发酵制品学第五章代谢调控发酵机制考试能用上--周广麒

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1、第五章生物产品代谢调控发酵机制本章主要内容：氨基酸代谢调控机制核酸与核苷酸代谢调控机制抗生素代谢调控机制1第五章生物产品代谢调控发酵机制§1氨基酸代谢调控机制代谢控制发酵是用遗传学或其他生物化学的方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，打破微生物正常的代谢调节，使有用产物大量生成和积累。氨基酸发酵和核酸发酵是典型的代谢控制发酵。2第五章生物产品代谢调控发酵机制谷氨酸与瓜氨酸、鸟氨酸、精氨酸同属于谷氨酸族氨基酸，其合成途径是首先由-酮戊二酸生成谷氨酸，再进一步合成鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸一、谷氨酸、瓜氨酸、鸟氨酸、精氨酸生物合成途径及其代谢调节机制葡萄糖→→→谷氨酸→鸟氨

2、酸→瓜氨酸→精氨酸3第五章生物产品代谢调控发酵机制谷氨酸属“非必需”氨基酸，是体内代谢的基本氨基酸之一。在谷氨酰胺合成酶催化下，能与氨反应生成谷氨酰胺由尿排出，起到解除氨毒作用；它还参与脑内蛋白质和糖代谢，促进氧化过程，改善中枢神经系统的功能；在体内它能转化为丙酮或葡萄糖，因而升高血糖，减少糖原异生，从而减少脂肪分解，减少酮体。1.谷氨酸族氨基酸生物合成途径及代谢调节机制谷氨酸的功能4第五章生物产品代谢调控发酵机制肝昏迷预防；防止癫痫；减轻酮尿症和酮血症；胃酸不足；一种脑营养剂；食品保鲜剂。药物保健品食品L-谷氨酸的用途5第五章生物产品代谢调控发酵机制EMP途径HMP途径TCA循环DC

3、A循环CO2固定由葡萄糖生成谷氨酸的总反应式：C6H12O6+NH3+—O2→C5H9O4N+CO2+3H2O代谢途径：6第五章生物产品代谢调控发酵机制HMP途径7第五章生物产品代谢调控发酵机制由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径8第五章生物产品代谢调控发酵机制由二羧酸和三羧酸生成谷氨酸9第五章生物产品代谢调控发酵机制研究证明：谷氨酸生产菌种存在EMP途径的全部酶和HMP途径有关的酶TCA循环中的柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸能定量地生成谷氨酸，其相应的酶与谷氨酸合成有关以醋酸和乙醇为原料进行谷氨酸发酵时，DCA循环是C4二羧酸的唯一补充来源；但是以葡萄糖为原料时，在谷氨酸生成期此循环应关闭谷

4、氨酸菌存在CO2固定生成草酰乙酸的PEP羧化酶和苹果酸酶，与谷氨酸得率正相关10第五章生物产品代谢调控发酵机制大肠杆菌及枯草芽孢杆菌等从谷氨酸到精氨酸生物合成途径及调节机制11第五章生物产品代谢调控发酵机制谷氨酸生产菌及酵母菌等从谷氨酸到精氨酸生物合成及代谢调节机制12第五章生物产品代谢调控发酵机制在黄色短杆菌中谷氨酸、天冬氨酸生物合成的调节机制2.谷氨酸代谢调节机制①谷氨酸脱氢酶②-酮戊二酸脱氢酶③磷酸烯醇丙酮酸羧化酶④柠檬酸合成酶NH4+13第五章生物产品代谢调控发酵机制在微生物的代谢中，Glu比Asp优先合成；合成过量时则抑制谷氨酸脱氢酶，使代谢转向合成Asp；Asp过量时反馈

5、抑制PEP羧化酶的活力，停止合成草酰乙酸。NH4+的导入不仅仅证明Glu是氮素同化发酵，它还会抑制Glu生成的逆反应，因此当NH4+存在时，葡萄糖的消耗速度很快，Glu的生成很高；但是当生物素充足时，NH4+几乎不影响糖代谢。14第五章生物产品代谢调控发酵机制Glu生产菌大多是生物素缺陷型，发酵时控制生物素亚适量，使细胞变形拉长，改变了细胞膜的通透性引起代谢失调使Glu得以积累。生物素贫乏时，细胞内的Glu含量少而且容易析出，而培养基中积累大量的Glu；生物素丰富时，培养基中几乎不积累Glu，而细胞内却含有大量的Glu，且不易被析出。这说明生物素对细胞膜通透性有重要影响。15第五章生物

6、产品代谢调控发酵机制16第五章生物产品代谢调控发酵机制表面活性剂拮抗作用部位油酸缺陷型遗传阻碍部位糖质或醋酸为碳源的磷脂合成途径甘油缺陷型的遗传阻碍部位石蜡为碳源的磷脂合成途径细菌细胞Glu排出控制机制17第五章生物产品代谢调控发酵机制丧失或有微弱的-酮戊二酸脱氢酶活力，使-酮戊二酸不能继续氧化；CO2固定能力强，使四碳二羧酸全部由CO2固定反应提供，而不走乙醛酸循环；谷氨酸脱氢酶的活力很强，并丧失谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的反馈抑制和反馈阻遏，同时，NADPH2再氧化能力弱，这会使-酮戊二酸到琥珀酸的过程受阻；有过量的NH4+存在，-酮戊二酸经氧化还原共轭氨基化反应而生成谷氨酸却不

7、形成蛋白质，从而分泌泄漏于菌体外；同时，谷氨酸生产菌应不利用体外的谷氨酸，使谷氨酸成为最终产物。3.谷氨酸高产菌模型特征18第五章生物产品代谢调控发酵机制从前图还可以看出：生产菌株还应该具有生物素合成缺陷、油酸合成缺陷和甘油合成缺陷等特点。19第五章生物产品代谢调控发酵机制-生物素缺陷型-油酸缺陷型-甘油缺陷型-温度敏感缺陷型-其它缺陷型当前Glu生产中的几种缺陷型：20第五章生物产品代谢调控发酵机制谷氨酸——味精工业生产味精是Glu单钠盐，学