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第四章柠檬酸发酵机制第二篇发酵机制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。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。柠檬酸及其盐类、酯类和衍生物是食品工业、药物、美容化妆品等生产的重要原料；在工业生产中有着广泛的用途。我国柠檬酸发酵技术处于世界领先水平。如安徽丰原生化公司，柠檬酸生产能力达18万吨，居世界第一位，占世界柠檬酸生产额的17％。第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制1.黑曲霉中80%的糖代谢走EMP途径；2.菌体中存在TCA的酶系，故存在TCA；3.由于不存在苹果酸脱氢酶,草酰乙酸的来源不是由TCA供应；对黑曲霉进行柠檬酸发酵已有的研究表明：4.草酰乙酸主要来自于丙酮酸固定CO2；第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制葡萄糖乙酰-CoA草酰乙酸柠檬酸丙酮酸EMP途径脱羧羧化一、合成途径第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制葡萄糖6-P-葡萄糖1，6-二磷酸果糖丙酮酸乙酰CoA淀粉磷酸丙糖磷酸烯醇丙糖草酰乙酸柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸Α-酮戊二酸琥珀酸富马酸苹果酸CO2Fe2+CO2CO2第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制二、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.铵离子能够解除柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶的抑制作用，对该酶表现出激活作用；铵离子的浓度与柠檬酸生成速度、积累有密切关系，故生产上通过添加铵盐来提高柠檬酸产量；第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制葡萄糖6-P-葡萄糖1，6-二磷酸果糖丙酮酸乙酰CoA磷酸丙糖磷酸烯醇丙糖草酰乙酸柠檬酸CO2CO2CO2ATPAMPPiNH4+K+第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制2.培养基中锰缺乏时，黑曲霉的合成代谢受损伤，菌体结构不完整，但铵和氨基酸水平升高（锰缺乏时，蛋白质、核酸合成受阻，导致铵离子升高）。3.在某些真菌中，丙酮酸激酶是EMP途径的第2个调节点，但黑曲霉未被证实；第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制（二）TCA环的调节1.柠檬酸合成酶：柠檬酸合成酶是一种调节酶。但在黑曲霉中，柠檬酸合成酶没有调节作用，这是黑曲霉TCA环的第一个特点。柠檬酸发酵菌的柠檬酸合成酶对乙酰COA的亲和力随草酰乙酸浓度的提高而增大；第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制2.顺乌头酸水合酶：理论上此酶失活→TCA环阻断→积累柠檬酸顺乌头酸水合酶需要Fe2+，故在发酵液中添加黄血盐络合Fe2+，顺乌头酸水合酶活性降低；第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制顺乌头酸酶、异柠檬酸酶在pH2.0时失活。黑曲霉乌头酸水合酶催化的反应存在着柠檬酸：异柠檬酸：顺式乌头酸=90：7：3的平衡关系；黑曲霉对NAD+专一性的异柠檬酸脱氢酶活力很低，却有三种依赖于辅酶NADP+的异柠檬酸脱氢酶，其中的两种与TCA循环有关，它们受到生理浓度柠檬酸的抑制。第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制3.α-酮戊二酸脱氢酶：黑曲霉α-酮戊二酸脱氢酶缺失或活力很低（TCA环被阻断）。第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制丙酮酸乙酰CoA磷酸烯醇丙糖草酰乙酸柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸Α-酮戊二酸琥珀酸富马酸苹果酸CO2Fe2+CO2CO2Α-酮戊二酸脱氢酶抑制第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制3.氧对柠檬酸发酵的影响很大。标准呼吸链产生ATP积累，侧呼吸链不产生ATP，缺氧导致侧呼吸链失活，使ATP积累，柠檬酸积累减少。第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制归纳：②由于丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制。丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA和CO2的固定两个反应的平衡，以及柠檬酸合成酶不被调节，增强了合成柠檬酸的能力。①Mn2+缺乏→抑制蛋白合成→NH4+↑；有一条呼吸活动强的不产生ATP的侧呼吸链；由此，解除磷酸果糖激酶的代谢调节，促进EMP途径畅通。第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制③由于顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡：柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7同时控制Fe2+含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠檬酸积累。④随着柠檬酸积累，pH降低到一定程度时，使顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸的积累及排出细胞外。第二篇发酵机制第四章柠檬酸发酵机制作业题简述黑曲霉能够进行柠檬酸积累的原因。