第二部分微生物代謝網(wǎng)絡(luò)向心板塊

第二部分微生物代謝網(wǎng)絡(luò)向心板塊2022/10/26張星元：發(fā)酵原理2代謝網(wǎng)絡(luò)中，胞外碳架物質(zhì)跨膜并注入中心板塊所流經(jīng)的途徑統(tǒng)稱向心途徑，向心途徑群組成代謝網(wǎng)絡(luò)的向心板塊。

2022/10/26張星元：發(fā)酵原理33.2.1向心途徑在代謝網(wǎng)絡(luò)及其在細(xì)胞

機(jī)器工作模式中的位置

3.2.2微生物的分解代謝途徑和代謝網(wǎng)

絡(luò)的向心途徑2022/10/26張星元：發(fā)酵原理43.2.1向心途徑在代謝網(wǎng)絡(luò)和細(xì)胞

機(jī)器工作模式中的位置2022/10/26張星元：發(fā)酵原理5碳架物質(zhì)從向心板塊注入中心板塊（前述中心代謝途徑上的12個(gè)前體代謝物的大平臺(tái)）時(shí)所流經(jīng)的代謝途徑統(tǒng)稱向心途徑。與整個(gè)代謝網(wǎng)絡(luò)一樣，向心途徑的變化也取決于遺傳與環(huán)境條件，本課程討論的內(nèi)容建立在微生物細(xì)胞相對(duì)穩(wěn)定的代謝基礎(chǔ)上。

在工業(yè)發(fā)酵的細(xì)胞機(jī)器工作模式中，向心途徑首當(dāng)其沖，是工業(yè)發(fā)酵載流路徑的一部分。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理6向心途徑在細(xì)胞機(jī)器工作模式中的位置向心途徑中心代謝途徑離心途徑2022/10/26張星元：發(fā)酵原理73.2.2微生物的合成代謝途徑和

代謝網(wǎng)絡(luò)中的向心途徑2022/10/26張星元：發(fā)酵原理8化能異養(yǎng)型微生物可以廣泛地利用各種各樣的有機(jī)物進(jìn)行生長(zhǎng)和繁殖。在發(fā)酵工業(yè)上發(fā)酵生產(chǎn)的原料大多是農(nóng)副產(chǎn)品。微生物必須能合成并分泌能分解這些原料的酶，把原料轉(zhuǎn)化成可以進(jìn)入細(xì)胞的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理9

各種有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（包括經(jīng)水解酶降解形成的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)）大多以主動(dòng)輸送的方式進(jìn)入原核生物的細(xì)胞，以促進(jìn)擴(kuò)散和主動(dòng)輸送的方式進(jìn)入真核微生物的細(xì)胞，這幾種輸送方式均需借助于細(xì)胞的蛋白質(zhì)（載體蛋白或酶）。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理10

進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)若是中心代謝途徑的起始物或中間產(chǎn)物，即可納入中心代謝途徑進(jìn)行代謝；進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)若不是中心代謝途徑的起始物或中間產(chǎn)物，則需經(jīng)向心途徑的胞內(nèi)部分，轉(zhuǎn)化成中心代謝途徑的起始物或中間產(chǎn)物，才可納入中心代謝途徑進(jìn)行代謝。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理11

化能異養(yǎng)型微生物細(xì)胞借助于微生物的向心途徑將有機(jī)化合物降解或轉(zhuǎn)化成中心途徑上對(duì)應(yīng)的的化合物，從而使這兩種途徑銜接起來。微生物的向心途徑一般依次包括三個(gè)部分：

（1）胞外降解途徑（胞外酶催化）

（2）跨膜系統(tǒng)（有載體蛋白參與）

（3）胞內(nèi)向心途徑2022/10/26張星元：發(fā)酵原理12原料化合物經(jīng)向心途徑注入中心途徑，向心途徑與中心途徑的接合點(diǎn)（接口）原則上可以是中心途徑上的任意化合物，實(shí)際上主要是12個(gè)代謝前體物。如果進(jìn)入細(xì)胞的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)已經(jīng)是中心代謝途徑的起始物或中間產(chǎn)物，則胞內(nèi)向心途徑就縮成一個(gè)“點(diǎn)”，這個(gè)點(diǎn)也就是向心途徑與中心途徑的接口。

