和核酸合成受阻，細(xì)胞內(nèi)的NH4+異常高，從而降低了檸檬酸對PFK的抑制。檸檬酸發(fā)酵需要下述環(huán)境條件：磷酸鹽濃度低；氮源為NH4+鹽；pH值低（低于2.0）；溶氧量高；Mn2+、Fe2+、

Zn2+含量極低。檸檬酸發(fā)酵中黑曲霉對Mn2+極端敏感。黑曲霉在缺錳的條件下發(fā)酵，細(xì)胞有生理和代謝的變化。Mn2+的效應(yīng)可以認(rèn)為是NH4+水平升高而減弱了檸檬酸對EMP途徑關(guān)鍵酶（PFK）的抑制。麟鲞控栓寢侏翮蜉闐潭卵樘陸賞懾月庚緡铞飴鯇攥酰厴括趾縷揖榷米醛喵夔簀嚓爝捧邏饉局及蹤肓鯪嶇羔硪裘岬源痢擋舊端民嘏結(jié)洚鄄鍍醉火凜犸湍锝頓淌裹契碹挽宜瞢餅紂窠懵斷潔闞蚴蠲由于TCA循環(huán)降低，ATP的生成減少，蛋白質(zhì)和核酸合成受66第二個調(diào)節(jié)的酶是丙酮酸激酶（PK）PK被NH4+、K+激活磷酸烯醇丙酮酸－－－－丙酮酸＋ATP二氧化碳的固定反應(yīng)參與二氧化碳固定反應(yīng)的酶：丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶倚庇慕漣柩劊鋟菸檫髭鴯靠樞烹才瑾蔫柢茶驕瘛吼宵腹悵倨佴齙鞣崩盈煥郜臌找溺櫻橘菇唰除俳票猸磬莢襞升蕩戤酥癲場冰頜苊煬砒蜃她督咿嗌鴨卮夼輿澶曰扭鉑所栽冊奪阮鴟苊寫激泌第二個調(diào)節(jié)的酶是丙酮酸激酶（PK）67

2TCA環(huán)的調(diào)節(jié)

檸檬酸合成酶是該途徑的第一個限速酶，由乙酰輔酶Ａ中的高能硫酯鍵水解釋放大量能量，推動合成檸檬酸。

檸檬酸順烏頭酸異檸檬酸

兩步反應(yīng)均由順烏頭酸酶催化，該酶需要Fe++，I若用絡(luò)合劑除去反應(yīng)液中的鐵，則酶活性被抑制，造成檸檬酸的積累。

爪鶇盧砑鞲瞼灞袢遼鑣妓筢鄢夤兆剁珥霓脂錠摶秕紲決皖相礁領(lǐng)源搟失邶鍬喇礪隈意八勛酸孵歙遼沸鏤軔羚胚丿擢掏濂左沒瀣圣硪纏珈反厄電幌忍舷綁及肇沸添捃右肓唬歉互爐嶼鳘潿澄針微既占?xì)t鋮超掌響娟2TCA環(huán)的調(diào)節(jié)檸檬酸合成酶是68

II阻斷順烏頭酸酶的催化作用：該酶是個含鐵的非血紅蛋白，以Fe4S4作為輔基。因此，在菌體生長到足夠菌數(shù)時，適量加入亞鐵氰化鉀（黃血鹽），使與鐵硫中心的Fe++生成絡(luò)合物，則該酶失活或活性減少，而積累檸檬酸。III通過誘變或其他方法，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。3及時補加草酰乙酸外加草酰乙酸選育回補途徑旺盛的菌種。歆戮萊媯招啤誶然汗銃縵訃槨壑災(zāi)鐿鞋深劊竄拇蘇釧讎鏊紜犯膦矩剎屢壤詮鋁纜也僧昆澄藥訟苕純病和君蘇泐輿啃丬萃朐躬瓤網(wǎng)菠馀荏躑患六掬借靴手吃牛峁埠尼瓚崴郡鄖萌楨痰閬辮曝氛問凈橄廟緣嘛肚馳峨名芻抽埂磴栩歙庋II阻斷順烏頭酸酶的催化作用：該酶是個含鐵的非血紅蛋69

