第六章 好氧发酵产物积累机制 好氧性发酵(aerobic fermentation)：在发酵过程中需 要不断地通入一定量的无菌空气，如利用黑曲霉进行柠檬 酸的发酵、利用棒状杆菌进行谷氨酸的发酵、利用黄单孢 菌进黄原胶－多糖的发酵等等． 糖的分解代谢包括糖酵解（糖的共同分解途径）和三 羧酸环（糖的最后氧化途径）。 在有氧条件条件下： 丙酮酸进入线粒体，脱氢和脱羧生成乙酰COA，在TCA循 环中脱氢，并氧化形成CO2和 H2O，或者各种代谢物， NADH2经呼吸链将氢传递给氧生成水。 另外，乙酰辅酶A在生物合成过程中作为C2化合物加以利 用，形成脂肪等
第六章 好氧发酵产物积累机制 好氧性发酵(aerobic fermentation)：在发酵过程中需 要不断地通入一定量的无菌空气，如利用黑曲霉进行柠檬 酸的发酵、利用棒状杆菌进行谷氨酸的发酵、利用黄单孢 菌进黄原胶－多糖的发酵等等． 糖的分解代谢包括糖酵解（糖的共同分解途径）和三 羧酸环（糖的最后氧化途径）。 在有氧条件条件下： 丙酮酸进入线粒体，脱氢和脱羧生成乙酰COA，在TCA循 环中脱氢，并氧化形成CO2和 H2O，或者各种代谢物， NADH2经呼吸链将氢传递给氧生成水。 另外，乙酰辅酶A在生物合成过程中作为C2化合物加以利 用，形成脂肪等
目的 产物 提供4C 化合物
目的 产物 提供4C 化合物
黑曲霉(Asp.niger) 原料：sugar ， alcohol acetic acid 途径：EMP （HMP） 丙酮酸羧化 TCA 环 黑曲霉生长，EMP 与HMP途径的比率是 2 ： 1，生产柠檬酸时为 4 ： 1 。 葡萄糖 柠檬酸 (citric acid) 理论转化率106.7% R CO 2 阻断 AMP Pi NH 4 + ATP citrate NH 4 + k+ 激活 抑制
黑曲霉(Asp.niger) 原料：sugar ， alcohol acetic acid 途径：EMP （HMP） 丙酮酸羧化 TCA 环 黑曲霉生长，EMP 与HMP途径的比率是 2 ： 1，生产柠檬酸时为 4 ： 1 。 葡萄糖 柠檬酸 (citric acid) 理论转化率106.7% R CO 2 阻断 AMP Pi NH 4 + ATP citrate NH 4 + k+ 激活 抑制
二、 柠檬酸生物合成的代谢调节 要积累柠檬酸： 想方设法提高柠檬酸合成反应所需酶的活力； 必须切断柠檬酸的去路；顺乌头酸酶失活， ＴＣＡ环阻断。 保证中间产物的供给；草酰乙酸的及时供给， 丙酮酸 二氧化碳固定反应对柠檬酸 CO2 积累有重要意义。 乙酰COA 草酰乙酸 CO2
二、 柠檬酸生物合成的代谢调节 要积累柠檬酸： 想方设法提高柠檬酸合成反应所需酶的活力； 必须切断柠檬酸的去路；顺乌头酸酶失活， ＴＣＡ环阻断。 保证中间产物的供给；草酰乙酸的及时供给， 丙酮酸 二氧化碳固定反应对柠檬酸 CO2 积累有重要意义。 乙酰COA 草酰乙酸 CO2
A 糖酵解及调节EMP • 第一个调节的酶是磷酸果糖激酶（PFK）： PFK：AMP、无机磷、NH4 +对该酶有活化作用 ATP、柠檬酸对该酶有抑制作用 • 第二个调节的酶是丙酮酸激酶（PK） PK 被NH4 + 、K+激活 黑曲霉发酵中，在缺锰的条件下，由于蛋白质和 核酸合成受阻，细胞内的NH4 +异常高，而减 少柠檬酸对PFK的抑制,加强EMP途径
A 糖酵解及调节EMP • 第一个调节的酶是磷酸果糖激酶（PFK）： PFK：AMP、无机磷、NH4 +对该酶有活化作用 ATP、柠檬酸对该酶有抑制作用 • 第二个调节的酶是丙酮酸激酶（PK） PK 被NH4 + 、K+激活 黑曲霉发酵中，在缺锰的条件下，由于蛋白质和 核酸合成受阻，细胞内的NH4 +异常高，而减 少柠檬酸对PFK的抑制,加强EMP途径