代謝網(wǎng)絡(luò)的向心途徑往往是分解代謝途徑，但它們是以中心大平臺(tái)，或者更精確地說是以中心途徑上對(duì)應(yīng)的化合物為終點(diǎn)的。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理13GlcG-6-P(PTS)(HK)(G6PE)R-5-PF-6-PF-1,6-2P(PFK)(FDPE)DHAPGA-3-P3-P-GAPEPPYR(PK)(PEPS)(PyPiDK)KDPG(ED途徑)半乳糖醛酸（果膠物質(zhì)）二糖、糖原、多糖、（含細(xì)胞壁多糖）等其他己糖、糖醇戊糖R-1-PMNsRNA甘油油脂Gly、羥基乙酸、草酸GOA（甘油酸途徑）酒石酸、乳酸、氨基酸(Ala,Gly,Cys,Ser,Thr)AcCoA(PD)(PFL)(PS)待續(xù)2022/10/26張星元：發(fā)酵原理14PYRAcCoAOAAMLASCAScCoAα-KGICACTAGOAPEP氨基酸（Asp,Asn）FMA氨基酸（Tyr,Phe,Asp）芳香族化合物,氨基酸（Ile,Met,Thr,Val）酒石酸、乳酸、氨基酸(Ala,Gly,Cys,Ser,Thr)氨基酸（Glu,Gln,His,Pro,Arg）羥基乙酸,草酸,GlyAcAcCoAPHB,氨基酸(Leu,Lys,Phe,Tyr）乙酸,醋酸,脂肪酸,類脂,烴,油脂,氨基酸(Ile,Leu,Trp)接上頁2022/10/26張星元：發(fā)酵原理153.2.2.1胞外降解途徑：胞外酶催化多

聚物的水解

3.2.2.2有載體蛋白參與的跨膜系統(tǒng)

3.2.2.3化能異養(yǎng)型微生物對(duì)各種有機(jī)

化合物的利用

3.2.2.4細(xì)胞內(nèi)源化合物的氧化降解

3.2.2.5關(guān)于質(zhì)粒編碼的降解代謝活性

2022/10/26張星元：發(fā)酵原理163.2.2.1胞外降解途徑：胞外酶對(duì)多聚物

的水解

微生物可以分泌胞外酶，大多數(shù)情況下是水解酶，把多聚物水解成可以進(jìn)入細(xì)胞的分子。這些胞外酶游離于微生物細(xì)胞外，有些仍與細(xì)胞相聯(lián)。細(xì)胞還會(huì)分泌一些附著物，使某些疏水化合物結(jié)合到細(xì)胞表面，以便于降解。多聚物水解不會(huì)產(chǎn)生可被生物利用的能量，但多聚物水解是向心途徑的第一步。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理17

可作為營(yíng)養(yǎng)的多聚物包括：淀粉、纖維素、果膠類物質(zhì)（果膠酸、果膠、原果膠質(zhì)）、幾丁質(zhì)（甲殼質(zhì)）、半纖維素(hemicellulose)、木質(zhì)素(1ignin)、蛋白質(zhì)和多肽、核酸等等種類。

化能異養(yǎng)型微生物能分泌一系列胞外酶將外源性多聚有機(jī)化合物降解。還有些有機(jī)化合物雖然不是多聚物，也需要首先被微生物的胞外酶水解以后才能被微生物吸收。例如許多微生物能分泌脂肪酶，它能將甘油三脂水解成脂肪酸和甘油。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理183.2.2.2有載體蛋白參與的跨膜系統(tǒng)（第二章2.2.2已有敘述。）

2022/10/26張星元：發(fā)酵原理193.2.2.3化能異養(yǎng)型微生物對(duì)各種有機(jī)化

合物的利用

微生物通過一定的機(jī)制從培養(yǎng)基中吸收有機(jī)化合物，進(jìn)入細(xì)胞的有機(jī)化合物再經(jīng)過一段代謝途徑的代謝作用，將碳架物質(zhì)注入中心代謝途徑。這些有機(jī)化合物可以是碳水化合物、烴類化合物、含氮有機(jī)化合物或其他有機(jī)化合物。

