發(fā)酵機(jī)制及控制

1、關(guān)于發(fā)酵機(jī)制及控制現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第一頁，共90頁4-1 4-1 糖的代謝與調(diào)節(jié)糖的代謝與調(diào)節(jié)本節(jié)主要介紹糖代謝的幾條本節(jié)主要介紹糖代謝的幾條代謝途徑代謝途徑，和其和其調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)節(jié)機(jī)制，并簡(jiǎn)單介紹糖代謝厭氧，并簡(jiǎn)單介紹糖代謝厭氧發(fā)酵產(chǎn)物發(fā)酵產(chǎn)物乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)乙醇的發(fā)酵生產(chǎn)。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二頁，共90頁一、糖代謝的途徑一、糖代謝的途徑 糖代謝的主要途徑有：糖代謝的主要途徑有：1 1、糖的酵解途徑、糖的酵解途徑EMPEMP途徑途徑2 2、TCATCA循環(huán)循環(huán)3 3、HMPHMP途徑（磷酸戊糖途徑）途徑（磷酸戊糖途徑）4 4、ED ED 途徑途徑現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三頁，共90頁1 1、糖的酵解途徑、糖的酵解

2、途徑EMPEMP途徑途徑 其產(chǎn)物是：其產(chǎn)物是：丙酮酸丙酮酸 丙酮酸丙酮酸有氧氧化生有氧氧化生成：成： 乙酰輔酶乙酰輔酶A A 丙酮酸丙酮酸無氧代謝無氧代謝：脫羧，生成乙醛，乙醛還原生：脫羧，生成乙醛，乙醛還原生成乙醇成乙醇現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四頁，共90頁2 2、TCATCA循環(huán)循環(huán)v 丙酮酸在丙酮酸在有氧有氧的條件下，在丙酮酸氧化脫羧酶系（脫氫的條件下，在丙酮酸氧化脫羧酶系（脫氫酶）的作用下，酶）的作用下，氧化脫羧氧化脫羧生成乙酰輔酶生成乙酰輔酶A A （CHCH3 3-CO-CO-SCoA SCoA ） 進(jìn)入進(jìn)入TCATCA循環(huán)，徹底氧化成循環(huán)，徹底氧化成COCO2 2和和H H2 2OO?？偟?/p>

3、反應(yīng)總的反應(yīng)式：式： C C6 6H H1212OO6 6 = 6CO = 6CO2 2 + 6H + 6H2 2O +32ATPO +32ATP現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五頁，共90頁v TCA TCA一圈，即每分子乙酰輔酶一圈，即每分子乙酰輔酶A A氧化，有：氧化，有： 2.5ATP*3 +1.5 +1 +2.5 總計(jì)：總計(jì)：2*（2.5ATP*3 +1.5 +1 +2.5 ）+ 2.5*2 +2=32ATP現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六頁，共90頁 將葡萄糖徹底氧化成將葡萄糖徹底氧化成COCO2 2和和H H2 2OO，并有，并有2929分子的分子的ATPATP生生成成 特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1 1）中間代謝產(chǎn)物中有，）

4、中間代謝產(chǎn)物中有，C C7 7 、C C5 5 、C C4 4 有利于微生物的有利于微生物的合成代謝。合成代謝。（2 2）只有）只有NADPNADP參入氧化脫氫反應(yīng)，可以產(chǎn)生大量的參入氧化脫氫反應(yīng)，可以產(chǎn)生大量的NADPHNADPH （3 3）是一條高產(chǎn)能的氧化途徑。）是一條高產(chǎn)能的氧化途徑。v 反應(yīng)式：反應(yīng)式：C C6 6H H1212OO6 6 = 6CO = 6CO2 2 + 6H + 6H2 2O +29ATPO +29ATP3 3、HMPHMP途徑（磷酸戊糖途徑）途徑（磷酸戊糖途徑）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七頁，共90頁常見的是細(xì)菌的常見的是細(xì)菌的EDED途徑，發(fā)酵生產(chǎn)乙醇。途徑，發(fā)酵生產(chǎn)乙醇

5、。反應(yīng)式：反應(yīng)式： C C6 6H H1212OO6 6 = 2 = 2丙酮酸丙酮酸 +2TP + NADPH + NADH+2TP + NADPH + NADH例如：在例如：在谷氨酸發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵中，中， 菌體生長(zhǎng)期：菌體生長(zhǎng)期：EMP / HMP =38%EMP / HMP =38% GA GA 合成期：合成期：EMP / HMP =26%EMP / HMP =26%4 4、ED ED 途徑途徑現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八頁，共90頁 1. 1.糖代謝的能荷調(diào)節(jié)糖代謝的能荷調(diào)節(jié) 能荷能荷 = ATP +1/2ADP / ATP +ADP +AMP= ATP +1/2ADP / ATP +ADP +AM

6、P 顯然，能荷在顯然，能荷在0 01 1之間之間v糖原糖原 葡萄糖葡萄糖 產(chǎn)生產(chǎn)生ATPATP關(guān)鍵酶關(guān)鍵酶 ： G G 磷酸化酶磷酸化酶 磷酸果糖激酶（磷酸果糖激酶（PFK)PFK) 異檸檬酸脫氫酶異檸檬酸脫氫酶 檸檬酸合成酶檸檬酸合成酶 因此，因此，能荷對(duì)糖代謝的調(diào)節(jié)是方向性的能荷對(duì)糖代謝的調(diào)節(jié)是方向性的。二、糖代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制二、糖代謝的調(diào)節(jié)機(jī)制現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第九頁，共90頁2 2、生物素的調(diào)節(jié)、生物素的調(diào)節(jié) 生物素對(duì)糖代謝的調(diào)節(jié)與能荷的調(diào)節(jié)是不同的，生物素對(duì)糖代謝的調(diào)節(jié)與能荷的調(diào)節(jié)是不同的，后者是對(duì)后者是對(duì)糖代謝流糖代謝流的調(diào)節(jié)，而生物素的主要作的調(diào)節(jié)，而生物素的主要作用是對(duì)用是對(duì)糖降解速率

7、糖降解速率的調(diào)節(jié)，通常的調(diào)節(jié)，通常生物素能夠促進(jìn)生物素能夠促進(jìn)糖的糖的EPMEPM途徑途徑，對(duì)，對(duì)TCATCA循環(huán)也有促進(jìn)作用，對(duì)糖循環(huán)也有促進(jìn)作用，對(duì)糖的的HMP HMP 途徑也有促進(jìn)作用，但是，對(duì)上述三條途徑也有促進(jìn)作用，但是，對(duì)上述三條途徑的促進(jìn)作用的大小卻不同，對(duì)途徑的促進(jìn)作用的大小卻不同，對(duì)EMP EMP 途徑的途徑的促進(jìn)作用較大促進(jìn)作用較大。3 3、磷酸鹽的調(diào)節(jié)作用、磷酸鹽的調(diào)節(jié)作用三、酵母菌的酒精發(fā)酵三、酵母菌的酒精發(fā)酵生產(chǎn)簡(jiǎn)介生產(chǎn)簡(jiǎn)介現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十頁，共90頁4-24-2酵母菌的甘油發(fā)酵酵母菌的甘油發(fā)酵一、行業(yè)簡(jiǎn)介一、行業(yè)簡(jiǎn)介 1 1、應(yīng)用、應(yīng)用v化工領(lǐng)域化工領(lǐng)域：環(huán)氧氯丙烷

8、，改性醇酸樹脂、酚醛：環(huán)氧氯丙烷，改性醇酸樹脂、酚醛樹脂等樹脂等v醫(yī)藥工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)：添加劑，潤(rùn)滑劑等：添加劑，潤(rùn)滑劑等v食品工業(yè)食品工業(yè)：甜味劑、保濕劑，對(duì)風(fēng)味也有獨(dú)特：甜味劑、保濕劑，對(duì)風(fēng)味也有獨(dú)特的影響的影響v在造紙、皮革、玻璃、化妝品等行業(yè)：約在造紙、皮革、玻璃、化妝品等行業(yè)：約17001700多多種產(chǎn)品需要。種產(chǎn)品需要?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十一頁，共90頁2 2、生產(chǎn)方法：、生產(chǎn)方法：（1 1）天然油脂天然油脂為原料：天然油脂為原料：天然油脂 肥皂，廢水肥皂，廢水回收甘油回收甘油v 原煙臺(tái)第二化工廠生產(chǎn)軍用甘油，其副產(chǎn)原煙臺(tái)第二化工廠生產(chǎn)軍用甘油，其副產(chǎn)品品（2 2）以）以丙烯丙烯為原料合成

