三糖厭氣性發(fā)酵產(chǎn)物積累機(jī)制

三糖厭氣性發(fā)酵產(chǎn)物積累機(jī)制第1頁/共26頁

發(fā)酵機(jī)制：微生物通過其代謝活動(dòng)，利用基質(zhì)合成人們所需要的代謝產(chǎn)物的內(nèi)在規(guī)律。

發(fā)酵機(jī)制研究的內(nèi)容：

1.微生物的生理代謝規(guī)律（就是各種代謝產(chǎn)物合成途徑及代謝調(diào)節(jié)機(jī)制）；

2.環(huán)境因素（營養(yǎng)條件、培養(yǎng)條件等）對(duì)代謝的影響及改變代謝的措施；

代謝控制發(fā)酵：人為改變微生物的代謝調(diào)控機(jī)制，使有用的中間代謝產(chǎn)物積累。第2頁/共26頁第三章糖嫌氣性發(fā)酵產(chǎn)物積累機(jī)制

重點(diǎn)：糖酵解途徑的特點(diǎn)；酒精發(fā)酵機(jī)制；甘油的合成機(jī)制；乳酸發(fā)酵機(jī)制；難點(diǎn)：糖酵解的調(diào)節(jié)機(jī)制；酒精發(fā)酵中副產(chǎn)物的生成；

第3頁/共26頁第一節(jié)糖酵解途徑及調(diào)節(jié)機(jī)制糖酵解途徑：1940年弄清全過程葡萄糖分解為丙酮酸，在不同的微生物丙酮酸再生成不同的產(chǎn)物，如乙醇、乳酸、檸檬酸等?？偡磻?yīng)：

C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD=2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2第4頁/共26頁

EMP途徑葡萄糖葡糖-6-磷酸果糖-6-磷酸果糖-1，6-二磷酸1，3-二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸磷酸二羥丙酮甘油醛-3-磷酸ATPADPATPADPADPATPADPATPNAD+NADH+H+aa:預(yù)備性反應(yīng)bb:氧化還原反應(yīng)EMP途徑意義：為細(xì)胞生命活動(dòng)提供ATP和NADH底物水平磷酸化底物水平磷酸化第5頁/共26頁第6頁/共26頁一、糖酵解途徑的特點(diǎn)：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(xì)胞中，每個(gè)反應(yīng)都不需要氧參與。2.分為兩個(gè)階段，即準(zhǔn)備階段（六碳糖變?yōu)槿继?，消?個(gè)ATP）和（第二階段從三碳糖開始生成丙酮酸，產(chǎn)生4個(gè)ATP）。3.糖酵解有10多個(gè)反應(yīng)組成，每個(gè)反應(yīng)都在酶的作用下完成(激酶、變位酶、異構(gòu)酶、脫氫酶四類);4.其他糖類（如淀粉、乳糖等）作為碳源和能源時(shí)，是通過葡萄糖或其他中間產(chǎn)物并入糖酵解途徑的。5、在不同的有機(jī)體和不同條件下，H2的受體不同，因此丙酮酸的去路也不同。

第7頁/共26頁根據(jù)主要代謝產(chǎn)物的不同，將微生物通過EMP途徑發(fā)酵分為下列六種類型：如（圖3－2）

1.酵母的乙醇發(fā)酵

2.同型乳酸發(fā)酵（乳酸菌）

3.丙酸發(fā)酵(丙酸菌)4.混合酸發(fā)酵（大腸桿菌）丁酸發(fā)酵

5.丁酸型發(fā)酵丙酮-丁醇發(fā)酵丁醇-異丙酮發(fā)酵第8頁/共26頁二、糖酵解調(diào)節(jié)機(jī)制

調(diào)節(jié)點(diǎn)主要是三個(gè)激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三個(gè)反應(yīng)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(xì)胞能荷調(diào)節(jié)的。

(ATP+?ADP)∕(ATP+ADP+AMP)為一定比例，該比例叫能荷。

ATP含量高時(shí)，抑制磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，酵解減少；反之，酵解加快。無機(jī)磷也是調(diào)節(jié)者，它能解除6-磷酸葡萄糖對(duì)己糖激酶的抑制，加快糖酵解。第9頁/共26頁第二節(jié)酒精發(fā)酵機(jī)制一、酒精生成機(jī)制

以丙酮酸脫羧酶產(chǎn)生的乙醛作為氫受體（乙醇脫氫酶作用）：丙酮酸脫羧酶乙醇脫氫酶

丙酮酸CO2+乙醛←←→→乙醇

NADH+H+NADH+

以上是酵母酒精發(fā)酵（Ⅰ型發(fā)酵）。總反應(yīng)：

C6H12O6+2ADP+2H3PO4=2CH3CH2OH+2ATP+2CO2+104.6kJ

理論轉(zhuǎn)化率計(jì)算：

2*46.05/180.1=51.1%第10頁/共26頁二、巴斯德效應(yīng)指：在好氣條件下，酵母菌發(fā)酵能力下降（細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞中。機(jī)制：好氣條件下，糖代謝進(jìn)入TCA環(huán)→檸檬酸↑、ATP↑→

抑制磷酸果糖激酶的合成和活性→6-P-葡萄糖↑（積累）→反饋抑制己糖激酶→抑制葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)→葡萄糖利用降低。另外，好氣條件下，丙酮酸激酶的活性也降低，糖酵解速度下降。第11頁/共26頁三、酒精發(fā)酵中的副產(chǎn)物