2022/10/26張星元：發(fā)酵原理20微生物通過一定的機(jī)制從培養(yǎng)基中吸收有機(jī)化合物，進(jìn)入細(xì)胞的有機(jī)化合物再經(jīng)過一段代謝途徑的代謝作用，將碳架物質(zhì)注入中心代謝途徑。這些有機(jī)化合物可以是碳水化合物、烴類化合物、含氮有機(jī)化合物或其他有機(jī)化合物。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理21⑴二糖的吸收和降解

關(guān)于二糖的吸收和降解，研究得最清楚的要數(shù)乳糖。大腸桿菌若要在以乳糖為碳源的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，首先要誘導(dǎo)出3種酶：乳糖透性酶、β-半乳糖苷酶和β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理22乳糖透性酶實(shí)際上是乳糖的載體蛋白，用于乳糖的主動(dòng)輸送，將乳糖送入細(xì)胞；β-半乳糖苷酶將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖；β-半乳糖苷乙?；D(zhuǎn)移酶的作用是催化AcCoA將乳糖及其它半乳糖苷乙?；姆磻?yīng)，它可將未能代謝的乳糖及與乳糖結(jié)構(gòu)類似的分子乙酰化，并將其排出細(xì)胞，因此，這個(gè)酶的生物學(xué)功能可能是起解毒作用。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理23

乳糖水解生成的葡萄糖被磷酸化而進(jìn)入酵解途徑；水解生成的半乳糖又在細(xì)胞中誘導(dǎo)出參與半乳糖進(jìn)一步代謝的3種酶，在這3種酶的協(xié)同作用下，使半乳糖轉(zhuǎn)化成G-6-P，即可注入酵解途徑。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理24

二糖的降解一般在細(xì)胞內(nèi)發(fā)生，有如下兩種降解方式：一種是被相應(yīng)的二糖水解酶水解成單糖，如蔗糖酶將蔗糖水解成葡萄糖和果糖，乳糖酶（β-半乳糖苷酶）將乳糖水解成葡萄糖和半乳糖，麥芽糖酶將麥芽糖水解成兩份葡萄糖。另一種分解方式是在相應(yīng)的磷酸化酶的作用下，使二糖經(jīng)磷酸化裂解（phosphorylyticcleavage），得到1分子單糖和1分子磷酸葡萄糖。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理25這種方式的裂解比起第一種方式更為經(jīng)濟(jì)，由這種方式產(chǎn)生磷酸葡萄糖即可以糖的磷酸酯的形式進(jìn)入中心代謝途徑，而且，此過程不消耗ATP，而游離的單糖大多需經(jīng)激活（消耗高能鍵而被磷酸化）后才能進(jìn)入葡萄糖的降解途徑。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理26⑵己糖和戊糖的降解

作為化能異養(yǎng)型微生物的碳源與能源，果糖像葡萄糖一樣，受己糖激酶催化而被ATP激活，生成F-6-P；或者借助由PEP參加的磷酸轉(zhuǎn)移酶系統(tǒng)進(jìn)入細(xì)胞，生成F-1-P。然后又在1-磷酸果糖激酶（該酶受果糖誘導(dǎo)）的催化下形成F-1,6-2P。F-6-P和F-1,6-2P均為EMP途徑中間產(chǎn)物，可按EMP途徑進(jìn)一步降解。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理27

