微生物工程工艺原理 第三章 糖厌气性发酵产物积累机制(2)

第三章糖厌气性发酵产物积累机制第二篇发酵机制发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质合成代谢产物的内在规律。积累的代谢产物：微生物菌体、酶、代谢产物第二篇发酵机制第二篇发酵机制微生物发酵主要产品菌体微生物酶代谢产物厌氧发酵产物好氧发酵产物酒精丙酮丁醇氨基酸蛋白质柠檬酸核苷酸抗生素第二篇发酵机制菌体酶发酵代谢产物发酵以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的特点：细胞的生长与产物的积累呈平行关系初级代谢产物次级代谢产物：与菌体生长繁殖无明显关系，在菌体生长的稳定期合成菌体生长所必需的产物对数生长期产生的物质发酵机制研究的内容:1.微生物的生理代谢规律（各种代谢产物合成途径及代谢调节机制）；2.环境因素（营养条件、培养条件等）对代谢的影响及改变代谢的措施；第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制厌气发酵产物：酒精发酵、甘油发酵、同型乳酸发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵等；第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制厌氧呼吸：以氧以外的其他氧化型化合物作为最终电子受体的生物氧化过程。糖酵解途径：第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制第一节糖酵解途径及调节机制葡萄糖6-P-葡萄糖6-P-果糖1，6-二磷酸果糖3-p-甘油醛3-P-甘油酸丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA丙酸丁酸第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制一、糖酵解途径的特点：1.是除兰绿藻、病毒外的生物葡萄糖分解的共同途径，广泛存在于各种细胞中，每个反应都不需要氧参与。2.分为两个阶段：第一，6C→3C；第二，3C→丙酮酸；第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制3.糖酵解有10多个反应组成，都在酶的作用下完成，包括：a、激酶：b、变位酶：c、异构酶：d、脱氢酶：第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制4.其他糖类（如淀粉、乳糖等）作为碳源和能源时，是通过葡萄糖或其他中间产物并入EMP途径的。5.丙酮酸的去路不同在3-磷酸甘油醛→1,3-二磷酸甘油酸的过程中，所形成的NADH2需要被迅速氧化成NAD，糖酵解反应才能继续进行，而释放出来的H被不同受体接受，而形成不同的产物。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制二、糖酵解调节机制调节点主要是三个激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三个反应是不可逆的，只参与糖酵解，不参与糖的新生。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制葡萄糖6-P-葡萄糖6-P-果糖1，6-二磷酸果糖3-p-甘油醛3-P-甘油酸丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA草酰乙酸丙酮酸激酶磷酸果糖激酶己糖激酶抑制PEP：磷酸烯醇丙酮酸ATPAla：丙氨酸F.A：脂肪酸Cit：柠檬酸琥珀酸CoAADPADPATPADTNADH2AlaF.APEPNADHNADADPGTPATPcAMPATPATP第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制Cit激酶的活性调节受控于细胞能荷体系中ATP含量高时，ATP抑制激酶活性，使酵解减少。AMPADPATPADPATP21第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制当需要能量时，ATP分解为ADP、AMP，这样ATP减少，ADP增加、AMP增加→能荷降低→激酶活性增大；无机磷也是调节者，它能解除6-磷酸葡萄糖对己糖激酶的抑制，加快糖酵解。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制葡萄糖6-P-葡萄糖6-P-果糖1，6-二磷酸果糖3-p-甘油醛3-P-甘油酸丙酮酸乳酸乙醇乙酰CoA草酰乙酸ATPADPADPATPADTPEPNADHNADADPGTPATPATPADPAMP激活第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制一、酒精生成机制以丙酮酸脱羧酶产生的乙醛作为氢受体产生乙醇：丙酮酸→（丙酮酸脱羧酶）→CO2+乙醛→（NADH的H传递到乙醛）→乙醇以上是酵母Ⅰ型发酵。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制第二节酒精发酵机制二、巴斯德效应巴斯德效应:好气条件下，酵母菌发酵能力下降（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；好气条件下，代谢进入TCA环→柠檬酸↑、ATP↑→抑制激酶→6-P-葡萄糖↑→反馈抑制己糖激酶→抑制葡萄糖进入细胞内→葡萄糖利用降低。