好氧发酵机制

葡萄糖
6-磷酸葡萄糖
葡
6-磷酸果糖 6-磷酸葡萄糖酸
•HMP
萄 糖
•途径 生
果糖-1，6-二磷酸
5-磷酸核糖
物
合
NAD+
NADH2 3-磷酸甘油醛
成 谷
乳酸
丙酮酸
⑨
③ 乙酰辅酶A
CO2 ② CO2 CO2
磷酸烯醇式
氨 酸 的
NADPH2
丙酮酸羧化酶 代
CO2草酰乙酸
天冬氨酸 柠檬酸
谢 途
NADP+
2ADP
⑺
2ADP
磷酸烯醇式丙酮酸 ⑼
2-磷酸甘油酸
3-磷酸甘油酸 2ATP
2H2O
糖酵解和酒精发酵的全过程
葡萄糖
14
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
1
CO2
来自百度文库
13
乙酰辅酶A
2
草酰乙酸
10
苹果酸
9
延胡索酸
8
琥珀酸
7
乙酰辅酶A
12
乙醛酸
柠檬酸
3
乌头酸 脱羧酶
顺乌头酸16 衣康酸
3
11
异柠檬酸
4
草酰琥珀酸
琥珀酰辅酶A
二：青霉素：抑制细胞壁的合成
=
O C
H N+H
H2O
HN NH
BCCP赖氨酸残基
HC CH
O
=
H2C C （CH2）4 C OH
SH
O
=
=
CO2 生物素 - 酶O C
BCCP-羧基生物素
生物
-O C生物N素羧N基H载体蛋白
素羧 化酶
ATP
（biotin carboHxCyl CcaHrrier ADP
谷氨酰胺 谷氨酸 +H2O +HP2O73-
5-磷酸核糖
磷酸核糖焦磷酸
Mg2+，GHMPOP42、- IMP（PRPP）
PARMPPP合、成酶GDP、ADP
5-磷酸核糖酸
PRPP 转酰胺酶
（PRA）
甘氨酸
Mg2+
ATP GAR合成酶
ADP ATP
ADP+Pi
+Pi
甲酰甘氨 GLU
咪核苷酸
（FGAM）
5
6
α－酮戊二酸 15 谷氨酸
TCA循环与乙醛酸循环
衣康酸及其酯类是制造合成树脂、合成 纤维、塑料、柠檬酸、离子交换树脂、 表面活性剂和高分子鳌合剂等的良好添 加剂和单体原料。
作为交联剂和乳化剂，添加1%～5%时， 生产的苯乙烯-丁二烯共聚物是质轻、易 塑、绝缘、防水、抗蚀性均好的塑料和 涂料。
protein BCCP） O
=
H2C C （CH2）4 C NH
SH
BCCP-羧基生物素在转羧酶作用下，形 成丙二酰CoA 丙二酰CoA与乙酰CoA缩合并脱羧，生 成丁酰CoA，如此反复进行合成高级脂 肪酸，再合成磷脂
生物素不足时，就抑制了不饱和脂肪酸
的生成，从而影响了磷脂的生成，导致
磷脂含量不足，使细胞膜结构不完全， 从而提高细胞膜的通透性
反馈抑制：作用于分子水平
碳、氮及其代谢产物的调节 ➢ 碳分解代谢产物调节:是指能迅速被利用
的碳源或其分解代谢产物，对其他代谢 中的酶的调节
➢ 氮代谢的调节：是指迅速被利用的氮源抑制作 用于含底物酶的合成 磷酸盐的调节
直接作用：磷酸盐自身影响抗生素合成
间接作用：磷酸盐调节细胞内其他效应剂，进而影 响抗生素的合成
NH -OOC C H
（CH2）2 C=O
NH
H
H C (CH2)4 NH3+ （Gly）5 N
C=O
NH CH3 C H
C=O
=
CH3 L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala
NAM
L-ala
NAG D-glu
NAM
NAG
NAM
L-ala
D-glu
DAPA D-ala
gly5
D-ala