甘露糖在甘露糖激酶的催化下，生成6-磷酸甘露糖，再由6-磷酸甘露糖異構(gòu)酶催化，生成F-6-P，進(jìn)入EMP途徑。也有例外，如果沒有甘露糖激酶，也可以以另外的方式實(shí)現(xiàn)甘露糖的磷酸化。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理28半乳糖誘導(dǎo)3種酶的合成：半乳糖激酶、葡萄糖∶1-磷酸半乳糖尿苷酰轉(zhuǎn)移酶和UDP-Glc差向異構(gòu)酶。半乳糖在這些酶的順序催化下，先生成1-磷酸半乳糖，然后再生成G-1-P。G-1-P經(jīng)G-6-P磷酸葡萄糖變位酶作用生成G-6-P，即可進(jìn)入酵解途徑。在嗜糖假單胞菌中，半乳糖可被直接氧化成半乳糖酸內(nèi)酯，然后進(jìn)入與ED途徑類似的途徑，最終產(chǎn)物與ED途徑相同。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理29戊糖，如核糖、木糖和阿拉伯糖，雖然可以被不少微生物利用，但常有適應(yīng)現(xiàn)象。即它們或以自己獨(dú)立的途徑降解，或經(jīng)轉(zhuǎn)化后進(jìn)入葡萄糖降解途徑。如核糖在激酶催化下生成R-5-P，即可進(jìn)入HMP和PK途徑。阿拉伯糖在異構(gòu)酶的催化下生成核酮糖，然后再磷酸化生成Ru-5-P，即可進(jìn)入HMP或PK途徑。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理30木質(zhì)纖維水解物中有40％是木糖，木糖可以經(jīng)木糖醇而轉(zhuǎn)化為木酮糖，也可以在木糖異構(gòu)酶催化下直接生成木酮糖，木酮糖經(jīng)激酶催化生成Xu-5-P，即可進(jìn)入HMP或PK途徑。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理31⑶己糖醛酸的降解

果膠類物質(zhì)在胞外酶作用下降解成半乳糖醛酸。半乳糖醛酸經(jīng)進(jìn)一步代謝即可轉(zhuǎn)化成ED途徑的中間產(chǎn)物KDPG，即可進(jìn)入ED途徑。這樣的作用在假單胞菌、氣單胞菌和土壤桿菌中比較明顯。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理32⑷甘露（糖）醇的降解

在不同的微生物中，可能經(jīng)不同的途徑將甘露醇轉(zhuǎn)化為EMP途徑的中間產(chǎn)物F-6-P。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理33

⑸丙酸的降解

在需氧條件下，大腸桿菌的丙酸降解至今未有明確的結(jié)論，其丙酸代謝的第一步是生成丙酰CoA，后者與乙醛酸縮合成α-羥基戊二酸，然后又裂解成乳酸和乙酸。乙酸經(jīng)AcCoA進(jìn)入TCA環(huán)或（和）DCA環(huán)。而乳酸經(jīng)乳酰CoA、丙酮酰CoA，轉(zhuǎn)化成羥基丙酮醛，此化合物的進(jìn)一步代謝情況尚待研究，但已知當(dāng)丙酸濃度較高時(shí)，丙酸主要經(jīng)乙酸代謝。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理34⑹葡萄糖酸的降解

某些微生物能利用葡萄糖酸作為唯一碳源，葡萄糖酸可經(jīng)6-磷酸葡萄糖酸脫羧，生成5-磷酸核酮糖而進(jìn)入HMP途徑；也可以經(jīng)2,5-二酮葡萄糖酸，繼續(xù)代謝生成α-KG而進(jìn)入TCA環(huán)。在假單胞菌中，葡萄糖酸經(jīng)6-磷酸葡萄糖酸進(jìn)入ED途徑。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理35⑺山梨（糖）醇的降解

山梨（糖）醇先被轉(zhuǎn)化成果糖，然后生成F-6-P而進(jìn)入EMP途徑。

⑻蘋果酸的降解

在需氧情況下，蘋果酸按TCA環(huán)氧化方向生成OAA，然后OAA脫羧生成PYR，然后按需氧途徑降解。在弱氧化醋酸桿菌中，蘋果酸經(jīng)草酰蘋果酸生成α-KG而進(jìn)入TCA環(huán)，以便用于氨基酸合成。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理36⑼草酸的降解

草酸先被轉(zhuǎn)化成乙醛酸，然后經(jīng)甘油酸途徑生成3-P-GA進(jìn)入EMP途徑。

⑽乙醇酸（羥基乙酸）和乙醛酸的降解

乙醇酸先被氧化成乙醛酸，后者直接與AcCoA反應(yīng)，生成蘋果酸進(jìn)入TCA環(huán)、DCA環(huán)；或者乙醛酸經(jīng)甘油酸途徑，生成3-P-GA而進(jìn)入EMP途徑。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理37⑾乙醇和乙酸的降解

