好氧发酵产物积累机制

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1、第六章好氧发酵产物积累机制好氧性发酵(aerobicfermentation)：在发酵过程中需要不断地通入一定量的无菌空气，如利用黑曲霉进行柠檬酸的发酵、利用棒状杆菌进行谷氨酸的发酵、利用黄单孢菌进黄原胶－多糖的发酵等等．糖的分解代谢包括糖酵解（糖的共同分解途径）和三羧酸环（糖的最后氧化途径）。在有氧条件条件下：丙酮酸进入线粒体，脱氢和脱羧生成乙酰COA，在TCA循环中脱氢，并氧化形成CO2和H2O，或者各种代谢物，NADH2经呼吸链将氢传递给氧生成水。另外，乙酰辅酶A在生物合成过程中作为C2化合物加以利用，形成脂肪等。第一节柠檬酸的发酵机制一、

2、柠檬酸的合成途径黑曲霉(Asp.niger)原料：sugar，alcohol，aceticacid途径：EMP（HMP）丙酮酸羧化TCA环黑曲霉生长，EMP与HMP途径的比率是2：1，生产柠檬酸时为4：1。葡萄糖柠檬酸(citricacid)理论转化率106.7%R目的产物提供4C化合物TCA循环柠檬酸的生物合成途径CO2阻断AMPPiNH4+ATPcitrateNH4+k+激活抑制12二、柠檬酸生物合成的代谢调节积累柠檬酸应采取的措施：想方设法提高柠檬酸合成反应所需酶的活力；必须切断柠檬酸的去路；顺乌头酸酶失活，ＴＣＡ环阻断。保证中间产物的供给

3、；草酰乙酸的及时供给，丙酮酸二氧化碳固定反应对柠檬酸积累有重要意义。CO2乙酰COA草酰乙酸CO21糖酵解及丙酮酸代谢的调节第一个调节的酶是磷酸果糖激酶（PFK）：AMP、无机磷、NH4+对该酶有活化作用ATP、柠檬酸对该酶有抑制作用Q：PFK在正常生理条件下能被柠檬酸抑制，但在柠檬酸发酵中，柠檬酸浓度很高，为什么EMP途径仍能保持畅通呢？由于TCA循环降低，ATP的生成减少，蛋白质和核酸合成受阻，细胞内的NH4+异常高，从而降低了柠檬酸对PFK的抑制。柠檬酸发酵需要下述环境条件：磷酸盐浓度低；氮源为NH4+盐；pH值低（低于2.0）；溶氧量高；

4、Mn2+、Fe2+、Zn2+含量极低。柠檬酸发酵中黑曲霉对Mn2+极端敏感。黑曲霉在缺锰的条件下发酵，细胞有生理和代谢的变化。Mn2+的效应可以认为是NH4+水平升高而减弱了柠檬酸对EMP途径关键酶（PFK）的抑制。第二个调节的酶是丙酮酸激酶（PK）PK被NH4+、K+激活磷酸烯醇丙酮酸－－－－丙酮酸＋ATP二氧化碳的固定反应参与二氧化碳固定反应的酶：丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶2TCA环的调节柠檬酸合成酶是该途径的第一个限速酶，由乙酰辅酶Ａ中的高能硫酯键水解释放大量能量，推动合成柠檬酸。柠檬酸　　　顺乌头酸　　　异柠檬酸两步反应均由顺乌

5、头酸酶催化，该酶需要Fe++，I若用络合剂除去反应液中的铁，则酶活性被抑制，造成柠檬酸的积累。II阻断顺乌头酸酶的催化作用：该酶是个含铁的非血红蛋白，以Fe4S4作为辅基。因此，在菌体生长到足够菌数时，适量加入亚铁氰化钾（黄血盐），使与铁硫中心的Fe++生成络合物，则该酶失活或活性减少，而积累柠檬酸。III通过诱变或其他方法，造成生产菌种顺乌头酸酶的缺损或活力很低，同样积累柠檬酸。3及时补加草酰乙酸外加草酰乙酸选育回补途径旺盛的菌种。柠檬酸积累机理1、由于锰的缺乏，抑制了蛋白质的合成，而导致细胞内的NH4+浓度升高，促进了EMP途径的畅通。2、由

6、组成型的丙酮酸羧化酶源源不断提供草酰乙酸。3、在控制Fe++含量的情况下，顺乌头酸酶活性低，从而使柠檬酸积累。顺乌头酸水合酶在催化时建立如下平衡柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸＝90：3：74、丙酮酸氧化脱羧生成乙酰辅酶Ａ和丙酮酸固定CO２反应相平衡，以及柠檬酸合成酶不被抑制，增强了合成柠檬酸的能力。5、柠檬酸积累增加，pH降低，在低pH条件下，顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶失活，从而进一步促进了柠檬酸自身的积累。第二节醋酸发酵机制淀粉糖酒精醋酸1.醋杆菌发酵酒精成醋酸乙醇向醋酸转化是分两步进行的，中间产物是乙醛。CH3CH2OHE1CH3CHOE2C

7、H3COOHE1乙醇脱氢酶或乙醇氧化酶，它依赖于NAD。E2乙醛脱氢酶，需要NADP作辅酶。醋杆菌为G-，好氧菌，1mol乙醇转化为1mol醋酸，理论转化率是130％。2热醋酸梭菌生产醋酸热醋酸梭菌在发酵糖类时，由糖到醋酸一步完成，还可以将CO2还原为醋酸。CO2是通过甲酰四氢叶酸（THF）和类咕啉蛋白形成醋酸的。但该菌没有氢化酶活性，不能利用氢气。C6H12O6+2H2O2CH3COOH+2CO2+8H++8e2CO2+8H++8eCH3COOH+2H2O净反应C6H12O63CH3COOH反应在厌氧条件下进行的，由己糖或戊糖生成醋酸的理论产率

8、都是100％。热醋酸梭菌为产芽孢菌，Ｇ＋，周生鞭毛，耐高温，最适生长温度55～60°C，转化率高，严格厌氧，还可以利用戊糖。但这种方法发