谷氨酸 PPT课件
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11
④谷氨酸脱氢酶受谷氨酸的反馈抑制和阻遏。 ⑤生物素的影响：
在谷氨酸生产过程中，生物素的主要作用是作 为乙酰辅酶A的辅酶影响磷脂的合成，进而影响谷 氨酸产生菌细胞膜的通透性，同时也影响菌体的 代谢途径。
12
四、发酵条件控制
环境条件的控制对谷氨酸发酵的产酸率、糖酸转 化率等的高低是非常重要的。
◆ 采用计算机控制流加糖，减少糖浓度波动，提高 转化率。
CO2 胺
激素 卟啉 嘧啶
嘌呤
脂肪及其代谢 中间产物
NH4+ 尿素
TCA
CO2
H2O
尿酸
尼克酰氨 衍生物
肌酸胺
3
谷氨酸经代谢可以生成的物质
1.谷氨酸→谷氨酰胺（谷氨酰胺合成酶） 2.谷氨酸→-酮戊二酸（转氨酶） 3.谷氨酸→-酮戊二酸+NH3（L-谷氨酸脱氢酶）→
参与尿素合成 4.谷氨酸→-氨基丁酸（ L-谷氨酸脱羧酶） 5.谷氨酸→合成蛋白质 6.谷氨酸→经糖异生途径生成葡萄糖或糖原
◆ 目前国内普遍采用低浓度初糖的流加糖发酵工艺。 初糖8～12%，流加糖后总糖20%左右，产酸率可达 11%以上，糖酸转化率达55%以上。
14
2、氮源
◆ 氮源有无机氮和有机氮之分。菌体利用无机氮源 比较迅速，而利用有机氮较缓慢。铵盐、尿素和 液氨等比硝基氮优越。一般要根据菌种和发酵特 点合理地选择氮源。
◆ 采用不同的氮源其添加方法不同，如液氨、尿素 等可采取流加方法。
◆ 碳氮比一般控制在100：15-30。
15
3、无机盐
◆ 一般微生物所需要的无机盐为磷酸盐、硫酸盐、 氯化物和含钾、钠、镁和铁的化合物。还需要一 些微量元素，如锰、铜、锌、钴、钼、碘和溴等。
◆ 微生物对无机盐的需要量很少，但对菌体的生长 和代谢产物的产生影响很大。
10
三、高产菌株代谢调控
调控机制：
①谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后， 谷氨酸的生物合成受其自身的反馈抑制和反阻遏， 代谢转向合成天冬氨酸。
②磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是催化CO2固定的关键酶， 受谷氨酸的反馈抑制。
③柠檬酸合成酶是三羧酸循环的关键酶，除受能荷 调节外，还受谷氨酸的反馈阻遏。
4
1.EMP途径
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
5
（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用
NH2
NAD(P)H+H+ NH
GABA
•L- 谷氨酸脱羧酶在脑、肾中活性高，所以脑 中GABA含量高，是抑制性神经递质，对中枢神 经有抑制作用。抗颠痫
8
二、调节模式
①可通过诱变选育L-谷氨酸的结构类似物抗性突变 株和营养缺陷型的回复突变株，以解除自身的反 馈抑制和反馈阻遏，增大L-谷氨酸积累量。可以 选育酮基丙二酸抗性突变株、谷氨酸氧肟酸盐抗 突变株、谷氨酰胺抗性突变株等。
②增加L-谷氨酸的前体物的合成量，可通过如选育 抗氟乙酸、氟化钠、氮丝氨酸、氟柠檬酸等突变 株，以及强化CO2固定反应突变株（选育以琥珀酸 或苹果酸为唯一碳源，生长良好的菌株、选育氟 丙酮酸敏感性突变株及选育丙酮酸缺陷、天冬氨 酸缺陷突变株）使谷氨酸大量积累。
9
③选育强化能量代谢的突变株。谷氨酸高产菌的2个 显著特点是：α-酮戊二酸继续向下氧化的能力缺 陷和乙醛酸循环弱，使能量代谢受阻；TCA循环前 一阶段的代谢减慢。强化能量代谢，可补救上述 两点不足，使TCA循环前一段代谢加强，谷氨酸合 成的速度加快。