乙醇經(jīng)乙醛氧化成乙酸，乙酸在乙酰硫激酶的催化下，與CoA、ATP作用，生成AcCoA而進(jìn)入TCA環(huán)。

2022/10/26張星元：發(fā)酵原理38⑿脂肪酸的降解

脂肪和脂肪酸也可以作為微生物的碳源和能源，但脂肪不能進(jìn)入細(xì)胞，細(xì)胞內(nèi)貯藏的脂肪也不可直接進(jìn)入糖的降解途徑，因此要在有關(guān)酶的作用下先行水解。

脂肪在微生物細(xì)胞合成的脂肪酶（胞外酶對(duì)胞外的脂肪，胞內(nèi)酶對(duì)胞內(nèi)脂肪）的作用下，水解成甘油和脂肪酸。

甘油經(jīng)3-磷酸甘油或經(jīng)二羥基丙酮轉(zhuǎn)化成磷酸二羥丙酮（DHAP）進(jìn)入EMP途徑。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理39

絕大多數(shù)細(xì)菌對(duì)脂肪酸的分解能力很弱，然而一經(jīng)誘導(dǎo)，它們的脂肪酸氧化活性就會(huì)增強(qiáng)。如大腸桿菌就有一個(gè)可被誘導(dǎo)合成的，用來降解脂肪酸的酶系，并且，C6～C16脂肪酸靠?；鵆oA合成酶參與的基團(tuán)轉(zhuǎn)移機(jī)制進(jìn)入細(xì)胞。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理40脂肪酸的β-氧化是在原核細(xì)胞的細(xì)胞質(zhì)和真核細(xì)胞的線粒體內(nèi)進(jìn)行的。若脂肪酸分子的碳原子數(shù)為偶數(shù)，最終得AcCoA，若脂肪酸分子的碳原子數(shù)為奇數(shù)，則同時(shí)也得到丙酰CoA。AcCoA直接進(jìn)入TCA環(huán)降解，丙酰CoA則可以經(jīng)甲基丙二酸單酰CoA，然后甲基丙二酸單酰CoA分子重排，形成ScCoA而進(jìn)入TCA環(huán)。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理41⒀脂肪族烴的降解

微生物對(duì)烴的降解，首先需要氧，因此，在烴上生長(zhǎng)是專性需氧的過程。

在甲烷上生長(zhǎng)的過程，需特殊的途徑，因此甲烷氧化細(xì)菌不能在其它烴上生長(zhǎng)。微生物對(duì)其它脂肪族烴的代謝情況大致是這樣的：能夠在C5～C8脂肪族烴中生長(zhǎng)的細(xì)菌相對(duì)較少，如分支細(xì)菌、黃桿菌、諾卡氏菌等。。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理42然而，能利用長(zhǎng)鏈的脂肪族烴的微生物比較多，分布也比較廣，其中特別是能利用C10～C18

正烷烴的微生物，而且這些正烷烴被利用的速度特別快。能在長(zhǎng)鏈脂肪族烴上生長(zhǎng)的微生物包括谷氨酸棒狀桿菌、熒光假單胞菌、銅綠假單胞菌、嗜石油諾卡氏菌、簡(jiǎn)單節(jié)桿菌、解脂假絲酵母、球擬酵母、粉紅頭孢等微生物。值得注意的是酵母和絲狀真菌也能利用這類基質(zhì)。大腸桿菌、產(chǎn)氣腸桿菌和枯草芽孢桿菌不能在這類基質(zhì)上生長(zhǎng)。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理43脂肪族烴是水不溶性基質(zhì)，因此，微生物對(duì)它們的吸收和催化作用就有一定的特殊性。微生物通常生活在水的環(huán)境中，不能生活在油中，因此，微生物對(duì)這類基質(zhì)的作用只發(fā)生在油水界面上。對(duì)于這類基質(zhì)的利用是從對(duì)它們的吸收開始的。在這類基質(zhì)上生長(zhǎng)的酵母細(xì)胞具有富含糖脂的相當(dāng)厚的壁，在這類基質(zhì)上生長(zhǎng)的細(xì)菌則形成含海藻糖脂、鼠李糖脂或具有與這些糖脂類結(jié)構(gòu)類似的化合物的細(xì)胞壁。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理44脂肪族烴溶在這樣的細(xì)胞壁中并且被傳送到質(zhì)膜。換句話說，這些微生物能產(chǎn)生起乳化劑作用的物質(zhì)，這些物質(zhì)具有既親油又親水的分子結(jié)構(gòu)，因而可以促進(jìn)微生物對(duì)脂肪族烴的吸收。例如節(jié)桿菌、短桿菌、棒狀桿菌和諾卡氏菌產(chǎn)生的這類物質(zhì)是海藻糖脂（由1分子海藻糖與2分子。α-分支-β-羥基脂肪酸組成），嗜石油假絲酵母產(chǎn)生的這類物質(zhì)是由多肽和脂肪酸組成的。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理45當(dāng)然也可以用人工的方法增加微生物細(xì)胞的這種吸收活性，比如，加入表面活性劑促進(jìn)乳化作用，使烷烴呈膠狀分散狀態(tài)。對(duì)于固態(tài)烴（如固體石蠟），除了細(xì)胞直接黏附于其表面外，還可能有使其溶解的機(jī)制。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理46