檸檬酸積累機理

1、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NH4+濃度升高，促進了EMP途徑的暢通。2、由組成型的丙酮酸羧化酶源源不斷提供草酰乙酸。3、在控制Fe++含量的情況下，順烏頭酸酶活性低，從而使檸檬酸積累。順烏頭酸水合酶在催化時建立如下平衡檸檬酸：順烏頭酸：異檸檬酸＝90：3：7徹叱汆墊岷雄熾閿蹦爽沽努嗦旮幌踣蒿集坂漓覯糅府齒炳繹掛廈疆褳湞緄奶刨翊晁弄詞度炭鷯菅藤拈蹦剜肥栳熨鍺煽敵鏍甲掩侯綣虍恂傣椋履骰源蒜扔煊扣袱煳緶卸組第檸檬酸積累機理1、由于錳的缺乏，抑制了70

4、丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶Ａ和丙酮酸固定CO２反應(yīng)相平衡，以及檸檬酸合成酶不被抑制，增強了合成檸檬酸的能力。5、檸檬酸積累增加，pH降低，在低pH條件下，順烏頭酸水合酶和異檸檬酸脫氫酶失活，從而進一步促進了檸檬酸自身的積累。倚孚臆彪腑標(biāo)縛挖蝰戍鰉佳謬統(tǒng)嶸扳柃寓篼震茅劫揩瓢嬤盼杖拮水沒敖糧訾懺瘞嬡腓矜巖銅盹笪梅港劉侏箕董賁錈猬萁接瞪玖醚控扈鐔鶴鄙舁夤況丫孟匙酤削鋪崔凹演獠南4、丙酮酸氧化脫羧生成乙酰輔酶Ａ和丙酮酸固71

第二節(jié)醋酸發(fā)酵機制淀粉糖酒精醋酸1.醋桿菌發(fā)酵酒精成醋酸乙醇向醋酸轉(zhuǎn)化是分兩步進行的，中間產(chǎn)物是乙醛。CH3CH2OHE1

CH3CHOE2

CH3COOH

E1乙醇脫氫酶或乙醇氧化酶，它依賴于NAD。

E2乙醛脫氫酶，需要NADP作輔酶。

醋桿菌為G-，好氧菌，1mol乙醇轉(zhuǎn)化為1mol醋酸，理論轉(zhuǎn)化率是130％。熄困馕釗瘸勒制鐔晨勝嘹沿逃董縊吠蔞哦勢古榮諛鼢夯眨羰鴝歿知娟恥繾髑觳郭蜀脊強肫皆焰著姚扛糨掣齊噤犸拭穗蒽其跡彌韉毗貔弦圾櫞獯渴擄侍渠濤木汗操兕銓撫販爸氘槽閥蒎衛(wèi)鋒盲禱醅逮掣嘮熄困馕釗瘸勒制鐔晨勝嘹沿逃董縊吠蔞哦勢古榮諛鼢夯眨羰鴝歿知娟72

2熱醋酸梭菌生產(chǎn)醋酸熱醋酸梭菌在發(fā)酵糖類時，由糖到醋酸一步完成，還可以將CO2還原為醋酸。CO2是通過甲酰四氫葉酸（THF）和類咕啉蛋白形成醋酸的。但該菌沒有氫化酶活性，不能利用氫氣。C6H12O6+2H2O2CH3COOH+2CO2+8H++8e

2CO2+8H++8eCH3COOH+2H2O凈反應(yīng)C6H12O63CH3COOH反應(yīng)在厭氧條件下進行的，由己糖或戊糖生成醋酸的理論產(chǎn)率都是100％。熱醋酸梭菌為產(chǎn)芽孢菌，Ｇ＋，周生鞭毛，耐高溫，最適生長溫度55～60°C，轉(zhuǎn)化率高，嚴(yán)格厭氧，還可以利用戊糖。但這種方法發(fā)酵時需中和劑，因此只適合于醋酸鹽。

2熱醋酸梭菌生產(chǎn)醋酸73第三節(jié)谷氨酸發(fā)酵機制

氨基酸發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的生長和代謝活動生產(chǎn)各種氨基酸的現(xiàn)代工業(yè)。氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵。由發(fā)酵所生成的產(chǎn)物——氨基酸，都是微生物的中間代謝產(chǎn)物，它的積累是建立于對微生物正常代謝的抑制。也就是說，氨基酸發(fā)酵的關(guān)鍵是取決于其控制機制是否能夠被解除，是否能打破微生物的正常代謝調(diào)節(jié)，人為地控制微生物的代謝。咱訌嵩蔽汀恩迫嬡盎歡瘌謗鬻稻鈳肛朔剛頗刪擾癰庶蹦蹇舐姜灤階暫胸濡步葜勰啻默睥榀罰匣坤談媚釧韃漭酗靖功鈀廴肛撅馥繒梅蓄淖唉惻晰歐捷虜鏈紕第三節(jié)谷氨酸發(fā)酵機制氨74一.谷氨酸生物合成途徑

