发酵生理第二部分---微生物的代谢好文档.ppt

1、第二部分是微生物的代谢，其中生物大分子降解为小分子代谢中间体丙酮酸TCA环发酵和呼吸代谢中的能量释放，以及发酵技术的基础知识由次级代谢控制的合成代谢和代谢调节，以及生物大分子的分解。微生物发酵底物主要包括淀粉、蛋白质、纤维素、果胶、核酸、脂类等。淀粉、淀粉酶、液化糖化型(淀粉酶)、产葡萄糖酶、淀粉酶、异淀粉酶、葡萄糖、1、(淀粉1，4葡萄糖苷酶)、(淀粉1，6葡萄糖苷酶)、(淀粉1，4麦芽糖苷酶)、工业上常用的碳源1。谷物淀粉(玉米、马铃薯、木薯淀粉)使用条件：微生物必须能够分泌水解淀粉和糊精的酶。缺点：一、使用困难，发酵液粘稠，通常为2.0%，添加一定量的-淀粉酶。成分复杂，包括直链淀粉和支

2、链淀粉。优点：来源广泛，价格低廉，能缓解血糖效应。葡萄糖所有微生物都可以利用葡萄糖，但它会引起葡萄糖效应。淀粉水解糖是工业上常用的，但糖液必须达到一定的质量指标。DE值：葡萄糖当量值表示淀粉糖的含糖量。还原糖含量()DE值100干物质含量()、淀粉水解糖的制备方法及原理(1)酸水解法，即以酸为催化剂，在高温高压下水解淀粉生产葡萄糖。1。水解工艺：总反应式：(c6h10o5) nh2nc6h12o6工艺：(c6h 10 o 5)n(c6h 10 o 5)xc 12h 22o 11 c 6h 12 o 6淀粉糊精葡萄糖h对作用点无选择性，同时切断-1，4糖苷键和-1，6糖苷键。缺点：(1)副产物多

3、，影响糖液的纯度。一般来说，DE值只有90左右。(2)对淀粉原料要求严格，只能用纯度较高的精制淀粉代替粗淀粉。淀粉-葡萄糖复合二糖、5-羟甲基糠醛复合低聚糖、有机酸、有色物质、葡萄糖损失量7 1、复合反应、分解反应、盐酸、酶水解法、用高特异性淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成葡萄糖的过程。有两个步骤：(1)液化：用-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖；(2)糖化：用糖化酶将糊精和低聚糖转化为葡萄糖。因此，淀粉的液化和糖化是在酶的作用下进行的，也称为双酶水解法。液化淀粉酶水解底物中的1，4糖苷键，但不能水解1，6糖苷键。通常，耐高温淀粉酶用于加速液化速度。8590度。液化度的控制(液化后需要糖化的原因)糖溶

4、液的DE值低(淀粉酶不能水解-1，6糖苷键)。液化在较高温度下进行，液化时间延长，淀粉老化，这使得糖化酶难以使用。被糖化酶水解的底物分子需要一定的大小范围。根据生产经验，DE值在2030之间较好，液化终点可由碘溶液判断，此时为棕色。2.糖化糖化酶从非还原端水解-1，4糖苷键和-1，6糖苷键。终点测定：当DE值达到最高时，停止酶反应。3.评价优势：(1)反应条件温和，不需要高温高压设备。(2)副反应少，水解糖液纯度高。(3)对原料的要求广泛，粗原料在较高的淀粉乳浓度下可以水解。(4)糖溶液颜色浅，质量高。缺点：(1)生产周期长，一般需要48小时。(2)设备多，操作严格。(3)酸-酶水解法结合了酸

5、解和酶水解的优点。根据原淀粉的性质，酸酶法：先用酸将淀粉水解成糊精和低聚糖，再用糖化酶水解成葡萄糖。适用：含硬淀粉颗粒的原料(如玉米和小麦)，如果用-淀粉酶液化，则2.酶酸法：先用-淀粉酶液化，然后用酸水解。适用：不同粒度的淀粉原料(如碎米淀粉)如果采用酸法水解会不均匀。(4)不同糖化过程的比较(2)纤维素的降解纤维素是自然界中最丰富的可再生资源，占地球总生物量的40%，也是地球生物圈碳和能量循环的主要部分。由于纤维素具有不溶于水的高结晶结构，并且其外围被木质素层包围，因此很难将其水解成可利用的葡萄糖，因此至今尚未得到很好的利用。近年来，随着原油价格的不断上涨，纤维素资源的利用引起了世界各国的

