柠檬酸发酵PPT学习教案

1、会计学1柠檬酸发酵柠檬酸发酵食品工业：食品工业：酸味剂、增溶剂、抗氧化剂，除腥酸味剂、增溶剂、抗氧化剂，除腥脱臭剂；脱臭剂；医药工业：医药工业：化学工业：化学工业：美容品、化妆品美容品、化妆品 第1页/共21页第2页/共21页第3页/共21页一、柠檬酸合成途径的发现一、柠檬酸合成途径的发现第4页/共21页二、黑曲霉柠檬酸生物合成途径二、黑曲霉柠檬酸生物合成途径第5页/共21页 黑曲霉利用糖类发酵生成柠檬酸其生物合成途径是，葡黑曲霉利用糖类发酵生成柠檬酸其生物合成途径是，葡萄糖经萄糖经EMP、HMP途径降解生成丙酮酸，丙酮酸一方面氧化途径降解生成丙酮酸，丙酮酸一方面氧化脱羧生成乙酰脱羧生成乙酰C

2、oA，另一方面经，另一方面经CO2固定化反应生成草酰乙固定化反应生成草酰乙酸，草酰乙酸与乙酰酸，草酰乙酸与乙酰CoA缩合生成柠檬酸。缩合生成柠檬酸。 (1)生长期与产酸期都存在生长期与产酸期都存在EMP与与HMP途径，前者途径，前者EMP:HMP=2:1，后者，后者EMP:HMP=4：1(2)黑曲霉柠檬酸产生菌中存在黑曲霉柠檬酸产生菌中存在TCA循环与乙醛酸循环，在循环与乙醛酸循环，在以糖质原料发酵时，当柠檬酸积累时，以糖质原料发酵时，当柠檬酸积累时，TCA和乙醛酸循环和乙醛酸循环被被阻断或减弱阻断或减弱。 (3)由于由于TCA和乙醛酸循环被阻断或减弱，和乙醛酸循环被阻断或减弱，草酰乙酸草酰乙

3、酸是由是由丙酮酸（丙酮酸（PYR）或磷酸烯醇式丙酮酸（）或磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化生成的）羧化生成的。即由两个。即由两个CO2固定化反应体系，其中以丙酮酸羧化酶作固定化反应体系，其中以丙酮酸羧化酶作用下固定化用下固定化CO2生成草酰乙酸为主。生成草酰乙酸为主。第6页/共21页第7页/共21页（一）糖酵解及丙酮酸代谢的调节（一）糖酵解及丙酮酸代谢的调节 Mn2+ 缺乏为何会使缺乏为何会使NH4+浓度升高呢浓度升高呢？ 当培养基中当培养基中Mn2+ 缺乏时，微生物体内积累几种氨基缺乏时，微生物体内积累几种氨基酸（酸（GA、GLu、Arg、Oin等），这些氨基酸的积累，意等），这些氨基酸的积累

4、，意味着体内蛋白质的合成受阻，而外源蛋白质的分解速度则味着体内蛋白质的合成受阻，而外源蛋白质的分解速度则不受到影响，这样不受到影响，这样NH4+的消耗下降，的消耗下降，NH4+浓度就会升高。浓度就会升高。 第8页/共21页2、丙酮酸羧化酶：、丙酮酸羧化酶：催化生成草酰乙酸。催化生成草酰乙酸。3、丙酮酸脱氢酶：、丙酮酸脱氢酶：催化生成乙酰催化生成乙酰CoA第9页/共21页1、柠檬酸合成酶的调节：、柠檬酸合成酶的调节：柠檬酸合成酶是柠檬酸合成酶是TCA循环第一个循环第一个酶。但黑曲霉中柠檬酸合成酶没有调节作用。酶。但黑曲霉中柠檬酸合成酶没有调节作用。2、顺乌头酸水合酶、异柠檬酸脱氢酶的调节：、顺乌