DAPA D-ala D-ala
5
15 谷氨酸
真菌葡萄糖酸发酵 细菌葡萄糖酸发酵
黑曲霉（ASP.niger）和青霉 （penicillium）均可以发酵葡萄糖为 葡萄糖酸
葡萄糖（环式）
葡萄糖氧化酶
葡萄糖酸-δ-内酯+H2O2
自发水解
葡萄糖酸
主要细菌有葡萄糖酸杆菌，另外还 有数种假单胞菌（Pseudoncones)、 芽生菌（Pulluaria)、微球菌 （Micrococcus）
组氨酸
嘌呤核苷酸的代谢调节
抗生素发酵机制
次级代谢产物及特征
初级代谢产物：是指微生物产生的、生 长和繁殖所必需的物质。
次级代谢产物：是指由微生物产生的， 与微生物生长和繁殖无关的一类物质
次级代谢产物的特征：
➢ 次级代谢产物是由微生物产生的，不参 与微生物的生长和繁殖。
➢ 次级代谢产物的生物合成是与初级代谢 产物合成无关的遗传物质有关
反
N-乙酰谷氨酸-γ-半醛
馈
N-乙酰鸟氨酸
控
鸟氨酸
制
Cit 瓜氨酸
Arg-
精胺琥珀酸
精氨酸
谷氨酸产生菌因环境条件变化而引起的发酵转换
环境因子
发酵产物转换
溶解氧
乳酸和琥珀酸 （通气不足）
谷氨酸
α－酮戊二酸
（适中） （通风过量，转速过快）
NH4+ pH值 磷酸
α－酮戊二酸 （缺乏）
谷氨酸 （适量）
谷氨酰胺 （过量）
表面活性剂对不饱和脂肪酸的生物合成 有拮抗作用，从而抑制不饱和脂肪酸的 生物合成，导致形成磷脂含量不足的不 完全细胞膜，从而解除了细胞膜对谷氨 酸渗透的屏障，使谷氨酸易于排出胞外
肽聚糖结构
NAM
CH2OH O
CH2OH O
NAG
O
O
O
OH
O
=
CH3-CH-C=O NH C CH3 NH
NH C
H C CH3 C=O
NAG
gly5 NAG
NAM
L-ala
D-glu
DAPA D-ala
gly5
L-ala D-glu DAPA D-ala D-ala
NAG
gly5 NAG
NAM L-ala D-glu
NAM L-ala D-glu DAPA D-ala D-ala
gly5
D-ala
DAPA D-ala
gly5
D-ala
ADP ATP ATP CO2 CO2 ADP
CO2
乙丙酮酰CoA
酸羧 化酶
草酰乙酸
柠檬酸
抑 制
顺乌头
剂 阻断 酸酶
苹果酸
顺乌头酸
柠檬酸的生物合成途径
柠檬酸积累的代谢调节
糖酵解及丙酮酸代谢的调节 黑曲霉在缺锰的培养基中培养时，可提高 NH4+浓度，高浓度NH4+可有效解除ATP、 柠檬酸对磷酸果糖激酶的抑制。 三羧酸循环的调节 及时补加草酰乙酸
第一节 有机酸发酵机制
柠檬酸的发酵机制
葡萄糖 磷酸烯醇式丙酮酸
14
13
丙酮酸
柠檬酸
ATP
1
脱氢酶
乙酰辅酶A
降低
2
草酰乙酸
限速反应
柠檬酸
乙酰辅酶A
10
3
苹果酸 延胡索
12
关键酶
9
酸酶
延胡索 酸
乙醛酸 抑激制活
8
琥珀酸
7
AAMTP
抑 激制 活
顺乌头酸16 衣康酸
11
异柠檬酸 脱氢酶
3
异柠檬酸 异柠檬酸
GTP+ 天冬氨酸
黄嘌呤 核苷-磷酸
SAMP 裂解酶
SAMP 合成酶
NAD+
（XMP）
IMP
脱氢酶
XMP
IMP
氨化酶
GMP
AMP
还原酶
脱氨酶
AMP
AICAR
鸟嘌呤核苷酸 （GMP）
ADP ATP
PRA
GDP
谷氨酸
GTP
谷氨酰胺 +ATP+H2O
谷氨酸 +AMP+PPi
PRATP PRPP 谷氨酰胺
咪唑甘油磷酸
