第三節(jié)糖代謝產(chǎn)物的發(fā)酵機制現(xiàn)在是1頁\一共有35頁\編輯于星期日一、厭氧發(fā)酵代謝產(chǎn)物發(fā)酵機制葡萄糖在微生物細胞中進行厭氧分解時，通過EMP、HMP、ED及PK途徑形成多種中間代謝物。在不同的微生物細胞中及不同的環(huán)境條件下,這些中間代謝物進一步轉(zhuǎn)化，形成各種不同的發(fā)酵產(chǎn)物。根據(jù)發(fā)酵產(chǎn)物的不同，發(fā)酵類型主要有乙醇發(fā)酵、甘油發(fā)酵、乳酸發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、混合發(fā)酵等?，F(xiàn)在是2頁\一共有35頁\編輯于星期日一、厭氧發(fā)酵代謝產(chǎn)物發(fā)酵機制（一）乙醇和甘油發(fā)酵酵母菌的乙醇發(fā)酵（Ⅰ型發(fā)酵）酵母菌的甘油發(fā)酵（Ⅱ型發(fā)酵）酵母菌的甘油發(fā)酵（Ⅲ型發(fā)酵）細菌的乙醇發(fā)酵現(xiàn)在是3頁\一共有35頁\編輯于星期日一、厭氧發(fā)酵代謝產(chǎn)物發(fā)酵機制（二）乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵乳鏈球菌（StreptococcusLactis）、乳酸乳桿菌（

Lactobacilluscasei）等進行異型乳酸發(fā)酵腸膜明串珠菌（Leuconostocmesenteroids）進行

雙歧發(fā)酵兩歧雙歧桿菌（Bifidobacteriumbifidum）等進行

現(xiàn)在是4頁\一共有35頁\編輯于星期日一、厭氧發(fā)酵代謝產(chǎn)物發(fā)酵機制（三）丙酮-丁醇發(fā)酵（四）混合酸與丁二醇發(fā)酵以上兩種類型的發(fā)酵產(chǎn)物較多，除了利用其生產(chǎn)化工原料外，還經(jīng)常被用來進行病原微生物的檢測?，F(xiàn)在是5頁\一共有35頁\編輯于星期日二、好氧發(fā)酵代謝產(chǎn)物發(fā)酵機制微生物好氧發(fā)酵糖類物質(zhì)可生成多種有機酸，其中檸檬酸是最常見的一種。黑曲霉的檸檬酸發(fā)酵機制直到Kerbs(1940年)提出三羧酸循環(huán)學說才被人們逐漸認識。黑曲霉的檸檬酸發(fā)酵機制見圖3-6.現(xiàn)在是6頁\一共有35頁\編輯于星期日圖3-6黑曲霉的檸檬酸發(fā)酵機制1-丙酮酸脫氫酶；2-檸檬酸合成酶；3-烏頭酸水合酶；4-異檸檬酸脫氫酶；5-α-酮-戊二酸脫氫酶；6-琥珀酸脫氫酶；7-富馬酸酶；8-蘋果酸脫氫酶；9-丙酮酸羧化酶；10-磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶。關(guān)鍵問題：檸檬酸是如何積累的？現(xiàn)在是7頁\一共有35頁\編輯于星期日第四節(jié)氨基酸和核酸的發(fā)酵機制現(xiàn)在是8頁\一共有35頁\編輯于星期日一、氨基酸發(fā)酵機制微生物細胞內(nèi)氨基酸的來源直接從培養(yǎng)基中吸收轉(zhuǎn)氨基作用合成以糖分解代謝中間體為碳骨架合成現(xiàn)在是9頁\一共有35頁\編輯于星期日轉(zhuǎn)氨基作用谷氨酸+丙酮酸→α-酮戊二酸+丙氨酸谷氨酸+草酰乙酸→α-酮戊二酸+天冬氨酸Transamination指把氨基從一個化合物轉(zhuǎn)移到其他化合物上的反應過程。是布朗斯坦和克里茨曼（A．E．Braunstein與M．G．Kritzmann，1937）提出的。在生物體內(nèi)通常為以磷酸吡哆醛為輔酶的轉(zhuǎn)氨酶所催化，此反應一般是可逆的。微生物可經(jīng)氨化作用補充新的谷氨酸現(xiàn)在是10頁\一共有35頁\編輯于星期日從糖代謝中間體合成各種氨基酸現(xiàn)在是11頁\一共有35頁\編輯于星期日一、氨基酸發(fā)酵機制（一）谷氨酸的發(fā)酵途徑(谷氨酸棒桿菌)谷氨酸的生物合成途徑就是經(jīng)過酵解途徑（EMP）和單磷酸己糖途徑（HMP）生成丙酮酸。一方面丙酮酸氧化脫羧生成乙酰-CoA；另一方面經(jīng)CO2固定作用生成草酰乙酸；兩者合并成檸檬酸進入三羧酸循環(huán)，由三羧酸循環(huán)的中間產(chǎn)物α-酮戊二酸，在谷氨酸脫氫酶催化下，還原氨基化合成谷氨酸。現(xiàn)在是12頁\一共有35頁\編輯于星期日圖3-7谷氨酸棒桿菌的谷氨酸生物合成NH3谷氨酸發(fā)酵的關(guān)鍵：生物素亞適量NH3充足代謝流強化谷氨酸棒桿菌將氨基導入谷氨酸有三種方式細胞外生物素現(xiàn)在是13頁\一共有35頁\編輯于星期日一、氨基酸發(fā)酵機制（二）天冬氨酸族氨基酸生物合成途徑