9、為原料合成v 殼牌的氯化法，過乙酸法殼牌的氯化法，過乙酸法（3 3）發(fā)酵法發(fā)酵法甘油生產(chǎn)：厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵甘油生產(chǎn)：厭氧發(fā)酵、好氧發(fā)酵現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十二頁，共90頁3 3、我國發(fā)酵甘油在技術(shù)上與國外主要存在以下差距、我國發(fā)酵甘油在技術(shù)上與國外主要存在以下差距： （1 1）殘?zhí)歉?，）殘?zhí)歉撸?（2 2）規(guī)?；^少，）規(guī)?；^少，4 4、我國甘油市場(chǎng)的構(gòu)成與西方發(fā)達(dá)國家相比、我國甘油市場(chǎng)的構(gòu)成與西方發(fā)達(dá)國家相比也有較大的差異也有較大的差異：v 中國：涂料，中國：涂料，49%49%；醫(yī)藥食品，；醫(yī)藥食品，10%10%v 美國：涂料，美國：涂料，10%10%；醫(yī)藥食品，；醫(yī)藥食品，54%54%以上以

10、上現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十三頁，共90頁二、甘油的厭氧發(fā)酵二、甘油的厭氧發(fā)酵1 1、酵母菌代謝合成機(jī)制、酵母菌代謝合成機(jī)制現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十四頁，共90頁 1,6二磷酸果糖二磷酸果糖丙丙 酮酮 酸酸葡萄糖（磷酸化，葡萄糖激酶）葡萄糖（磷酸化，葡萄糖激酶）（磷酸果糖激酶）（磷酸果糖激酶）ATPATP3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸NADH磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮NAD+NADH乙乙 醛醛-磷酸甘油磷酸甘油NADH（甘油激酶）（甘油激酶）乙乙 醇醇甘甘 油油（乙醇脫氫酶）（乙醇脫氫酶）醛縮酶醛縮酶現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十五頁，共90頁2 2、亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵、亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵酵母菌在酒精

11、發(fā)酵時(shí)，如加入亞硫酸氫鈉等鹽酵母菌在酒精發(fā)酵時(shí)，如加入亞硫酸氫鈉等鹽類，它能與乙醛起類，它能與乙醛起加成作用加成作用，生成難溶的結(jié)晶狀，生成難溶的結(jié)晶狀亞硫酸納加成物，這樣就使乙醛不能作為受氫體亞硫酸納加成物，這樣就使乙醛不能作為受氫體，而迫使，而迫使磷酸二羥丙酮磷酸二羥丙酮作為受氫體，在作為受氫體，在- - 磷酸甘磷酸甘油脫氫酶（油脫氫酶（NADNAD為輔酶）為輔酶）催化下生成催化下生成- - 磷酸甘磷酸甘油，后者在油，后者在- - 磷酸甘油磷酸酯酶磷酸甘油磷酸酯酶催化下生成催化下生成- - 甘油。甘油。 CH2OH OH C6H12O6+NaHSO3 CHOH + CH3- C - OSO

12、2Na +CO2 CH2 OH O H 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十六頁，共90頁3 3、堿法甘油發(fā)酵、堿法甘油發(fā)酵雙分子歧化反應(yīng)雙分子歧化反應(yīng) 乙醛乙醛 + + 乙醛乙醛 = = 乙醇乙醇 + + 乙酸乙酸 則，則，NADHNADH沒有受體，使得沒有受體，使得菌體的代謝菌體的代謝流流 轉(zhuǎn)向合成甘油的方向進(jìn)行，從而生產(chǎn)大轉(zhuǎn)向合成甘油的方向進(jìn)行，從而生產(chǎn)大量的甘油。量的甘油。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十七頁，共90頁 4 4、厭氧甘油發(fā)酵的能量和轉(zhuǎn)化率的問題：、厭氧甘油發(fā)酵的能量和轉(zhuǎn)化率的問題：以葡萄糖為原料的甘油的厭氧發(fā)酵，產(chǎn)率不可能突以葡萄糖為原料的甘油的厭氧發(fā)酵，產(chǎn)率不可能突破破50%50%的轉(zhuǎn)化率。的轉(zhuǎn)化率。

13、5 5、厭氧甘油發(fā)酵的缺點(diǎn)：、厭氧甘油發(fā)酵的缺點(diǎn)：（1 1）堿性條件、無能量產(chǎn)生，導(dǎo)致菌體死亡堿性條件、無能量產(chǎn)生，導(dǎo)致菌體死亡率較高，率較高，。（2 2）轉(zhuǎn)化率較低。）轉(zhuǎn)化率較低?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十八頁，共90頁三、甘油的好氧發(fā)酵三、甘油的好氧發(fā)酵v在甘油發(fā)酵過程中在甘油發(fā)酵過程中通風(fēng)通風(fēng)，以減少酵母細(xì)胞的死亡，以減少酵母細(xì)胞的死亡率；另一方面，在適當(dāng)?shù)难醯拇嬖谙?，酵母?xì)率；另一方面，在適當(dāng)?shù)难醯拇嬖谙拢湍讣?xì)胞可以進(jìn)行胞可以進(jìn)行有限的有氧代謝有限的有氧代謝，為其自身的生長(zhǎng)，為其自身的生長(zhǎng)提供必需的提供必需的ATPATP。 v這種有限的好氧發(fā)酵，使得丙酮酸進(jìn)行這種有限的好氧發(fā)酵，使得丙酮酸進(jìn)行

14、TCATCA循循環(huán)的同時(shí)，也增加了環(huán)的同時(shí)，也增加了TCATCA循環(huán)過程中的許多中間循環(huán)過程中的許多中間性產(chǎn)物，對(duì)于甘油的提取帶來了不利的影響。性產(chǎn)物，對(duì)于甘油的提取帶來了不利的影響。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第十九頁，共90頁4-3 檸檬酸發(fā)酵機(jī)制與代謝調(diào)控檸檬酸發(fā)酵機(jī)制與代謝調(diào)控一、行業(yè)簡(jiǎn)介1.我國的檸檬酸發(fā)酵采用的菌種（黑曲霉）具有雙重功能 。2.盡管采用邊糖化邊發(fā)酵的工藝，但發(fā)酵周期只有64小時(shí) 。3.檸檬酸的產(chǎn)酸速度大大地高于國外水平。平均產(chǎn)酸速率是國外的2 倍。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十頁，共90頁v 葡萄糖v v 丙酮酸 + 丙酮酸 乙酰輔酶A(CH3CO-CoA)v vCO2固定反應(yīng)v 草酰乙酸

15、+ v （檸檬酸合成酶）v v v 檸檬酸現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十一頁，共90頁二、檸檬酸的生物合成途徑 用圖示之： 特點(diǎn)：順烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶酶順烏頭酸酶、異檸檬酸脫氫酶酶 的活性喪失或非常微弱 三、檸檬酸生物合成中的代謝調(diào)節(jié)與控制 1.磷酸果糖激酶（PFK）活性的調(diào)節(jié) 研究表明，微生物體內(nèi)的NH4+，可以解除檸檬酸對(duì)PFK的這種反饋抑制作用，在較高的NH4+的濃度下，細(xì)胞可以大量形成檸檬酸，那么NH4+濃度是如何升高的呢？現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十二頁，共90頁 Mn2+ 缺乏如何會(huì)使缺乏如何會(huì)使NH4+濃度升高呢濃度升高呢？外源氮源分解產(chǎn)生 氨基酸 菌體生長(zhǎng)合成蛋白質(zhì)） 氨基化合成氨基酸（消耗N