④通过选育不能以L-谷氨酸为唯一碳源生长的突变 株，由于该突变株切断或减弱L-谷氨酸向下一步 的代谢途径，从而L-谷氨酸能得到持续的积累。
另外需要注意：1菌种能高产谷氨酸，首先要使菌种 具备在高糖、高酸的培养基中仍能正常生长、代 谢的能力，即在高渗透压的培养基中菌体的生长 和谷氨酸的合成不受影响或影响很小。2.选育细 胞膜渗透性好的突变株。3.选育减弱HMP途径后段 酶活性的突变株。
谷氨酸
一、谷氨酸的代谢途径
◆ 谷氨酸代谢途径包括糖酵解途径(EMP)、 磷酸己糖途径(HMP)、三羧酸循环(TCA循 环)、乙醛酸循环、伍德-沃克曼反应(CO2 固定反应)等。
2
谷基酸代谢概况
食物蛋白质
体蛋白
谷氨酸
特殊途径 （次生物质代谢）
生物固氮 硝酸还原
NH4+
-酮酸
NH3 糖及其代谢
鸟氨酸 中间产物 循环
◆ 目前借助电子计算机控制的参数有：温度、压力、 空气流量、pH、溶解氧、消泡、补料、排气中O2、 排气中CO2、溶解氧系数、搅拌转速等。
13
1.碳源
◆ 目前所发现的谷氨酸产生菌均不能直接利用淀粉， 只有利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等单糖或 双糖，国内绝大多数味精厂采用的碳源为淀粉水 解糖。
◆ 在一定的范围内，谷氨酸产量随葡萄糖浓度的增 加而增加，但若葡萄糖浓度过高，由于渗透压过 大，则对菌体的生长很不利，谷氨酸对糖的转化 率降低。
H2O
O
CH COOH
C COOH
C COOH + NH3
(CH2)2 COOH NAD(P)+ (CH2)2 COOH
(CH2)2 COOH
L-谷氨酸
α-酮戊二酸
L-谷氨酸脱氢酶 •存在于肝、脑、肾等组织中
(不需氧脱氢酶）
受能荷调节反应：
• GTP、ATP为其抑制剂 • GDP、ADP为其激活剂
意义：此反应使氨基酸氧化供能的速率受ATP/ADP、
16
①磷酸盐
◆ 磷酸盐对谷氨酸发酵影响很大。 ◆ 当磷酸盐偏高时，菌体代谢转向合成缬氨酸；但
如磷酸盐过低，菌体生长也不好，造成延长发酵 时间，影响谷氨酸的合成。
17
②钾盐
◆ 钾对谷氨酸发酵影响明显，钾盐少长菌体；钾盐 足够时产谷氨酸。
◆ 当培养基中配用1.0 g/L K2HPO4·3H2O时，其钾浓 度约为0.38g/L。如果采用Na2HPO4·12H2O时，应 配用0.3~0.6 g/L KCl，此时钾浓度为 0.35~0.70g/L。
GTP/GDP 的反馈调节 6
三.谷氨酰胺的运氨作用
•反应过程
谷氨酸百度文库+
ATP 谷氨酰胺合成酶 ADP+Pi
NH3 谷氨酰胺酶
谷氨酰胺
在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾 后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。
氨中毒患者可以服用或输入谷氨酸盐以解毒
7
四、谷氨酸的脱羧基作用
L-谷氨酸
L- 谷氨酸脱羧酶 CO2
④谷氨酸脱氢酶受谷氨酸的反馈抑制和阻遏。 ⑤生物素的影响：
在谷氨酸生产过程中，生物素的主要作用是作 为乙酰辅酶A的辅酶影响磷脂的合成，进而影响谷 氨酸产生菌细胞膜的通透性，同时也影响菌体的 代谢途径。
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四、发酵条件控制
环境条件的控制对谷氨酸发酵的产酸率、糖酸转 化率等的高低是非常重要的。
◆ 采用计算机控制流加糖，减少糖浓度波动，提高 转化率。
