发酵工程 第六章 微生物发酵机理文稿演示

NA ﹢ NADH﹢+
D
磷酸二羟丙 酮
H
Pi 甘
α-磷酸甘
油
油
H2O
NADH+ NA﹢
H＋
D
三 乳酸发酵
乳酸菌在厌氧条件下利用葡萄糖及其他相应的 可发酵的糖产生乳酸的过程。 菌种不同，代谢途径不同，生成的产物有所不 同，可分为：
同型乳酸发酵：（EMP途径） 异型乳酸发酵：（HMP途径、PK途径）
葡萄糖 ATP
ADP
6－磷酸果糖
6－磷酸果糖 Pi
1
4－磷酸赤藓糖
3－磷酸甘油醛
2
7－磷酸景天庚酮糖
乙酰磷酸
ADP ATP
3
5－磷酸木酮糖
乙酰
4
5
5－磷酸核糖
5－磷酸核酮糖
5－磷酸木酮糖
6
2 分子3－磷酸甘油醛 NAD＋
NADH＋H＋ ADP
ATP NADH＋H＋
NAD＋
乳酸
乙酰磷酸 ADP
7
ATP
异亮氨酸 亮氨酸 色氨酸
PEP 丙酮酸
乙酰乙酰CoA
草酰乙酸 苹果酸 延胡索酸 琥珀酸 琥珀酰CoA
-酮戊二酸
甘油
脂肪酸
丙二单酰CoA
乙酰CoA
胆固醇
乙醛酸
柠檬酸 异柠檬酸
微生物的能量代谢
中心任务是将外界环境中各种形式的最初能源转变成 能量货币——ATP。
日光 （光能营养菌）
最初能源 有机物（化能异养菌）
2. 次级代谢（secondary metabolism）：微生物以 初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物 生命活动无明确功能的物质和能量的过程。
次级代谢产物：抗生素、毒素、激素、色素等 特征：不同的微生物初级代谢产物不同；
以初级代谢产物为前体； 不是生命活动所必需； 次级代谢产物合成过程是不连续的。
⑽
2(NADH+H+)
⑹ 2Pi 1，3-二磷酸甘油酸
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
酒精发酵中的副产物
主产物：乙醇、CO2
酵母菌酒精
醇（杂醇油）
发酵
醛（糠醛）
副产物40多种 酸（琥珀酸）
酯
甲醇
二 甘油发酵
酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成 乙醇的反应进行得很彻底，因此，在乙醇发酵中甘油的生成量 很少。
8
乙醛
NAD NADH＋H＋
NAD
7
NADH＋H＋
乙酰CoA
6
乙酰 乙酰磷酸
3－磷酸甘油醛 NAD NADH＋H＋ ADP ATP NADH＋H＋ NAD
乳酸
6－磷酸葡萄糖酸生成乳酸和乙醇
1. 己糖激酶 2. 6－磷酸葡萄糖脱氢酶 3. 6－磷酸葡萄糖酸脱氢酶 4. 5－磷酸核酮糖－3－差向异构酶 5. 磷酸解酮酶 6. 磷酸转乙酰酶 7. 乙醛脱氢酶 8. 醇脱氢酶
如果采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时，磷酸二羟丙酮则替 代乙醛作为氢受体形成甘油，这样发酵转为甘油发酵。
NaHSO3可作为抑制剂： 乙醛 + NaHSO3
乙醛亚硫酸氢钠↓
甘油发酵
2ATP 2ADP
1.6-
葡
二磷
萄
酸果
糖
糖
2AT 2ADPP
3-磷酸
丙酮酸
甘油醛
CO NaHSO
2 乙 乙醛 醛 HSO3
物 质 代 谢
蛋白质
核酸
淀粉、糖原
脂肪
氨基酸
核苷酸
1-磷酸葡萄糖
甘氨酸 天冬氨酸 谷氨酰氨
丙氨酸 甘氨酸 丝氨酰 苏氨酸 半胱氨酸
天冬氨酸 天冬酰氨
酪氨酸 天冬氨酸 苯丙酰氨
异亮氨酸 甲硫酰氨
苏氨酸 缬氨酸
