氨基酸发酵机制(2)

发
酵 α-酮戊二酸之前的代谢必须畅通；
机 制
α-酮戊二酸脱氢酶活性丧失或很小；
第二篇 发酵机制
第 葡萄糖 五
6-P-葡萄糖 3-磷酸甘油醛
6-P-葡萄糖酸 5-P-核糖 HMP
章
氨 基 酸
磷酸丙糖
磷酸烯醇丙酮酸
CO2
CO2
丙酮酸来自百度文库
乙酰CoA
草酰乙酸
①
柠檬酸
①
酶柠 檬 酸 合 成
② ④⑥
③ ⑤酶 顺 氢异 酮 乌 酶柠 戊 头 檬二 酸 酸酸 酶 脱脱
第五章 氨基酸发酵机制
第二篇 发酵机制
第
五 谷氨酸 章
氨
谷氨酸，学名：α-氨基戊二酸；其单钠盐： 谷氨酸钠，商品名称味精，是重要的调味品。
基 早期生产谷氨酸的方法有两种，一是提取法：
酸 甜菜厂付产物糖蜜中含有焦谷氨酸，用强碱
发 处理可得到谷氨酸；二是蛋白质水解法：将
酵 面筋加酸水解，再分离提纯。
机
氨 控制磷脂的合成
基 酸
使细胞膜受损（如表面活性剂） 青霉素损伤细胞壁，间接影响细胞膜
发 控制磷脂含量
酵 通过油酸的合成 机 通过甘油合成
制 直接控制磷脂合成
第二篇 发酵机制
第 菌种选育模型及控制方法 五 章 1.从生物素入手：
氨 CH2-CO～SCoA + CO2 + ATP (乙酰CoA)
基
生物素 乙酰CoA
机
制
第二篇 发酵机制
第 2.选育油酸缺陷型
五 章
3.选育甘油缺陷型
4.选育温度敏感型突变株
氨 由于磷脂结构复杂，又是细胞膜的必要成 基 分，所以磷脂合成障碍必须是条件型突变， 酸 如温度敏感型突变株才能存活，反之，从
发 温度敏感型突变株中可以找到细胞膜合成
酵 有缺陷的突变株。
机
制 5其他，如营养缺陷型；药物抗性突变株； 敏感型突变株等
机 酶的1/10，且不被谷氨酸抑制。
制
第二篇 发酵机制
第
五 二、细胞膜通透性控制 章
氨 谷氨酸生产菌的主要生化特点：
基 酸 发
①α-酮戊二酸脱氢酶活性极低或缺失 ②谷氨酸脱氢酶活性很高，不被低浓度的谷 氨酸抑制 ③ 细胞膜对谷氨酸的通透性高
酵
机
制
第二篇 发酵机制
第
n-石蜡
五 油酸C18
磷脂质
章 (限量)
第二篇 发酵机制
第 第二节 微生物代谢调节及代谢工程 五 章 微生物的代谢产物可分为：
氨 初级代谢产物：微生物通过代谢活动所产生 基 的、自身生长和繁殖所必需的物质。 酸 特征：不同的微生物初级代谢产物基本相同； 发 初级代谢产物合成过程是连续不断的，与菌 酵 体的生长呈平行关系。 机 制
第二篇 发酵机制
酵
异柠檬酸
机
乙醛酸
制
富马酸
琥珀酸
第二篇 发酵机制
第 五
3.CO2固定
章 实验表明：草酰乙酸靠CO2的固定来补充； 已发现的途径有二条：
氨 基 PEP + CO2 + GDP PEP羧化酶 草酰乙酸 + GTP
酸 发 酵 机 制
CO2
酸丙 酮
苹果酸酶 酸 苹 苹果酸脱氢酶
草
果
酰
CO2
乙 NAD+ NADH+H+酸
制
第二篇 发酵机制
第
五 1957年发酵法生产谷氨酸在日本协和发酵公 章 司投产。
氨 日本在谷氨酸发酵生产方面居世界领先地位。
基 味之素、协和等均是其中代表。我国近年的
酸 发 酵
发展也比较快;如河南的莲花味精公司，目前 味精产量已从1983年的400吨上升到目前拥有 30万吨味精的年生产能力。
机
制
第二篇 发酵机制
α-
发
苹果酸
乙酰CoA
②
Fe2+
顺乌头酸
氢
酵 机 制
富马酸 琥珀酸
乙醛酸
⑥
③
