第四章 柠檬酸发酵机制 • 柠檬酸又名枸橼酸，学名α-羟基丙烷三羧酸，是生物 体主要代谢产物之一。 • 性质： • 分子式C6H8O7，分子量192.12 有两种形式 • 水合物：100℃时融解，密度1.542g/cm3(18℃) 无水物：无色晶体或粉末，熔点153℃ 有强酸味。溶于水、乙醇和乙醚
第四章 柠檬酸发酵机制 • 柠檬酸又名枸橼酸，学名α-羟基丙烷三羧酸，是生物 体主要代谢产物之一。 • 性质： • 分子式C6H8O7，分子量192.12 有两种形式 • 水合物：100℃时融解，密度1.542g/cm3(18℃) 无水物：无色晶体或粉末，熔点153℃ 有强酸味。溶于水、乙醇和乙醚
用途： • 1）食品行业 • 2）医药行业 • 3）化工行业 • 4）其它行业 柠檬酸的生产： • 1874年首次从柠檬汁中提出柠檬酸并结晶成 固体；1913年首次实现利用黑曲霉发酵生成 柠檬酸
用途： • 1）食品行业 • 2）医药行业 • 3）化工行业 • 4）其它行业 柠檬酸的生产： • 1874年首次从柠檬汁中提出柠檬酸并结晶成 固体；1913年首次实现利用黑曲霉发酵生成 柠檬酸
一、柠檬酸合成途径 葡 萄 糖 丙 酮 酸 柠 檬 酸 乙酰-CoA 草酰乙酸 EMP途径 氧化脱羧 羧化
一、柠檬酸合成途径 葡 萄 糖 丙 酮 酸 柠 檬 酸 乙酰-CoA 草酰乙酸 EMP途径 氧化脱羧 羧化
• 1953年，Jagnnathan等证实了黑曲霉 中存在EMP途径的所有酶； • 1954年，Shu提出葡萄糖分解代谢中约80 ％走EMP途径； • 1958年，MeDomough等发现黑曲霉还 存在HMP途径的酶，但HMP途径主要存在于 孢子形成阶段； • 1954－1955年，Ramakrishman和 Martin研究发现黑曲霉中存在三羧酸循环；
• 1953年，Jagnnathan等证实了黑曲霉 中存在EMP途径的所有酶； • 1954年，Shu提出葡萄糖分解代谢中约80 ％走EMP途径； • 1958年，MeDomough等发现黑曲霉还 存在HMP途径的酶，但HMP途径主要存在于 孢子形成阶段； • 1954－1955年，Ramakrishman和 Martin研究发现黑曲霉中存在三羧酸循环；
淀粉 葡萄糖 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 磷酸丙糖 磷酸烯醇丙酮酸 丙酮酸 乙酰CoA 苹果酸 草酰乙酸 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 琥珀酸 α-酮戊二酸 富马酸 CO2 Fe2+ CO2 CO2
淀粉 葡萄糖 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 磷酸丙糖 磷酸烯醇丙酮酸 丙酮酸 乙酰CoA 苹果酸 草酰乙酸 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 琥珀酸 α-酮戊二酸 富马酸 CO2 Fe2+ CO2 CO2
• 存在两个CO2固定系统（需Mg2＋ 、K ＋）： • 1）丙酮酸（PYR）在丙酮酸羧化酶作 用下，生成草酰乙酸（此作用更强） • 2）磷酸烯醇丙酮酸（PEP）在PEP激 酶的作用下，生成草酰乙酸
• 存在两个CO2固定系统（需Mg2＋ 、K ＋）： • 1）丙酮酸（PYR）在丙酮酸羧化酶作 用下，生成草酰乙酸（此作用更强） • 2）磷酸烯醇丙酮酸（PEP）在PEP激 酶的作用下，生成草酰乙酸
碳平衡和能量平衡 C6H12O6 EMP途径 2ADP 2ATP 2H2 9ADP 9ATP 2×C3H4O3 丙酮酸脱羧 CO2固定 C4C2缩合 H2O 3/2O2 3H2O C6H8O7 柠檬酸
碳平衡和能量平衡 C6H12O6 EMP途径 2ADP 2ATP 2H2 9ADP 9ATP 2×C3H4O3 丙酮酸脱羧 CO2固定 C4C2缩合 H2O 3/2O2 3H2O C6H8O7 柠檬酸
• （一）、糖酵解及丙酮酸代谢的调节 • 1、正常情况下，柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶有 抑制作用，而AMP、无机磷、铵离子对该酶则有 激活作用，特别是还能解除柠檬酸、ATP对磷酸果 糖激酶的抑制作用。 • 铵离子浓度与柠檬酸生成速度有密切关系，正是 由于细胞内浓度升高，使磷酸果糖激酶对细胞内积 累的大量柠檬酸不敏感。 二、柠檬酸生物合成的代谢调节
• （一）、糖酵解及丙酮酸代谢的调节 • 1、正常情况下，柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶有 抑制作用，而AMP、无机磷、铵离子对该酶则有 激活作用，特别是还能解除柠檬酸、ATP对磷酸果 糖激酶的抑制作用。 • 铵离子浓度与柠檬酸生成速度有密切关系，正是 由于细胞内浓度升高，使磷酸果糖激酶对细胞内积 累的大量柠檬酸不敏感。 二、柠檬酸生物合成的代谢调节
淀粉 葡萄糖 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 磷酸丙糖 磷酸烯醇丙酮酸 丙酮酸 乙酰CoA 草酰乙酸 柠檬酸 CO2 CO2 CO2 NH4 + Pi K + AMP ATP
淀粉 葡萄糖 6-磷酸果糖 1，6-二磷酸果糖 磷酸丙糖 磷酸烯醇丙酮酸 丙酮酸 乙酰CoA 草酰乙酸 柠檬酸 CO2 CO2 CO2 NH4 + Pi K + AMP ATP
• 2.比较底物锰充足、锰缺乏时分批培养物的最 大活力时发现，锰缺乏时黑曲霉的组成（合成） 代谢受损伤，这与柠檬酸的积累有关。 • 锰缺乏时，细胞内NH4 ＋ 浓度高，Aa浓度高 （蛋白合成受阻，导致升高）。因此，锰离子 效应是通过NH4 ＋升高而减少柠檬酸对磷酸果 糖激酶的抑制来实现的
• 2.比较底物锰充足、锰缺乏时分批培养物的最 大活力时发现，锰缺乏时黑曲霉的组成（合成） 代谢受损伤，这与柠檬酸的积累有关。 • 锰缺乏时，细胞内NH4 ＋ 浓度高，Aa浓度高 （蛋白合成受阻，导致升高）。因此，锰离子 效应是通过NH4 ＋升高而减少柠檬酸对磷酸果 糖激酶的抑制来实现的