发酵过程

双歧杆菌分解葡萄糖的途径是HK途径，特征酶是
磷酸己糖解酮酶。该酶催化的反应是6-磷酸果糖裂解
为4-磷酸赤藓糖和乙酰磷酸。1分子葡萄糖经HK途径
最终产生1分子乳酸、1．5分子乙酸和2．5分子的
ATP。由于肠膜明串珠菌和两歧双歧杆菌细胞内分别
不存在或仅具有微量的1，6-二磷酸果糖醛缩酶和6一 磷酸葡萄糖脱氢酶，说明这两种细菌基本上不具有 EMP、HMP和ED三条途径。
3CO2
5-磷酸核酮糖(C5) ×3 5-磷酸木酮糖 C5 5-磷酸核糖 C5 7-磷酸景天糖 C7 4-磷酸赤藓糖 C4 6-磷酸果糖 C 5-磷酸木酮糖 C5
3-磷酸 甘油醛
3-磷酸甘油醛 C3 6-磷酸果糖 C6
第 二 阶 段
C原子数目变化示意图
C6
CO2
C5 C5
C3 C7
C6 C4 C5 C6 C3
3×6-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+
2× 6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+ ) + 3
CO2
磷酸戊糖途径总反应图
3NADPH
3CO2
3×5-磷 酸核酮糖
5-磷酸 木酮糖
5-磷酸 核糖
3×6-磷酸 葡萄糖酸
7-磷酸 景天糖
3-磷酸 甘油醛 6-磷酸 果糖
3H2O
3×6-磷酸葡 萄糖酸内酯 3NADPH 3×6-磷 酸葡萄糖
1.概念：以6-磷酸葡萄糖开始，在6-磷酸葡萄 糖脱氢酶催化下形成6-磷酸葡萄糖酸，进而代 谢生成以磷酸戊糖为中间代谢物的过程，称为 磷酸戊糖途径，简称PPP途径。又称磷酸已糖 旁路
3×6-磷酸葡萄糖 + 6 NADP+ 2× 6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛+6(NADPH+H+ ) + 3CO2
以上四种途径(EMP途径、HMP途径、ED
途径和WD途径)都是葡萄糖先经磷酸化然后逐
步被降解的。而有些微生物，如假单胞菌属、
气杆菌属和醋杆菌属等某些菌没有己糖激酶， 不能将葡萄糖磷酸化，但具有葡萄糖氧化酶， 这样就采用葡萄糖直接氧化途径。
丙酮酸的代谢 ---常见初级发酵产物
乳酸、乙酸、乙醇、TCA中间体、甲酸等等
键酶-------丙酮酸脱羧酶的催化下，丙酮酸脱羧生
成乙醛，接着在醇脱氢酶的作用下，EMP途径中生
成的NADH将乙醛还原成乙醇。每分子葡萄糖发酵
生成2个乙醇和2个C02，并净得2个ATP，即
这是酵母的正常乙醇发酵，又称酵母的第一型发酵
(2)酵母菌的第二型发酵(甘油发酵)
在进行乙醇发酵的酵母代谢时，若在培养基中加入亚
四、 WD途径
WD途径以发现者名字Warburg、Dickens、
Horecker命名的。该途径的特征性酶是磷酸解酮酶
，所以又称磷酸解酮酶途径(phosphoketolase
pathway)。根据解酮酶的不同，把具有磷酸戊糖解
酮酶的途径称为PK途径，把具有磷酸己糖解酮酶的途
径叫HK途径。
PK途径是肠膜明串珠菌在进行异型乳酸发酵过程
P
磷酸甘油醛
P
O
⑦产能
O C
H O ⑧异构
OH C C CH3
丙酮酸
⑨脱水
C C
O ⑩产能 O
O O
HCOH H2 C O
HCOH
HC O P
H2 COH OH
2-磷酸甘油酸
P
P
P H 2C O
3-磷酸甘油酸
CH2
磷酸烯醇 式丙酮酸
1，3-二磷酸 甘油酸
Glu
E1
G-6-P
F-6-P
E2
F-1, 6-2P
细胞内发生的各种化学反应的总称
分解代谢(catabolism)
代谢
合成代谢(anabolism)
分解代谢
复杂分子
（有机物）
简单小分子
合成代谢
ATP
[H]
发酵本身是一种代谢过程，(fermentation)是指微生 物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化 的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 因此发酵过程总是和分解代谢偶联的。 但在发酵条件下,有机化合物常常只是部分地被氧化，因 此，在释放出一小部分能量的同时伴随大量发酵终端产物的生 成。
5-磷酸 木酮糖 3-磷酸 甘油醛 糖酵解途径
4-磷酸 赤藓糖 6-磷酸 果糖
磷 酸 戊 糖 途 径
6-磷酸葡萄糖(C6)×3
