第四章 糖代谢与调节
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3NADP+ 3NADP+3H+
第一阶段
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 磷酸葡萄糖酸脱氢酶
3CO2
5-磷酸核酮糖 5) ×3 磷酸核酮糖(C 磷酸核酮糖 5-磷酸木酮糖 磷酸木酮糖 C5 5-磷酸核糖 磷酸核糖 C5 7-磷酸景天糖 磷酸景天糖 C7 4-磷酸赤藓糖 磷酸赤藓糖 C4 6-磷酸果糖 磷酸果糖 C6 5-磷酸木酮糖 磷酸木酮糖 C5 3-磷酸甘油醛 磷酸甘油醛 C3 6-磷酸果糖 磷酸果糖 C6
二、糖代谢的调节－能荷的调节 糖代谢的调节－
1、能荷的概念（energy charge） 能荷的概念（ charge） 能荷是一个表示细胞能量状态的参数。 能荷是一个表示细胞能量状态的参数。是细胞中所含腺 苷酸中含有相当于ATP的数量百分比 其表示式为：能荷= 的数量百分比， 苷酸中含有相当于ATP的数量百分比， 其表示式为： 能荷 = [ATP]+0 [ADP]） [ATP]+[ADP]+[AMP]） 100% （[ATP]+0.5[ADP]）/（[ATP]+[ADP]+[AMP]）×100% 当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为1 当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为1； 当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为0 当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为0.5； 当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为0 当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为0 当细胞或线粒体中三种核苷酸同时并存时， 当细胞或线粒体中三种核苷酸同时并存时，能荷大小随 三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化。 三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化。
5、增加前体物的合成。 增加前体物的合成。 6、切断核糖向下代谢的途径。 切断核糖向下代谢的途径。 7、选育耐高渗透压突变株。 选育耐高渗透压突变株。 8、防回复突变，注意菌种纯化，减少传代次数。 防回复突变，注意菌种纯化，减少传代次数。
9、发酵控制
发酵培养基： 发酵培养基： 碳源：葡萄糖、D-甘露糖、山梨醇、D-甘露醇、麦芽糖、 碳源：葡萄糖、 甘露糖、山梨醇、 甘露醇、麦芽糖、 乳糖、甘油、 糊精、可溶性淀粉等。 乳糖、甘油、 糊精、可溶性淀粉等。 氮源：干酵母、酵母膏、牛肉膏、蛋白胨 、玉米浆 、 氮源：干酵母、酵母膏、牛肉膏、蛋白胨 （NH4）2SO4、CaCO3 。 要在好气条件下，pH中性，温度370C 。 要在好气条件下，pH中性，温度37 中性
3、氧化磷酸化：以代谢物进行生物氧化所产 氧化磷酸化： 生的能量合成高能化合物（如ATP）的过程 生的能量合成高能化合物（如ATP）的过程 称为氧化磷酸化。 4、P/O比值：表示氧的消耗与ATP生成的个 比值： 、 比值 数间的关系，即每消耗1摩尔氧所消耗无机 磷的摩尔数，它表明每消耗1摩尔的氧所能 生成的ATP分子个数的多少。NADH呼吸链 P/O=3，FADH2 呼吸链P/O=2。
+6CO2+12NADPH+12H++6Pi
