第四章生物产品代谢调控发酵机制 本章主要内容: 氨基酸代谢调控机制 核酸与核苷酸代谢调控机制 抗生素代谢调控机制 第四章生物产品代谢调控发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 1 第四章 生物产品代谢调控发酵机制 本章主要内容： • 氨基酸代谢调控机制 • 核酸与核苷酸代谢调控机制 • 抗生素代谢调控机制
§1氨基酸代谢调控机制 代谢控制发酵是用遗传学或其他生物化学的方法,人为 地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢,打破微 生物正常的代谢调节,使有用产物大量生成和积累。 氨基酸发酵和核酸发酵是典型的代谢控制发酵。 第四章生物产品代谢调控发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 2 §1 氨基酸代谢调控机制 代谢控制发酵是用遗传学或其他生物化学的方法，人为 地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，打破微 生物正常的代谢调节，使有用产物大量生成和积累
一、谷氨酸、乌氨酸、瓜氨酸、精氨酸生物 合成途径及其代谢调节机制 谷氨酸与瓜氨酸、鸟氨酸、精氨酸同属于谷氨酸 族氨基酸,其合成途径是首先由α-酮戊二酸生成 谷氨酸,再进一步合成鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸 葡萄糖→→谷氨酸→鸟氨酸→瓜氨酸→精氨酸」 第四章生物产品代谢调控发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 3 谷氨酸与瓜氨酸、鸟氨酸、精氨酸同属于谷氨酸 族氨基酸，其合成途径是首先由-酮戊二酸生成 谷氨酸，再进一步合成鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸 一、谷氨酸、鸟氨酸、瓜氨酸、精氨酸生物 合成途径及其代谢调节机制 葡萄糖→→ →谷氨酸→鸟氨酸→瓜氨酸→精氨酸
1.谷氨酸族氨基酸生物合成途径及代谢调节机制 谷氨酸的功能 谷氨酸属“非必需”氨基酸,是体内代谢的基本氨基酸之 ≯在谷氨酰胺合成酶催化下,能与氨反应生成谷氨酰胺由尿 排出,起到解除氨毒作用; ≯它还参与脑内蛋白质和糖代谢,促进氧化过程,改善中枢 神经系统的功能; ≯在体内它能转化为丙酮或葡萄糖,因而升高血糖,减少糖 原异生,从而减少脂肪分解,减少酮体 第四章生物产品代谢调控发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 4 Ø谷氨酸属“非必需”氨基酸，是体内代谢的基本氨基酸之一。 Ø在谷氨酰胺合成酶催化下，能与氨反应生成谷氨酰胺由尿 排出，起到解除氨毒作用； Ø它还参与脑内蛋白质和糖代谢，促进氧化过程，改善中枢 神经系统的功能； Ø在体内它能转化为丙酮或葡萄糖，因而升高血糖，减少糖 原异生，从而减少脂肪分解，减少酮体。 1.谷氨酸族氨基酸生物合成途径及代谢调节机制 谷氨酸的功能
L-谷氨酸的用途 √肝昏迷预防; 药物 √防止癫痫; √减轻酮尿症和酮血症 √胃酸不足; 保健品 种脑营养剂; √食品保鲜剂 食品 第四章生物产品代谢调控发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 5 ü 肝昏迷预防； ü 防止癫痫； ü 减轻酮尿症和酮血症； ü 胃酸不足； ü 一种脑营养剂； ü 食品保鲜剂。 药 物 保 健 品 食 品 L-谷氨酸的用途
