《燃料和工业化学品》PPT课件

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1、微生物工程与设备湖师院生科院第一节谷氨酸生物合成途径：糖经过酵解途径（EMP)和单磷酸己糖途径（HMP）生成丙酮酸。一方面，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA，另一方面，经CO2固定作用生成草酰乙酸，两者合成柠檬酸进入三羧酸循环（TCA循环），由三羧酸循环的中间产物α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶催化下，还原氨基化合成谷氨酸。合成途径包括EMP、HMP、TCA循环，乙醛酸循环（DCA）和CO2的固定作用。总反应式C6H12O6+NH3+3/2O2C5H9O4N+CO2+3H2O理论转化率：（147/180）×100%=81.

2、7%第十八章燃料和工业化学品谷氨酸的生物合成途径CO2第一节谷氨酸一、EMP和HMP1.EMP途径葡萄糖丙酮酸生成不同产物2.HMP途径6-磷酸葡萄糖在6-磷酸葡萄糖脱氢酶作用下氧化生成6-磷酸葡萄糖酸，后者生成5-磷酸戊糖，通过戊糖代谢分解成3C化合物和2C化合物，3C化合物与EMP途径联系，2C化合物进入TCA.第一节谷氨酸生物素充足菌：HMP途径所占比例为38%生物素亚适量菌：HMP途径所占比例为26%第一节谷氨酸一、EMP和HMP二、TCA、DCA和CO2固定作用1.TCA循环α-酮戊二酸脱氢酶：活力很弱，

3、使糖代谢流进入TCA循环后受阻在α-酮戊二酸处，在有NH4+存在下，由谷氨酸脱氢酶催化还原氨基化生成谷氨酸CO2第一节谷氨酸2.DCA循环（乙醛酸循环）作为TCA循环有缺陷时C4二羧酸的补充，特别是以醋酸和乙醇为原料的谷氨酸发酵，它是C4二羧酸的唯一补充来源作为能量供给来源的末端氧化系3C6H12O66丙酮酸6醋酸6醋酸+2NH3+3O22C5H9O4N+2CO2+6H2O转化率：2×147/（3×180）×100%=54.4%二、TCA、DCA和CO2固定作用第一节谷氨酸3.CO2固定在谷氨酸产生菌中已检出两种C

4、O2固定酶：磷酸烯醇丙酮酸（PEP）羧化酶和苹果酸酶PEP+CO2+GDP草酰乙酸+GTPPEP羧化酶丙酮酸苹果酸草酰乙酸苹果酸脱氢酶苹果酸酶±CO2NAD+NADH+H+PEP羧化酶对PEP的表现亲和力约是丙酮酸激酶的1/10二、TCA、DCA和CO2固定作用第一节谷氨酸PEP浓度低PEP易进入分解途径乙酰-CoA浓度增加与二磷酸果糖共同激活PEP羧化酶转向CO2固定草酰乙酸TCA循环中间产物浓度增加抑制PEP羧化酶防止过剩乙酰-CoA氧化ATP水平提高抑制丙酮酸激酶所以在谷氨酸发酵中，糖的分解代谢途径与CO2固

5、定的适当比例是提高谷氨酸对糖收率的关键问题。第一节谷氨酸三、氨的导入糖代谢中间体α-酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸天冬氨酸或丙氨酸通过氨基转移作用将氨基转给α-酮戊二酸而生成谷氨酸合成酶途径导入方式柠檬酸异柠檬酸α-酮戊二酸谷氨酸NADPH+H+NADPNH4+异柠檬酸脱氢酶：需NADP为辅酶，催化α-酮戊二酸的生成（谷氨酸的前体），并为谷氨酸脱氢酶提供辅酶谷氨酸脱氢酶：需NADPH+H+为辅酶活细胞中，异柠檬酸脱氢酶活性小于谷氨酸脱氢酶活性第一节谷氨酸黄色短杆菌中，谷氨酸脱氢酶对α-酮戊二酸和谷氨酸表现出同促相互作

6、用，低浓度的α-酮戊二酸和谷氨酸对此酶有显著的激活作用。谷氨酸的生成被反应产物谷氨酸所抑制。逆反应又被NH4+和α-酮戊二酸所抑制。生物素缺乏菌NH4+存在：葡萄糖消耗速度快，谷氨酸生成收率高NH4+不存在：糖消耗速度慢，生成物是α-酮戊二酸、丙酮酸、醋酸和琥珀酸生物素充足菌：NH4+几乎不影响糖代谢生物素和NH4+对糖代谢的影响：三、氨的导入第一节谷氨酸20世纪70年代初，在细菌中发现了谷氨酸合成酶途径谷氨酸合成酶对NH4+的亲和力比谷氨酸脱氢酶强的多。谷氨酸发酵，细胞内的谷氨酸浓度高，反馈抑制谷氨酸脱氢酶活性，

7、但不抑制谷氨酸合成酶三、氨的导入第一节谷氨酸在生物素贫乏和丰富培养基中生长的黄色短杆菌体内游离的和培养基中存在的氨基酸组成及洗涤影响第一节谷氨酸四、菌种选育在生物素贫乏培养基中积累大量谷氨酸，而在生物素丰富的培养基中几乎不积累谷氨酸生物素贫乏的细胞内，谷氨酸含量少，而且容易被洗出，在生物素丰富的细胞内含有大量谷氨酸，而且不易被洗出，只有用表面活性剂处理才能洗出硫殖短杆菌体内油酸量和体外谷氨酸生成量研究发现一些菌体内，当饱和脂肪酸增加，不饱和脂肪酸减少，它们间的比例超过1时，有利于谷氨酸的分泌。不饱和脂肪酸以油酸为主

8、，油酸对细胞膜的谷氨酸通透性不利，有碍谷氨酸排出体外第一节谷氨酸四、菌种选育后来研究发现细胞膜的谷氨酸通透性受细胞膜的磷脂含量控制，关于不饱和脂肪酸对谷氨酸分泌的影响，也是由于不饱和脂肪酸减少而导致磷脂含量减少。细菌细胞的谷氨酸排出控制机制第一节谷氨酸四、菌种选育磷脂结构谷氨酸分泌细胞膜控制细胞膜的磷脂含量控制磷脂的合成或使细胞膜受损控制油酸的合成、甘油的合