補充材料 發(fā)酵機制

1、 重點重點：糖酵解途徑的特點及調節(jié)機制；糖酵解途徑的特點；酒精發(fā)酵機制；乙醇生成機制；甘油的合成機制；乳酸發(fā)酵機制；同型乳酸發(fā)酵； 難點：糖酵解的調節(jié)機制；巴斯德效應；酒精發(fā)酵中副產物的生成；異型乳酸發(fā)酵； 發(fā)酵機制：微生物通過其代謝活動，利用基質（低物）合成人們所需要的代謝產物的內在規(guī)律。 微生物菌體積累的代謝產物 酶 厭氧發(fā)酵：酒精、甘油、乳酸、丙酮、丁醇 代謝產物 好氣發(fā)酵：有機酸、氨基酸、蛋白質、核苷酸等 發(fā)酵機制研究的內容發(fā)酵機制研究的內容： 1.微生物的生理代謝規(guī)律（就是各種代謝產物合成途徑及代謝調節(jié)機制）； 2.環(huán)境因素（營養(yǎng)條件、培養(yǎng)條件等）對代謝的影響及改變代謝的措施； 糖厭

2、氣性發(fā)酵產物積累機制糖厭氣性發(fā)酵產物積累機制 厭氣發(fā)酵產物：酒精發(fā)酵、甘油發(fā)酵、同型乳酸發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、混合酸發(fā)酵等第一節(jié)第一節(jié) 糖酵解途徑及調節(jié)機制糖酵解途徑及調節(jié)機制一、糖酵解途徑的特點：一、糖酵解途徑的特點：1.是除蘭綠藻外的幾乎所有生物葡萄糖分解的共同途徑，廣泛存在于各種細胞中，每個反應都不需要氧參與。2.分為兩個階段。3.糖酵解有10多個反應組成，每個反應都在酶的作用下完成，這些酶包括：4.其他糖類（如淀粉、乳糖等）作為碳源和能源時，是通過葡萄糖或其他中間產物并入糖酵解途徑的。5、在不同的有機體和不同條件下，H2的受體不同，因此丙酮酸的去路也不同。這是因為氫的受體不同 3-磷酸甘

3、油醛 1，3-二磷酸甘油酸甘油醛脫氫酶甘油醛脫氫酶二、糖酵解調節(jié)機制二、糖酵解調節(jié)機制 調節(jié)點主要是三個激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三個反應是不可逆的，只參與糖酵解，不參與糖的新生。而激酶的活性是受細胞能荷調節(jié)的。 (ATP+ADP)(ATP+ADP+AMP) 為一定比例，該比例叫能荷。 無機磷也是調節(jié)者，它能解除6-磷酸葡萄糖對己糖激酶的抑制，加快糖酵解。第二節(jié)第二節(jié) 酒精發(fā)酵機制酒精發(fā)酵機制一、酒精生成機制一、酒精生成機制 以丙酮酸脫羧酶產生的乙醛作為氫受體： 丙酮酸 CO2+乙醛乙醇（） NADH+H+ NADH+ 以上是酵母酒精發(fā)酵型。二、巴斯德效應二、巴斯德效應

4、 在好氣條件下，酵母菌發(fā)酵能力下降（細胞內糖代謝降低，乙醇積累減少）；不僅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和發(fā)酵能力的其他細胞中。 在好氣條件下：糖代謝進入TCA環(huán) 檸檬酸、ATP 抑制磷酸激酶的合成 6-P-葡萄糖（積累） 反饋抑制己糖激酶 抑制葡萄糖進入細胞內 葡萄糖利用降低。三、酒精發(fā)酵中的副產物三、酒精發(fā)酵中的副產物 主產物：乙醇、CO2酵母菌酒精發(fā)酵 醇類（雜醇油） 醛類（糠醛） 酸類（琥珀酸） 酯類1.雜醇油的形成途徑： 氨基酸氧化脫氨作用； 由葡萄糖直接形成： 葡萄糖-酮酸高級-酮酸 高級醇 正丙醇的形成： 蘇氨酸-氨基-2丁烯酸-丁酮酸醛正丙醇2.影響雜醇油形成的條件 菌種 培養(yǎng)

5、基組成 發(fā)酵條件脫羧脫羧活性乙醛第三節(jié)第三節(jié) 甘油的合成機制甘油的合成機制 酵母菌中的乙醇脫氫酶活性很強，乙醛作為氫受體被還原成乙醇的反應進行得很徹底，因此，在乙醇發(fā)酵中，甘油的生成量很少。1.如果采取某些手段阻止乙醛作為氫受體時，磷酸二羥丙酮則代替乙醛作為氫受體形成甘油，這樣發(fā)酵轉為甘油發(fā)酵，稱為酵母型發(fā)酵。2.酵母菌在堿性條件下，由于乙醛生成等量的乙酸和乙醇，因此，乙醛作為氫受體的作用也被抑制，這時磷酸二羥丙酮成為氫受體，這樣發(fā)酵產生的總的產物為甘油、乙酸、乙醇，這就是酵母型發(fā)酵。第四節(jié)第四節(jié) 乳酸發(fā)酵機制乳酸發(fā)酵機制 乳酸菌的同型乳酸發(fā)酵 乳酸發(fā)酵 明串珠菌等的異型乳酸發(fā)酵一、同型乳酸發(fā)

