《谷氨酸发酵机制》PPT课件

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1、第二章谷氨酸发酵机制第一节谷氨酸的生物合成途径谷氨酸的生物合成包括酵解途径(EMP)、磷酸戊糖途径(HMP途径)、三羧酸循环(TCA循环)、乙醛酸循环、伍德－沃克曼反应(CO2固定反应等)。一、生成谷氨酸的主要酶促反应（1）谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原氨基化反应α-酮戊二酸＋NH4+＋NADPH2谷氨酸＋H2O+NADPGHD这一反应是利用已存在的其他氨基酸，经过转氨酶的作用，将其它氨基酸与-酮戊二酸生成L－谷氨酸。(2)转氨酶(AT)催化的转氨反应COOHC=OCH2CH2COOH+COOHCH

2、NH2R转氨酶COOHCHNH2CH2CH2COOH+COOHRC=Oα酮戊二酸氨基酸谷氨酸α-酮酸(3)谷氨酸合成酶(Gs)催化的反应NADPα-酮戊二酸+谷氨酰胺GSNADPH22谷氨酸二、谷氨酸生物合成的理想途径由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径※第二节谷氨酸生物合成的调节机制1、优先合成2、反馈调节一、优先合成与反馈调节二、糖代谢的调节三、氮代谢的调节四、其它调节黄色短杆菌中，谷氨酸、天冬氨酸生物合成的调节机制(1)、优先合成一、优先合成与反馈调节在菌体的代谢中，谷氨酸比天冬氨酸优先合成。谷氨酸合成过量

3、后，谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力和阻遏柠檬合成酶的合成。使代谢转向天冬氨酸的合成；天冬氨酸合成过量后，反馈抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活力，停止草酰乙酸的合成。所以在正常情况下，谷氨酸并不积累。①谷氨酸脱氢酶(GDH)的调节谷氨酸对谷氨酸脱氢酶存在着反馈抑制和反馈阻遏。③异柠檬酸脱氢酶的调节异柠檬酸脱氢酶催化的异柠檬酸脱氢脱羧生成-酮戊二酸的反应和谷氨酸脱氢酶催化的-酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸的反应是一对氧化还原共轭反应，细胞内-酮戊二酸的量与异柠檬酸的量需维持平衡。当-酮戊二酸过量时对异柠檬酸

4、脱氢酶发生反馈抑制作用，停止合成。②柠檬酸合成酶的调节柠檬酸合成酶是三羧酸循环的关键酶，除受能荷调节外，还受谷氨酸的反馈阻遏和乌头酸的反馈抑制。(2)、反馈调节④-酮戊二酸脱氢酶在谷氨酸产生菌中先天性地丧失或微弱。⑤磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的调节。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶受天冬氨酸的反馈抑制，受谷氨酸和天冬氨酸的反馈阻遏。乙酰CoA柠檬酸草酰乙酸琥珀酸α-酮戊二酸异柠檬酸苹果酸乙醛酸①①柠檬酸合成酶②磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶③丙酮酸羧化酶④丙酮酸激酶延胡索酸②磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰CoA葡萄糖CO2③④⑥

5、Asp谷氨酸✄✄谷氨酸生产菌的育种思路在菌体的代谢中，谷氨酸比天冬氨酸优先合成。谷氨酸合成过量后，谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力和阻遏柠檬合成酶的合成。使代谢转向天冬氨酸的合成；天冬氨酸合成过量后，反馈抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活力，停止草酰乙酸的合成。所以在正常情况下，谷氨酸并不积累。二、糖代谢的调节1、能荷控制(细胞内的能量水平)能量生成代谢系的调节2．生物素对糖代谢的调节(1)生物素对糖代谢速度的影响生物素对糖代谢的影响主要是影响糖解速度。在生物素充足条件下，由于糖降解速度显著提高，打破了糖降解速度

6、与丙酮酸氧化速度之间的平衡，丙酮酸趋于生成乳酸，因而会引起乳酸的溢出。(2)生物素对CO2固定反应的影响①由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化的反应②由丙酮酸羧化酶催化的反应③先由苹果酸酶所催化，进行还原羧化作用，生成苹果酸。然后再生成草酰乙酸：生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，参与CO2的固定反应。据有关资树报道，生物素大过量(100g／L以上)，CO2固定反应可提高30％。(3)生物素对乙醛酸循环的影响乙醛酸循环中关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶。①异柠檬酸裂解酶催化的反应②苹果酸合成酶催化的反应乙醛酸循环的

7、关键酶异柠檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸阻遏，为醋酸所诱导。以葡萄糖为原料发酵生产谷氨酸时，通过控制生物素亚适量，几乎看不到异柠檬酸裂解酶的活性。原因：①丙酮酸氧化能力下降，醋酸的生成速度慢，所以为醋酸所诱导形成的异柠檬酸裂解酶就很少。②由于该酶受琥珀酸阻遏，在生物素亚适量条件下，因琥珀酸氧化能力降低而积累的琥珀酸就会反馈抑制该酶的活性，并阻遏该酶的生成，乙醛酸循环基本上是封闭的。这样就使代谢流向异柠檬酸－酮戊二酸谷氨酸的方向高效率地移动。三、氮代谢的调节控制谷氨酸发酵的另外一个关键因素就是降低蛋白质

8、的合成能力，使合成的谷氨酸不去转化成其它氨基酸和参与蛋白质的合成。①生物素亚适量时，几乎没有异柠檬酸裂解酶，琥珀酸氧化力弱，苹果酸和草酰乙酸脱羧反应停滞，同时又由于完全氧化降低的结果，使ATP形成量减少，导致蛋白质合成活动停滞，在铵离子适量存在下，积累谷氨酸。生成的谷氨酸也不通过转氨作用生成其它氨基酸和合成蛋白质。②生物素充足时，异柠檬酸裂解酶的活性增强，琥珀酸氧化力增强，丙酮酸氧化力加强，乙醛酸循环的比例增加。草酰乙酸、苹果