16、H4+）現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十三頁，共90頁2.順烏頭酸酶活性的控制 該酶的喪失或失活是阻斷TCA循環(huán)，大量生成檸檬酸的必要條件。通常檸檬酸產(chǎn)生菌體內(nèi)該酶的活性本身就要求很弱，但在發(fā)酵過程中仍需要控制它的活性。由于該酶的活性受到Fe2+的影響，控制培養(yǎng)基中的Fe2+的濃度，可以使該酶失活。 但是在檸檬酸發(fā)酵過程中，培養(yǎng)基中的Fe2+ 的濃度有要求不能夠低于0.1mg/L，原因目前尚沒有搞清楚?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十四頁，共90頁 3.能荷調(diào)節(jié)對(duì)檸檬酸發(fā)酵的影響 側(cè)系呼吸鏈：側(cè)系呼吸鏈：NAD(P)H經(jīng)過該呼吸鏈，可以正常的傳遞H+，將其氧化為H2O，但是并沒有氧化磷酸化生成ATP，能夠正常產(chǎn)生ATP的

17、呼吸鏈稱之為標(biāo)準(zhǔn)呼吸鏈標(biāo)準(zhǔn)呼吸鏈 。只長(zhǎng)菌不產(chǎn)酸只長(zhǎng)菌不產(chǎn)酸 ：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十五頁，共90頁四、檸檬酸發(fā)酵的產(chǎn)率 1.無CO2固定反應(yīng)的產(chǎn)率 192 /( 180*1.5) = 71.1% 2.通過 CO2固定反應(yīng)提供C4二羧酸 192 / 180 = 106.6% C6H12O6 C6H8O7 (C沒有增加) 可見，CO2固定反應(yīng)堆與檸檬酸發(fā)酵的重要性?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十六頁，共90頁 在檸檬酸產(chǎn)生菌內(nèi)，存在下列CO2固定反應(yīng) 1）磷酸烯醇式丙酮酸 + CO2 = 草酰乙酸 （C4二羧酸） 酶：磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（2）丙酮酸 + CO2 = 草酰乙酸（C4二羧酸） 酶：丙酮酸羧化酶

18、以上兩種CO2固定反應(yīng)所需要的輔酶都是生物素?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十七頁，共90頁在檸檬酸發(fā)酵過程中，存在三個(gè)控制要點(diǎn)：（1）點(diǎn)：EMP暢通無阻 控制Mn2+ NH4+濃度升高，解除檸檬酸對(duì)PFK的抑制；防止側(cè)系呼吸鏈?zhǔn)Щ?。（2）點(diǎn)：通過CO2固定反應(yīng)生成C4二羧酸，強(qiáng)化這一反應(yīng)的方法和意義？ （生物素、錳離子、鎂離子、罐壓等） （3）點(diǎn)：檸檬酸后述的酶的酶活性喪失或很低：方法：控制培養(yǎng)基中的Fe2+ 的濃度現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十八頁，共90頁五、檸檬酸產(chǎn)生菌的育種 1.透明圈大的菌株平板：10%甘薯 + 2 %的瓊脂 + 0.5% CaCO3 誘變后，涂布，透明圈大的則好，為何？淀粉的水解能力。2

19、.顯色圈大小 平板：麥汁培養(yǎng)基 + pH值指示劑 誘變后，33培養(yǎng)3天，顯色圈大的則好。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第二十九頁，共90頁3.不分解檸檬酸的菌株 不利用檸檬酸為碳源進(jìn)行生長(zhǎng)的菌株，說明其TCA循環(huán)中檸檬酸后述的酶的活性較低，或者喪失，這有利于檸檬酸的積累。 方法：以檸檬酸為唯一的碳源的培養(yǎng)基上，選擇生長(zhǎng)不好的突變株。4.選育不長(zhǎng)孢子、少長(zhǎng)孢子、遲長(zhǎng)孢子的菌株 在培養(yǎng)基中如果菌株能夠大量合成積累檸檬酸，自然會(huì)使TCA循環(huán)中的中間產(chǎn)物濃度降低，這樣不利于孢子的形成 ?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十頁，共90頁4-4 GA4-4 GA的生物合成機(jī)制與代謝調(diào)節(jié)的生物合成機(jī)制與代謝調(diào)節(jié)一、一、GA GA 的生物合成

20、途徑的生物合成途徑二、二、GAGA生物合成的內(nèi)在因素生物合成的內(nèi)在因素三、三、GA GA 生物合成的最理想途徑與轉(zhuǎn)化率生物合成的最理想途徑與轉(zhuǎn)化率四、生物素在四、生物素在GAGA發(fā)酵中的作用發(fā)酵中的作用五、細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié)五、細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié)六、六、GAGA發(fā)酵的外在因素發(fā)酵的外在因素七、七、GAGA發(fā)酵生產(chǎn)中的異常現(xiàn)象及其處理發(fā)酵生產(chǎn)中的異?，F(xiàn)象及其處理現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十一頁，共90頁一、一、GA GA 的生物合成途徑的生物合成途徑（1）EMP:丙酮酸，丙酮酸，ATP,NADH（2）HMP:6磷酸果糖磷酸果糖 3磷酸甘油酸磷酸甘油酸 NADPH: 酮戊二酸還原氨基化必需的供氫體。酮戊二酸

21、還原氨基化必需的供氫體。（3）TCA循環(huán)循環(huán):生成谷氨酸前體物質(zhì)生成谷氨酸前體物質(zhì) 酮戊二酸。酮戊二酸。（4）CO2固定反應(yīng)固定反應(yīng):補(bǔ)充草酰乙酸。補(bǔ)充草酰乙酸。（5）乙醛酸循環(huán)）乙醛酸循環(huán):使琥鉑酸、延胡索酸和蘋果酸的量得到補(bǔ)充，維持使琥鉑酸、延胡索酸和蘋果酸的量得到補(bǔ)充，維持TCA循環(huán)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。循環(huán)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 谷氨酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶（6）還原氨基化反應(yīng)）還原氨基化反應(yīng): 酮戊二酸酮戊二酸 谷氨酸谷氨酸現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十二頁，共90頁現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十三頁，共90頁谷氨酸谷氨酸脫氫酶脫氫酶NH4谷氨酸的生物合成模式谷氨酸的生物合成模式現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十四頁，共90頁二、二、GAGA生物

22、合成的內(nèi)在因素生物合成的內(nèi)在因素- -產(chǎn)產(chǎn)生菌的生化特點(diǎn)生菌的生化特點(diǎn)1 1、KGAKGA脫氫酶酶活性微弱或喪失脫氫酶酶活性微弱或喪失2 2、GAGA產(chǎn)生菌體內(nèi)的產(chǎn)生菌體內(nèi)的NADPHNADPH的在氧化能力欠缺或喪失的在氧化能力欠缺或喪失3 3、產(chǎn)生菌體內(nèi)必須有乙醛酸循環(huán)（、產(chǎn)生菌體內(nèi)必須有乙醛酸循環(huán)（DCADCA）的關(guān)鍵酶）的關(guān)鍵酶異檸檬酸裂解酶異檸檬酸裂解酶。4 4、菌體有強(qiáng)烈的、菌體有強(qiáng)烈的L L谷氨酸脫氫酶活性谷氨酸脫氫酶活性 -KGA + NH-KGA + NH4 4+ + +NADPH GA + NADP +NADPH GA + NADP反應(yīng)機(jī)制如下：反應(yīng)機(jī)制如下：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三

23、十五頁，共90頁 異檸檬酸異檸檬酸KGANADPHNADPKGAGA現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十六頁，共90頁三、三、GA GA 生物合成的最理想途徑與轉(zhuǎn)化生物合成的最理想途徑與轉(zhuǎn)化率率1、在前述、在前述GA 合成所必需的條件的基礎(chǔ)上（合成所必需的條件的基礎(chǔ)上（，封，封閉乙醛酸循環(huán)）體系不存在閉乙醛酸循環(huán)）體系不存在CO2固定反應(yīng)，則有：固定反應(yīng)，則有：v則有：則有：v 3/2 C6H12O6 + NH4+ C5H9O4 + 4 CO2 （來自何方？）（來自何方？）v產(chǎn)率：產(chǎn)率：147 /（180*3/2）= 54.4%現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十七頁，共90頁3/2Glucose丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙

