氨基酸发酵机制(I)

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1、第五章氨基酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制谷氨酸，学名：α-氨基戊二酸；其单钠盐：谷氨酸钠，商品名称味精，是重要的调味品。早期生产谷氨酸的方法有两种，一是提取法：甜菜厂付产物糖蜜中含有焦谷氨酸，用强碱处理可得到谷氨酸；二是蛋白质水解法：将面筋加酸水解，再分离提纯。第二篇发酵机制谷氨酸第五章氨基酸发酵机制1957年发酵法生产谷氨酸在日本协和发酵公司投产。日本在谷氨酸发酵生产方面居世界领先地位。味之素、协和等均是其中代表。我国近年的发展也比较快;如河南的莲花味精公司，目前味精产量已从1983年的400吨上升到目前拥有30

2、万吨味精的年生产能力。第二篇发酵机制谷氨酸生产菌能够在体外积累菌体最大生长需要量300多倍的谷氨酸，研究发现：大量积累是由于：①代谢调节控制；②细胞膜通透性的特异调节；③发酵条件的适合；第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制一、谷氨酸生物合成途径及调节机制第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制第一节谷氨酸发酵机制第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制（一）EMP途径、HMP途径谷氨酸生产菌存在着两种代谢途径：EMP、HMP；EMP/HMP=90/10。第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制（二）TCA、DCA和CO2固定作用1.T

3、CA环（三羧酸循环）第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制P69表5-2：谷氨酸是通过三羧酸循环途径合成的；为此：α-酮戊二酸之前的代谢必须畅通；α-酮戊二酸脱氢酶活性丧失或很小；葡萄糖6-P-葡萄糖3-磷酸甘油醛丙酮酸乙酰CoA磷酸丙糖磷酸烯醇丙酮酸草酰乙酸柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸α-酮戊二酸琥珀酸富马酸苹果酸CO2Fe2+CO26-P-葡萄糖酸5-P-核糖①②③④⑤⑥HMP乙酰CoA乙醛酸①②③④⑤⑥CO2谷氨酸NADPH+H+NADPNADP排出细胞DCACO2柠檬酸合成酶顺乌头酸酶异柠檬酸脱氢酶α-酮戊二酸脱氢酶

4、第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制2.DCA环（乙醛酸循环）：乙醛酸乙醇乙酸CoA烃类乙酰CoA草酰乙酸柠檬酸乙酰CoA苹果酸富马酸琥珀酸异柠檬酸β-氧化第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制3.CO2固定苹果酸酶苹果酸脱氢酶CO2草酰乙酸CO2NAD+NADH+H+PEPGDPCO2GTPPEP羧化酶丙酮酸苹果酸草酰乙酸+++第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制实验表明：草酰乙酸靠CO2的固定来补充；已发现的途径有二条：第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制PEP的分解和羧化受细胞能量代谢水平调节；PEP羧化酶的Km较高；

5、（三）氨的导入第五章氨基酸发酵机制氨的导入有三种方式：①α-酮戊二酸还原氨基化→谷氨酸②天冬氨酸或丙氨酸通过氨基转移，将氨基转给α-酮戊二酸③谷氨酸合成酶途径，该酶Km仅谷氨酸脱氢酶的1/10，且不被谷氨酸抑制。第二篇发酵机制氨是氨基酸基本结构之一，氨的导入是氨基酸合成中的基本过程。二、细胞膜通透性控制谷氨酸生产菌的主要生化特点：①α-酮戊二酸脱氢酶活性极低或缺失②谷氨酸脱氢酶活性很高，不被低浓度的谷氨酸抑制③ 细胞膜对谷氨酸的通透性高第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制C17酸(佶抗)C18酸C16酸油酸C18(限

6、量)n-石蜡α-KGAα-磷酸甘油脂肪酸生物素磷脂质磷酸二羟丙酮青霉素心磷脂磷脂酰甘油磷脂酰肌醇磷脂酰肌醇二甘露糖酸乙酰CoA3-磷酸甘油醛葡萄糖葡萄糖生物素乙酸细胞膜细胞壁L-GAL-GA柠檬酸聚氧乙二醇十七酸盐第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制三、菌种选育模型与控制方法控制磷脂的合成使细胞膜受损（如表面活性剂）青霉素损伤细胞壁，间接影响细胞膜通过油酸的合成通过甘油合成直接控制磷脂合成提高细胞膜的谷氨酸通透性控制磷脂含量第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制1.从生物素入手：菌种选育模型及控制方法CH2-CO～SCo

7、A+CO2+ATP(乙酰CoA)生物素Mg2+乙酰CoA羧化酶COOH-CH2CoA+ADP+Pi(丙二酰CoA)生物素是羧化酶的辅酶，促进脂肪酸合成，再合成磷脂。第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制选育生物素缺陷型菌株限制外源性生物素供应（适量～贫乏）↓磷脂↓↓细胞膜结构不完整↓细胞膜对谷氨酸通透性↑抑制不饱和脂肪酸合成磷脂第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制2.选育油酸缺陷型3.选育甘油缺陷型4.选育温度敏感型突变株由于磷脂结构复杂，又是细胞膜的必要成分，所以磷脂合成障碍必须是条件型突变，如温度敏感型突变株才能存活

8、，反之，从温度敏感型突变株中可以找到细胞膜合成有缺陷的突变株。5其他，如营养缺陷型；药物抗性突变株；敏感型突变株等第五章氨基酸发酵机制第二篇发酵机制微生物的代谢产物可分为：初级代谢产物：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。特征：不同的微生物初级代谢产物基本相同；初级代谢产物合成过程是连续不断的，与菌体的生长呈平行关系。第五章氨基酸发酵机制