谷氨酸的生产

在糖质原料的谷氨酸发酵中，在谷氨酸生成期，如
果酸葡合萄成糖谷先氨转酸化，为 谷代醋 氨谢酸 酸， 对控再 糖制由 的转D发C化A酵率循就环大提为供减C4少二。羧
3C6H12O6 6丙酮酸
6醋酸
6醋酸 +2NH3+3O2
2C5H9O4N+2CO2+6H2O
文生095-1
转化率：2 ×147/（3×180）×董1晓0蒙0%2 =54.4%
NADP 活细胞董晓中蒙，2异柠檬酸脱氢
谷 氨
酶活性耿春小霞于2谷氨酸脱氢酶 活性，陈聪所聪以2NADP浓度是
酸 实际上的限速因子
•调节机制
黄色短杆菌中，谷代氨酸谢脱氢控酶制对α发-酮戊酵二酸和
谷氨酸表现出同促相互作用，低浓度的α-酮戊二酸和谷氨 酸对此酶有显著的激活作用。
当谷氨酸浓度为100mmol/L时，抑制酶活65％，浓度 为的就要4弱0高，0m，因m可而o以在l/认谷L时为氨抑这酸制个发9调酵0节中％机菌，制体这对内比谷游其文董耿陈氨离他生晓春聪酸出的0蒙霞聪95生来反-2221 产的馈发谷抑挥氨制着酸要很浓明好度显 的调节作用。
产物α-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢文酶生0的95-1催化下，还
原氨基化合成谷氨酸。
董晓蒙 2
耿春霞 2
陈聪聪 2
代谢控制发酵
CO2
文生095-1 董晓蒙 2 耿春霞 2 陈聪聪 2
总反应式和理论转化率
总反应式 : 代谢控制发酵
C6H12O6+NH3+3/2O2
C5H9O4N
+CO2+3H2O
文生095-1
产生菌株特点：
革兰氏阳性 不形成芽胞
代谢控制发酵
没有鞭毛，不能运动
需要生物素作为生长因子
在通气条件下才能产生谷氨酸 文生095-1
谷氨酸生物合成机理： 董晓蒙 2 耿春霞 2
由三羧酸循环中产生的a-酮戊二酸，陈聪在聪谷2 氨酸脱氢酶和 氢供体存在下进行还原性氨化作用而得到。
（一）、谷 氨 酸 发 酵 机 制
丙丙酮酮酸酸
乙酰CoA
丙糖-3-磷酸CO2固定 草酰乙酸
柠檬酸
TCA
2.DCA循环 乙酰CoA
柠檬酸 合成酶 柠檬酸
异柠檬酸 裂解酶 异柠文檬生0酸95-1
琥珀酸
草酰乙酸
董晓蒙 2
乙醛酸
耿春霞 2
苹果酸
陈聪聪 2
苹果酸合成酶
乙酰CoA
DCA循环的生理意义
作为TCA循环代有缺谢陷控时C制4二发羧酵酸的补充，
在以葡萄糖为原料的谷氨酸发酵耿中春霞，2特别是谷氨酸
生成期DCA循环应该关闭
陈聪聪 2
• 3.CO2固定
代谢控制发酵 在谷氨酸产生菌中已检出两种CO2固定酶：
磷酸烯醇丙酮酸（PEP）羧化酶和苹果酸酶
PEP+CO2+GDP PEP羧化酶 草酰乙酸+GTP
文生095-1
苹果酸酶
丙酮酸
苹果酸
±CO2
董晓蒙 2
•调节机制
• 谷氨酸发酵中代，糖谢代控谢除制受发到生酵物素控制
外，也受到NH4+的影响。
• 使用生物素缺乏菌，在NH4+存在时，葡萄
糖以很快的消耗速度和高的收文生率095生-1 成谷氨
酸。
董晓蒙 2
• 当NH4+不存在时，糖的消耗耿速春霞度2很慢，生 成物是α-酮戊二酸、丙酮酸、陈聪醋聪 酸2 和琥珀
Ⅰ.谷氨酸的生代物合谢成控途径制主发要包酵括：