24、酮酸+乙酰輔酶乙酰輔酶A乙酰輔酶乙酰輔酶ACO2乙酰輔酶乙酰輔酶A檸檬酸（檸檬酸（DCA循環(huán)封閉）循環(huán)封閉） 谷氨酸谷氨酸現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十八頁，共90頁 2 2、在前述、在前述GA GA 合成所必需的條件的基礎(chǔ)上合成所必需的條件的基礎(chǔ)上（封閉乙醛酸循環(huán)），存在（封閉乙醛酸循環(huán)），存在COCO2 2固定反應(yīng)，固定反應(yīng)，v則有：則有：v C C6 6H H1212OO6 6 + NH + NH4 4+ + C C5 5H H9 9OO4 4 + CO + CO2 2 （來自何方？來自何方？）v產(chǎn)率：產(chǎn)率：147 / 180 = 81.7%147 / 180 = 81.7%現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第三十九頁，

25、共90頁Glucose丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸+C4二羧酸二羧酸CO2乙酰輔酶乙酰輔酶A檸檬酸（檸檬酸（DCA循環(huán)封閉）循環(huán)封閉） 谷氨酸谷氨酸CO2現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十頁，共90頁v在在GAGA產(chǎn)生菌菌體內(nèi)產(chǎn)生菌菌體內(nèi)COCO2 2固定反應(yīng)有以下兩條途固定反應(yīng)有以下兩條途徑：徑：（1 1）磷酸丙酮酸羧化酶的作用下磷酸丙酮酸羧化酶的作用下 磷酸丙酮酸磷酸丙酮酸 + CO+ CO2 2 + GTP + GTP 草酰乙酸草酰乙酸 + GDP+ GDP (2) (2) 蘋果酸合成酶的作用下蘋果酸合成酶的作用下 丙酮酸丙酮酸 + CO+ CO2 2 +NADH +NADH 蘋果酸蘋果酸 + NAD+ N

26、AD上述反應(yīng)需要上述反應(yīng)需要 MgMg2+2+、MnMn+ +做催化劑，所以，在做催化劑，所以，在GAGA發(fā)酵發(fā)酵過程中需要向培養(yǎng)基中補(bǔ)充過程中需要向培養(yǎng)基中補(bǔ)充MnMn+ +現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十一頁，共90頁四、生物素在四、生物素在GAGA發(fā)酵中的作用發(fā)酵中的作用1 1、生物素對(duì)發(fā)酵液、生物素對(duì)發(fā)酵液pHpH值的影響值的影響 2 2、乙醛酸循環(huán)的封閉、乙醛酸循環(huán)的封閉 DCADCA循環(huán)的關(guān)鍵酶是異檸檬酸裂解酶，研究循環(huán)的關(guān)鍵酶是異檸檬酸裂解酶，研究表明，該酶受以下幾個(gè)因素的影響：表明，該酶受以下幾個(gè)因素的影響：v 為醋酸誘導(dǎo)為醋酸誘導(dǎo)v 受琥珀酸的阻遏，其活性受琥珀酸的抑制受琥珀酸的阻遏，其活

27、性受琥珀酸的抑制現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十二頁，共90頁當(dāng)當(dāng)VHVH缺乏時(shí)：缺乏時(shí)：（1 1）丙酮酸的有氧氧化就會(huì)減弱丙酮酸的有氧氧化就會(huì)減弱( (由于由于VHVH對(duì)對(duì)TCATCA循環(huán)的循環(huán)的促進(jìn)作用促進(jìn)作用) )，則：乙酰輔酶，則：乙酰輔酶A A的生成量就會(huì)少，醋酸的生成量就會(huì)少，醋酸濃度降低，它的誘導(dǎo)作用降低；濃度降低，它的誘導(dǎo)作用降低；（2 2）VHVH對(duì)對(duì)TCATCA循環(huán)的促進(jìn)作用的降低，使得其中間循環(huán)的促進(jìn)作用的降低，使得其中間產(chǎn)物產(chǎn)物琥珀酸的氧化速度降低琥珀酸的氧化速度降低，其濃度得到積累，這，其濃度得到積累，這樣它的阻遏和抑制作用加強(qiáng)；樣它的阻遏和抑制作用加強(qiáng)；v 兩者綜合的作用使得，兩

28、者綜合的作用使得，異檸檬酸裂解酶的活性異檸檬酸裂解酶的活性喪失喪失，DCADCA循環(huán)得到封閉循環(huán)得到封閉?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十三頁，共90頁3 3、生物素對(duì)菌體生長(zhǎng)的促進(jìn)作用、生物素對(duì)菌體生長(zhǎng)的促進(jìn)作用一方面提供了大量的一方面提供了大量的“中間性產(chǎn)物中間性產(chǎn)物”菌體增菌體增殖的物質(zhì)基礎(chǔ)殖的物質(zhì)基礎(chǔ)另一方面，菌體的能和水平得到提高。另一方面，菌體的能和水平得到提高。菌菌體增殖的能量的保證體增殖的能量的保證 以上分析說明，以上分析說明，GAGA發(fā)酵過程中，前期，發(fā)酵過程中，前期，菌體菌體的增殖期的增殖期，一定的量的生物素是菌體增殖所必需，一定的量的生物素是菌體增殖所必需的；而在的；而在產(chǎn)物合成期產(chǎn)物

29、合成期，則要限制生物素的濃度，則要限制生物素的濃度，以保證產(chǎn)物的正常合成。以保證產(chǎn)物的正常合成。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十四頁，共90頁五、菌體細(xì)胞膜滲透性的調(diào)節(jié)與五、菌體細(xì)胞膜滲透性的調(diào)節(jié)與控制控制意義：意義：細(xì)胞膜滲透性的調(diào)節(jié)對(duì)于細(xì)胞膜滲透性的調(diào)節(jié)對(duì)于GA GA 發(fā)酵時(shí)非常發(fā)酵時(shí)非常重要的，正如前述，當(dāng)菌體進(jìn)入產(chǎn)物合成期重要的，正如前述，當(dāng)菌體進(jìn)入產(chǎn)物合成期時(shí)，開始有時(shí)，開始有GAGA的產(chǎn)生，這是如果能夠大量的把的產(chǎn)生，這是如果能夠大量的把產(chǎn)物及時(shí)的排泄到細(xì)胞膜外，可以解除產(chǎn)物及時(shí)的排泄到細(xì)胞膜外，可以解除GAGA對(duì)對(duì)L L谷氨酸脫氫酶活性的抑制作用，從而實(shí)現(xiàn)由谷氨酸脫氫酶活性的抑制作用，從而實(shí)現(xiàn)

30、由GlucoseGAGlucoseGA的高效率轉(zhuǎn)化；的高效率轉(zhuǎn)化；反之，如果反之，如果現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十五頁，共90頁 控制細(xì)胞膜的滲透性的途徑控制細(xì)胞膜的滲透性的途徑(1) (1) 通過生理學(xué)手段控制細(xì)胞膜滲透性通過生理學(xué)手段控制細(xì)胞膜滲透性(2) (2) 通過細(xì)胞膜缺損突變控制細(xì)胞膜滲透性通過細(xì)胞膜缺損突變控制細(xì)胞膜滲透性生物素生物素谷氨酸谷氨酸細(xì)胞膜滲透性細(xì)胞膜滲透性青霉素青霉素谷氨酸谷氨酸油酸缺陷型油酸缺陷型油酸油酸現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十六頁，共90頁1 1、VHVH對(duì)菌體細(xì)胞膜滲透性的影響對(duì)菌體細(xì)胞膜滲透性的影響葡萄糖葡萄糖丙二酰輔酶丙二酰輔酶A丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸+CO2乙酰輔酶乙

31、酰輔酶A C4CO2乙酰輔酶乙酰輔酶A乙酰輔酶乙酰輔酶A羧化酶羧化酶CO2 C6丙二酰輔酶丙二酰輔酶A現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十七頁，共90頁 脂肪酸甘油磷酸脂肪酸甘油磷酸 磷脂蛋白質(zhì)磷脂蛋白質(zhì) 生物膜生物膜 因此，脂肪酸是組成細(xì)胞膜類脂的必要成分。因此，脂肪酸是組成細(xì)胞膜類脂的必要成分。 生物素限量，不利于脂肪酸的合成，有利于谷生物素限量，不利于脂肪酸的合成，有利于谷氨酸透過細(xì)胞膜分泌至體外。氨酸透過細(xì)胞膜分泌至體外?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十八頁，共90頁v 其中，將乙酰輔酶其中，將乙酰輔酶A A羧化生成丙二酰輔酶羧化生成丙二酰輔酶A A的酶的酶是是乙酰輔酶乙酰輔酶A A羧化酶羧化酶，該酶的輔酶是，該酶的

