補充材料 發(fā)酵機制

重點：糖酵解途徑的特點及調(diào)節(jié)機制；糖酵解途徑的特點；酒精發(fā)酵機制；乙醇生成機制；甘油的合成機制；乳酸發(fā)酵機制；同型乳酸發(fā)酵；

難點：糖酵解的調(diào)節(jié)機制；巴斯德效應(yīng)；酒精發(fā)酵中副產(chǎn)物的生成；異型乳酸發(fā)酵；

發(fā)酵機制：微生物通過其代謝活動，利用基質(zhì)（低物）合成人們所需要的代謝產(chǎn)物的內(nèi)在規(guī)律。微生物菌體積累的代謝產(chǎn)物酶

厭氧發(fā)酵：酒精、甘油、乳酸、丙酮、丁醇代謝產(chǎn)物

好氣發(fā)酵：有機酸、氨基酸、蛋白質(zhì)、核苷酸等發(fā)酵機制研究的內(nèi)容：

1.微生物的生理代謝規(guī)律（就是各種代謝產(chǎn)物合成途徑及代謝調(diào)節(jié)機制）；

2.環(huán)境因素（營養(yǎng)條件、培養(yǎng)條件等）對代謝的影響及改變代謝的措施；糖厭氣性發(fā)酵產(chǎn)物積累機制

厭氣發(fā)酵產(chǎn)物：酒精發(fā)酵、甘油發(fā)酵、同型乳酸發(fā)酵、丙酮丁醇發(fā)酵、混合酸發(fā)酵等第一節(jié)糖酵解途徑及調(diào)節(jié)機制一、糖酵解途徑的特點：1.是除蘭綠藻外的幾乎所有生物葡萄糖分解的共同途徑，廣泛存在于各種細(xì)胞中，每個反應(yīng)都不需要氧參與。2.分為兩個階段。3.糖酵解有10多個反應(yīng)組成，每個反應(yīng)都在酶的作用下完成，這些酶包括：4.其他糖類（如淀粉、乳糖等）作為碳源和能源時，是通過葡萄糖或其他中間產(chǎn)物并入糖酵解途徑的。5、在不同的有機體和不同條件下，H2的受體不同，因此丙酮酸的去路也不同。這是因為氫的受體不同

3-磷酸甘油醛1，3-二磷酸甘油酸甘油醛脫氫酶二、糖酵解調(diào)節(jié)機制

調(diào)節(jié)點主要是三個激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三個反應(yīng)是不可逆的，只參與糖酵解，不參與糖的新生。而激酶的活性是受細(xì)胞能荷調(diào)節(jié)的。

(ATP+?ADP)∕(ATP+ADP+AMP)為一定比例，該比例叫能荷。無機磷也是調(diào)節(jié)者，它能解除6-磷酸葡萄糖對己糖激酶的抑制，加快糖酵解。第二節(jié)酒精發(fā)酵機制一、酒精生成機制

以丙酮酸脫羧酶產(chǎn)生的乙醛作為氫受體：

丙酮酸

CO2+乙醛←←→→乙醇（Ⅰ）

NADH+H+NADH+

以上是酵母酒精發(fā)酵Ⅰ型。二、巴斯德效應(yīng)

在好氣條件下，酵母菌發(fā)酵能力下降（細(xì)胞內(nèi)糖代謝降低，乙醇積累減少）；不僅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和發(fā)酵能力的其他細(xì)胞中。

在好氣條件下：糖代謝進入TCA環(huán)→檸檬酸↑、ATP↑→

抑制磷酸激酶的合成→6-P-葡萄糖↑（積累）→

反饋抑制己糖激酶→抑制葡萄糖進入細(xì)胞內(nèi)→葡萄糖利用降低。三、酒精發(fā)酵中的副產(chǎn)物

主產(chǎn)物：乙醇、CO2酵母菌酒精發(fā)酵

醇類（雜醇油）

醛類（糠醛）酸類（琥珀酸）酯類1.雜醇油的形成途徑：①氨基酸氧化脫氨作用；②由葡萄糖直接形成：

葡萄糖→α-酮酸→高級α-酮酸高級醇③正丙醇的形成：

蘇氨酸→α-氨基-2丁烯酸→α-丁酮酸→醛→正丙醇2.影響雜醇油形成的條件

①菌種②培養(yǎng)基組成③發(fā)酵條件脫羧活性乙醛第三節(jié)甘油的合成機制

酵母菌中的乙醇脫氫酶活性很強，乙醛作為氫受體被還原成乙醇的反應(yīng)進行得很徹底，因此，在乙醇發(fā)酵中，甘油的生成量很少。1.如果采取某些手段阻止乙醛作為氫受體時，磷酸二羥丙酮則代替乙醛作為氫受體形成甘油，這樣發(fā)酵轉(zhuǎn)為甘油發(fā)酵，稱為酵母Ⅱ型發(fā)酵。2.酵母菌在堿性條件下，由于乙醛生成等量的乙酸和乙醇，因此，乙醛作為氫受體的作用也被抑制，這時磷酸二羥丙酮成為氫受體，這樣發(fā)酵產(chǎn)生的總的產(chǎn)物為甘油、乙酸、乙醇，這就是酵母Ⅲ型發(fā)酵。第四節(jié)乳酸發(fā)酵機制