6、酵一、同型乳酸發(fā)酵 多數(shù)乳酸菌不具有脫羧酶，丙酮酸不能脫羧生成乙醛，而能在乳酸脫氫酶作用下作為氫受體被還原成乳酸。二、異型乳酸發(fā)酵二、異型乳酸發(fā)酵 1. 6-磷酸葡萄糖酸的途徑（磷酸酮解途徑） 2. 雙歧途徑（磷酸酮糖途徑）一、氨基酸發(fā)酵機制 典型的代謝控制發(fā)酵 發(fā)酵產物氨基酸：中間代謝產物 積累：要求微生物正常代謝的抑制 關鍵：控制機制被解除 打破微生物正常代謝調節(jié)好氧發(fā)酵機制1. 控制發(fā)酵環(huán)境條件2. 控制細胞滲透性 氨基酸發(fā)酵必須考慮的重要因素 細胞內生物素水平高，Glu不能通過細胞膜 青霉素影響細胞壁合成 表面活性劑增加細胞膜通透性3. 控制旁路代謝4. 降低反饋 作用物濃度5. 消除

7、終產物的反饋抑制與阻遏作用 1、定義 廣義：利用微生物生產有用代謝一種生產方式。 狹義：厭氧條件下，以自身內部某些中間代謝 產物作為最終氫（電子）受體的產能過程 特點： 1）通過底物水平磷酸化產ATP； 2）葡萄糖氧化不徹底，大部分能量存在于 發(fā)酵產物中； 3）產能率低； 4）產多種發(fā)酵產物。 發(fā)酵（fermentantion）的定義和類型2、發(fā)酵類型1） 乙醇發(fā)酵 a、酵母型乙醇發(fā)酵 1 G 2丙酮酸 2 乙醛 + CO2 2 乙醇 + 2 ATP 條件：pH 3.54.5 , 厭氧菌種：釀酒酵母、少數(shù)細菌（胃八疊球菌、解淀粉歐文氏菌等） i、加入NaHSO4 NaHSO4 + 乙醛 磺化羥

8、乙醛（難溶） ii、弱堿性（pH 7.5） 2 乙醛 1 乙酸 + 1 乙醇 （歧化反應）磷酸二羥丙酮作為氫受體，經(jīng)水解去磷酸生成甘甘油發(fā)酵（EMP）-亞硫酸氫鈉必須控制亞適量（3%） b、細菌型乙醇發(fā)酵 (發(fā)酵單胞菌和嗜糖假單胞菌) 同型酒精發(fā)酵 1 G 2 丙酮酸 代謝速率高，產物轉化率高，發(fā)酵周期短等。缺點是生長pH較高，較易染雜菌，并且對乙醇的耐受力較酵母菌低. （ED）乙醇乙醇 + 1ATP 異型酒精發(fā)酵(乳酸菌、腸道菌和一些嗜熱細菌） 1 G 2 丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）（丙酮酸甲酸解酶）乙醛 乙醇乙醇甲酸甲酸 + 乙酰- CoA無丙酮酸脫羧酶而有乙醛脫氫酶 2）乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵

9、同型乳酸發(fā)酵 （德氏乳桿菌、植物乳桿菌等） EMP途徑（丙酮酸 乳酸） 異型乳酸發(fā)酵（PK途徑） 腸膜明串株菌（PK） 產能 ：1ATP 雙歧雙歧桿菌（PK、HK） 產能：2G 5 ATP即 1G 2.5ATP 3)混合酸、丁二醇發(fā)酵a 混合酸發(fā)酵： 腸道菌（E.coli、沙氏菌、志賀氏菌等）1 G丙酮酸乳酸乳酸乳酸脫氫酶乳酸脫氫酶 乙酰-CoA +甲酸甲酸丙酮酸甲酸解酶丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸丙酸PEP羧化酶羧化酶磷酸轉乙酰基酶磷酸轉乙?；敢胰┟摎涿敢胰┟摎涿敢宜峒っ敢宜峒っ敢掖济摎涿敢掖济摎涿敢宜嵋宜?乙醇乙醇E.coli與志賀氏菌的區(qū)別：葡萄糖發(fā)酵試驗： E.coli、產氣腸桿菌 甲

10、酸 CO2 + H2 （甲酸氫解酶甲酸氫解酶、H+） 志賀氏菌無此酶，故發(fā)酵G 不產氣。CO2 + H2 b b 丁二醇發(fā)酵（丁二醇發(fā)酵（2 2，3-3-丁二醇發(fā)酵）丁二醇發(fā)酵） 腸桿菌、沙雷氏菌、歐文氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羥基丁酮乙二酰紅色物質（乙酰乳酸脫氫酶）（乙酰乳酸脫氫酶）（OHOH- -、O O2 2）中性丁二醇丁二醇精氨酸胍基其中兩個重要的鑒定反應： 1 、VP實驗 2、甲基紅（M.R）反應產氣腸桿菌： V.P.試驗（+），甲基紅（-） E.coli： V.P.試驗（-），甲基紅（+）V.P.試驗的原理：4）丙酮-丁醇發(fā)酵 嚴格厭氧菌進行的 唯一能大規(guī)模生產的發(fā)酵產品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1） 丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum)2丙酮酸2乙酰-CoA乙酰-乙酰 CoA丙酮丙酮 +CO2（CoA轉移酶）轉移酶）丁醇丁醇縮合 5）氨基酸的發(fā)酵產能（stickland反應）發(fā)酵菌體：生孢梭菌生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、雙 酶梭菌等。 特點：氨基酸的氧化與另一些氨基酸還原相偶聯(lián)； 產能效率低（1ATP） 氫供體（氧化