DCA 异柠檬酸
NADP
④
αC-酮O2戊二酸
⑤
NADPH+H+
CO2
谷氨酸
NADP 排出细胞
第二篇 发酵机制
第 2.DCA环（乙醛酸循环）： 五
章
乙醇
乙酸 CoA
氨
烃类 β-氧化 乙酰CoA
基
酸
草酰乙酸
柠檬酸
发
苹果酸 乙酰CoA
氨 基 酸 发 酵 机 制
第二篇 发酵机制
第 五 章
氨 （一）EMP途径、HMP途径 基 酸 谷氨酸生产菌存在着两种代谢途径：EMP、 发 HMP ；EMP/HMP=90/10。 酵 机 制
第二篇 发酵机制
第 五 章 （二）TCA、DCA和CO2固定作用
氨 1.TCA环（三羧酸循环）
基 酸
P69表5-2：谷氨酸是通过三羧酸循环途径 合成的；为此：
酸
Mg2+ 羧化酶
发
酵 机
COOH-CH2CoA + ADP + Pi(丙二酰CoA)
制 生物素是羧化酶的辅酶，促进脂肪酸合成，
再合成磷脂。
第二篇 发酵机制
第 选育生物素缺陷型菌株
五 限制外源性生物素供应 抑制不饱和脂
章 （适量 ～ 贫乏）
肪酸合成磷脂
氨
↓ 磷脂↓
基
↓
酸
细胞膜结构不完整
发
↓
酵
细胞膜对谷氨酸通透性↑
第二篇 发酵机制
第 五 章
PEP的分解和羧化受细胞能量代谢水平调节； 氨 PEP羧化酶的Km较高； 基 酸 发 酵 机 制
第二篇 发酵机制
第 （三）氨的导入 五
章 氨是氨基酸基本结构之一，氨的导入是氨基
酸合成中的基本过程。
氨
基 氨的导入有三种方式：
酸 发 酵
①α-酮戊二酸还原氨基化→谷氨酸 ②天冬氨酸或丙氨酸通过氨基转移，将氨基 转给 α-酮戊二酸 ③谷氨酸合成酶途径，该酶Km仅谷氨酸脱氢
五
章
微生物自我调节部位： 1 养分的吸收和排泄
氨 2 限制基质与酶的接近
基 3 控制通量
酸 微生物细胞的代谢调节方式很多，其中以调 发 节代谢流的方式最为重要，它包括两个方面， 酵 一是“粗调”，即调节酶的合成量；二是 机 “细调”，即调节现成酶分子的催化活力，
第
五 谷氨酸生产菌能够在体外积累菌体最大生长 章 需要量300多倍的谷氨酸，研究发现：大量积
氨 累是由于：
基 ①代谢调节控制；
酸 发
②细胞膜通透性的特异调节； ③发酵条件的适合；
酵
机
制
第二篇 发酵机制
第 五
第一节 谷氨酸发酵机制
章 一、谷氨酸生物合成途径及调节机制
氨
基
酸
发
酵
机
制
第二篇 发酵机制
第 五 章
第
五 章
次级代谢产物：微生物生长到一定阶段才产 生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显 生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必
氨 需的物质。
基 特征：不同的微生物次级代谢产物不同；次
酸 级代谢产物的通常在菌体的生长后期合成； 发 在多数情况下，增加前体是有效的。
酵
机
制
第二篇 发酵机制
第 一、微生物代谢的自我调节
C18酸 脂肪酸 C16酸
心磷脂
青霉素
磷脂酰甘油
磷脂酰肌醇
磷脂酰肌醇二甘露糖酸
氨
基
生物素
乙酰CoA
α-磷酸甘油
酸
柠檬酸
发
酵
C17酸 α-KGA (佶抗)
机 生物素
制
L-GA
聚氧乙二醇
十七酸盐
L-GA
磷酸二羟丙酮 3-磷酸甘油醛
乙酸
葡萄糖
细胞膜
葡萄糖 细胞壁
第二篇 发酵机制
第 三、菌种选育模型与控制方法 五 章 提高细胞膜的谷氨酸通透性