磷 酸 戊 糖 途 径
6-磷酸葡萄糖 6)×3 磷酸葡萄糖(C × 磷酸葡萄糖
3NADP+ 3NADP+3H+
6-磷酸葡萄糖脱氢酶 磷酸葡萄糖脱氢酶
6-磷酸葡萄糖酸内酯 6)×3 磷酸葡萄糖酸内酯(C × 磷酸葡萄糖酸内酯 6-磷酸葡萄糖酸 6)×3 磷酸葡萄糖酸(C × 磷酸葡萄糖酸
微生物发酵葡萄 糖最为重要， 糖最为重要，有机 物只是部分被氧化， 物只是部分被氧化， 如葡萄糖到丙酮酸， 如葡萄糖到丙酮酸， 称为糖酵解。 称为糖酵解。
乙酰CoA H2O
CoA
柠檬酸
H2O
草酰乙酸
NADH+H+ H H NAD+
顺乌头酸
H2O
苹果酸
异柠檬酸
NAD+
H2O
延胡索酸
H2 FADH2 FAD
第三节 柠檬酸发酵
一、柠檬酸简介
柠檬酸又名枸橼酸，学名α-羟基丙烷三羧酸，是 柠檬酸又名枸橼酸，学名α 羟基丙烷三羧酸， 生物体主要代谢产物之一。化学名称2 生物体主要代谢产物之一。化学名称2-羟基丙三 羧酸，英文文献俗名citric acid，分子式C 羧酸，英文文献俗名citric acid，分子式C6H8O7。 无色或白色晶体，无臭，味极酸， 无色或白色晶体，无臭，味极酸，易溶于水和乙 微溶于乙醚、水溶液呈酸性反应。 醇、微溶于乙醚、水溶液呈酸性反应。
代谢控制发酵
Chapter 4 糖代谢与控制
第一节 糖代谢与调节
一、概述
“三羧酸循环” 有氧情况 好氧 生物 “糖酵解” CO2 + H2O “乙醛酸循环”
葡 萄 糖
不需氧
丙酮酸
缺氧情况
“乳酸发酵”
乳酸
厌氧 “乳酸发酵”、“乙醇发酵” 乳酸或乙醇 生物
“磷酸戊糖途径” 需氧 CO2 + H2O
EMP途径 EMP途径
第 二 阶 段
3-磷酸 磷酸 甘油醛 C3
CO2的固定反应
（1） ）
COOH CO + CO2 + ATP + H2O CH3 丙酮酸
Mg2+
COOH CO CH2 COOH 草酰乙酸 + ADP + Pi + 2H+
（2） ）
COOH CO CH2 烯醇式磷酸丙酮酸 P + GDP + CO2
Mn2+
2、转酮酶缺陷突变株的分离（选育） 转酮酶缺陷突变株的分离（选育）
（1）选育不利用D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖的突变株， 选育不利用D 葡萄糖酸或L 阿拉伯糖的突变株， 因为D 葡萄糖酸和L 因为D-葡萄糖酸和L-阿拉伯糖必须通过磷酸戌糖途径 进行代谢，若转酮酶发生缺陷， 进行代谢，若转酮酶发生缺陷，那样菌体自然也就不 能利用D 葡萄糖酸或L 阿拉伯糖。 能利用D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖。 （2）选育莽草酸缺陷突变株 （ 3 ） 选育 L-色氨酸 - 、 L- 酪氨酸- 、 L-phe- 、 CoQ- 、 Vk选育L 或叶酸缺陷突变、 磷酸赤藓糖合成受阻、 或叶酸缺陷突变、4-磷酸赤藓糖合成受阻、 转酮酶-、 转醛酶-。
2、呼吸链：从代谢物脱下的氢，经过一系 从代谢物脱下的氢， 从代谢物脱下的氢 列传递体， 列传递体，最终传给分子氧生成水的全部 体系称为呼吸链。又称为电子传递体系。 体系称为呼吸链。又称为电子传递体系。 根据代谢物脱下的氢的最初受体不同，分 为NADH呼吸链 呼吸链和FADH2呼吸链 呼吸链。 呼吸链
COOH CO + GTP CH2 COOH 草酰乙酸
（3） ）
丙酮酸
苹果酸
草酰乙酸
电子传递系统与氧化磷酸化 1.生物氧化：在生物体内生物酶的催化作用 1.生物氧化 生物氧化： 下，凡是能通过氧化作用释放能量的反应 都称为生物氧化作用。 都称为生物氧化作用。 过程：脱氢、递氢、 过程：脱氢、递氢、受ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 脱氢