副產(chǎn)物的生成消耗糖也影響產(chǎn)品質(zhì)量

主產(chǎn)物：乙醇、CO2

醇類（雜醇油）酵母酒精發(fā)酵醛類（糠醛）酸類（琥珀酸）酯類第12頁/共26頁1.雜醇油的形成：碳原子大于二的脂肪族醇類的統(tǒng)稱，包括正丙醇、異丁醇、異戊醇等，構(gòu)成酒類的風(fēng)味。1）酒精發(fā)酵中高級(jí)醇形成的途徑：

①氨基酸氧化脫氨作用：

亮氨酸+α-酮戊二酸α-酮異己酸+谷氨酸

α-酮異己酸異戊醛異戊醇由此機(jī)制可知，亮氨酸產(chǎn)異戊醇；苯丙氨酸產(chǎn)苯乙醇等酮酸脫羧酶轉(zhuǎn)氨酶

醇脫氫酶第13頁/共26頁②由葡萄糖直接形成：葡萄糖→α-酮酸→再結(jié)合活性乙醛生成高級(jí)α-酮酸再脫梭生成高級(jí)醇；或α-酮酸加氨生成氨基酸，再經(jīng)①生成醇。

③正丙醇的形成：

蘇氨酸α-氨基-2丁烯酸α-丁酮酸醛正丙醇脫水酶脫氨脫梭酶還原第14頁/共26頁2）影響雜醇油形成的條件

①菌種：雜醇油的生成量與菌種的醇脫氫酶活性有關(guān)，該酶活力高，雜醇油的生成量大。工程菌（缺少氨基酸轉(zhuǎn)移酶基因、支鏈氨基酸營養(yǎng)缺陷型）高級(jí)醇產(chǎn)量低。②培養(yǎng)基組成：培養(yǎng)基中有分支鏈氨基酸存在，有利于高級(jí)醇的生成。培養(yǎng)基中氮的水平高，雜醇油生成量降低，因?yàn)闊o機(jī)氮將酮酸轉(zhuǎn)化為氨基酸。培養(yǎng)基中氨基酸組成也有關(guān)，玉米中異亮氨酸、亮氨酸多，生成的異戊醇多。③發(fā)酵條件：溫度高，有利于高級(jí)醇的生成。第15頁/共26頁2、琥珀酸的形成：發(fā)酵液中加入谷氨酸，有利于琥珀酸的形成總反應(yīng)：葡萄糖+谷氨酸

琥珀酸+2甘油+CO2+NH33、酯類的生成：醇與酸酯化4、糠醛、甲醇：淀粉水解為葡萄糖的分解反應(yīng)果膠水解反應(yīng)第16頁/共26頁第三節(jié)甘油的合成機(jī)制

甘油是重要的工業(yè)原料，推動(dòng)甘油行業(yè)快速發(fā)展的卻是戰(zhàn)爭，炸藥的生產(chǎn)。甘油的用途主要有：在化工領(lǐng)域：改性醇酸樹脂、酚醛樹脂等醫(yī)藥工業(yè)：添加劑，潤滑劑等食品工業(yè)：甜味劑、保濕劑等在造紙、皮革、玻璃、化妝品等行業(yè)：約1700多種產(chǎn)品需要。

第17頁/共26頁生產(chǎn)方法：1.天然油脂為原料：天然油脂肥皂，廢水回收甘油；2.以丙烯為原料合成甘油3.發(fā)酵法甘油生產(chǎn)（主要）我國“八五”期間，把甘油發(fā)酵列為重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，無錫輕工業(yè)學(xué)院和四川省食品發(fā)酵工業(yè)設(shè)計(jì)研究院接受了該研究項(xiàng)目，并順利完成。第18頁/共26頁第19頁/共26頁

酵母菌中的乙醇脫氫酶活性很強(qiáng)，乙醛作為氫受體被還原成乙醇的反應(yīng)進(jìn)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(shí)，磷酸二羥丙酮?jiǎng)t代替乙醛作為氫受體形成甘油，這樣發(fā)酵轉(zhuǎn)為甘油發(fā)酵，稱為酵母Ⅱ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（歧化），因此，乙醛作為氫受體的作用也被抑制，這時(shí)磷酸二羥丙酮成為氫受體，這樣發(fā)酵產(chǎn)生的總的產(chǎn)物為甘油、乙酸、乙醇，這就是酵母Ⅲ型發(fā)酵。第20頁/共26頁磷酸二羥丙酮代替乙醛作為氫受體形成甘油，稱為酵母Ⅱ型發(fā)酵。第21頁/共26頁酵母的第三型發(fā)酵—堿法甘油發(fā)酵（pH7.6）2CH3CHO+H2O

CH3COOH+CH3CH2OH

磷酸二羥丙酮

（加氫）

甘油+Pi總反應(yīng)式：2葡萄糖+H2O

2甘油+乙醇+乙酸+2CO2第22頁/共26頁第四節(jié)乳酸發(fā)酵機(jī)制乳酸發(fā)酵乳酸菌的同型乳酸發(fā)酵：產(chǎn)物只有乳酸明串珠菌等的異型乳酸發(fā)酵：產(chǎn)物有乳酸、乙醇、CO2第23頁/共26頁一、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。

丙酮酸乳