(大腸桿菌)在細菌中，天冬氨酸的合成是葡萄糖經(jīng)酵解途徑生成丙酮酸，丙酮酸經(jīng)CO2固定和氧化脫羧進入三羧酸循環(huán)，生成草酰乙酸，再經(jīng)氨基化反應生成天冬氨酸。現(xiàn)在是14頁\一共有35頁\編輯于星期日圖3-8大腸桿菌的天冬氨酸族氨基酸合成途徑1-天冬氨酸激酶；2-天冬氨酸-β-半醛脫氫酶；3-高絲氨酸脫氫酶；4-琥珀酰高絲氨酸合成酶；5-胱硫醚合成酶；6-胱硫醚酶；7-蛋氨酸合成酶；8-高絲氨酸激酶；9-蘇氨酸合成酶；10-蘇氨酸脫氫酶；11-乙酰羥酸合成酶；12-二羥基酸還原異構(gòu)酶；13-二羥基酸脫水酶；14-轉(zhuǎn)氨酶；15-二氫吡啶二羧酸合成酶；16-二氫吡啶二羧酸還原酶；17-N-琥珀酰-ε-酮-L-氨基庚二酸合成酶；18-琥珀酰二氨基庚二酸轉(zhuǎn)氨酶；19-琥珀酰二氨基庚二酸脫酰基酶；20-二氨基庚二酸差向異構(gòu)酶；21-二氨基庚二酸脫羧酶?，F(xiàn)在是15頁\一共有35頁\編輯于星期日一、氨基酸發(fā)酵機制（二）天冬氨酸族氨基酸生物合成途徑在酵母和霉菌等真菌中，天冬氨酸族的賴氨酸是以另外的方式合成的，參見教材P91圖3-9.工業(yè)生產(chǎn)賴氨酸目前不采用酵母等真菌主要是有兩個原因：膜透性問題代謝途徑?jīng)]有分支現(xiàn)在是16頁\一共有35頁\編輯于星期日一、氨基酸發(fā)酵機制（三）分支鏈氨基酸發(fā)酵機制(大腸桿菌)現(xiàn)在是17頁\一共有35頁\編輯于星期日L-蘇氨酸丁酮酸活性乙醛+中間物1中間物2中間物3L-異亮氨酸縮合反應還原酮基轉(zhuǎn)氨丙酮酸活性乙醛+中間物1中間物2中間物3L-纈氨酸轉(zhuǎn)氨縮合反應還原酮基脫水形成新酮基L-亮氨酸脫水形成新酮基酶1-合成酶酶2-還原酶酶3-脫水酶酶4-轉(zhuǎn)氨酶現(xiàn)在是18頁\一共有35頁\編輯于星期日一、氨基酸發(fā)酵機制（四）精氨酸族氨基酸的發(fā)酵機制(谷氨酸棒桿菌)現(xiàn)在是19頁\一共有35頁\編輯于星期日中間物1中間物2中間物3L-鳥氨酸中間物4L-谷氨酸L-瓜氨酸L-精氨酸中間物5發(fā)酵策略：營養(yǎng)缺陷型結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株現(xiàn)在是20頁\一共有35頁\編輯于星期日二、核苷酸發(fā)酵機制（一）嘧啶核苷酸的生物合成(枯草芽孢桿菌)