6、极大关注和重视。考虑到能源战略，中国近年来也增加了对纤维素利用研究的投资。(1)纤维素的结构天然纤维素是由D-吡喃葡萄糖通过-1，4-糖苷键形成的线性长链分子，由约700-150，000个残基组成，一般约为3，000个残基。网络平面是由分子间的氢键(O3-HO5和O6 H-O2)和分子链间的氢键(O6-H03)形成的，纤维素的晶体结构是由疏水表面的积累形成的。除了上面提到的晶体结构，天然纤维素也有无定形区域。下图。为了降解和利用水不溶性纤维素，微生物必须产生相应的酶。在过去的二十年中，根据酶对纤维素作用方式的研究，纤维素降解酶分为三类：(一)内切葡聚糖酶或1，4-d-葡聚糖-4-葡聚糖羟化酶(

7、酶代码EC 3.2.1.4)，(二)纤维素外切酶外切葡聚糖酶，包括1，4-D-葡聚糖葡聚糖水解酶(也称为纤维素酶)(酶代码EC 3.2.1.4)和1，4-D葡糖苷纤维二糖水解酶(酶代码EC 3.2.1.21)(酶代码iii)葡糖苷酶或葡糖苷水解酶内纤维素酶随机切断纤维素无定形区的糖链，产生新的链端。纤维素外切酶作用于纤维素链的两端产生纤维二糖。葡萄糖苷酶将玻璃纸和纤维二糖降解成葡萄糖。纤维素酶也分为三种类型：C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶、天然纤维素短链纤维素、葡萄糖、纤维二糖、纤维寡糖、纤维二糖、葡萄糖、C1酶、CX酶、葡萄糖苷酶。纤维素酶、3、果胶、半乳糖醛酸的结构和作用机理，一种由-1，4糖

8、苷键形成的线性高分子化合物，常带有由鼠李糖、阿拉伯糖、半乳糖、木糖、海藻糖、芹菜素等组成的侧链。游离羧基部分或完全与钙、钾和钠离子结合，特别是与硼化合物结合，75%果胶甲酯水解酶：除去果胶中的甲氧基，促进果胶的脱甲基；果胶多聚半乳糖醛酸(解聚酶):促进果胶中D-半乳糖醛酸的-1，4糖苷键的裂解。目前，国内外研究和应用较多的果胶酶产生菌是细菌和霉菌，也有报道称链霉菌产生果胶酶。在细菌中，欧文氏菌属。芽孢杆菌属。节杆菌属。和假单胞菌属。都产生果胶酶。嗜碱性芽孢杆菌和欧文氏菌主要用于苎麻和红麻脱胶、生物制浆、污水处理和软化等。具有广阔的应用前景，受到了越来越多的关注和研究。报道的产果胶酶真菌包括约2

9、0个属，如曲霉属。葡萄孢属。镰孢属。炭疽病菌。Scletorium sp .和胭脂虫。目前，黑曲霉、根霉和枝孢霉已作为果胶酶生产菌株商业化。国内外对霉菌发酵生产果胶酶的研究主要集中在曲霉属，黑曲霉是曲霉属中研究最多的菌种。原因是果胶酶广泛应用于食品工业，如果汁、果酒和中药营养液的深加工，提高了产品质量和外观，生产食品酶制剂的菌株必须是安全菌株。黑曲霉分泌的胞外酶比较完整，不仅能产生大量果胶酶，而且属于安全菌株。此外，黑曲霉产果胶酶的最适pH值一般在酸性范围内，这也是果胶酶用于食品工业的原因之一。研究进展，果胶酶，蛋白酶从微生物制剂中通常根据最佳酸碱度进行分类：碱性：酸碱度高于10 (2709枯

10、草杆菌蛋白酶)酸性：酸碱度低于2-3黑曲霉中性：多聚分类：内肽酶(蛋白酶)外肽酶羧肽酶，氨肽酶，根据最适的酸碱度，它可分为酸性蛋白酶、中性蛋白酶和碱性蛋白酶、葡萄糖丙酮酸CO2和H2O、蛋白质和核酸降解(教材或生物化学)、生物大分子、丙酮酸、葡萄糖、糖酵解途径、丙酮酸、乳酸、氨基酸、甘油、糖原、核糖NADPH H H、戊糖磷酸途径、淀粉纤维素，丙酮酸位于厌氧分解和好氧分解的交界处，是糖代谢的关键中间产物。丙酮酸能直接产生丙氨酸，因为它能与转氨基反应结合，它在氮代谢中也起重要作用，而CoA反应能形成乙酰CoA，这也与脂肪酸的代谢密切相关。因此，丙酮酸在三种主要营养素的代谢连接中起着重要的枢纽作用