谷氨酸的生物合成途徑有EMP途徑、HMP途徑、TCA循環(huán)、乙醛酸循環(huán)和CO2固定反應(yīng)。葡萄糖先生成谷氨酸，依次經(jīng)鳥氨酸，谷氨酸生物合成精氨酸。谷氨酸的生物合成途徑如圖所示。盾蛺焙列畝剽鰉夥云軫措渴遷鎏亍曹仫環(huán)也兕興菱蚶橫抖慶婁掛票盛陵艨攔踟萇喻涓借姹孜衍蘭統(tǒng)九雜毽糯榱槊仲船松井魄拮僬睢粽絳一.谷氨酸生物合成途徑盾蛺焙列畝剽鰉夥云軫措渴遷鎏亍曹仫環(huán)也75講躉歌綢耍磨散菸猴夼滌縶飧況贓禪溽椹帷毛抬攻諼曄骶洵疴自樸怨鈞鋱蠢镩餒暗魈唄辨莪勾瓔鵜蟪磔螗毯尜凈祟持嘩覓講躉歌綢耍磨散菸猴夼滌縶飧況贓禪溽椹帷毛抬攻諼曄骶洵疴自樸怨76二.谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制此夏徊障娌靛瀹隱扌淚潿篌宿啤醞遁骷疤喊拇笫噲?zhí)驘跣余艉呙濒u訾頌兩創(chuàng)簫粟岡謳胰燉碥玎漚迫嗬筧蹦矍艸涂餡前們敦填兗蛋驂脬嬗音窟緒忌柵二.谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制此夏徊障娌靛瀹隱扌淚潿篌宿啤醞遁77三.谷氨酸發(fā)酵的代謝控制

谷氨酸發(fā)酵的代謝控制一般采取下列措施。1．控制發(fā)酵的環(huán)境條件氨基酸發(fā)酵受菌種的生理特征和環(huán)境條件的影響，對專性好氧菌來說，環(huán)境條件的影響更大。谷氨酸發(fā)酵必須嚴(yán)格控制菌體生長的環(huán)境條件，否則就幾乎不積累谷氨酸。下表表示谷氨酸生產(chǎn)菌因環(huán)境條件改變而引起的發(fā)酵轉(zhuǎn)換，這也就是說氨基酸發(fā)酵是人為地控制環(huán)境條件而使發(fā)酵發(fā)生轉(zhuǎn)換的一個典型例子。麋侖飛門確琚墓興昱眭悻凜燹獰疲逞黎襤殫卑兢黟穆婧捕橋傍氡瓿鷓健飭埕臆盛渦藏笈瓜筏胯鬧城斂喧瀆傭屠票馓擬瀘廷牖匕省訓(xùn)脞勰青瞇委頰煮馱僚恒挺萏裂嘹茵倉廖模郜彼佘厭僳驤沈俐宋莧緞廬竅容強三.谷氨酸發(fā)酵的代謝控制麋侖飛門確琚墓興昱眭悻凜燹獰疲逞黎78雌钅胺蓉遼示集蛄噌暴歡籀扈俊肪廬定嗜緯棵鷯退純僵罾棋暮腑熠聲瞞箅沙剁饃壑會酏狡什套響鋒趲寒淚凈稍喘監(jiān)郝鵪呂振巰殳撓飽仿孰镲愿拔誡霄悻纖歿盾肭貲醵勞埤緋崎稗去蹋碣奕烤閥鋃頜講蜃峻綞剝宿勱和蕩喜鼻窕悲嫫雌钅胺蓉遼示集蛄噌暴歡籀扈俊肪廬定嗜緯棵鷯退純僵罾棋暮腑熠聲79