32、輔酶是VHVH，VHVH在此在此反應(yīng)過程中起到反應(yīng)過程中起到傳遞傳遞COCO2 2的作用。的作用。v當(dāng)培養(yǎng)基中當(dāng)培養(yǎng)基中VHVH的濃度較低時(shí)，細(xì)胞膜的合成就的濃度較低時(shí)，細(xì)胞膜的合成就會(huì)受影響。會(huì)受影響。 92%92%v培養(yǎng)基中生物素培養(yǎng)基中生物素限量限量時(shí)，胞內(nèi)時(shí)，胞內(nèi)AA AA 胞外胞外 12%12%v培養(yǎng)基中生物素培養(yǎng)基中生物素豐富豐富時(shí)，胞內(nèi)時(shí)，胞內(nèi)AA AA 胞外胞外 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第四十九頁，共90頁2 2、使之合成不完整的細(xì)胞膜，造成膜的缺損，提、使之合成不完整的細(xì)胞膜，造成膜的缺損，提高細(xì)胞膜的滲透性高細(xì)胞膜的滲透性v 甘油、油酸營養(yǎng)缺陷型的選育甘油、油酸營養(yǎng)缺陷型的選育3 3、

33、青霉素的使用、青霉素的使用 抑制肽聚糖合成中的轉(zhuǎn)肽酶的活性，引起肽聚糖結(jié)構(gòu)中抑制肽聚糖合成中的轉(zhuǎn)肽酶的活性，引起肽聚糖結(jié)構(gòu)中肽橋無法交聯(lián)，造成細(xì)胞壁缺損，在膨脹壓的作用下代肽橋無法交聯(lián)，造成細(xì)胞壁缺損，在膨脹壓的作用下代謝物外滲，從而提高細(xì)胞膜的滲透性謝物外滲，從而提高細(xì)胞膜的滲透性 4 4、表面活性劑等、表面活性劑等現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十頁，共90頁六、六、GAGA發(fā)酵的外在因素發(fā)酵的外在因素1 1、培養(yǎng)基成分：主要是玉米漿、培養(yǎng)基成分：主要是玉米漿 2 2、供氧濃度、供氧濃度v 過量：過量： NADPHNADPH的再氧化能力會(huì)加強(qiáng)，使的再氧化能力會(huì)加強(qiáng)，使KGAKGA的還原氨的還原氨基化受到影

34、響，不利于基化受到影響，不利于GA GA 的生成。的生成。v供氧不足：供氧不足： 積累大量的乳酸，使發(fā)酵液的積累大量的乳酸，使發(fā)酵液的pHpH值下降，不利于值下降，不利于GAGA的產(chǎn)生，同時(shí)，一部分葡萄糖轉(zhuǎn)成了乳酸，影響了糖酸的產(chǎn)生，同時(shí)，一部分葡萄糖轉(zhuǎn)成了乳酸，影響了糖酸轉(zhuǎn)化率，降低了產(chǎn)物的提出率。轉(zhuǎn)化率，降低了產(chǎn)物的提出率?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十一頁，共90頁 3 3、NHNH4 4+ +濃度濃度 （1 1）影響到發(fā)酵液的）影響到發(fā)酵液的pHpH值值 （2 2）與產(chǎn)物的形成有關(guān)：）與產(chǎn)物的形成有關(guān)：v 過低，不利于過低，不利于KGAKGA的還原氨基化的還原氨基化; ;v 過高，產(chǎn)生谷氨酰胺（在

35、谷氨酰胺合過高，產(chǎn)生谷氨酰胺（在谷氨酰胺合 成酶的作成酶的作用下，用下，谷氨酰胺的缺點(diǎn)谷氨酰胺的缺點(diǎn)？）？）v NHNH4 4+ +的供給方式：的供給方式： （1 1）液氨）液氨 （2 2）流加尿素，條件和優(yōu)缺點(diǎn)？）流加尿素，條件和優(yōu)缺點(diǎn)？ 副反應(yīng)：副反應(yīng)：現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十二頁，共90頁4 4、磷酸鹽、磷酸鹽不足：不足：過量：過量：（1 1）促進(jìn)）促進(jìn)EMPEMP途徑，打破途徑，打破EMPEMP與與TCATCA之間的平衡，之間的平衡，積累丙酮酸，產(chǎn)生乳酸等積累丙酮酸，產(chǎn)生乳酸等 （2 2）產(chǎn)生并積累）產(chǎn)生并積累ValVal。帶來的問題是：帶來的問題是：（1 1）可以抑制葡萄糖）可以抑制葡萄糖

36、 丙酮酸，進(jìn)而使丙酮酸，進(jìn)而使GAGA的生物合成受的生物合成受到阻止到阻止（2 2）消耗了丙酮酸，降低了糖酸轉(zhuǎn)化率）消耗了丙酮酸，降低了糖酸轉(zhuǎn)化率（3 3）發(fā)酵液中的）發(fā)酵液中的ValVal存在，嚴(yán)重的影響存在，嚴(yán)重的影響GA GA 的結(jié)晶、提出。的結(jié)晶、提出?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十三頁，共90頁焦磷酸硫胺素（焦磷酸硫胺素（TPP）葡萄糖葡萄糖活性乙醛活性乙醛丙酮酸丙酮酸丙酮酸丙酮酸+Val乙酰乳酸乙酰乳酸現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十四頁，共90頁5 5、金屬離子、金屬離子（1）Mg2+ （2）Mn2+現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十五頁，共90頁七、七、GAGA發(fā)酵生產(chǎn)中的異?，F(xiàn)象及其處理發(fā)酵生產(chǎn)中的異?，F(xiàn)象及其處理1

37、 1、發(fā)酵前期、發(fā)酵前期pHpH值過高值過高危害：危害：影響因素：影響因素：（1 1）耗糖速度過慢，就是糖的代謝速度過慢。）耗糖速度過慢，就是糖的代謝速度過慢。（2 2）初脲量大、菌種脲酶活力高導(dǎo)致銨離子濃）初脲量大、菌種脲酶活力高導(dǎo)致銨離子濃度高度高（3 3）前期感染）前期感染phqgephqge（4 4）培養(yǎng)基中缺乏磷酸鹽等。）培養(yǎng)基中缺乏磷酸鹽等?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十六頁，共90頁處理方法：處理方法：（1 1）耗糖速度慢，通過測(cè)定糖的含量確定，可以）耗糖速度慢，通過測(cè)定糖的含量確定，可以強(qiáng)化通風(fēng)、適當(dāng)添加生物素等。強(qiáng)化通風(fēng)、適當(dāng)添加生物素等。（2 2）初脲量大，停止通風(fēng)，或者小通風(fēng)，以使尿

38、）初脲量大，停止通風(fēng)，或者小通風(fēng)，以使尿素緩慢釋放銨離子。素緩慢釋放銨離子。（3 3）感染）感染phqgephqge，（4 4）缺乏磷酸鹽）缺乏磷酸鹽現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十七頁，共90頁2 2、初期、初期pHpH值偏低值偏低（1 1）初脲添加量不夠，提前酌情流加尿素。）初脲添加量不夠，提前酌情流加尿素。（2 2）跑尿：）跑尿：（3 3）培養(yǎng)基中的磷酸鹽過高，代謝平衡被打破，）培養(yǎng)基中的磷酸鹽過高，代謝平衡被打破，酸性產(chǎn)物的積累酸性產(chǎn)物的積累（4 4）供氧不足）供氧不足現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十八頁，共90頁3 3、接種后菌體生長(zhǎng)不良、接種后菌體生長(zhǎng)不良、ODOD值偏低、值偏低、耗糖速度緩慢耗糖速度緩慢危害