第二节 D-核糖发酵
（一）D-核糖发酵机制
（二）D-核糖发酵的代谢控制育种
1 、 出发菌株选择 芽孢杆菌属的细菌转酮酶 缺 陷 突 变 株 积 累 D- 核 糖 具 有 普 遍 性 。 而 E.coli 、 鼠伤寒沙门氏等细菌的转酮酸缺陷 突变株并不积累核糖， 突变株并不积累核糖 ， 都采用芽孢杆菌属细 菌。
3、其它标记
在维持转酮酶缺陷的情况下， 在维持转酮酶缺陷的情况下 ， 进一步诱变使菌体 带上具有高葡萄糖脱氢酶活性和丧失孢子形成能力， 带上具有高葡萄糖脱氢酶活性和丧失孢子形成能力，可 使D-核糖大量积累。 核糖大量积累。
4、利用基因工程
日本岩木盾等人首先将枯草杆菌染色体DNA 中的转 日本岩木盾等人首先将枯草杆菌染色体 DNA中的转 酮酶基因克隆到载体质粒PUB110中 酮酶基因克隆到载体质粒PUB110中，然后将氯霉素酰基 转移酶基因插入到转酮酶基因之中， 转移酶基因插入到转酮酶基因之中，造成转酮酶基因的 不可逆失活。经限制性内切酶Smal切后得到线状重组质 不可逆失活。经限制性内切酶Smal切后得到线状重组质 粒，将该线状重组质粒转化到枯草杆菌宿主菌中，构建 将该线状重组质粒转化到枯草杆菌宿主菌中， 转酮酶失活的D 核糖工程菌株。其核糖产量达52g/L。 转酮酶失活的D-核糖工程菌株。其核糖产量达52g/L。小 林等人将葡萄糖脱氢酶基因克隆到载体质粒PHY300PLK中 林等人将葡萄糖脱氢酶基因克隆到载体质粒PHY300PLK中， 然后转化到枯草芽孢杆菌中去。 然后转化到枯草芽孢杆菌中去。构建扩增葡萄糖脱氢酶 的D-核糖工程菌，350C发酵80h可积累49g/LD-核糖。 核糖工程菌， 发酵80h可积累49g/LD-核糖。
在某种意义上， 可把ATP 当作糖代谢的末端 在某种意义上 ， 可把 ATP当作糖代谢的末端 产物。 ATP过量时会对合成 过量时会对合成ATP系统产生反馈抑 产物。当ATP过量时会对合成ATP系统产生反馈抑 ATP分解为 分解为ADP、 Pi时 制 。 当 ATP 分解为 ADP、AMP 、 Pi 时 。 将其能量 供给合成反应时，ATP生物合成的反馈调节被解除 生物合成的反馈调节被解除， 供给合成反应时，ATP生物合成的反馈调节被解除， ATP又得以合成 因此，能量不仅调节生成ATP的 ATP又得以合成。因此，能量不仅调节生成ATP的 又得以合成。 分解代谢酶类的活性，也能调节利用ATP的生物合 分解代谢酶类的活性，也能调节利用ATP的生物合 成酶类的活性。 成酶类的活性。糖代谢和中心代谢途径中的酶活性 受能荷的调节。 受能荷的调节。
二、柠檬酸合成途径的发现
1940年 1940年，Krebs: TCA； TCA； 1953年 Jagnnathan证实黑曲霉中存在 1953年，Jagnnathan证实黑曲霉中存在EMP途 证实黑曲霉中存在EMP途 径所有酶； 径所有酶； 1954年 Shu提出葡萄糖 1954年，Shu提出葡萄糖80%经EMP途径代谢； 提出葡萄糖80%经EMP途径代谢 途径代谢； 1954-1955年 Ramakrishman等发现黑曲霉中 1954-1955年，Ramakrishman等发现黑曲霉中 存在TCA循环 循环。 存在TCA循环。
图4－1 能量生成代谢体系的调节