3NADP+ 3NADP+3H+
6-磷酸葡萄糖脱氢酶
6-磷酸葡萄糖酸内酯(C6)×3
第一阶段
6-磷酸葡萄糖酸(C6)×3
3NADP+ 3NADP+3H+
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶
糖酸醛缩酶，它催化2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸
(KDPG)裂解生成一个丙酮酸和一个3-磷酸甘油醛。
ED途径可不依赖于EMP途径和HMP途径而单独
存在，但对于靠底物水平磷酸化获得ATP的厌氧菌而
言，ED途径不如EMP途径经济。但其特点是葡萄糖只
经过4步反应即可快速获得EMP途径须经10步反应才
能获得的丙酮酸。
，自养微生物则利用无机物，通过生物氧化来进行产能代谢。
微生物的生物氧化与产能
过程：脱氢（或电子） 递氢（或电子） 受氢（或电子） 功能：产能（ATP）、还原力、小分子代谢产物等。
葡萄糖降解代谢途径 生物氧化： 发酵作用 产能过程
呼吸作用（有氧或无氧呼吸）
生物氧化的形式：某物质与氧结合、脱氢或脱电子三种
第一节
发酵过程中的相关概念
发酵机制的主题内容？ 研究发酵机制的目的？ 研究发酵机制的方法？
一、发酵过程中的代谢问题
--------代谢 代谢(metabolism)是细胞内发生的各种化学反应的总称 ，它主要由分解代谢(catabolism)和合成代谢(anabolism)两 个过程组成。
代谢（metabolism）：
醛和1分子丙酮酸。然后3-磷酸甘油醛进人EMP途径转变成丙
酮酸。 1分子葡萄糖经ED途径最后生成2分子丙酮酸、1分子 ATP、1分子NADPH和1分子NADH(图4-5)。 所以，ED途径中2个丙酮酸的来历不同，这2个丙酮酸的 羧基分别来自葡萄糖的第1位和第4位碳原子。
ED途径中的特征性酶是2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄
生物氧化的功能为： 产能（ATP）、产还原力[H]和产小分子中间代谢物
微生物直接利用 生物 氧化
能量
储存在高能化合物（如ATP）中
以热的形式被释放到环境中
自养微生物利用无机物 异养微生物利用有机物
第二节
微生物代谢（发酵）主要途径
一、 EMP 途径
G
①活化
CH2 O P O
P OCH2 O
②异构
CH2OH
EMP 的调控
细胞对酵解速度的调控是为了满足细胞 对能量及碳骨架的需求。
在代谢途径中，催化不可逆反应的酶所 处的部位是控制代谢反应的有力部位。 糖酵解中有三步反应不可逆，分别由己 糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶催化， 因此这三种酶对酵解速度起调节作用。
二、HMP 途径
一、磷酸戊糖途径的概念
③活化 6-磷酸果糖
P OCH2 O CH2O P
HO 源自文库H
1，6-二磷 酸果糖
HO OH
葡萄糖
HO
6-磷酸葡萄糖
P OCH2O CH2O P 5 HO 2 4 3
OH
O C
⑥脱氢
6
1
H2C O
④裂解
1
P
⑤异构
2
磷酸二羟丙酮
H2COH
O H C O
3
C
O
+
HC H 5
4
O
HCOH
P
H2 C
O H
6
O
C6 C6
CO2
CO2
糖 的 分 解 代 谢
磷酸戊糖途径小结
反应部位： 胞浆 反应底物： 6-磷酸葡萄糖 重要反应产物： NADPH、5-磷酸核糖 限速酶： 6-磷酸葡萄糖脱氢酶(G-6-PD)
磷酸戊糖途径的生物学意义
1、磷酸戊糖途径也是普遍存在的糖代谢的一种方式 2、产生大量的NADPH，为细胞的各种合成反应提供还原力 3、该途径的反应起始物为6-磷酸葡萄糖，不需要 ATP参与起始反应，因此磷酸 戊糖循环可在低ATP浓度下进行。 4、此途径中产生的5-磷酸核酮糖是辅酶及核苷酸生物合成的必需原料。 5、磷酸戊糖途径是机体内核糖产生的唯一场所。
ATP ADP
ATP
磷酸二羟丙酮
ADP
3-磷酸甘油醛
E1:己糖激酶
NAD+ NADH+H+
1,3-二磷酸甘油酸
代 谢 途 径
E2: 6-磷酸果糖激酶-1 E3: 丙酮酸激酶
乳酸
ADP ATP
3-磷酸甘油酸
NAD+
NADH+H+ ATP ADP E3
2-磷酸甘油酸
丙酮酸
磷酸烯醇式丙酮酸
产生的能量