一方面糖經(jīng)過EMP、TCA途徑生成天冬氨酸；另一方面，NH3、CO2與ATP生成氨甲酰磷酸，二者縮合通過幾步反應生成乳清酸，后者再與PRPP結(jié)合，最后生成UMP，再由UMP生成UTP、CTP和TTP.現(xiàn)在是21頁\一共有35頁\編輯于星期日圖3-9枯草芽孢桿菌嘧啶核苷酸的生物合成dUMPdTMP甲基-THFAUTPCTP谷氨酰胺谷氨酸UMP發(fā)酵策略：營養(yǎng)缺陷型結(jié)構(gòu)類似物抗性突變株添加前體物現(xiàn)在是22頁\一共有35頁\編輯于星期日二、核苷酸發(fā)酵機制（二）嘌呤核苷酸的生物合成與嘧啶核苷酸的生物合成途徑相比，嘌呤核苷酸生物合成途徑要復雜的多，整個生物合成的過程可以分成三個階段：第一階段是由5-磷酸核糖與ATP反應開始到5-氨基咪唑核苷酸(AIR)合成；第二階段是從5-氨基咪唑核苷酸開始到次黃嘌呤核苷酸(IMP)合成；第三階段是由次黃嘌呤核苷酸開始到鳥嘌呤核苷酸(GMP)與腺嘌呤核苷酸(AMP)合成?，F(xiàn)在是23頁\一共有35頁\編輯于星期日現(xiàn)在是24頁\一共有35頁\編輯于星期日現(xiàn)在是25頁\一共有35頁\編輯于星期日葡萄糖5-磷酸核糖PRPPATP通過5步反應，分別由谷氨酰胺、甘氨酸和THFA提供骨架原子合成嘌呤5元環(huán)部分AIRAIR5’-IMP再通過5步反應，分別由CO2、天冬氨酸、谷氨酰胺、和THFA提供骨架原子合成嘌呤6元環(huán)部分

各種微生物合成IMP的途徑是一致的，但是，從IMP分別生成AMP和GMP的途徑是不同的。在枯草桿菌中，IMP是嘌呤核苷酸的中心，分出兩條環(huán)行路線，在這里AMP與GMP是可以互相轉(zhuǎn)換的。在產(chǎn)氨短桿菌中，其合成途徑與枯草桿菌不同，從IMP開始分出的兩條路線不是環(huán)行，而是單向分支，AMP與GMP不能相互轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)在是26頁\一共有35頁\編輯于星期日IMPXMPGMPSAMPAMP圖3-10產(chǎn)氨短桿菌嘌呤核苷酸的生物合成PRPPPRAIMPAMPGMP肌苷發(fā)酵策略：切斷支路代謝，解除反饋抑制，改變細胞膜透性現(xiàn)在是27頁\一共有35頁\編輯于星期日本節(jié)結(jié)束謝謝二、核苷酸發(fā)酵機制

脫氧核苷酸是在核苷酸合成后在二磷酸水平還原合成的，參見教材P93.現(xiàn)在是28頁\一共有35頁\編輯于星期日

C6H12O62CH3COCOOH

2CH3CHO2CH3CH2OH2NAD2NADH2-2CO2EMP2ATP乙醇脫氫酶酵母菌的乙醇發(fā)酵※該乙醇發(fā)酵過程只在pH3.5~4.5以及厭氧的條件下發(fā)生?，F(xiàn)在是29頁\一共有35頁\編輯于星期日2ATP2ADP2ADP2ATPCO2NaHSO3NAD﹢NADH+H﹢NADH+H＋NAD﹢H2OPi葡萄糖1.6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮丙酮酸乙醛乙醛HSO3α-磷酸甘油甘油酵母菌Ⅱ型發(fā)酵現(xiàn)在是30頁\一共有35頁\編輯于星期日葡萄糖1、6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛丙酮酸乙醛乙醇磷酸二羥丙酮α-磷酸甘油甘油NADH+HNADH﹢﹢2ADP2ATPCO2乙酸加Na2CO3或NaOH酵母菌Ⅲ型發(fā)酵NAD﹢NADH+H現(xiàn)在是31頁\一共有35頁\編輯于星期日葡萄糖2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖酸3-磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙醇乙醛2乙醇2CO22H2H←ATP2ATP菌種：運動發(fā)酵單胞菌等途徑：EDKDPG醛縮酶1mol葡萄糖產(chǎn):2mol乙醇2molCO21molATP細菌的乙醇發(fā)酵現(xiàn)在是32頁\一共有35頁\編輯于星期日葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2(1,3-二磷酸甘油酸）2乳酸2丙酮酸同型乳酸發(fā)酵2NAD+2NADH4ATP4ADP2ATP2ADP乳酸脫氫酶現(xiàn)在是33頁\一共有35頁\編輯于星期日異型乳酸發(fā)酵葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛乳酸乙酰磷酸NAD+NADHNAD+NADHATPADP乙醇