脂肪族烴被微生物吸收過程的最初的3個(gè)反應(yīng)在膜中進(jìn)行，催化這3個(gè)反應(yīng)的酶是與膜結(jié)合的。反應(yīng)由單加氧酶催化開始：

基質(zhì)-H＋O2＋AH2→

基質(zhì)-OH＋A＋H2O2022/10/26張星元：發(fā)酵原理47

上式中AH2是指一種可被氧化的輔基質(zhì)（cosubstrate），這里是還原性的紅氧（化）還（原）蛋白（reducedrubredoxin），這種含鐵的蛋白質(zhì)小分子（Fe2+或Fe3+與多肽鏈上的半胱氨酸殘基相聯(lián)），先被可溶性的依賴NADH的酶系統(tǒng)還原，然后才能作為單加氧酶的輔基質(zhì)。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理48

然后，經(jīng)單加氧酶催化形成的伯醇被依賴于NAD+的伯醇脫氫酶進(jìn)一步氧化成對(duì)應(yīng)的醛，最后醛又被依賴于NAD+的醛脫氫酶氧化成對(duì)應(yīng)的脂肪酸。此外，還發(fā)現(xiàn)有脂肪族烴分子兩端均被氧化的，結(jié)果生成二羧酸。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理49在棒狀桿菌的一些種和酵母中，輔基質(zhì)則是還原性細(xì)胞色素P450，它經(jīng)黃素蛋白和鐵硫蛋白，從NADH獲得還原力。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理50在某些微生物中（如諾卡氏菌中的某些種）還發(fā)現(xiàn)了另外一種氧化機(jī)制。從脂肪族烴的亞末（即第二個(gè)碳）開始氧化，生成仲醇，繼續(xù)氧化成酮；在第二個(gè)單加氧酶的催化下轉(zhuǎn)化成乙酸酯；乙酸酯水解成乙酸和長(zhǎng)伯鏈醇；這個(gè)長(zhǎng)鏈伯醇將進(jìn)一步降解。

脂肪族烯也能被降解?；蚴窃陔p鍵處加水；或是先形成環(huán)氧化物，然后水解成二羥基烷。此外，環(huán)烷烴、二環(huán)烷烴、萜烯烴類等均可被不同的微生物降解。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理51總之，不同種類的長(zhǎng)鏈脂肪族烴通過不同途徑均可被轉(zhuǎn)變成長(zhǎng)鏈脂肪酸，長(zhǎng)鏈脂肪酸經(jīng)β-氧化，生成AcCoA而進(jìn)入TCA環(huán)。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理52⒁氨基酸的降解