B TCA环的调节 1、 柠檬酸合成酶是该途径的第一个限速 酶，由乙酰辅酶Ａ中的高能硫酯键水解 释放大量能量，推动合成柠檬酸。 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸
B TCA环的调节 1、 柠檬酸合成酶是该途径的第一个限速 酶，由乙酰辅酶Ａ中的高能硫酯键水解 释放大量能量，推动合成柠檬酸。 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸
2、 两步反应均由顺乌头酸酶催化，该酶 需要Fe++，若用络合剂除去反应液中的铁， 则酶活性被抑制，造成柠檬酸的积累。 3、黑曲霉中TCA循环中的另一个特点是 －酮戊二酸脱氢酶被葡萄糖和NH4 +抑制， 在柠檬酸生成期，菌体内不存在－酮戊 二酸脱氢酶或活力很低
2、 两步反应均由顺乌头酸酶催化，该酶 需要Fe++，若用络合剂除去反应液中的铁， 则酶活性被抑制，造成柠檬酸的积累。 3、黑曲霉中TCA循环中的另一个特点是 －酮戊二酸脱氢酶被葡萄糖和NH4 +抑制， 在柠檬酸生成期，菌体内不存在－酮戊 二酸脱氢酶或活力很低
关键： I 阻断顺乌头酸酶的催化作用：该酶是个 含铁的非血红蛋白，以Fe4S4作为辅基。因此，在菌 体生长到足够菌数时，适量加入亚铁氰化钾（黄血 盐），使与铁硫中心的Fe++ 生成络合物，则该酶失 活或活性减少，而积累柠檬酸。 II 通过诱变或其他方法，造成生产菌种 顺乌头酸酶的缺损或活力很低，同样积累柠 檬酸。 III 及时补加草酰乙酸 Ⅳ 缺Mn+，增进EMP Ⅴ 选育回补途径旺盛的菌种
关键： I 阻断顺乌头酸酶的催化作用：该酶是个 含铁的非血红蛋白，以Fe4S4作为辅基。因此，在菌 体生长到足够菌数时，适量加入亚铁氰化钾（黄血 盐），使与铁硫中心的Fe++ 生成络合物，则该酶失 活或活性减少，而积累柠檬酸。 II 通过诱变或其他方法，造成生产菌种 顺乌头酸酶的缺损或活力很低，同样积累柠 檬酸。 III 及时补加草酰乙酸 Ⅳ 缺Mn+，增进EMP Ⅴ 选育回补途径旺盛的菌种
第二节 有机酸发酵机 一、 醋酸(食醋)发酵机制 1. 醋杆菌发酵酒精成醋酸 乙醇向醋酸转化是分两步进行的，中间产物是乙醛。 CH3CH2 OH E1 CH3CHO E2 CH3COOH E1 乙醇脱氢酶 或乙醇氧化酶，它依赖于NAD。 E2 乙醛脱氢酶 ，需要NADP作辅酶。 淀粉 糖 酒精 醋酸 醋杆菌为G-，好氧菌， 1mol乙醇转化为1mol醋酸，理论转化率是130％
第二节 有机酸发酵机 一、 醋酸(食醋)发酵机制 1. 醋杆菌发酵酒精成醋酸 乙醇向醋酸转化是分两步进行的，中间产物是乙醛。 CH3CH2 OH E1 CH3CHO E2 CH3COOH E1 乙醇脱氢酶 或乙醇氧化酶，它依赖于NAD。 E2 乙醛脱氢酶 ，需要NADP作辅酶。 淀粉 糖 酒精 醋酸 醋杆菌为G-，好氧菌， 1mol乙醇转化为1mol醋酸，理论转化率是130％
2 热醋酸梭菌生产醋酸 热醋酸梭菌在发酵糖类时，可以将2分子 CO2还原为醋酸。该菌没有氢化酶活性，不能 利用氢气。CO2是通过甲酰四氢叶酸（ＴＨＦ） 和类咕啉蛋白形成醋酸的。 以戊糖为原料 2C5H10O5 → 5CH3COOH 这种方法发酵时需中和剂，因此只适合 于醋酸盐
2 热醋酸梭菌生产醋酸 热醋酸梭菌在发酵糖类时，可以将2分子 CO2还原为醋酸。该菌没有氢化酶活性，不能 利用氢气。CO2是通过甲酰四氢叶酸（ＴＨＦ） 和类咕啉蛋白形成醋酸的。 以戊糖为原料 2C5H10O5 → 5CH3COOH 这种方法发酵时需中和剂，因此只适合 于醋酸盐