葡萄糖（醛式）葡萄糖氧化酶 葡萄糖酸
自发
葡萄糖（环式）
葡萄糖（醛式）
葡萄糖氧化酶
葡萄糖酸
糖酵解与三羧酸循环途径的调节
-
己糖激酶
细胞壁的粘多肽结构
谷氨酸
N-乙酰谷氨酸
N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸
N-乙酰谷氨酸半缩醛
反馈抑制
N-乙酰鸟氨酸 鸟氨酸
瓜氨酸 精氨酸
天冬氨酸
天冬氨 酸激酶
天冬氨酰胺磷酸 天冬氨酸半缩醛
协同反 馈抑制
高丝氨酸
苏氨酸
赖氨酸
嘌呤核苷酸的生物合成途径
全合成途径 补救途径 嘌呤核苷酸的代谢调节
葡萄糖
ATP ADP
Mg2+ 甲酰胺核苷酸
SAICAR合成酶 （CAIR)
次黄嘌呤 H2O
THFA
5-甲酰胺基咪唑
腺苷酸琥珀 N10-甲 酸裂解酶 酰THFA
延胡索酸
5-氨基-4-氨甲
核苷酸 IMP环化 -4-氨甲酰核苷酸 (IMP) 脱水酶 （FAICAR）
酰咪唑核苷酸 （AICAR）
延胡索酸
NADH
GDP+Pi
腺苷琥珀酸 （SAMP）
4 脱氢酶 草酰琥珀酸
琥珀酰辅酶A
6
α-酮戊二 酸脱氢酶
α－酮戊二酸
5
15 谷氨酸
异柠檬酸 脱氢酶
TCA循环与乙醛酸循环
葡萄糖
14
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸 脱氢酶
13
丙酮酸
1
CO2
乙酰辅酶A
2
参与嘌呤和嘧啶的合成 脂肪酸
苹果酸 脱氢酶
草酰乙酸
10
苹果酸
9
延胡索酸
8
琥珀酸
7
天冬氨酸
参与蛋白
乙酰辅酶A 质合成
谷氨酰胺，N-乙酰谷酰胺
谷氨酸
（pH值5～8，NH4+过多） （中性或微碱性）
缬氨酸
谷氨酸
（高浓度磷酸盐） （磷酸盐适中）
生物素
乳酸或琥珀酸 （过量）
谷氨酸 （限量）
影响谷氨酸产生菌细胞膜通透性的物质
生物素
其作用是引起细胞膜的脂肪
一 油酸
成分的改变，尤其是改变油 酸的含量，从而改变细胞膜
表面活性剂 通透性
➢ 次级代谢产物发酵经历两个阶段，即营 养增殖期（trophophase）和生产期 （idiophase）
➢ 一般都产生结构上相类似的多种副组分
➢ 生产能力受微量金属离子和磷酸盐等无 机离子的影响。
➢ 次级代谢酶的底物特异性在某种程度上 是比较广泛的。
➢ 培养温度过高或菌移植次数过多，会使 抗生素的生产能力下降
次级代
核苷类 核苷
氨基糖苷类
谢产物 芳基次级 抗生素
代谢产物
戊糖
芳基 氨基酸
莽草酸 丁糖
葡萄糖 丙糖
抗生素糖苷部分
次级代谢产物
丝氨酸
甘氨酸
C1 生物甲基化
聚酮体 CO2 丙氨酸 丙酮酸
缬氨酸
次级代谢产物
脂肪酸
丙二酸
CO2 乙酸 甲羟戊酸
CO2 焦磷酸异戊酯
CO
次级代谢产物
2
萜 甾体
甾体
次级代 谢产物
12
柠檬酸
3
顺乌头酸16 衣康酸
乙醛酸
3
11
异柠檬酸
4
草酰琥珀酸
琥珀酰辅酶A
5
6
α－酮戊二酸 15 谷氨酸
TCA循环与乙醛酸循环
参与蛋白 质合成
葡萄糖
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
磷酸烯醇 式丙酮酸 羧化酶
实现柠檬酸积 累：
一、设法阻断代谢 途径，实现柠檬酸 的积累
二、代谢途径被阻 断部位之后的产物， 必须有适当的补充 机制
谷氨酸发酵机制 ⑧ NAD+
NADH2
乙酰辅酶A
顺乌头酸 径
苹果酸
乙醛酸循环 TCA循环