CO2 胺
激素 卟啉 嘧啶
嘌呤
脂肪及其代谢 中间产物
NH4+ 尿素
TCA
CO2
H2O
尿酸
尼克酰氨 衍生物
肌酸胺
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谷氨酸经代谢可以生成的物质
1.谷氨酸→谷氨酰胺（谷氨酰胺合成酶） 2.谷氨酸→-酮戊二酸（转氨酶） 3.谷氨酸→-酮戊二酸+NH3（L-谷氨酸脱氢酶）→
参与尿素合成 4.谷氨酸→-氨基丁酸（ L-谷氨酸脱羧酶） 5.谷氨酸→合成蛋白质 6.谷氨酸→经糖异生途径生成葡萄糖或糖原
◆ 目前国内普遍采用低浓度初糖的流加糖发酵工艺。 初糖8～12%，流加糖后总糖20%左右，产酸率可达 11%以上，糖酸转化率达55%以上。
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2、氮源
◆ 氮源有无机氮和有机氮之分。菌体利用无机氮源 比较迅速，而利用有机氮较缓慢。铵盐、尿素和 液氨等比硝基氮优越。一般要根据菌种和发酵特 点合理地选择氮源。
◆ 采用不同的氮源其添加方法不同，如液氨、尿素 等可采取流加方法。
◆ 碳氮比一般控制在100：15-30。
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3、无机盐
◆ 一般微生物所需要的无机盐为磷酸盐、硫酸盐、 氯化物和含钾、钠、镁和铁的化合物。还需要一 些微量元素，如锰、铜、锌、钴、钼、碘和溴等。
◆ 微生物对无机盐的需要量很少，但对菌体的生长 和代谢产物的产生影响很大。
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三、高产菌株代谢调控
调控机制：
①谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后， 谷氨酸的生物合成受其自身的反馈抑制和反阻遏， 代谢转向合成天冬氨酸。
②磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是催化CO2固定的关键酶， 受谷氨酸的反馈抑制。
③柠檬酸合成酶是三羧酸循环的关键酶，除受能荷 调节外，还受谷氨酸的反馈阻遏。
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1.EMP途径
Glu
ATP ADP
G-6-P
F-6-P
ATP ADP
F-1,6-2P
磷酸二 3-磷酸 羟丙酮 甘油醛
NAD+
NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
2-磷酸甘油酸
磷酸烯醇式丙酮酸
ADP
ATP
丙酮酸
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（二）L-谷氨酸氧化脱氨基作用
NH2
NAD(P)H+H+ NH
GABA
•L- 谷氨酸脱羧酶在脑、肾中活性高，所以脑 中GABA含量高，是抑制性神经递质，对中枢神 经有抑制作用。抗颠痫
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二、调节模式
①可通过诱变选育L-谷氨酸的结构类似物抗性突变 株和营养缺陷型的回复突变株，以解除自身的反 馈抑制和反馈阻遏，增大L-谷氨酸积累量。可以 选育酮基丙二酸抗性突变株、谷氨酸氧肟酸盐抗 突变株、谷氨酰胺抗性突变株等。