当能荷降低时：则激活催化糖分解， 能量生成） 当能荷降低时：则激活催化糖分解，（能量生成） 酶系，或解除ATP对这些酶的抑制 如糖原磷酸化酶、 酶系，或解除ATP对这些酶的抑制（如糖原磷酸化酶、 对这些酶的抑制（ 果糖磷酸激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、 果糖磷酸激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、反 丁烯二酸酶等）并抑制糖原合成酶， 丁烯二酸酶等）并抑制糖原合成酶，1、6磷酸果糖酯 从而加速糖分解和TCA的产能代谢 的产能代谢。 酶，从而加速糖分解和TCA的产能代谢。 当能荷升高时：细胞中AMP，ADP转变为ATP， 当能荷升高时：细胞中AMP，ADP转变为 转变为ATP， 这时ATP则抑制糖原降解以及糖酵解和 则抑制糖原降解以及糖酵解和TCA环中的关 这时ATP则抑制糖原降解以及糖酵解和TCA环中的关 键酶（如糖原磷酸化酶，磷酸果糖激酶， 键酶（如糖原磷酸化酶，磷酸果糖激酶，柠檬酸合成 异柠檬酸脱氢酶）并激活糖类合成酶（ 酶，异柠檬酸脱氢酶）并激活糖类合成酶（糖原合成 果糖酯酶）从而抑制糖的分解， 酶、1、6-P-果糖酯酶）从而抑制糖的分解，加速糖原 的合成。 的合成。
三羧酸循环
ATP
GTP GDP
H H NADH+H+
草酰琥珀酸
CO2 2
琥珀酸
α-酮戊二酸 酮戊二酸 琥珀酰CoA 琥珀酰
CO2 NADH+H+ H H NAD+
磷酸戊糖途径：又称 途径(己糖磷酸支路 磷酸戊糖途径：又称HMP途径 己糖磷酸支路） 途径 己糖磷酸支路） 是糖类的第二条重要代谢途径， 是糖类的第二条重要代谢途径，即葡萄糖分解的另外一种机 制（不经EMP和TCA)。这种途径存在于细胞溶胶中，广泛存在于 不经EMP和TCA)。这种途径存在于细胞溶胶中， EMP 动植物细胞内。它由一个循环式的反应体系构成，起始物为6 动植物细胞内。它由一个循环式的反应体系构成，起始物为6-磷 NADPH和Pi等 酸-葡萄糖，经过氧化分解后产生磷酸戊糖、CO2、NADPH和Pi等。 葡萄糖，经过氧化分解后产生磷酸戊糖、 该途径分为2个阶段： 该途径分为2个阶段： 氧化阶段: 氧化阶段:由6－磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧生成磷酸戊糖 非氧化阶段:磷酸戊糖分子再经重排最终又生成6 磷酸葡萄糖 非氧化阶段:磷酸戊糖分子再经重排最终又生成6－磷酸葡萄糖。 总反应式为： 总反应式为： 6×6-磷酸葡萄糖 × 磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖+12NADP++7H2O 5×6-磷酸葡萄糖 × 磷酸葡萄糖
第一阶段
6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶 磷酸葡萄糖酸脱氢酶
3CO2
5-磷酸核酮糖 5) ×3 磷酸核酮糖(C 磷酸核酮糖 5-磷酸木酮糖 磷酸木酮糖 C5 5-磷酸核糖 磷酸核糖 C5 7-磷酸景天糖 磷酸景天糖 C7 4-磷酸赤藓糖 磷酸赤藓糖 C4 6-磷酸果糖 磷酸果糖 C6 5-磷酸木酮糖 磷酸木酮糖 C5 3-磷酸甘油醛 磷酸甘油醛 C3 6-磷酸果糖 磷酸果糖 C6
二、糖代谢的调节－能荷的调节 糖代谢的调节－
1、能荷的概念（energy charge） 能荷的概念（ charge） 能荷是一个表示细胞能量状态的参数。 能荷是一个表示细胞能量状态的参数。是细胞中所含腺 苷酸中含有相当于ATP的数量百分比 其表示式为：能荷= 的数量百分比， 苷酸中含有相当于ATP的数量百分比， 其表示式为： 能荷 = [ATP]+0 [ADP]） [ATP]+[ADP]+[AMP]） 100% （[ATP]+0.5[ADP]）/（[ATP]+[ADP]+[AMP]）×100% 当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为1 当细胞中腺苷酸全部是ATP，能荷为1； 当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为0 当细胞中腺苷酸全部是ADP，能荷为0.5； 当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为0 当细胞中腺苷酸全部是AMP，能荷为0 当细胞或线粒体中三种核苷酸同时并存时， 当细胞或线粒体中三种核苷酸同时并存时，能荷大小随 三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化。 三者比例而异，三者的比例随细胞生理状态而变化。