EMP途径 HMP途径 TCA循环 乙醛酸循环
CO2固定反应
文生095-1 董晓蒙 2 耿春霞 2 陈聪聪 2
总反应途径
糖经过EMP途径代和H谢MP控生成制丙发酮酸酵。
一方面丙酮酸氧化脱羧生成乙酰-CoA；
另一方面，经CO2固定作用生成草酰乙酸；两者
合成柠檬酸进入TCA循环，由三羧酸循环的中间
• 谷氨酸合成酶途径
耿春霞 2 陈聪聪 2
糖代谢中间体α-酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸
柠檬酸 异柠檬酸
α-酮戊二酸
异柠檬酸脱氢酶：需NADP
代谢控制发酵 为辅酶，催化α-酮戊二酸 的生成（谷氨酸的前体），
并为谷氨酸脱氢酶提供辅酶
谷氨酸脱氢酶：需NADPH
+H+为辅酶
文生095-1
NADPH+H+
NH4+
酸。
（二）、谷氨酸生产工艺流程
培养基的配制
上罐实消 冷却接种
入分解途
浓度增加
径
防止
过剩
羧激 化活 酶
PEP
果与 糖二 共磷 同酸
草酰乙酸
文董生晓转0蒙95向-21 CO2固定
耿春霞 2
乙酰-CoA氧化 陈聪聪抑制2 丙酮
ATP水平提高
酸激酶
•氨的导入
氨的导入方式代：谢控制发酵
• 糖代谢中间体α-酮戊二酸还原氨基化生成 谷氨酸
• 天冬氨酸或丙氨酸通过氨基文生转095移-1 作用将氨 基转给α-酮戊二酸而生成 董晓蒙 2
理论转化率0） ×100%=81.7%
2
EMP途径和HMP途径
代谢控制发酵
生物素充足：HMP途径所占比例为38% 生物素亚适量：HMP途径所占比例为26%
文生095-1 董晓蒙 2 耿春霞 2 陈聪聪 2
TCA、DCA循环和CO2固定
1.TCA循环
代谢控制发酵 氧化
谷代氨谢酸控的制生发酵产
095-1 2
一2 组 2
谷氨酸生产现状
工业化生产开始于由水解小麦面筋或大豆蛋白质而制 取。 1957年，日本率先采用微生物发酵法生产，并投入 大规模工业化生产，这是被誉为现代发酵工业的重大 创举，使发酵工业进入调节代谢的调控阶段。 目前世界产谷氨酸钠30万吨/年，占氨基酸总量的2/3。 我国现已有200余家生产，年产量达15万吨，居世界 首位。
特别是以醋酸和乙醇为原料的谷氨酸发酵 ，它是C4二羧酸的唯一补充来源
作为能量供给来源的末端氧化文生系095-1 董晓蒙 2 耿春霞 2 陈聪聪 2
TCA循环和DCA循环
以醋酸为唯一碳源的菌体实验表明：菌
体内有机酸浓代度低谢到控需要制D发CA酵循环运转
时，由异柠檬酸裂解酶催化生成的乙醛
酸与细胞内的草酰乙酸共同抑制异柠檬 酸脱氢酶；由于DCA循环运转，TCA循 环有机酸过剩，异柠檬酸裂解文生酶095被-1 抑制 ，乙醛酸浓度下降，解除对异董耿晓春柠蒙霞 檬22 酸脱 氢酶的抑制，TCA循环运转陈聪聪 2
苹果酸脱耿氢春酶霞 2
陈聪聪 2
NAD+ NADH+H+
草酰乙酸
PEP浓度低
所以在谷氨酸发酵 中，糖的分解代谢 途径与CO2固定的 适当比例是提高谷 氨酸对糖收率的关 键问题。
TCA循环中 生物合成和需能反应
间产物浓度
解除 抑制
ATP 浓度
增加 抑制
丙酮 酸激
降低
PEP羧
酶
代谢控制发酵 PEP易进 化酶 乙酰-CoA