延胡索酸
乙醛酸
⑤
异柠檬酸
④
NADP+
琥珀酸 ⑥ CO2
CO2 草酰琥珀酸
α－酮戊二酸
⑦
NADPH2
谷氨酸
NADP+
NADPH2
鸟氨酸、瓜氨 酸、精氨酸发酵机制
谷氨酸 N-乙酰谷氨酸
N-乙酰谷 氨酸激酶
负
N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸
天冬氨酸
草酰乙酸
柠檬酸
CO2 α-酮戊二酸
CO2
谷氨酸
次级代谢产物
抗生素生产菌的主要代谢调节机制
酶的诱导
受DNA控制的酶合成调节机制 酶的阻遏
终点产物的阻遏
终产物的抑制或活化 分解产物的阻遏
酶活性的调节机制 利用辅酶的酶活调节
酶原的活化和潜酶的活化
细胞通透性的调节
诱导调节 反馈阻遏：作用于基因水平 反馈调节
细胞膜透性的调节 营养期和分化期的关系
葡萄糖
14
磷酸烯醇式丙酮酸
丙酮酸
能量 13
1
CO2
乙酰辅酶A
2
柠檬酸 合成酶
草酰乙酸
10
苹果酸
9
延胡索酸
8
琥珀酸
7
琥珀酰辅酶A
6
乙酰辅酶A
柠檬酸 Fe2+ 3
12
亚铁氰化钾
顺乌头酸16 衣康酸
乙醛酸
Fe2+ 3
11
异柠檬酸
4
草酰琥珀酸
α－酮戊二酸
TCA循环与乙醛酸循环
ATP 葡萄糖 ⑴ ADP
乳酸 ⑿ +2H+
AMP
NH4+
乙醇
葡萄解糖除-6-果磷糖酸-抑6-⑵制磷酸
柠檬酸 ATP
活化
Mg2+
磷酸果
⑶
ADP
无机磷⒁
糖激酶
果糖-1，6-二磷酸
丙酮酸
2NAD+
⑾ 2CO2
乙醛 +2H+
⑷
二羟丙酮 磷酸
⑸
甘油醛3-磷酸
烯醇式丙酮酸 2ATP
⑽
2(NADH+H+)
⑹ 2Pi 1，3-二磷酸甘油酸
Mg2+
ATP
Gln
N10-甲酰THFA
H2O
THFA
H2O
甲酰甘氨酰胺核苷酸 （FGAR）
磷酸核糖甘氨酰 胺转甲酰酶
甘氨酰胺核苷酸 （GAR）
K+
ADP+Pi CO2
5-氨基咪唑核苷酸
（AIR）
AIR羧化酶
5-氨基-4-甲 酸咪唑核苷酸
（CAIR）
ATP ADP+Pi5-氨基-4-
ASP
（N-琥珀基）
➢ 次级代谢中与一个酶相对应的底物和产 物也可以成为其他酶的底物
➢ 在多数情况下，增加前体是有效的。
生物合成抗生素与初级代谢的关系
从菌体生化代谢方面分析
➢ 次级代谢产物是以初级代谢产物为母体 衍生出来的
➢ 从遗传代谢方面分析
次级代谢产物除与初级代谢产物一样受 核内DNA的调剂控制外，还受到与初级 代产物合成无关的遗传物质的控制。
衣康酸和丙烯酸的共聚物是一种高分子 鳌合剂，用作水处理中的除垢剂，对防 止碱性钙、镁垢的形成非常有效。 Bentley学说 Shimi学说
1.5葡萄糖 EMP 3乙醇 乙酸 衣康酸 琥珀酸
第二节 氨基酸发酵机制
氨基酸发酵的代谢控制
控制发酵的环境条件 氨基酸发酵受菌种的生理特征和环 境条件的影响。 控制细胞渗透性 通过改变细胞渗透性，实现谷氨酸 的积累。
控制旁路代谢
D-苏氨酸
L-苏氨酸
D-苏氨酸 脱氢酶
α-酮基丁酸
L-苏氨酸 脱氢酶
反馈抑制
L-异亮氨酸 降低反馈作用物的浓度
控制反馈作用物浓度是克服反馈抑制和 阻遏，使氨基酸的生物合成反应能顺利 进行的一种手段
消除终产物的反馈抑制与阻遏
通过使用抗氨基酸结构类似物突变株的 方法来进行
促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物 合成