《谷氨酸发酵》PPT课件

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1、2谷氨酸发酵L-谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，也是联接糖代谢与氨基酸代谢的枢纽之一，在代谢上具有比较重要的意义。L-谷氨酸单钠，通称味精，具有强烈的鲜味，是一种十分重要调味品，广泛应用于烹调和食品加工。目前，全世界谷氨酸钠年产量已达280-300万吨，占氨基酸总产量1/2左右。它不仅在氨基酸工业，而且在整个发酵工业中也令人瞩目。1965年我国建立发酵法生产。目前全国有近30家工厂生产味精，2007年年产量约191.3万吨，居世界首位。2.1谷氨酸发酵机制谷氨酸生物合成包括糖酵解途径(

2、EMP)、磷酸戊糖途径(HMP途径)、三羧酸循环(TCA)、乙醛酸循环和CO2固定反应等。2.1.1谷氨酸生物合成的主要酶反应在谷氨酸发酵中，生成谷氨酸的主要酶反应有以下三种：（一）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+NADPα-酮戊二酸和氨作用生成α-亚氨基酸，α-亚氨基酸被还原成α-氨基酸，这一反应称为还原氨基化反应。（二）转氨酶（AT）催化的转氨反应α-酮戊二酸+氨基酸→谷氨酸+α-酮酸转氨基反应是由α-酮戊二酸转变成氨基酸的重

3、要反应，由转氨酶(或氨基移换酶)催化，使一种氨基酸的氨基转移给α-酮戊二酸，形成新的氨基酸。转氨酶既催化氨基酸脱氨基又催化α-酮戊二酸氨基化。利用已存在的其它氨基酸，经过转氨酶的作用，将其它氨基酸与α-酮戊二酸生成L-谷氨酸。（三）谷氨酸合成酶（GS）催化的反应α-酮戊二酸+谷氨酰胺→2谷氨酸以上三个反应中，由于在谷氨酸生产菌中谷氨酸脱氢酶的活力很强，因此还原氨基化是主导性反应。2.1.2谷氨酸生物合成的理想途径由葡萄糖生物合成谷氨酸的途径见图2-1。图2-1由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径图2

4、-1由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径由上述谷氨酸生物合成的理想途径可知，由葡萄糖生物合成谷氨酸的总反应方程式为：由于1mol葡萄糖可以生成1mol的谷氨酸，因此理论糖酸转化率为81.7%(147/180×100%=81.7%)。上式中四碳二羧酸(草酰乙酸)100%通过CO2固定反应供给。2.1.3谷氨酸发酵的代谢途径葡萄糖生成丙酮酸后，一部分氧化脱羧生成乙酰CoA，一部分固定CO2生成草酰乙酸或苹果酸，草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化下缩合成柠檬酸，再经氧化还原共轭的氨基化反应生成谷氨酸。

5、（一）谷氨酸发酵的代谢途径谷氨酸的合成主要途径是α-酮戊二酸的还原性氨基化，是通过谷氨酸脱氢酶完成的。α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体，它来源于三羧酸循环，是三羧酸循环的一个中间代谢产物。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径如图2-2所示，至少有16步酶促反应。图2-2由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径(1)葡萄糖首先经EMP及HMP两个途径生成丙酮酸。其中以EMP途径为主，生物素充足时HMP所占比例是38％；控制生物素亚适量，发酵产酸期，EMP所占的比例更大，HMP所占比例约为26％。(2)生成的

6、丙酮酸，一部分在丙酮酸脱氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰CoA，另一部分经CO2固定反应生成草酰乙酸或苹果酸，催化CO2固定反应的酶有丙酮酸羧化酶、苹果酸酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶。CO2固定反应如下：(3)草酰乙酸与乙酰CoA在柠檬酸合成酶催化作用下，缩合成柠檬酸，进入三羧酸循环，柠檬酸在顺乌头酸酶的作用下生成异柠檬酸，异柠檬酸再在异柠檬酸脱氢酶的作用下生成α-酮戊二酸，α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体。(4)α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶作用下经还原氨基化反应生成谷氨酸。（二）控制谷氨酸合成的重

7、要措施由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径可知，有三个重要环节可控制谷氨酸的大量生成，也就是谷氨酸生产菌所必须具备的主要生化特点。(1)α-酮戊二酸氧化能力微弱，即α-酮戊二酸脱氢酶活力微弱谷氨酸产生菌糖代谢的一个重要特征就是α-酮戊二酸氧化能力微弱。谷氨酸产生菌的α-酮戊二酸氧化力微弱。尤其在生物素缺乏条件下，三羧酸循环到达α-酮戊二酸时，即受到阻挡。把糖代谢流阻止在α-酮戊二酸的堰上，对导向谷氨酸形成具有重要意义。在铵离子存在下，α-酮戊二酸因谷氨酸脱氢酶的催化作用，经还原氨基化反应生成谷氨酸。

8、(2)谷氨酸脱氢酶活性强谷氨酸产生菌的谷氨酸脱氢酶活性都很强。该酶以NADP+为专一性辅酶，谷氨酸发酵的氨同化过程，是通过连接NADP+的L-谷氨酸脱氢酶催化完成的。沿着由柠檬酸至α-酮戊二酸的氧化途径，谷氨酸产生菌有两种NADP+专性脱氢酶，即异柠檬酸脱氢酶和L-谷氨酸脱氢酶。在谷氨酸生物合成中必须有谷氨酸脱氢酶和异柠檬酸脱氢酶的共轭反应。在铵离子存在下，两者偶联起来形成氧化还原共轭体系，使α-酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸。由于谷氨酸产生菌的谷氨酸脱氢酶比其它微生物强大得多，所以由三羧酸循环所