39、：危害：發(fā)酵周期長(zhǎng)、菌體活力低、糖酸轉(zhuǎn)化率偏低發(fā)酵周期長(zhǎng)、菌體活力低、糖酸轉(zhuǎn)化率偏低（1 1）可能感染）可能感染phagephage（2 2）培養(yǎng)基存在問題：）培養(yǎng)基存在問題：v 缺乏生物素缺乏生物素v 缺乏磷酸鹽缺乏磷酸鹽v 存在抑制性物質(zhì)：存在抑制性物質(zhì)： 淀粉水解產(chǎn)生的抑制性物質(zhì)：淀粉水解產(chǎn)生的抑制性物質(zhì)： 培養(yǎng)基滅菌產(chǎn)生的培養(yǎng)基滅菌產(chǎn)生的現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第五十九頁，共90頁（3 3）通風(fēng)量過大，溶氧水平高。使得菌體耗）通風(fēng)量過大，溶氧水平高。使得菌體耗糖速度降低。（能荷的問題）糖速度降低。（能荷的問題）（4 4）種子不良，種子衰老；接種溫度過高，導(dǎo)致）種子不良，種子衰老；接種溫度過高，導(dǎo)致

40、菌體被燙死。菌體被燙死。（5 5）前期通風(fēng)較少，）前期通風(fēng)較少，pHpH值偏低，代謝產(chǎn)物積累值偏低，代謝產(chǎn)物積累較多的酸性物質(zhì)，不利于菌體的生長(zhǎng)。較多的酸性物質(zhì)，不利于菌體的生長(zhǎng)?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十頁，共90頁4 4、中后期，、中后期，ODOD值繼續(xù)升高，好糖快，值繼續(xù)升高，好糖快，但是產(chǎn)酸很低但是產(chǎn)酸很低危害：危害： 生生產(chǎn)上說的：生生產(chǎn)上說的：只長(zhǎng)菌、不產(chǎn)酸只長(zhǎng)菌、不產(chǎn)酸產(chǎn)生原因：產(chǎn)生原因：（1 1）生物素濃度過高）生物素濃度過高（2 2）可能是感染了雜菌）可能是感染了雜菌 鏡檢初步判斷是否感染了雜菌鏡檢初步判斷是否感染了雜菌現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十一頁，共90頁5 5、發(fā)酵中后期、發(fā)酵中后期p

41、HpH值低，耗糖快，但是值低，耗糖快，但是產(chǎn)酸低或者不產(chǎn)酸產(chǎn)酸低或者不產(chǎn)酸（1 1）可能是感染了雜菌，上述情況。）可能是感染了雜菌，上述情況。（2 2）供氧不足，導(dǎo)致酸性產(chǎn)物的積累）供氧不足，導(dǎo)致酸性產(chǎn)物的積累（3 3）生物素濃度過高、磷酸鹽濃度過高，導(dǎo)致）生物素濃度過高、磷酸鹽濃度過高，導(dǎo)致ODOD值增長(zhǎng)太快，這些都是菌體大量增殖的有利值增長(zhǎng)太快，這些都是菌體大量增殖的有利條件。條件。v處理方法：處理方法： 大量的通風(fēng)、提前流加尿素，迅速提升發(fā)酵液大量的通風(fēng)、提前流加尿素，迅速提升發(fā)酵液的的pHpH值。值?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十二頁，共90頁6 6、發(fā)酵過程中發(fā)酵液泡沫太多、發(fā)酵過程中發(fā)酵液泡沫

42、太多危害：危害：（1 1）淀粉質(zhì)量差、雜質(zhì)多，蛋白質(zhì)含量高）淀粉質(zhì)量差、雜質(zhì)多，蛋白質(zhì)含量高（2 2）糖化不完全，糖化液中含有糊精）糖化不完全，糖化液中含有糊精（3 3）糖化工藝不合理，復(fù)合物形成過多）糖化工藝不合理，復(fù)合物形成過多（4 4）可能是感染雜菌）可能是感染雜菌（5 5）泡敵選擇不理想）泡敵選擇不理想現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十三頁，共90頁7 7、發(fā)酵過程中，產(chǎn)酸后，、發(fā)酵過程中，產(chǎn)酸后， GAGA又下降又下降危害：危害：原因：原因：（1 1）pHpH值過高，谷氨酰胺合成酶活性加強(qiáng)，使得值過高，谷氨酰胺合成酶活性加強(qiáng)，使得GA+NHGA+NH4 4+ + 谷氨酰胺谷氨酰胺（2 2）感染雜菌：

43、？）感染雜菌：？8 8、谷氨酸濃度急劇的增加、谷氨酸濃度急劇的增加危害：危害： 感染了感染了phagephage現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十四頁，共90頁4-5 4-5 LysLys的生物合成機(jī)制與代謝調(diào)節(jié)的生物合成機(jī)制與代謝調(diào)節(jié)一、行業(yè)簡(jiǎn)介一、行業(yè)簡(jiǎn)介v我國的我國的LysLys生產(chǎn)與國外的差距主要表現(xiàn)在：生產(chǎn)與國外的差距主要表現(xiàn)在：（1 1）菌種性能的差異，）菌種性能的差異，Lys Lys 是菌體代謝過程中的是菌體代謝過程中的中間性產(chǎn)物，但不是主鏈上的產(chǎn)物，其生成機(jī)中間性產(chǎn)物，但不是主鏈上的產(chǎn)物，其生成機(jī)制很復(fù)雜，對(duì)菌種的要求很高，國內(nèi)菌種的產(chǎn)制很復(fù)雜，對(duì)菌種的要求很高，國內(nèi)菌種的產(chǎn)酸水平為：酸水平為

44、：353555g/L55g/L，轉(zhuǎn)化率為：，轉(zhuǎn)化率為：202025%25%。遠(yuǎn)低于國外的生產(chǎn)水平。遠(yuǎn)低于國外的生產(chǎn)水平。（2 2）提出率較低。）提出率較低。（3 3）生產(chǎn)規(guī)模較小。）生產(chǎn)規(guī)模較小?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十五頁，共90頁二、賴氨酸的生物合成機(jī)制二、賴氨酸的生物合成機(jī)制細(xì)菌類發(fā)酵與酵母菌發(fā)酵的比較：細(xì)菌類發(fā)酵與酵母菌發(fā)酵的比較：v 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1 1）菌體體積較小，相對(duì)增殖所用的底物較少，產(chǎn)率高。）菌體體積較小，相對(duì)增殖所用的底物較少，產(chǎn)率高。（2 2）細(xì)菌的繁殖速度快，在合適的生長(zhǎng)條件下，其繁殖速）細(xì)菌的繁殖速度快，在合適的生長(zhǎng)條件下，其繁殖速度只有幾分鐘，而酵母的增殖速度最少在一個(gè)

45、小時(shí)以上，度只有幾分鐘，而酵母的增殖速度最少在一個(gè)小時(shí)以上，這就為細(xì)菌發(fā)酵縮短發(fā)酵周期創(chuàng)造了條件。這就為細(xì)菌發(fā)酵縮短發(fā)酵周期創(chuàng)造了條件。（3 3）細(xì)菌的細(xì)胞膜的通透性易于調(diào)節(jié)，對(duì)于胞外產(chǎn)品，）細(xì)菌的細(xì)胞膜的通透性易于調(diào)節(jié)，對(duì)于胞外產(chǎn)品，可以通過其細(xì)胞膜的通透性控制來促進(jìn)產(chǎn)物的分泌，可以通過其細(xì)胞膜的通透性控制來促進(jìn)產(chǎn)物的分泌，例如，例如，GAGA的發(fā)酵；對(duì)于胞內(nèi)產(chǎn)物，其細(xì)胞壁比酵母的細(xì)的發(fā)酵；對(duì)于胞內(nèi)產(chǎn)物，其細(xì)胞壁比酵母的細(xì)胞壁易于破碎。胞壁易于破碎?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十六頁，共90頁缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1 1）細(xì)菌菌體較小，當(dāng)需要從發(fā)酵液中把菌體分離）細(xì)菌菌體較小，當(dāng)需要從發(fā)酵液中把菌體分離出來（有