11、。从代谢的角度来看丙酮酸，所需的知识，发酵，呼吸，氧化磷酸化，底物水平磷酸化，代谢，同型乳酸发酵，异型乳酸发酵，双歧杆菌发酵葡萄糖分解为丙酮酸EMP途径的特征，关键酶HMP途径的意义，关键酶ed途径的特征，关键酶己糖磷酸酮解途径的特征，关键酶TCA循环的重要特征，单糖分解为丙酮酸的四(5)种方式，分解葡萄糖产生丙酮酸的过程通过细胞质中的磷酸来激活葡萄糖。一个葡萄糖分子可以通过糖酵解产生两个三磷酸腺苷分子，糖酵解是细胞摄取葡萄糖的最初酶促分解过程。这也是葡萄糖分解代谢的常见方式。这是机体在缺氧状态下快速获得能量的主要途径，也是成熟红细胞获得能量的唯一途径。糖酵解是肿瘤细胞能量代谢的主要途径。就糖

12、酵解的理解而言，大多数微生物都存在EMP途径，它连接TCA、HMP、ED等途径，提供三磷酸腺苷和二磷酸腺苷(P) HMP戊糖代谢，以及NADPH和碳架ED，它们独立于上述两种途径。在一些细菌中，补偿途径PK和HK，(1) EMP途径，葡萄糖糖酵解(也称为Embden -Meyerhof -Parnas途径，缩写为EMP途径)，活化，转位，氧化，磷酸化，葡萄糖活化途径，己糖异构酶，磷酸果糖激酶，果糖二磷酸醛缩酶，甘油醛-3-磷酸脱氢酶，磷酸甘油酸激酶，甘油酸变位酶，烯醇酶，丙酮酸激酶，EMP途径特征：葡萄糖分子被转化为果糖-1，6-二磷酸，然后裂解成两个三碳化合物分子，即二羟丙酮磷酸甘油醛-3-

13、磷酸进一步氧化生成两个丙酮酸分子，一个葡萄糖分子可以降解为两个甘油醛-3-磷酸分子，消耗两个三磷酸腺苷分子。两个甘油醛3-磷酸分子被氧化生成两个丙酮酸分子、两个NADH2分子和四个三磷酸腺苷分子。，电磁脉冲路径关键步骤，1。葡萄糖磷酸化1.6果糖二磷酸(能量消耗)2。1.6果糖二磷酸2分子3-甘油醛磷酸3。3-甘油醛磷酸丙酮酸总反应式：葡萄糖2 nad 2pi 2 ADP 2丙酮酸2NADH2 2ATP CoA丙酮酸脱氢酶乙酰CoA，进入TCA，葡萄糖活化模式，需氧微生物：通过己糖激酶需要镁和三磷酸腺苷的厌氧微生物：通过磷酸烯醇式丙酮酸磷酸转移酶系统，当葡萄糖进入细胞时，磷酸化完成，磷酸果糖激

14、酶是EMP途径的关键酶，在活细胞中需要三磷酸腺苷和镁催化的反应是不可逆的。能量消耗阶段C6 2C3生产力阶段4 ATP2AP 2 2c 32吡咯酸2 nad 2 h12 o 62 nad2p 2 ch2co oh 2 nad h22 ATP2O 4、EMP途径的总反应，(2) HMP途径(己糖单磷酸途径)，HMP途径：葡萄糖转化为6-磷酸葡萄糖酸后，在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶的催化下分解为5-磷酸戊糖和CO2。磷酸戊糖的进一步代谢有两种结果。戊糖磷酸被酮转醛酶系统催化生成己糖磷酸和三糖磷酸(甘油醛3-磷酸)，三糖磷酸被EMP途径的一些酶进一步转化为丙酮酸。叫做不完全HMP路径。六个葡萄糖分子参与了反应，经过一系列反应，最终回收了五个葡萄糖分子，消耗了一个葡萄糖分子(完全氧化成CO2和水)，这就是所谓的完全HMP途径。HMP途径降解葡萄糖有三个阶段。HMP是葡萄糖的完全氧化，没有电磁脉冲途径和TCA循环途径。并能以NADPH H和各种中间代谢物的代谢途径的形式产生大量还原力。1.葡萄糖经过几次氧化反