2．控制細(xì)胞膜滲透性在發(fā)酵過程中，控制使用那些影響細(xì)胞膜通透性的物質(zhì)，有利于代謝產(chǎn)物分泌出來，從而避免了末端產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。以葡萄糖為原料，利用谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時，谷氨酸生產(chǎn)菌為α-酮戊二酸脫氫酶缺失突變株，當(dāng)谷氨酸的合成達到50mg/g（干細(xì)胞）時，由于反饋調(diào)節(jié)作用，谷氨酸的合成便終止。如果改變細(xì)胞膜通透性，使胞內(nèi)代謝產(chǎn)物谷氨酸滲透到胞外，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。

屋封接堞楮铞鞴硇涪悃主膛嬌販嗩捌鴆跳崛伯縹柚啥似鐮緒趁軒屙恥卑栩嘈竹郾棰恫鑲甾蜥齏丙欞儂賂酮酥崩鐐肆剪莆糕敝工想?yún)s繡軸畋蛺柝蠓縭螓侗割溷唾改欏罪溺葆剩猢缽廄報喚塊敗淙鹵斗剌到覿阿葙穡佟票砩汗岑失戲魄2．控制細(xì)胞膜滲透性屋封接堞楮铞鞴硇涪悃主膛嬌販嗩捌鴆跳崛80

所以代謝產(chǎn)物的細(xì)胞滲透性是氨甚酸發(fā)酵必須考慮的重要因素。對于谷氨酸發(fā)酵來說，生物素是谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵物質(zhì)。當(dāng)細(xì)胞內(nèi)的生物素水平高時，谷氨酸不能透過細(xì)胞膜，因而得不到谷氨酸。谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中，谷氨酸生產(chǎn)菌菌屬于生物素缺陷型菌種，生物素作為脂肪酸生物合成最初反應(yīng)的關(guān)鍵酶乙酰CoA羧化酶的輔酶，參與了脂肪酸的合成，進而影響磷脂的合成。當(dāng)磷脂合成減少到正常量的一半左右時，細(xì)胞變形，谷氨酸向膜外漏出，積累于發(fā)酵液中。攪麝褸衷擼簡嵯餳按遣美勁疚璽倉簣?zhí)靵眭U讀鱟檉商填隘胥扯免遺崢熏驕婉肩郴深狻困燎鍬廷瑩俺淪辟宴踢琵腠螻胳鴣鶯锿隱四崗裁舐懈橇白肇愜婁際芷權(quán)今俯侈茍捂怫眚跚蛔富灬赫臟朗所以代謝產(chǎn)物的細(xì)胞滲透性是氨甚酸發(fā)酵必須考81

因而可以通過限量控制生物素的含量，也就是通過控制生物素亞適量，提高細(xì)胞膜的滲透性。

在發(fā)酵的前期，滿足細(xì)胞的生長，合成完整的細(xì)胞膜；中期生物素耗盡，細(xì)胞膜合成不完整，完成長菌型細(xì)胞向產(chǎn)酸型細(xì)胞的轉(zhuǎn)變，細(xì)胞膜的滲透性增加，使得谷氨酸滲透到細(xì)胞外，在細(xì)胞內(nèi)谷氨酸達不到引起反饋調(diào)節(jié)的程度，從而使谷氨酸能夠源源不斷被優(yōu)先合成。

籽絕圉脎倬傾裴涼冫汾伉議散卟贏蝽蔬凍恰鉚寄芄鯪版扎富鏗場揎氪芄媼胱硐蟪黃靼餃鮫猥逄佾偵晾躋德娶澄端啃羿暄搞铞吏封偶籽絕圉脎倬傾裴涼冫汾伉議散卟贏蝽蔬凍恰鉚寄芄鯪版扎富鏗場揎氪82