葡萄糖 谷氨酸代谢途径 HMP途径 磷酸烯萨丙酬酸 脂质 2 CO丙 酸 二CH3 COCOON丙二前单酰CoA NAb,APH(@M化烨“腊肪酸 c CH3 COcoA ADP+ P HoOCCOOH 柠檬酸产生菌 h2 NADH+出AD2+FATP柠檬酸 CH Co 应有的遗传标志 NAD+ COOH cOo ⑩草酰乙酸 ④H2O HOCHCOOH CH2 COOH CH CH2 CooL. CoASH CCooH-S COOH 苹果酸 H2o CHCOOH CO2 Ch 顺乌头酸 H2O COOH 衣康酸 HOOCCH 乙醛酸 CH2 COOH HCCOOH CoOH HCOOH 反丁烯二酸 FADH2 COOH ADH2 g COOH Mg2+ HoCHCOOH 异柠酸 FAD CH2COo CH2 COOH NADPH +H+ CHCOOH CH2 CooH COOH COCOOH 琥珀酸4② COOH CO COACHa 草能琥珀酸/COOH ATP H3 H2O/H CK ADP Pi cH2 CH2 ADPH+ H2 虢珀酰CA+H+a-酮戊二酸 COOH 谷氨酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 6 谷氨酸代谢途径 HMP途径
葡萄糖 6-磷酸術萄糖 6-磷酸荷萄糖酸 2 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径 3磷酸甘油醛—○5-磷酸核糖 Co 乳酸 丙酮酸 乙酰CoA CO COr 草酰乙酸 柠檬酸 乙酰CoA 苹果酸 异柠檬酸 反丁烯二酸 乙醛酸 cOz 犹珀酸 a-酮戊二酸 NH 谷氨酸L透过细胞展谷氨酸
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 7 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径
代谢途径: EMP途径HMP途径 TCA循环DCA循环CO2固定 由葡萄糖生成谷氨酸的总反应式: C6H1206+ NH3+ O2-C5H9O4N+ CO 2+3H20 第四章生物产品代谢调控发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 8 EMP 途径 HMP 途径 TCA 循环 DCA 循环 CO2 固定 § 由葡萄糖生成谷氨酸的总反应式： C6H12O6 + NH3 + O2 → C5H9O4N + CO2 + 3H2O
由二羧酸和三羧酸生成谷氨酸 谷氨酸生成量( umol/L) 质 嫌气好 NH++葡萄糖 0. 55.0 NH+葡萄糖+a-酮戊二酸 NH+葡萄糖-6-磷酸 0 0.0 NH十葡萄糖-6-磷酸十a-酮戊二酸 NH十葡萄糖酸 0.0 0.0 NH十葡萄糖酸十α酮戊二酸 10.4 NH+延胡索酸 0.0 7.5 NH+延胡素酸十a-酮戊二酸 21.0 NH屮珧珀酸+∝酮戊二酸 6.8 20.0 NH十虢珀酸 0.0 0.0 NH+苹果酸 0.0 5.4 NH十苹果酸+a酮戊二酸 9.0 NH十柠檬酸 85.0 49,0 NH十柠檬酸十α-酮戊二酸 88.0 53.0 NH十顺乌头酸 81.0 48.5 NH+顺乌头酸+a-酮戊二酸 85.0 NH十异柠檬酸 51.0 NH十异柠檬酸+a-酮戊二酸 91.0 56.0 NH+a-酮戊二酸 9.0 0.0
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 9 由二羧酸和三羧酸生成谷氨酸
研究证明: 谷氨酸生产菌种存在EMP途径的全部酶和HMP途径有关 的酶 °谷氨酸菌存在C○2固定生成草酰乙酸的PEP羧化酶和苹 果 酸酶,与谷氨酸得率正相关 循环中的柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸能定量地生 成谷氨酸,其相应的酶与谷氨酸合成有关 °以醋酸和乙醇为原料进行谷氨酸发酵时,DCA循环是 C 二羧酸的唯一补充来源;但是以葡萄糖为原料时,在谷 氨酸生成期此循环应关闭 第四章生物产品代谢调控发酵机制
第四章 生物产品代谢调控发酵机制 10 n 研究证明： • 谷氨酸生产菌种存在EMP途径的全部酶和HMP途径有关 的酶 • TCA循环中的柠檬酸、顺乌头酸、异柠檬酸能定量地生 成谷氨酸，其相应的酶与谷氨酸合成有关 • 以醋酸和乙醇为原料进行谷氨酸发酵时，DCA循环是 C4 二羧酸的唯一补充来源；但是以葡萄糖为原料时，在谷 氨酸生成期此循环应关闭 • 谷氨酸菌存在CO2固定生成草酰乙酸的PEP羧化酶和苹 果 酸酶，与谷氨酸得率正相关