由蛋白酶或肽酶水解蛋白質(zhì)或多肽生成的低分子質(zhì)量的肽和氨基酸，能被許多種微生物主動(dòng)吸收，并用于生長(zhǎng)。一些氨基酸的分子結(jié)構(gòu)與中心代謝途徑上某些中間化合物（centralintermediates）相關(guān)，所以它們的降解非常容易。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理53大多數(shù)情況下，氨基酸首先轉(zhuǎn)變成相關(guān)的酮酸。如Glu→α-KG、Asp→OAA、Ala→PYR，以及Val→2-氧代異戊酸、Leu→2-氧代異己酸、I1e→2-氧代-3-甲基戊酸。這就是氧化脫氨。α-KG、OAA和PYR屬于中心代謝途徑的中間化合物。2-氧代異戊酸和2-氧代-3-甲基戊酸還需經(jīng)特異性的降解途徑轉(zhuǎn)變成中心代謝途徑的中間化合物，已發(fā)現(xiàn)細(xì)菌中有與動(dòng)物中類似的反應(yīng)將這兩者轉(zhuǎn)化為AcCoA和丙酰CoA。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理54脫氨也可以引發(fā)氨基酸的降解。發(fā)生脫氨反應(yīng)的條件是：α-氨基羧酸分子中β-碳原子上的取代基（如羥基）促進(jìn)α-氨基的離去，生成酮酸。因而諸如Ser、Thr和His都可以進(jìn)行脫氨降解。因?yàn)槊摪苯到馐菑拿撍_始的，所以把反應(yīng)所用的酶叫做脫水酶（即通常所說的脫氨酶）。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理55在大腸桿菌中降解代謝的Thr脫水酶與合成代謝的Thr脫水酶在性質(zhì)上是不同的（特別是在調(diào)節(jié)性能上），后者催化從Thr合成I1e的第一步反應(yīng)。如果要在Asp上需氧生長(zhǎng)，許多微生物會(huì)合成天冬氨酸酶，催化Asp脫氨。His的降解也由類似的反應(yīng)引發(fā)。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理56以上所述脫氨機(jī)制是微生物降解氨基酸的主要機(jī)制，此外還有其他降解機(jī)制，如Arg可通過多種途徑降解成SCA，Phe可以降解成FMA和乙酰乙酸。因此，許多微生物能在營(yíng)養(yǎng)液和其他含有多種氨基酸和肽的培養(yǎng)基中很好地生長(zhǎng)的事實(shí)，是可以理解的。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理57

但應(yīng)注意到，氨基酸也可以在脫羧酶的催化下脫羧生成相應(yīng)的胺。含1個(gè)氨基的氨基酸脫羧后生成單胺；含2個(gè)氨基的氨基酸脫羧后生成二胺，二胺有毒。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理58⒂核苷酸、核苷和嘌呤、嘧啶的降解

化能異養(yǎng)型微生物可以分泌胞外酶，如核酸酶（磷酸二酯酶）、核苷酸酶（磷酸單酯酶）和核苷酶，將胞外的核酸降解成核苷酸、核苷、嘌呤和嘧啶。一般認(rèn)為核苷酸難以被吸收，腺嘌呤核苷酸借助特異性的移位酶的跨膜交換比率為1∶1。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理59核苷和嘌呤、嘧啶堿基可以通過基團(tuán)轉(zhuǎn)移等機(jī)制進(jìn)入胞內(nèi)。胞內(nèi)的核酸、核苷酸、核苷可被胞內(nèi)相應(yīng)的酶降解成嘌呤和嘧啶。這個(gè)分解過程可以概括為：

核酸←→核苷酸←→（核苷＋磷酸）→[嘌呤或嘧啶＋（1-磷酸戊糖）]

嘌吟、嘧啶若要作為能源，則需要降解。嘌呤與嘧啶降解的最后產(chǎn)物是有機(jī)酸（氨基酸）、NH3和CO2。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理60⒃芳香族化合物的降解

芳香族化合物在環(huán)境和食品中的累積會(huì)危及人類的健康（芳香族氨基酸無毒），人類希望能利用微生物來降解芳香族化合物，使它們重新進(jìn)入大自然的碳素循環(huán)。2022/10/26張星元：發(fā)酵原理61芳香族化合物（萘、蒽、菲、苯乙醇酸、色氨酸、奎尼酸等）大多先被轉(zhuǎn)變成兒茶酚（鄰苯二酚）和原兒茶酸（3，4-二羥苯甲酸）。然后兒茶酚和原兒茶酸再經(jīng)鄰位分解（3-氧代己