5、增加前体物的合成。 增加前体物的合成。 6、切断核糖向下代谢的途径。 切断核糖向下代谢的途径。 7、选育耐高渗透压突变株。 选育耐高渗透压突变株。 8、防回复突变，注意菌种纯化，减少传代次数。 防回复突变，注意菌种纯化，减少传代次数。
9、发酵控制
发酵培养基： 发酵培养基： 碳源：葡萄糖、D-甘露糖、山梨醇、D-甘露醇、麦芽糖、 碳源：葡萄糖、 甘露糖、山梨醇、 甘露醇、麦芽糖、 乳糖、甘油、 糊精、可溶性淀粉等。 乳糖、甘油、 糊精、可溶性淀粉等。 氮源：干酵母、酵母膏、牛肉膏、蛋白胨 、玉米浆 、 氮源：干酵母、酵母膏、牛肉膏、蛋白胨 （NH4）2SO4、CaCO3 。 要在好气条件下，pH中性，温度370C 。 要在好气条件下，pH中性，温度37 中性
3、氧化磷酸化：以代谢物进行生物氧化所产 氧化磷酸化： 生的能量合成高能化合物（如ATP）的过程 生的能量合成高能化合物（如ATP）的过程 称为氧化磷酸化。 4、P/O比值：表示氧的消耗与ATP生成的个 比值： 、 比值 数间的关系，即每消耗1摩尔氧所消耗无机 磷的摩尔数，它表明每消耗1摩尔的氧所能 生成的ATP分子个数的多少。NADH呼吸链 P/O=3，FADH2 呼吸链P/O=2。
+6CO2+12NADPH+12H++6Pi
磷 酸 戊 糖 途 径
6-磷酸葡萄糖 6)×3 磷酸葡萄糖(C × 磷酸葡萄糖
3NADP+ 3NADP+3H+
6-磷酸葡萄糖脱氢酶 磷酸葡萄糖脱氢酶
6-磷酸葡萄糖酸内酯 6)×3 磷酸葡萄糖酸内酯(C × 磷酸葡萄糖酸内酯 6-磷酸葡萄糖酸 6)×3 磷酸葡萄糖酸(C × 磷酸葡萄糖酸
微生物发酵葡萄 糖最为重要， 糖最为重要，有机 物只是部分被氧化， 物只是部分被氧化， 如葡萄糖到丙酮酸， 如葡萄糖到丙酮酸， 称为糖酵解。 称为糖酵解。
乙酰CoA H2O
CoA
柠檬酸
H2O
草酰乙酸
NADH+H+ H H NAD+
顺乌头酸
H2O
苹果酸
异柠檬酸
NAD+
H2O
延胡索酸
H2 FADH2 FAD
第三节 柠檬酸发酵
一、柠檬酸简介
柠檬酸又名枸橼酸，学名α-羟基丙烷三羧酸，是 柠檬酸又名枸橼酸，学名α 羟基丙烷三羧酸， 生物体主要代谢产物之一。化学名称2 生物体主要代谢产物之一。化学名称2-羟基丙三 羧酸，英文文献俗名citric acid，分子式C 羧酸，英文文献俗名citric acid，分子式C6H8O7。 无色或白色晶体，无臭，味极酸， 无色或白色晶体，无臭，味极酸，易溶于水和乙 微溶于乙醚、水溶液呈酸性反应。 醇、微溶于乙醚、水溶液呈酸性反应。
代谢控制发酵
Chapter 4 糖代谢与控制
第一节 糖代谢与调节
一、概述
“三羧酸循环” 有氧情况 好氧 生物 “糖酵解” CO2 + H2O “乙醛酸循环”
葡 萄 糖
不需氧
丙酮酸
缺氧情况
“乳酸发酵”
乳酸
厌氧 “乳酸发酵”、“乙醇发酵” 乳酸或乙醇 生物
“磷酸戊糖途径” 需氧 CO2 + H2O
EMP途径 EMP途径
第 二 阶 段
3-磷酸 磷酸 甘油醛 C3
CO2的固定反应
（1） ）
COOH CO + CO2 + ATP + H2O CH3 丙酮酸
Mg2+
COOH CO CH2 COOH 草酰乙酸 + ADP + Pi + 2H+
（2） ）
COOH CO CH2 烯醇式磷酸丙酮酸 P + GDP + CO2