5、头酸水合酶、异柠檬酸脱氢酶的调节： 顺乌头酸水合酶、顺乌头酸水合酶、NAD和和NADP-异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶在柠檬在柠檬酸产生与不产生时，这酸产生与不产生时，这3种酶均存在，而当铜离子种酶均存在，而当铜离子0.3mg/L，铁离子铁离子2mg/L和和pH2.0情况下，这情况下，这3种酶均不出现活力，发酵种酶均不出现活力，发酵中柠檬酸正是在这个中柠檬酸正是在这个pH条件下积累的。条件下积累的。 顺乌头酸水合酶顺乌头酸水合酶是催化柠檬酸是催化柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸正逆反应的酶，研究表明，黑曲霉中有一种单纯的位于线正逆反应的酶，研究表明，黑曲霉中有一种单纯的位于线粒体上的顺乌头

6、酸水合酶，它在催化时能建立下面的平衡粒体上的顺乌头酸水合酶，它在催化时能建立下面的平衡：柠檬酸：柠檬酸:顺乌头酸顺乌头酸:异柠檬酸异柠檬酸90:3:7。 第10页/共21页 3、-酮戊二酸脱氢酶的调节酮戊二酸脱氢酶的调节 在黑曲霉柠檬酸产生菌中，在黑曲霉柠檬酸产生菌中，TCA循环的一个显著特循环的一个显著特点是，点是，-酮戊二酸脱氢酶的合成受葡萄糖和铵离子的阻酮戊二酸脱氢酶的合成受葡萄糖和铵离子的阻遏。因此当以葡萄糖为碳源时，在柠檬酸生成期，菌体内遏。因此当以葡萄糖为碳源时，在柠檬酸生成期，菌体内不存在不存在-酮戊二酸脱氢酶或活力很低。酮戊二酸脱氢酶或活力很低。 -酮戊二酸脱氢酶催化的反应是酮

7、戊二酸脱氢酶催化的反应是TCATCA循环中唯一循环中唯一不可逆反应，一旦不可逆反应，一旦-酮戊二酸脱氢酶丧失，就会引起酮戊二酸脱氢酶丧失，就会引起：TCATCA循环中的苹果酸、富马酸、琥珀酸是由草酰乙循环中的苹果酸、富马酸、琥珀酸是由草酰乙酸逆酸逆TCATCA循环生成，使循环生成，使TCATCA循环成循环成“马蹄形马蹄形”。-酮酮戊二酸又抑制异柠檬酸脱氢酶的活性。戊二酸又抑制异柠檬酸脱氢酶的活性。第11页/共21页(三三)氧对柠檬酸积累的调节氧对柠檬酸积累的调节 乙酰乙酰CoA和草酰乙酸结合生成柠檬酸过程中要引进一和草酰乙酸结合生成柠檬酸过程中要引进一个氧原子，因此氧也可以看作为柠檬酸生物合成

8、底物。它个氧原子，因此氧也可以看作为柠檬酸生物合成底物。它对柠檬酸发酵的作用为：对柠檬酸发酵的作用为：(1)氧是发酵过程生成的氧是发酵过程生成的NADH2重新氧化的氢受体。重新氧化的氢受体。(2)近来的研究发现，黑曲霉中除了具有一条标准呼吸链近来的研究发现，黑曲霉中除了具有一条标准呼吸链以外，还有一条侧系呼吸链。以外，还有一条侧系呼吸链。 当缺氧时，只要很短时间中断供氧，就会导致此侧当缺氧时，只要很短时间中断供氧，就会导致此侧系呼吸链的不可逆失活，而导致柠檬酸产酸急剧下降。系呼吸链的不可逆失活，而导致柠檬酸产酸急剧下降。 第12页/共21页乙醇乙醇乙酸乙酸 第13页/共21页小结：小结： 顺乌

9、头酸水合酶在催化时建立了以下平衡：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：异柠檬酸柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7 同时控制同时控制Fe2+含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠檬酸积累。含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠檬酸积累。 随着柠檬酸积累，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。氢酶失活，更有利于柠檬酸的积累。第14页/共21页（五）柠檬酸发酵的产率（五）柠檬酸发酵的产率1、无、无CO2固定反应的产率固定反应的产率合成合成1分子柠檬酸需要分子柠檬酸需要3分分子乙酰辅酶子乙酰辅酶A，也就是需要，也就是需要1.5分子的葡萄糖。分子的葡萄糖。理论产率为：理论产率为：192 /( 1801.5) = 71.1%第15页/共21页2、通过、通过 CO2固定反应提供