②增加L-谷氨酸的前体物的合成量，可通过如选育 抗氟乙酸、氟化钠、氮丝氨酸、氟柠檬酸等突变 株，以及强化CO2固定反应突变株（选育以琥珀酸 或苹果酸为唯一碳源，生长良好的菌株、选育氟 丙酮酸敏感性突变株及选育丙酮酸缺陷、天冬氨 酸缺陷突变株）使谷氨酸大量积累。
9
③选育强化能量代谢的突变株。谷氨酸高产菌的2个 显著特点是：α-酮戊二酸继续向下氧化的能力缺 陷和乙醛酸循环弱，使能量代谢受阻；TCA循环前 一阶段的代谢减慢。强化能量代谢，可补救上述 两点不足，使TCA循环前一段代谢加强，谷氨酸合 成的速度加快。
④通过选育不能以L-谷氨酸为唯一碳源生长的突变 株，由于该突变株切断或减弱L-谷氨酸向下一步 的代谢途径，从而L-谷氨酸能得到持续的积累。
另外需要注意：1菌种能高产谷氨酸，首先要使菌种 具备在高糖、高酸的培养基中仍能正常生长、代 谢的能力，即在高渗透压的培养基中菌体的生长 和谷氨酸的合成不受影响或影响很小。2.选育细 胞膜渗透性好的突变株。3.选育减弱HMP途径后段 酶活性的突变株。
谷氨酸
一、谷氨酸的代谢途径
◆ 谷氨酸代谢途径包括糖酵解途径(EMP)、 磷酸己糖途径(HMP)、三羧酸循环(TCA循 环)、乙醛酸循环、伍德-沃克曼反应(CO2 固定反应)等。
2
谷基酸代谢概况
食物蛋白质
体蛋白
谷氨酸
特殊途径 （次生物质代谢）
生物固氮 硝酸还原
NH4+
-酮酸
NH3 糖及其代谢
鸟氨酸 中间产物 循环
◆ 目前借助电子计算机控制的参数有：温度、压力、 空气流量、pH、溶解氧、消泡、补料、排气中O2、 排气中CO2、溶解氧系数、搅拌转速等。
13
1.碳源
◆ 目前所发现的谷氨酸产生菌均不能直接利用淀粉， 只有利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等单糖或 双糖，国内绝大多数味精厂采用的碳源为淀粉水 解糖。
◆ 在一定的范围内，谷氨酸产量随葡萄糖浓度的增 加而增加，但若葡萄糖浓度过高，由于渗透压过 大，则对菌体的生长很不利，谷氨酸对糖的转化 率降低。
H2O
O
CH COOH
C COOH
C COOH + NH3
(CH2)2 COOH NAD(P)+ (CH2)2 COOH
(CH2)2 COOH
L-谷氨酸
α-酮戊二酸
L-谷氨酸脱氢酶 •存在于肝、脑、肾等组织中
(不需氧脱氢酶）
受能荷调节反应：
• GTP、ATP为其抑制剂 • GDP、ADP为其激活剂
意义：此反应使氨基酸氧化供能的速率受ATP/ADP、
16
①磷酸盐
◆ 磷酸盐对谷氨酸发酵影响很大。 ◆ 当磷酸盐偏高时，菌体代谢转向合成缬氨酸；但
如磷酸盐过低，菌体生长也不好，造成延长发酵 时间，影响谷氨酸的合成。
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②钾盐
◆ 钾对谷氨酸发酵影响明显，钾盐少长菌体；钾盐 足够时产谷氨酸。
◆ 当培养基中配用1.0 g/L K2HPO4·3H2O时，其钾浓 度约为0.38g/L。如果采用Na2HPO4·12H2O时，应 配用0.3~0.6 g/L KCl，此时钾浓度为 0.35~0.70g/L。
GTP/GDP 的反馈调节 6
三.谷氨酰胺的运氨作用
•反应过程
谷氨酸百度文库+
ATP 谷氨酰胺合成酶 ADP+Pi
NH3 谷氨酰胺酶
谷氨酰胺
在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输到肝和肾 后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒。
氨中毒患者可以服用或输入谷氨酸盐以解毒
7
四、谷氨酸的脱羧基作用
L-谷氨酸
L- 谷氨酸脱羧酶 CO2