Mn2+
2、转酮酶缺陷突变株的分离（选育） 转酮酶缺陷突变株的分离（选育）
（1）选育不利用D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖的突变株， 选育不利用D 葡萄糖酸或L 阿拉伯糖的突变株， 因为D 葡萄糖酸和L 因为D-葡萄糖酸和L-阿拉伯糖必须通过磷酸戌糖途径 进行代谢，若转酮酶发生缺陷， 进行代谢，若转酮酶发生缺陷，那样菌体自然也就不 能利用D 葡萄糖酸或L 阿拉伯糖。 能利用D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖。 （2）选育莽草酸缺陷突变株 （ 3 ） 选育 L-色氨酸 - 、 L- 酪氨酸- 、 L-phe- 、 CoQ- 、 Vk选育L 或叶酸缺陷突变、 磷酸赤藓糖合成受阻、 或叶酸缺陷突变、4-磷酸赤藓糖合成受阻、 转酮酶-、 转醛酶-。
2、呼吸链：从代谢物脱下的氢，经过一系 从代谢物脱下的氢， 从代谢物脱下的氢 列传递体， 列传递体，最终传给分子氧生成水的全部 体系称为呼吸链。又称为电子传递体系。 体系称为呼吸链。又称为电子传递体系。 根据代谢物脱下的氢的最初受体不同，分 为NADH呼吸链 呼吸链和FADH2呼吸链 呼吸链。 呼吸链
COOH CO + GTP CH2 COOH 草酰乙酸
（3） ）
丙酮酸
苹果酸
草酰乙酸
电子传递系统与氧化磷酸化 1.生物氧化：在生物体内生物酶的催化作用 1.生物氧化 生物氧化： 下，凡是能通过氧化作用释放能量的反应 都称为生物氧化作用。 都称为生物氧化作用。 过程：脱氢、递氢、 过程：脱氢、递氢、受ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 脱氢
第二节 D-核糖发酵
（一）D-核糖发酵机制
（二）D-核糖发酵的代谢控制育种
1 、 出发菌株选择 芽孢杆菌属的细菌转酮酶 缺 陷 突 变 株 积 累 D- 核 糖 具 有 普 遍 性 。 而 E.coli 、 鼠伤寒沙门氏等细菌的转酮酸缺陷 突变株并不积累核糖， 突变株并不积累核糖 ， 都采用芽孢杆菌属细 菌。
3、其它标记
在维持转酮酶缺陷的情况下， 在维持转酮酶缺陷的情况下 ， 进一步诱变使菌体 带上具有高葡萄糖脱氢酶活性和丧失孢子形成能力， 带上具有高葡萄糖脱氢酶活性和丧失孢子形成能力，可 使D-核糖大量积累。 核糖大量积累。
4、利用基因工程
日本岩木盾等人首先将枯草杆菌染色体DNA 中的转 日本岩木盾等人首先将枯草杆菌染色体 DNA中的转 酮酶基因克隆到载体质粒PUB110中 酮酶基因克隆到载体质粒PUB110中，然后将氯霉素酰基 转移酶基因插入到转酮酶基因之中， 转移酶基因插入到转酮酶基因之中，造成转酮酶基因的 不可逆失活。经限制性内切酶Smal切后得到线状重组质 不可逆失活。经限制性内切酶Smal切后得到线状重组质 粒，将该线状重组质粒转化到枯草杆菌宿主菌中，构建 将该线状重组质粒转化到枯草杆菌宿主菌中， 转酮酶失活的D 核糖工程菌株。其核糖产量达52g/L。 转酮酶失活的D-核糖工程菌株。其核糖产量达52g/L。小 林等人将葡萄糖脱氢酶基因克隆到载体质粒PHY300PLK中 林等人将葡萄糖脱氢酶基因克隆到载体质粒PHY300PLK中， 然后转化到枯草芽孢杆菌中去。 然后转化到枯草芽孢杆菌中去。构建扩增葡萄糖脱氢酶 的D-核糖工程菌，350C发酵80h可积累49g/LD-核糖。 核糖工程菌， 发酵80h可积累49g/LD-核糖。
