5谷氨酸发酵机制

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授课顺序学时日期2012年月日班级：

备

授 课 内 容

注

I. 复习引入

复习上节课我们讲了空气灭菌技术及氨基酸的生产过程， 由氨基酸的生产过程导入本节主题 n .讲授新课

第五章谷氨酸发酵机制

一、 谷氨酸生产菌的种类

现在经过鉴定和命名的谷氨酸产生菌很多，其中主要是棒杆菌属、短杆菌属、小杆菌属和 节杆菌属中的细菌（如表5-1 ）。目前，我国企业使用的谷氨酸生产菌主要是北京棒杆菌 AS 1.299、

钝齿棒杆菌AS 1.542和天津短杆菌T&13以及它们的各种突变株。

二、

谷氨酸发酵机制 生物体内合成谷氨酸的前体物质是 a -酮戊二酸，是三羧酸循环（TCA 循环）的中间产物， 因此，由糖质原料生

物合成谷氨酸的途径包括糖酵解途径（

EMP 途径）、三羧酸循环、乙醛酸

循环、CO ?的固定反应（伍德—沃克曼反应）等。

1.谷氨酸生物合成途径

① 由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径

在谷氨酸发酵时，糖酵解经过 EMP 和HMP 两个途径进行，生物素充足菌 HMP 所占比例

约为38%，控制生物素亚适量的结果表明在发酵产酸期， EMP 所占比例更大，约为 74%。生成

丙酮酸后，一部分氧化脱羧生成乙酰

CoA ，一部分固定CO ?生成草酰乙酸或苹果酸，草酰乙酸

与乙酰CoA 在柠檬酸合成酶催化作用下，缩合成柠檬酸，在经过氧化还原共轭的氨基化反应生 成谷氨酸，如图5-1所示。

co

EMP 为主

HMP 约占26%

氧化还原共轭的氨基化反应

葡萄糖 2丙酮酸

图5-1葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径

教 学

过 程

② 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径

葡萄糖

图5-2由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径

1 —柠檬酸合成酶； 在菌体生长之后，假如四碳二羧酸是

酵按如下反应进行：

C 6H 12O 6 + NH 3 + 1.502 T C 5H 9O 4N + CO 2 + 3H 2O 180

1摩尔葡萄糖可以生成 1摩尔的谷氨酸，谷氨酸对葡萄糖的重量理论转化率为

147

100% = 81.7%

2. 谷氨酸生物合成的代谢调节机制

微生物的代谢途径主要有两种，即分解代谢和合成代谢。微生物通过分解代谢从环境中摄 取营

EMP 途径

为主

6-磷酸葡萄糖

+ 6-磷酸葡萄酸

H MP 途径 约占2 6%

3-磷酸甘油醛

5-磷酸核糖

CO

2

CO

2

2

CO

2

琥珀酸

a -酮戊二酸一r

NH 4

谷氨酸（胞外）

”谷氨酸（胞内）

指导 学生

自己 想。

2—异柠檬酸脱氢酶；3—异柠檬酸裂解酶；4 —a -酮戊二酸脱氢酶；5—谷氨酸脱氢酶

100 %通过CO 2固定反应供给在生长之后，理想的发

147

乳酸-

CO

柠檬酸

苹果酸

顺乌头酸

延胡索酸

-7*

7TT?

廿;TT?

厶 乙醛酸

CO 2

CO 2

-■ *乙醛CoA

*丙酮酸

草酰乙酸

异柠檬酸 4

养物质，把它们转化为自身物质，以此来提供能源和小分子中间体；通过合成代谢将分解代谢产生的能量和中间体合成氨基酸、核酸、蛋白质等物质。在工业上，通过对微生物代

谢途径的控制，来满足生产的需要，提高生产效益。所以，研究微生物代谢调节机制有极其重要的意义。

（1）糖代谢（EMP途径和HMP途径）的调节

①能荷的调节

②生物素对糖代谢速度的调节

（2）三羧酸循环（TCA循环）的调节

（3）乙醛酸循环（DCA循环）的调节

乙醛酸循环（如图5-2 ）中关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸酶。通过乙醛酸循环异柠檬酸裂解酶的催

化作用，使琥珀酸、延胡索酸和苹果酸的量得到补足，其反应如下：

苹果酸酶

苹果酸

葡萄糖和琥珀酸等对异柠檬酸裂解酶起着阻遏作用。

（4）CO2固定反应的调节

（5）NH4+对谷氨酸生物合成的调节

3.细胞膜通透性的调节

（1）控制细胞膜的形成

控制细胞膜形成的常用方法有：

①利用生物素缺陷型菌株进行谷氨酸发酵时，限制发酵培养基中生物素的浓度。

②利用生物素过量的糖蜜原料进行谷氨酸发酵时，添加表面活性剂或饱和脂肪酸。

③利用油酸缺陷型菌株进行谷氨酸发酵，限制发酵培养基油酸的浓度。

④利用甘油缺陷型进行谷氨酸发酵，限制发酵培养基甘油的浓度。

（2）控制细胞壁的形成

细胞壁的骨架结构是肽聚糖，因此，肽聚糖的合成及其调节控制就与细菌细胞膜的通透性先让学生总结教师再重申。

异柠檬酸异柠檬酸裂解酶

*乙醛酸+琥珀酸