《谷氨酸發(fā)酵機制》PPT課件

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1、第二章谷氨酸發(fā)酵機制第一節(jié)谷氨酸的生物合成途徑谷氨酸的生物合成包括酵解途徑(EMP)、磷酸戊糖途徑(HMP途徑)、三羧酸循環(huán)(TCA循環(huán))、乙醛酸循環(huán)、伍德－沃克曼反應(yīng)(CO2固定反應(yīng)等)。一、生成谷氨酸的主要酶促反應(yīng)（1）谷氨酸脫氫酶(GHD)所催化的還原氨基化反應(yīng)α-酮戊二酸＋NH4+＋NADPH2谷氨酸＋H2O+NADPGHD這一反應(yīng)是利用已存在的其他氨基酸，經(jīng)過轉(zhuǎn)氨酶的作用，將其它氨基酸與?-酮戊二酸生成L－谷氨酸。(2)轉(zhuǎn)氨酶(AT)催化的轉(zhuǎn)氨反應(yīng)COOHC=OCH2CH2COOH+COOHCH

2、NH2R轉(zhuǎn)氨酶COOHCHNH2CH2CH2COOH+COOHRC=Oα酮戊二酸氨基酸谷氨酸α-酮酸(3)谷氨酸合成酶(Gs)催化的反應(yīng)NADPα-酮戊二酸+谷氨酰胺GSNADPH22谷氨酸二、谷氨酸生物合成的理想途徑由葡萄糖發(fā)酵谷氨酸的理想途徑※第二節(jié)谷氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制1、優(yōu)先合成2、反饋調(diào)節(jié)一、優(yōu)先合成與反饋調(diào)節(jié)二、糖代謝的調(diào)節(jié)三、氮代謝的調(diào)節(jié)四、其它調(diào)節(jié)黃色短桿菌中，谷氨酸、天冬氨酸生物合成的調(diào)節(jié)機制(1)、優(yōu)先合成一、優(yōu)先合成與反饋調(diào)節(jié)在菌體的代謝中，谷氨酸比天冬氨酸優(yōu)先合成。谷氨酸合成過量

3、后，谷氨酸抑制谷氨酸脫氫酶的活力和阻遏檸檬合成酶的合成。使代謝轉(zhuǎn)向天冬氨酸的合成；天冬氨酸合成過量后，反饋抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活力，停止草酰乙酸的合成。所以在正常情況下，谷氨酸并不積累。①谷氨酸脫氫酶(GDH)的調(diào)節(jié)谷氨酸對谷氨酸脫氫酶存在著反饋抑制和反饋阻遏。③異檸檬酸脫氫酶的調(diào)節(jié)異檸檬酸脫氫酶催化的異檸檬酸脫氫脫羧生成?-酮戊二酸的反應(yīng)和谷氨酸脫氫酶催化的?-酮戊二酸還原氨基化生成谷氨酸的反應(yīng)是一對氧化還原共軛反應(yīng)，細(xì)胞內(nèi)?-酮戊二酸的量與異檸檬酸的量需維持平衡。當(dāng)?-酮戊二酸過量時對異檸檬酸

4、脫氫酶發(fā)生反饋抑制作用，停止合成。②檸檬酸合成酶的調(diào)節(jié)檸檬酸合成酶是三羧酸循環(huán)的關(guān)鍵酶，除受能荷調(diào)節(jié)外，還受谷氨酸的反饋阻遏和烏頭酸的反饋抑制。(2)、反饋調(diào)節(jié)④?-酮戊二酸脫氫酶在谷氨酸產(chǎn)生菌中先天性地喪失或微弱。⑤磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的調(diào)節(jié)。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶受天冬氨酸的反饋抑制，受谷氨酸和天冬氨酸的反饋阻遏。乙酰CoA檸檬酸草酰乙酸琥珀酸α-酮戊二酸異檸檬酸蘋果酸乙醛酸①①檸檬酸合成酶②磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶③丙酮酸羧化酶④丙酮酸激酶延胡索酸②磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰CoA葡萄糖CO2③④⑥

5、Asp谷氨酸??谷氨酸生產(chǎn)菌的育種思路在菌體的代謝中，谷氨酸比天冬氨酸優(yōu)先合成。谷氨酸合成過量后，谷氨酸抑制谷氨酸脫氫酶的活力和阻遏檸檬合成酶的合成。使代謝轉(zhuǎn)向天冬氨酸的合成；天冬氨酸合成過量后，反饋抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活力，停止草酰乙酸的合成。所以在正常情況下，谷氨酸并不積累。二、糖代謝的調(diào)節(jié)1、能荷控制(細(xì)胞內(nèi)的能量水平)能量生成代謝系的調(diào)節(jié)2．生物素對糖代謝的調(diào)節(jié)(1)生物素對糖代謝速度的影響生物素對糖代謝的影響主要是影響糖解速度。在生物素充足條件下，由于糖降解速度顯著提高，打破了糖降解速度

6、與丙酮酸氧化速度之間的平衡，丙酮酸趨于生成乳酸，因而會引起乳酸的溢出。(2)生物素對CO2固定反應(yīng)的影響①由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)②由丙酮酸羧化酶催化的反應(yīng)③先由蘋果酸酶所催化，進(jìn)行還原羧化作用，生成蘋果酸。然后再生成草酰乙酸：生物素是丙酮酸羧化酶的輔酶，參與CO2的固定反應(yīng)。據(jù)有關(guān)資樹報道，生物素大過量(100?g／L以上)，CO2固定反應(yīng)可提高30％。(3)生物素對乙醛酸循環(huán)的影響乙醛酸循環(huán)中關(guān)鍵酶是異檸檬酸裂解酶和蘋果酸合成酶。①異檸檬酸裂解酶催化的反應(yīng)②蘋果酸合成酶催化的反應(yīng)乙醛酸循環(huán)的

7、關(guān)鍵酶異檸檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸阻遏，為醋酸所誘導(dǎo)。以葡萄糖為原料發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸時，通過控制生物素亞適量，幾乎看不到異檸檬酸裂解酶的活性。原因：①丙酮酸氧化能力下降，醋酸的生成速度慢，所以為醋酸所誘導(dǎo)形成的異檸檬酸裂解酶就很少。②由于該酶受琥珀酸阻遏，在生物素亞適量條件下，因琥珀酸氧化能力降低而積累的琥珀酸就會反饋抑制該酶的活性，并阻遏該酶的生成，乙醛酸循環(huán)基本上是封閉的。這樣就使代謝流向異檸檬酸??－酮戊二酸?谷氨酸的方向高效率地移動。三、氮代謝的調(diào)節(jié)控制谷氨酸發(fā)酵的另外一個關(guān)鍵因素就是降低蛋白質(zhì)

8、的合成能力，使合成的谷氨酸不去轉(zhuǎn)化成其它氨基酸和參與蛋白質(zhì)的合成。①生物素亞適量時，幾乎沒有異檸檬酸裂解酶，琥珀酸氧化力弱，蘋果酸和草酰乙酸脫羧反應(yīng)停滯，同時又由于完全氧化降低的結(jié)果，使ATP形成量減少，導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成活動停滯，在銨離子適量存在下，積累谷氨酸。生成的谷氨酸也不通過轉(zhuǎn)氨作用生成其它氨基酸和合成蛋白質(zhì)。②生物素充足時，異檸檬酸裂解酶的活性增強，琥珀酸氧化力增強，丙酮酸氧化力加強，乙醛酸循環(huán)的比例增加。草酰乙酸、蘋果