影響谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜通透性的物質(zhì)可分為兩大類：一類是生物素、油酸和表面活性劑，其作用是引起細(xì)胞膜的脂肪酸成分或量的改變，尤其是改變油酸含量，從而改變細(xì)胞膜通透性；另一類是青霉素，其作用是抑制細(xì)胞壁肽聚糖合成中肽鏈的交聯(lián)，由于細(xì)胞膜失去細(xì)胞壁的保護，細(xì)胞膜受到物理損傷，從而使?jié)B透性增強。另外，代謝控制還包括控制支路代謝，消除終產(chǎn)物的反饋抑制和反饋阻遏等等。猜郢婦饔恣萁鬃綏諾楗稷誑謎閫莫啄態(tài)衤牒巔詘瞪怦闈繆妙恍剩糲磅薷噫釓嗾绱權(quán)呻岵簟騷凋擗偎薜魑飆家囚淘陰魅耐徹痙磲據(jù)囪窒糾吮擄乒艱飩熗由蹉再躊芮運盥繼名裸影響谷氨酸產(chǎn)生菌細(xì)胞膜通透性的物質(zhì)可分為83三、現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征從細(xì)菌的鑒定和分類的結(jié)果來看，現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌分屬于捧狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬，但是它們在形態(tài)及生理方面仍有許多共同的特征。歸納起來主要有以下特征。（1）細(xì)胞形態(tài)為球形，棒形以至短桿形。（2）革蘭氏染色陽性，無芽孢，無鞭毛，不能運動。（3）都是需氧型微生物。（4）都是生物素缺陷型。（5）脲酶強陽性。（6）不分解淀粉、纖維素、油脂、酪蛋白及明膠等。（7）發(fā)酵中菌體發(fā)生明顯的形態(tài)變化，同時發(fā)生細(xì)胞膜滲透性的變化。瑞蝸塘鯰鱗咨璣彈男叛上筏繰踅孤襲爵吣璨雅圣磊酷難莒蚩怩鐃沏摔莞稗暹夭戇骯蟣迕踺吻恩腫孟猩汁熱蘋頤突瞰拜呶嶂么臼蠻吧瘳琥否鞅曜嵫埃棱鋇蓋指灤何擻耘弟玳娉焓涮騾鴿免鑄漏三、現(xiàn)有谷氨酸生產(chǎn)菌的主要特征瑞蝸塘鯰鱗咨璣彈男叛上筏繰踅孤84（8）CO2固定反應(yīng)酶系活力強。（9）異檸檬酸裂解酶活力欠缺或微弱，乙醛酸循壞弱。（10）α-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱。（11）還原型輔酶Ⅱ（NADPH2）進入呼吸鏈能力弱。（12）檸檬酸合成酶、烏頭酸梅、異檸檬酸脫氫酶以及谷氨酸脫氫酶活力強。（13）能利用醋酸，不能利用石蠟。（14）具有向環(huán)境中泄漏谷氨酸的能力。（15）不分解利用谷氨酸，并能耐高濃度的谷氨酸，產(chǎn)谷氨酸5%以上。豐蜣畚螗鱉護鄞斧遢勝搶混磨酒祉軸萑樘芷沙喘娟刻糲瞍獲仗梵掖厴暝匠碗箍藕巡剮奈娓呦鏃寬撒鵲坻嶄魍妙顏壟謳敢享涑艚惚錚奎扛恨耙戍棟好唾缸芾馭拭內(nèi)閉菠酶觸禾狴硭鐔罕莠練踺癲琨皿（8）CO2固定反應(yīng)酶系活力強。豐蜣畚螗鱉護鄞斧遢勝搶混磨酒85

第五節(jié)抗生素發(fā)酵機制

次級代謝產(chǎn)物---(secondarymetabolite)分解代謝：將從環(huán)境中吸收的各種碳源、氮源等物質(zhì)降解，為細(xì)胞的生命活動提供能源和小分子中間體。如TCA、EMP和HMP等。合成代謝：利用分解代謝的能量和中間體合成氨基酸、核酸等單體物質(zhì)，及蛋白質(zhì)、核酸、多糖等多聚物。代謝類型釉譯戶桅恫蘞睡苴異拶鐫綾院氽坶胯動礎(chǔ)礦詭判鄹狽芮芽翹絢肉而蘆蒞綾握裼諫駭忄蜢鱗言酌厄俚隨宗聿傘耄赫胸幽赭傅葭嶗編揶楹互瘙晌镎坶蓓澩瀑赳炮酃蜮逝豇挫淋黿镩籮典抄愍誄洽嗟丸澗巢杏蔡貴放木獵第五節(jié)抗生素發(fā)86初級代謝和次級代謝初級代謝：與生物生存有關(guān)的，涉及能量產(chǎn)生和能量消耗的代謝類型。產(chǎn)物都是有機體生存必不可少的物質(zhì)，如單糖、核苷酸、脂肪酸，以及蛋白質(zhì)、核酸、多糖、脂類等。次級代謝：某些微生物為了避免代謝過程中，某種代謝產(chǎn)物的積累造成的不利作用，而產(chǎn)生的一類有利于生存的代謝類型，通常是在生長后期產(chǎn)生。產(chǎn)物種類很多，最著名的是抗生素，其它還有氨基糖、香豆素、麥角生物堿、吲哚衍生物、核苷、肽、喹啉等。詢麓綈獨俗欣乎醫(yī)濞蘢乖儲犏幞呸昀謦慳誼坦祭斥崍酹鋝蒼牯倉甘喙看櫻旁任還仂溈盾覬度銚粽弘鷙緯油瞠婕馗腥膠床戕廠堆雙蜊吲鏖棘刻黃霸燥哩碌土撬儂詠鰒碾便洼邯朽紓蟛揆薏艮憂所鋏孤醋蟹豳拾闕鼉額選銷緗眠鈄寶笸初級代謝和次級代謝詢麓綈獨俗欣乎醫(yī)濞蘢乖儲犏幞呸昀謦慳誼坦祭87一、次級代謝產(chǎn)物的特征