在某种意义上， 可把ATP 当作糖代谢的末端 在某种意义上 ， 可把 ATP当作糖代谢的末端 产物。 ATP过量时会对合成 过量时会对合成ATP系统产生反馈抑 产物。当ATP过量时会对合成ATP系统产生反馈抑 ATP分解为 分解为ADP、 Pi时 制 。 当 ATP 分解为 ADP、AMP 、 Pi 时 。 将其能量 供给合成反应时，ATP生物合成的反馈调节被解除 生物合成的反馈调节被解除， 供给合成反应时，ATP生物合成的反馈调节被解除， ATP又得以合成 因此，能量不仅调节生成ATP的 ATP又得以合成。因此，能量不仅调节生成ATP的 又得以合成。 分解代谢酶类的活性，也能调节利用ATP的生物合 分解代谢酶类的活性，也能调节利用ATP的生物合 成酶类的活性。 成酶类的活性。糖代谢和中心代谢途径中的酶活性 受能荷的调节。 受能荷的调节。
二、柠檬酸合成途径的发现
1940年 1940年，Krebs: TCA； TCA； 1953年 Jagnnathan证实黑曲霉中存在 1953年，Jagnnathan证实黑曲霉中存在EMP途 证实黑曲霉中存在EMP途 径所有酶； 径所有酶； 1954年 Shu提出葡萄糖 1954年，Shu提出葡萄糖80%经EMP途径代谢； 提出葡萄糖80%经EMP途径代谢 途径代谢； 1954-1955年 Ramakrishman等发现黑曲霉中 1954-1955年，Ramakrishman等发现黑曲霉中 存在TCA循环 循环。 存在TCA循环。
图4－1 能量生成代谢体系的调节
当能荷降低时：则激活催化糖分解， 能量生成） 当能荷降低时：则激活催化糖分解，（能量生成） 酶系，或解除ATP对这些酶的抑制 如糖原磷酸化酶、 酶系，或解除ATP对这些酶的抑制（如糖原磷酸化酶、 对这些酶的抑制（ 果糖磷酸激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、 果糖磷酸激酶、柠檬酸合成酶、异柠檬酸脱氢酶、反 丁烯二酸酶等）并抑制糖原合成酶， 丁烯二酸酶等）并抑制糖原合成酶，1、6磷酸果糖酯 从而加速糖分解和TCA的产能代谢 的产能代谢。 酶，从而加速糖分解和TCA的产能代谢。 当能荷升高时：细胞中AMP，ADP转变为ATP， 当能荷升高时：细胞中AMP，ADP转变为 转变为ATP， 这时ATP则抑制糖原降解以及糖酵解和 则抑制糖原降解以及糖酵解和TCA环中的关 这时ATP则抑制糖原降解以及糖酵解和TCA环中的关 键酶（如糖原磷酸化酶，磷酸果糖激酶， 键酶（如糖原磷酸化酶，磷酸果糖激酶，柠檬酸合成 异柠檬酸脱氢酶）并激活糖类合成酶（ 酶，异柠檬酸脱氢酶）并激活糖类合成酶（糖原合成 果糖酯酶）从而抑制糖的分解， 酶、1、6-P-果糖酯酶）从而抑制糖的分解，加速糖原 的合成。 的合成。
三羧酸循环
ATP
GTP GDP
H H NADH+H+
草酰琥珀酸
CO2 2
琥珀酸
α-酮戊二酸 酮戊二酸 琥珀酰CoA 琥珀酰
CO2 NADH+H+ H H NAD+
磷酸戊糖途径：又称 途径(己糖磷酸支路 磷酸戊糖途径：又称HMP途径 己糖磷酸支路） 途径 己糖磷酸支路） 是糖类的第二条重要代谢途径， 是糖类的第二条重要代谢途径，即葡萄糖分解的另外一种机 制（不经EMP和TCA)。这种途径存在于细胞溶胶中，广泛存在于 不经EMP和TCA)。这种途径存在于细胞溶胶中， EMP 动植物细胞内。它由一个循环式的反应体系构成，起始物为6 动植物细胞内。它由一个循环式的反应体系构成，起始物为6-磷 NADPH和Pi等 酸-葡萄糖，经过氧化分解后产生磷酸戊糖、CO2、NADPH和Pi等。 葡萄糖，经过氧化分解后产生磷酸戊糖、 该途径分为2个阶段： 该途径分为2个阶段： 氧化阶段: 氧化阶段:由6－磷酸葡萄糖直接脱氢脱羧生成磷酸戊糖 非氧化阶段:磷酸戊糖分子再经重排最终又生成6 磷酸葡萄糖 非氧化阶段:磷酸戊糖分子再经重排最终又生成6－磷酸葡萄糖。 总反应式为： 总反应式为： 6×6-磷酸葡萄糖 × 磷酸葡萄糖 磷酸葡萄糖+12NADP++7H2O 5×6-磷酸葡萄糖 × 磷酸葡萄糖