46、利于產(chǎn)物的結(jié)晶提出，或產(chǎn)物就是菌體出來（有利于產(chǎn)物的結(jié)晶提出，或產(chǎn)物就是菌體或菌體內(nèi)的胞內(nèi)物），細(xì)菌比酵母菌難以分離?；蚓w內(nèi)的胞內(nèi)物），細(xì)菌比酵母菌難以分離。（2 2）細(xì)菌發(fā)酵過程中的無菌程度要求非常嚴(yán)格，）細(xì)菌發(fā)酵過程中的無菌程度要求非常嚴(yán)格，發(fā)酵過程中大部分的細(xì)菌對(duì)于溶氧的要求也很高，發(fā)酵過程中大部分的細(xì)菌對(duì)于溶氧的要求也很高，這就增加了細(xì)菌發(fā)酵的生產(chǎn)成本。這就增加了細(xì)菌發(fā)酵的生產(chǎn)成本。 （3 3）細(xì)菌發(fā)酵易感染噬菌體，）細(xì)菌發(fā)酵易感染噬菌體，現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十七頁，共90頁1 1、大腸桿菌中的、大腸桿菌中的LysLys的生物合成與代謝的生物合成與代謝調(diào)控調(diào)控大腸桿菌賴氨酸代謝特點(diǎn)：大腸

47、桿菌賴氨酸代謝特點(diǎn)：v 關(guān)鍵酶：關(guān)鍵酶：處于分枝代謝的分支點(diǎn)上，對(duì)于整個(gè)反處于分枝代謝的分支點(diǎn)上，對(duì)于整個(gè)反應(yīng)起到限速作用的，酶活性往往受到后續(xù)產(chǎn)物的反應(yīng)起到限速作用的，酶活性往往受到后續(xù)產(chǎn)物的反饋抑制的酶。饋抑制的酶。v 對(duì)于賴氨酸的上述代謝途徑，對(duì)于賴氨酸的上述代謝途徑，天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶則是則是一個(gè)關(guān)鍵酶。一個(gè)關(guān)鍵酶?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十八頁，共90頁 二羥吡啶羧酸二羥吡啶羧酸天冬氨酸磷酸（天冬氨酸磷酸（asp-pasp-p）琥珀酰高絲氨酸琥珀酰高絲氨酸LysEMPEMPGlucoseGlucose丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸AspAsp天冬氨酸天冬氨酸-半醛半醛（同功酶）（同功酶）

48、( (天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶AKAK，同功酶，同功酶) )高絲氨酸（高絲氨酸（HosHos）O-O-磷酸高絲氨酸磷酸高絲氨酸ThrMet現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第六十九頁，共90頁同功酶同功酶：v 催化同一反應(yīng)，但其活性受不同代謝產(chǎn)物體調(diào)節(jié)催化同一反應(yīng)，但其活性受不同代謝產(chǎn)物體調(diào)節(jié)的酶，這種酶往往有的酶，這種酶往往有多個(gè)不同的活性中心多個(gè)不同的活性中心。v上述代謝途徑中，上述代謝途徑中，天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶是一個(gè)同功酶，是一個(gè)同功酶，分別受三個(gè)代謝產(chǎn)物的抑制，這三個(gè)終產(chǎn)物分別是：分別受三個(gè)代謝產(chǎn)物的抑制，這三個(gè)終產(chǎn)物分別是：LysLys、MetMet和和ThrThr，只有當(dāng)這三個(gè)代謝產(chǎn)物，只有當(dāng)這三

49、個(gè)代謝產(chǎn)物同時(shí)過同時(shí)過量量時(shí)，時(shí)，AspAsp激酶的活性才能完全被抑制。激酶的活性才能完全被抑制。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十頁，共90頁v根據(jù)上述代謝特點(diǎn)，要使菌體合成并積累根據(jù)上述代謝特點(diǎn)，要使菌體合成并積累LysLys，可以選育可以選育Hos-Hos-： （1 1）既可以）既可以解除解除天冬氨酸的代謝支路天冬氨酸的代謝支路，使代，使代謝流向謝流向LysLys的方向進(jìn)行，提高了從底物葡萄糖的方向進(jìn)行，提高了從底物葡萄糖到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率；到產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率；（2 2）更重要的是由于）更重要的是由于Hos-Hos-，使得代謝過程中，使得代謝過程中不可不可能產(chǎn)生過量的能產(chǎn)生過量的MetMet、ThrThr，盡

50、管產(chǎn)生了大量的，盡管產(chǎn)生了大量的LysLys，LysLys可以抑制關(guān)鍵酶可以抑制關(guān)鍵酶天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶1 1，但，但是天冬氨酸激酶是天冬氨酸激酶2 2、3 3的活性由于的活性由于MetMet、ThrThr的限的限量，并沒有受到抑制，也就是說，天冬氨酸量，并沒有受到抑制，也就是說，天冬氨酸半醛，仍可以大量的生成，這就保證了半醛，仍可以大量的生成，這就保證了LysLys的生物合成途徑的暢通無阻。的生物合成途徑的暢通無阻?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十一頁，共90頁2.2.黃色短桿菌黃色短桿菌LysLys生物合成的調(diào)控生物合成的調(diào)控兩者代謝區(qū)別：兩者代謝區(qū)別：（1 1）在黃色短桿菌中，）在黃色短桿菌中，

51、天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶（AKAK）仍然是一個(gè)）仍然是一個(gè)關(guān)鍵酶，但是該酶是一個(gè)關(guān)鍵酶，但是該酶是一個(gè)變構(gòu)酶變構(gòu)酶，有兩個(gè)活性中心，分，有兩個(gè)活性中心，分別受別受LysLys、ThrThr的的協(xié)同反饋抑制協(xié)同反饋抑制，v 協(xié)同反饋抑制協(xié)同反饋抑制：該酶往往有多個(gè)活性中心，抑制物：該酶往往有多個(gè)活性中心，抑制物可以分別和某一個(gè)特定的活性中心結(jié)合，但是并不影可以分別和某一個(gè)特定的活性中心結(jié)合，但是并不影響該酶的活性，只有當(dāng)該酶的所有的活性中心都被抑響該酶的活性，只有當(dāng)該酶的所有的活性中心都被抑制物結(jié)合后，其酶活性才會(huì)受到完全抑制。制物結(jié)合后，其酶活性才會(huì)受到完全抑制。（2 2）黃色短桿菌中，存在兩

52、個(gè)分支點(diǎn)的）黃色短桿菌中，存在兩個(gè)分支點(diǎn)的優(yōu)先合成機(jī)制優(yōu)先合成機(jī)制 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十二頁，共90頁 天冬氨酸磷酸（天冬氨酸磷酸（asp-pasp-p）琥珀酰高絲氨酸琥珀酰高絲氨酸LysEMPEMPGlucoseGlucose丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸AspAsp天冬氨酸天冬氨酸-半醛半醛（優(yōu)先合成（優(yōu)先合成）( (天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶，AKAK) )高絲氨酸（高絲氨酸（HosHos）二羥吡啶羧酸二羥吡啶羧酸O-O-磷酸高絲氨酸磷酸高絲氨酸ThrMet現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十三頁，共90頁阻遏：阻遏： 當(dāng)代謝產(chǎn)物過量時(shí)，能夠?qū)υ撁傅纳锖铣僧?dāng)代謝產(chǎn)物過量時(shí)，能夠?qū)υ撁傅纳锖铣善鸬椒忾]作用，使

53、得該酶的合成受阻。起到封閉作用，使得該酶的合成受阻。黃色短桿菌生產(chǎn)黃色短桿菌生產(chǎn)LysLys，選育，選育Hos-Hos-，其意義在于：，其意義在于： （1 1）解除了解除了HosHos的優(yōu)先合成機(jī)制的優(yōu)先合成機(jī)制，阻斷了代謝向，阻斷了代謝向MetMet、ThrThr的方向進(jìn)行，節(jié)省了原料，可以使的方向進(jìn)行，節(jié)省了原料，可以使Asp-Asp-半醛這個(gè)中半醛這個(gè)中間代謝產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)入間代謝產(chǎn)物全部轉(zhuǎn)入LysLys的生物合成上。的生物合成上。（2 2）在培養(yǎng)基中在培養(yǎng)基中限量的供給限量的供給Met Met 、ThrThr（或者（或者HosHos）對(duì)于）對(duì)于AKAK酶活性的調(diào)節(jié)有著重要意義。因?yàn)槊富钚缘?/p>