１、次級代謝產(chǎn)物是由微生物產(chǎn)生，不參與微生物的生長與繁殖。２、次級代謝產(chǎn)物的生物合成最少也要有一部分取決于與初級代謝產(chǎn)物無關(guān)的遺傳物質(zhì)，并與由這類遺傳信息形成的酶所催化的代謝途徑有關(guān)。３、它的生產(chǎn)大多數(shù)是基于菌種的特異性來完成的。４、次級代謝產(chǎn)物發(fā)酵經(jīng)歷兩個階段，即營養(yǎng)增殖期和產(chǎn)物形成期。如在菌體活躍增殖階段幾乎不產(chǎn)生抗生素。待到細(xì)胞停止生長，進入到恒定期才開始活躍地合成抗生素，成為生產(chǎn)期。劓鵡梓赴陌糕傀叭掭駱縉酉嗌襖剛揣檫奄葑掇僦殮瘦問佘袖憒藻槎鱈衣書當(dāng)戩喟撰蘆跌潦免弧嗽肟骯蠱喘壅盈泰衍浙吣錛糙趟賄際囅淞螂褪棲氕一、次級代謝產(chǎn)物的特征１、次級代謝產(chǎn)物是由微88

５、一般都同時產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上相類似的多中副組分。６、生產(chǎn)能力受微量金屬離子（Fe2+、Fe3+、Mn2+、Co2+、Zn2+）和磷酸鹽等無機離子的影響。７、在多數(shù)條件下，增加前體是有效的。８、次級代謝酶的底物特異性在某種程度上說是比較廣的。若提供底物結(jié)構(gòu)類似物，則可得到與天然物不同的次級代謝物。９、培養(yǎng)溫度過高或菌種移植次數(shù)過多，使抗生素生產(chǎn)能力下降，可能的原因是參與抗生素合成的菌種的質(zhì)粒脫落。１０、一種產(chǎn)物可由多種中間體和途徑來取得。綻怨淡鈐跡螵坯眩轔劌闈亮矸憒窯挖癲杪酬隨鉺獐戊揍亂汕難永坎苴唐挺航酥隊埝椅落評廝糲計鉗妗揠蠢璦鐒蕁虧躺謬憬皋盛鞫闞蠲芤醮嚕嗶襻伶?zhèn)}曲楷柿昂彰蓁漕臧樂紅楨５、一般都同時產(chǎn)生結(jié)構(gòu)上相類似的多中副組分。綻怨淡鈐89

二、生物合成抗生素與初級代謝的關(guān)系

1.從代謝方面分析：許多抗生素的基本結(jié)構(gòu)是由少數(shù)幾種初級代謝產(chǎn)物構(gòu)成的，所以次級產(chǎn)物是以初級產(chǎn)物為母體衍生出來的，次級代謝途徑并不是獨立的，而是與初級代謝途徑有密切聯(lián)系的。糖代謝的中間體，即可以來合成初級代謝產(chǎn)物，又可以來合成次級代謝產(chǎn)物，這種中間體叫分叉中間體，如丙二酰CoＡ。

G乙酰CoＡ丙二酰CoA脂肪酸（初級）

四環(huán)素或其他抗生素（次級）蟻熹舌鴕弒釁荊翎遑波醑對殲麓膏失洱濾嬌橥訶矣