过程中ATP的消耗和产生
反
葡 萄 糖 → → 6 - 磷酸果糖
应
6-磷酸葡萄糖 1,6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油酸 丙 酮 酸
ATP
-1 -1 2× 1 2× 1
1,3-二磷酸甘油酸 → 磷酸烯醇式丙酮酸 →
葡萄糖+2Pi+2ADP+2NAD+ 2丙酮酸+2ATP+2NADH+2H+ +2H2O
有氧时，2NADH进入线粒体经呼吸链氧化, 原核生物又可产生6分子ATP,真核生物又可 产生4分子的ATP再加上由底物水平的磷酸 化形成的2个ATP，故共可产生原核2+6=8 分子ATP；真核2+4=6分子ATP 原核生物中,其电子传递链存在于质膜上,无 需穿棱过程，而真核生物线粒体内膜是不 能穿过NADH需要一个磷酸甘油穿棱系统。 无氧时，2NADH还原丙酮酸，生成2分子 乳酸或乙醇，故净产生2分子ATP
由上述反应式可以看出，利用亚硫酸盐发酵生产甘
油时，每分子葡萄糖只产生1分子甘油，不产生ATP
，为了提供维持菌体生长所需要的能量，必须控制亚
硫酸氢钠的加入量(亚适量水平)，以保证一部分的糖
可进行乙醇发酵，否则酵母菌将因为得不到能量而停
止生长。
(3)酵母菌的第三型发酵(甘油发酵)
在弱碱性条件下(pH 7．6)，酵母菌的乙醇发酵也会
2.反应部位：胞浆
二、磷酸戊糖途径的过程
第一阶段： 氧化反应 生成NADPH和CO2 第二阶段： 非氧化反应 一系列基团转移反应
(生成3-磷酸甘油醛和6-磷酸果糖)
磷酸戊糖途径二个阶段的反应式
6-磷酸葡萄糖 + 2 NADP+ 5-磷酸核糖 + 2(NADPH+H+) + CO2
3×5-磷酸核糖 2×6-磷酸果糖 + 3-磷酸甘油醛
二、发酵过程中的生物氧化问题
--------生物氧化
生物氧化是一个逐步分解并释放能量的过程， 是一个产能代谢过程。
在生物氧化过程中释放的能量可被微生物直接利用，也可 通过能量转换储存在高能化合物(如ATP)中，以便逐步被利用 ，还有部分能量以热的形式被释放到环境中。不同类型微生物 进行生物氧化所利用的物质是不同的，异养微生物利用有机物
中分解己糖和戊糖的途径。首先将葡萄糖磷酸化，再
将它氧化成6-磷酸葡萄糖酸，接着6-磷酸葡萄糖酸进
一步氧化脱羧生成磷酸戊糖。PK途径关键性的反应是
磷酸戊糖解酮酶催化的反应，使5-磷酸木酮糖裂解为
乙酰磷酸和3-磷酸甘油醛，最终产物是乳酸、乙醇和 CO2，并产生1分子的ATP。借助PK途径，微生物在 厌氧条件下不仅可以利用葡萄糖，而且可以利用D-核 糖、D-木糖和L-阿拉伯糖。
磷酸戊糖途径的调节
磷酸戊糖途径的速度主要受生物合 成时NADPH的需要所调节。 NADPH反馈抑制6-P-葡萄糖脱氢 酶的活性。
三、ED 途径
ED途径(Entner-Doudoroff pathway)是1952年
Entner和Doudoroff两人在研究嗜糖假单胞菌 (Pseudomonas saccharvphila)时发现的。 在ED途径中，6-磷酸葡萄糖首先脱氢产生6-磷酸葡萄糖 酸，接着在脱水酶和醛缩酶的作用下，产生1分子3-磷酸甘油
转向甘油发酵，这就是酵母菌的第三型发酵。
此时，乙醛因得不到足够的氢而积累，2个乙醛分子间
会发生歧化反应，1分子乙醛作为氧化剂被还原成乙
醇，另一个则作为还原剂被氧化为乙酸。
因此，第三型发酵除了有第二型发酵的甘油外，还有
乙醇和乙酸。
2．细菌的乙醇发酵
不同的细菌进行乙醇发酵时，其发酵途径也各不相同
。如运动发酵单胞菌(zymomonas mobilis)和
第三节 主要初级发酵产物
一、乙醇发酵和甘油发酵 1．酵母菌发酵
酵母菌属的一些菌种利用葡萄糖进行发酵，根据在不
同条件下代谢产物的不同，可将酵母菌发酵分为以
下三种类型。
(1)酵母菌的第一型发酵(乙醇发酵)
酵母菌的乙醇发酵是一种研究最早、发酵机制最清楚
的发酵类型。在厌氧条件下，酵母菌可将葡萄糖经
EMP途径降解为2个丙酮酸，然后在乙醇发酵的关
硫酸氢钠，则发酵就会从乙醇发酵转向甘油发酵。
这是因为亚硫酸氢钠可与乙醛发生加成反应生成难
溶的磺化羟基乙醛，致使乙醛不能作为NADH2的
受氢体，所以不能形成乙醇，而迫使用磷酸二羟丙 酮代替乙醛作为受氢体，生成a-磷酸甘油。a-磷酸 甘油进一步在a-磷酸甘油酯酶作用下水解脱磷酸而 生成甘油，这称为酵母的第二型发酵。