谷氨酸 谷氨酰氨
组氨酸 脯氨酸 精氨酸
核糖-5-磷酸
6-磷酸葡萄糖 磷酸二羟丙酮
亮氨酸 赖氨酸 酪酰氨 色氨酸 笨丙氨酸
⑺
2ADP
3-磷酸甘油酸 2ATP
2H2O
2. 异型乳酸发酵
发酵产物中除乳酸外同时还有比例较高的乙酸、 乙醇、CO2等。 合成途径：6-磷酸葡萄糖酸途径、 双歧途径
葡萄糖
ATP
1
Байду номын сангаас
ADP
6－磷酸葡萄糖
NAD
2
NADH＋H＋
6－磷酸葡萄糖酸
3
NAD
NADH＋H＋
5－磷酸核酮糖
4
5
5－磷酸木酮糖
乙醇
3分子乙酸
葡萄糖经双歧途径发酵生成乳酸和乙酸
1. 6-磷酸果糖解酮酶 2. 转二羟基丙酮基酶 3. 转羟乙醛基酶 4. 5－磷酸核糖异构酶 5. 5－磷酸核酮糖－3－差向异构酶 6. 5－磷酸木酮糖磷酸酮解酶 7. 乙酸激酶
CO2 1 G→2丙酮酸→2乙醛 + CO2 → 2乙醇 + 2ATP
丙酮酸脱羧酶 乙醇脱氢酶
ATP 葡萄糖 ⑴ ADP
葡萄糖-6-磷酸 ⑵
乳酸
果糖-6-磷酸 ATP
⑿ +2H+
乙醇
Mg2+
⑶
ADP
⒁
果糖-1，6-二磷酸
丙酮酸
2NAD+
⑾ 2CO2
乙醛 +2H+
⑷
甘油醛3-磷酸
⑸
二羟丙酮 磷酸
烯醇式丙酮酸 2ATP
ATP 葡萄糖 ⑴ ADP
乳酸
⑿ +2H+
丙酮酸
⑾ 烯醇式丙酮酸 2ATP
⑽ 2ADP
磷酸烯醇式丙酮酸 ⑼
葡萄糖-6-磷酸 ⑵
+2H+
2NAD+
果糖-6-磷酸 ATP
Mg2+
⑶
ADP
果糖-1，6-二磷酸
⑷
二羟丙酮 磷酸
⑸
甘油醛3-磷酸
2(NADH+H+) 2-磷酸甘油酸
⑹ 2Pi
1，3-二磷酸甘油酸
初级代谢和次级代谢
1. 初级代谢（primary metabolism）：微生物从外界 吸收各类营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生 成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。
初级代谢产物：糖类、氨基酸、核苷酸、脂肪酸 、多糖、蛋白质、酯类、核酸
特征：不同的微生物初级代谢产物基本相同； 生命活动所必需； 初级代谢产物合成过程是连续不断的。
发酵工程 第六章 微生物发酵机理文稿演示
微生物发酵机理
第一节 微生物基础物质代谢 第二节 厌氧发酵产物的合成机制 第三节 好氧发酵产物的合成机制
第一节 微生物基础物质代谢
新陈代谢（metabolism）：
生物体从环境摄取营养物转变为自身物质，同时 将自身原有组成转变为废物排出到环境中的不断 更新的过程。 分解代谢、合成代谢 物质代谢、能量代谢 初级代谢、次级代谢
—ATP
还原态无机物（化能自养菌）
第二节 厌氧发酵产物的合成机制
酒精发酵机制 甘油发酵机制 乳酸发酵机制 沼气发酵机制
一 酒精发酵
酵母菌的乙醇发酵
酵母菌——EMP途径——丙酮酸——乙醛——乙醇 C6H12O6+2ADP+2H3PO4→2C2H5OH+2ATP+2CO2
+2H2O （弱酸性条件）：1分子Glu发酵生成2分子乙醇和2分子
1. 同型乳酸发酵——产物只有乳酸
进行乳酸发酵的主要是乳酸菌（乳链球菌、乳酪链 球菌、干酪乳杆菌、保加利亚乳杆菌等）
利用糖经EMP途径生成丙酮酸，丙酮酸还原产生乳
酸。
乳酸脱氢酶
EMP
C6H12O6
2CH3COCOOH 2CH3CHOHCOOH
特点：1mol Glu产生2mol乳酸，理论转化率为100%