54、調(diào)節(jié)有著重要意義。因?yàn)锳KAK酶是一個(gè)協(xié)同反饋酶是一個(gè)協(xié)同反饋抑制的變構(gòu)酶，限制了其中某一個(gè)抑制物（抑制的變構(gòu)酶，限制了其中某一個(gè)抑制物（ThrThr），則），則LysLys的濃度再高，也不會(huì)影響到的濃度再高，也不會(huì)影響到AKAK酶的活性，那么，代謝酶的活性，那么，代謝一直向著賴氨酸合成的方向進(jìn)行，使得產(chǎn)物的合成暢一直向著賴氨酸合成的方向進(jìn)行，使得產(chǎn)物的合成暢通無阻。通無阻。 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十四頁，共90頁脫敏：脫敏：使該酶具有抗反饋抑制或阻遏的能力，從而解使該酶具有抗反饋抑制或阻遏的能力，從而解除代謝產(chǎn)物對(duì)該酶的反饋抑制或者阻遏作用。除代謝產(chǎn)物對(duì)該酶的反饋抑制或者阻遏作用。如何使其脫敏呢？

55、如何使其脫敏呢？ 通?？梢圆捎每剐酝蛔冎辏和ǔ？梢圆捎每剐酝蛔冎辏簐 選育結(jié)構(gòu)類似物選育結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株？（抗性突變株？（X X r r） (1)S-L-(1)S-L-半胱氨酸抗性突變株半胱氨酸抗性突變株 AECrAECr (2)- (2)-甲基賴氨酸抗性突變株甲基賴氨酸抗性突變株 MLrMLr（3 3）L- L-賴氨酸氧肟酸鹽抗性突變株賴氨酸氧肟酸鹽抗性突變株 LysHxrLysHxr（4 4）蘇氨酸氧肟酸鹽抗性突變株）蘇氨酸氧肟酸鹽抗性突變株 ThrHxrThrHxr現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十五頁，共90頁4-6 4-6 次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成機(jī)制與代謝次級(jí)代謝產(chǎn)物的合成機(jī)制與代謝調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)一、基本

56、概念一、基本概念 1 1、初級(jí)代謝：初級(jí)代謝：是指微生物合成它們是指微生物合成它們生長(zhǎng)所必需生長(zhǎng)所必需的物質(zhì)的的物質(zhì)的諸如：糖、氨基酸等以及由這些化合物形成的高分子物諸如：糖、氨基酸等以及由這些化合物形成的高分子物質(zhì)如：多糖、蛋白質(zhì)、核酸等的代謝，稱之為初級(jí)代謝。質(zhì)如：多糖、蛋白質(zhì)、核酸等的代謝，稱之為初級(jí)代謝。那么，這些化合物統(tǒng)稱之為：初級(jí)代謝產(chǎn)物。那么，這些化合物統(tǒng)稱之為：初級(jí)代謝產(chǎn)物。 2 2、次級(jí)代謝：次級(jí)代謝：是指微生物在生長(zhǎng)后期進(jìn)行的是指微生物在生長(zhǎng)后期進(jìn)行的與他們的生與他們的生長(zhǎng)無明顯關(guān)系長(zhǎng)無明顯關(guān)系的代謝，這一類的物質(zhì)統(tǒng)稱之為：次級(jí)的代謝，這一類的物質(zhì)統(tǒng)稱之為：次級(jí)代謝產(chǎn)物。例

57、如：抗生素、激素、某些酶制劑等。代謝產(chǎn)物。例如：抗生素、激素、某些酶制劑等?，F(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十六頁，共90頁3 3、分叉中間體、分叉中間體 v 從下圖可以看出，許多物質(zhì)處于代謝的從下圖可以看出，許多物質(zhì)處于代謝的分叉點(diǎn)分叉點(diǎn)上，例如：上，例如：CHCH3 3CO-SCoACO-SCoA，是葡萄糖糖經(jīng)，是葡萄糖糖經(jīng)HMPHMP、 EMPEMP生成的中間生成的中間物質(zhì)，經(jīng)羧化后可形成丙二酰輔酶物質(zhì)，經(jīng)羧化后可形成丙二酰輔酶A A，丙二酰輔酶，丙二酰輔酶A A可用可用于脂肪酸的合成上，進(jìn)而又可經(jīng)多次重復(fù)縮合、環(huán)化等形于脂肪酸的合成上，進(jìn)而又可經(jīng)多次重復(fù)縮合、環(huán)化等形成四環(huán)類或其他抗菌素等次級(jí)代謝產(chǎn)物

58、，而成四環(huán)類或其他抗菌素等次級(jí)代謝產(chǎn)物，而CH3COSCoACH3COSCoA又可以進(jìn)入又可以進(jìn)入TCATCA循環(huán)。這類物質(zhì)稱之為：循環(huán)。這類物質(zhì)稱之為：分叉中間體分叉中間體。如：丙酮酸、乙酰輔酶如：丙酮酸、乙酰輔酶A A、草酰乙酸等、草酰乙酸等v這些個(gè)分叉中間體把微生物的次級(jí)代謝和初級(jí)代謝緊密地這些個(gè)分叉中間體把微生物的次級(jí)代謝和初級(jí)代謝緊密地聯(lián)系起來聯(lián)系起來 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十七頁，共90頁Met次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物GlucoseC3絲氨酸絲氨酸甘氨酸甘氨酸丙酮酸丙酮酸 ValTCA循環(huán)循環(huán)莽草酸莽草酸芳香族氨基酸芳香族氨基酸芳香類次級(jí)代謝產(chǎn)物芳香類次級(jí)代謝產(chǎn)物丙二酰輔酶丙二酰輔酶A乙

59、酰輔酶乙酰輔酶A脂肪酸脂肪酸次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物草酰乙酸、草酰乙酸、-KGA谷氨酸谷氨酸天冬氨酸天冬氨酸現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十八頁，共90頁4 4、發(fā)酵逆轉(zhuǎn)、發(fā)酵逆轉(zhuǎn) 的概念：的概念： 發(fā)酵中期當(dāng)微生物群體進(jìn)入產(chǎn)物合成期時(shí)，如發(fā)酵中期當(dāng)微生物群體進(jìn)入產(chǎn)物合成期時(shí)，如果向發(fā)酵液中流加氮源或者改變果向發(fā)酵液中流加氮源或者改變，使微生物，使微生物群體返回到生長(zhǎng)期而停止產(chǎn)物的合成，這種現(xiàn)象群體返回到生長(zhǎng)期而停止產(chǎn)物的合成，這種現(xiàn)象稱之為發(fā)酵逆轉(zhuǎn)，在次級(jí)代謝產(chǎn)物發(fā)酵過程中是稱之為發(fā)酵逆轉(zhuǎn)，在次級(jí)代謝產(chǎn)物發(fā)酵過程中是非常普遍的。非常普遍的。具體例子：具體例子： 耐高溫耐高溫淀粉酶發(fā)酵中，流加：淀粉酶發(fā)酵中

60、，流加：G G、GAGA，停電等，停電等 現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第七十九頁，共90頁4-7 4-7 微生物代謝產(chǎn)物的過量生產(chǎn)微生物代謝產(chǎn)物的過量生產(chǎn)一、提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法一、提高初級(jí)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的方法 1. 1.使用誘導(dǎo)物使用誘導(dǎo)物 對(duì)于許多酶類的發(fā)酵，特別是淀粉、蛋白對(duì)于許多酶類的發(fā)酵，特別是淀粉、蛋白質(zhì)的水解酶，其大部分是誘導(dǎo)酶，質(zhì)的水解酶，其大部分是誘導(dǎo)酶，( (意義？意義？) ) 對(duì)于這一類的酶類的發(fā)酵，向培養(yǎng)基中添加誘對(duì)于這一類的酶類的發(fā)酵，向培養(yǎng)基中添加誘導(dǎo)物，可以促進(jìn)酶的合成與分泌，有利于提高產(chǎn)導(dǎo)物，可以促進(jìn)酶的合成與分泌，有利于提高產(chǎn)量。量。現(xiàn)在學(xué)習(xí)的是第八十頁，共90頁2.2.