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制同时，好气条件下，丙酮酸激酶活性降低。丙酮酸激酶活性降低也是由于磷酸果糖激酶活性降低所致。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制丙酮酸激酶活性↓→使磷酸烯醇式丙酮酸↑→反馈抑制己糖激酶活性→糖酵解速度↓酵母菌酒精发酵主产物：乙醇、CO2；副产物（40多种）：醇类（杂醇油）、醛类（糠醛）、酸类（琥珀酸）、酯类三、酒精发酵中的副产物第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制1.杂醇油的形成途径：①氨基酸氧化脱氨作用②由葡萄糖直接形成③正丙醇的形成2.影响杂醇油形成的条件①菌种②培养基组成：酮酸溢流③发酵条件第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成乙醇的反应进行得很彻底，因此，在乙醇发酵中，甘油的生成量很少。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制第三节甘油的合成机制1.如果采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时，代谢途径就进入磷酸二羟丙酮分支，由α-甘油磷酸代替乙醛作为氢受体形成甘油，这样发酵转为甘油发酵(酵母Ⅱ型发酵).NaHSO3可作为抑制剂：乙醛+NaHSO3→乙醛亚硫酸钠↓第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制丙酮酸乙醛HSO3磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油甘油葡萄糖3-磷酸甘油醛乙醛NaHSO3CO22ATP2ADP2ATP2ADP1,6-二磷酸果糖酵母Ⅱ型发酵PiH2ONAD+NADH+H+NAD+NADH+H+第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制磷酸丙糖异构酶2.酵母菌在碱性条件下，由于乙醛生成等量的乙酸和乙醇，因此，乙醛作为氢受体的作用也被抑制，这时代谢转入磷酸二羟丙酮途径，发酵产生的总的产物为甘油、乙酸、乙醇，这就是酵母Ⅲ型发酵。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制丙酮酸磷酸二羟丙酮α-磷酸甘油甘油葡萄糖3-磷酸甘油醛乙醛CO22ATP2ADP2ATP2ADP1,6-二磷酸果糖酵母Ⅲ型发酵PiH2ONAD+NADH+H+乙酸乙醇第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制加Na2CO3或NaOH磷酸丙糖异构酶NADH+H+NAD+乳酸发酵：乳酸菌的同型乳酸发酵（产物中只有乳酸）、明串珠菌等的异型乳酸发酵（产物中除乳酸外尚有乙醇、CO2等）第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制第四节乳酸发酵机制第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制同型乳酸发酵的主要细菌：乳酸链球菌（StreptococcusLactis）乳酪杆菌（LactobacillusCasei）保加利亚乳杆菌（Lacbulgaricus）德氏乳杆菌（Lac.delbriickii）一、同型乳酸发酵多数乳酸菌不具有脱羧酶，丙酮酸不能脱羧生成乙醛，而能在乳酸脱氢酶作用下作为氢受体被还原成乳酸。丙酮酸葡萄糖3-磷酸甘油醛4ATP4ADP2ATP2ADP1,3-二磷酸甘油酸NAD+NADH+H+NAD+NADH+H+乳酸第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制乳酸脱氢酶同型乳酸发酵二、异型乳酸发酵1.6-磷酸葡萄糖酸的途径（磷酸酮解途径）。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制葡萄糖葡萄糖-6-磷酸葡萄糖酸-6-磷酸5-磷酸核酮糖5-磷酸木酮糖甘油醛-3-磷酸乙酰磷酸乙酰CoA乙醛乙醇ADPATPNADNADH+H+NADNADH+H+NADNADH+H+ADPATPNADNADH+H+乳酸NADNADH+H+NADNADH+H+己糖激酶6-磷酸葡萄糖脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶5-磷酸核酮糖-3-差向异构酶5-磷酸解酮酶磷酸转乙酰酶乙醛脱氢酶乙醇脱氢酶丙酮酸EMP乳酸脱氢酶6-磷酸葡萄糖酸途径2.双歧途径（磷酸酮糖途径）第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制1.简述糖酵解的调节机制。2.酵母菌Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型发酵的原理。3.简述巴斯德效应的机制。第二篇发酵机制第三章糖厌气性发酵产物积累机制作业题