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).ppt

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,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：第一，6C3C；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,ATP,Ala：丙氨酸,F.A：脂肪酸,Cit：柠檬酸,琥珀酸CoA,ADP,ADP,ATP,ADT,NADH2,Ala,F.A,PEP,NADH,NAD,ADP,GTP,ATP,cAMP,ATP,ATP,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。,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,ATP,ADP,ADP,ATP,ADT,PEP,NADH,NAD,ADP,GTP,ATP,ATP,ADP,AMP,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：,氨基酸氧化脱氨作用由葡萄糖直接形成正丙醇的形成,2.影响杂醇油形成的条件,菌种培养基组成：酮酸溢流发酵条件,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-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,-磷酸甘油,甘油,葡萄糖,3-磷酸甘油醛,乙醛,NaHSO3,CO2,2ATP,2ADP,2ATP,2ADP,1,6-二磷酸果糖,酵母型发酵,Pi,H2O,NAD+,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,-磷酸甘油,甘油,葡萄糖,3-磷酸甘油醛,乙醛,CO2,2ATP,2ADP,2ATP,2ADP,1,6-二磷酸果糖,酵母型发酵,Pi,H2O,NAD+,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,4ATP,4ADP,2ATP,2ADP,1,3-二磷酸甘油酸,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,ADP,ATP,NAD,NADH+H+,NAD,NADH+H+,NAD,NADH+H+,ADP,ATP,NAD,NADH+H+,乳酸,NAD,NADH+H+,NAD,NADH+H+,己糖激酶,6-磷酸葡萄糖脱氢酶,6-磷酸葡萄糖酸脱氢