乳酸菌的同型乳酸發(fā)酵乳酸發(fā)酵明串珠菌等的異型乳酸發(fā)酵一、同型乳酸發(fā)酵

多數(shù)乳酸菌不具有脫羧酶，丙酮酸不能脫羧生成乙醛，而能在乳酸脫氫酶作用下作為氫受體被還原成乳酸。二、異型乳酸發(fā)酵

1.6-磷酸葡萄糖酸的途徑（磷酸酮解途徑）

2.雙歧途徑（磷酸酮糖途徑）一、氨基酸發(fā)酵機制典型的代謝控制發(fā)酵發(fā)酵產(chǎn)物氨基酸：中間代謝產(chǎn)物積累：要求微生物正常代謝的抑制關(guān)鍵：控制機制被解除打破微生物正常代謝調(diào)節(jié)好氧發(fā)酵機制控制發(fā)酵環(huán)境條件2.控制細(xì)胞滲透性氨基酸發(fā)酵必須考慮的重要因素細(xì)胞內(nèi)生物素水平高，Glu不能通過細(xì)胞膜青霉素影響細(xì)胞壁合成表面活性劑增加細(xì)胞膜通透性3.控制旁路代謝4.降低反饋作用物濃度5.消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏作用

1、定義

廣義：利用微生物生產(chǎn)有用代謝一種生產(chǎn)方式。

狹義：厭氧條件下，以自身內(nèi)部某些中間代謝產(chǎn)物作為最終氫（電子）受體的產(chǎn)能過程

特點：

1）通過底物水平磷酸化產(chǎn)ATP；

2）葡萄糖氧化不徹底，大部分能量存在于發(fā)酵產(chǎn)物中；

3）產(chǎn)能率低；

4）產(chǎn)多種發(fā)酵產(chǎn)物。

發(fā)酵（fermentantion）的定義和類型2、發(fā)酵類型1）乙醇發(fā)酵

a、酵母型乙醇發(fā)酵

1G2丙酮酸2乙醛+CO22乙醇+2ATP

條件：pH3.5~4.5,厭氧菌種：釀酒酵母、少數(shù)細(xì)菌（胃八疊球菌、解淀粉歐文氏菌等）

i、加入NaHSO4NaHSO4+乙醛磺化羥乙醛（難溶）

ii、弱堿性（pH7.5）

2乙醛1乙酸+1乙醇（歧化反應(yīng)）磷酸二羥丙酮作為氫受體，經(jīng)水解去磷酸生成甘——甘油發(fā)酵（EMP）---亞硫酸氫鈉必須控制亞適量（3%）

b、細(xì)菌型乙醇發(fā)酵

(發(fā)酵單胞菌和嗜糖假單胞菌)

同型酒精發(fā)酵

1G2丙酮酸

代謝速率高，產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率高，發(fā)酵周期短等。缺點是生長pH較高，較易染雜菌，并且對乙醇的耐受力較酵母菌低.

（ED）乙醇+

1ATP

異型酒精發(fā)酵(乳酸菌、腸道菌和一些嗜熱細(xì)菌）

1G2丙酮酸（丙酮酸甲酸解酶）乙醛乙醇甲酸

+乙酰--CoA無丙酮酸脫羧酶而有乙醛脫氫酶

2）乳酸發(fā)酵

同型乳酸發(fā)酵（德氏乳桿菌、植物乳桿菌等）

——EMP途徑（丙酮酸乳酸）

異型乳酸發(fā)酵（PK途徑）腸膜明串株菌（PK）

產(chǎn)能：1ATP

雙歧雙歧桿菌（PK、HK）

產(chǎn)能：2G5ATP即1G2.5ATP

3)混合酸、丁二醇發(fā)酵a混合酸發(fā)酵：

——腸道菌（E.coli、沙氏菌、志賀氏菌等）1G丙酮酸乳酸乳酸脫氫酶

乙酰-CoA+甲酸丙酮酸甲酸解酶草酰乙酸丙酸PEP羧化酶磷酸轉(zhuǎn)乙?；敢胰┟摎涿敢宜峒っ敢掖济摎涿敢宜嵋掖糆.coli與志賀氏菌的區(qū)別：葡萄糖發(fā)酵試驗：

E.coli、產(chǎn)氣腸桿菌

甲酸CO2+H2

（甲酸氫解酶、H+）

志賀氏菌無此酶，故發(fā)酵G不產(chǎn)氣。CO2+H2

b丁二醇發(fā)酵（2，3--丁二醇發(fā)酵）

——腸桿菌、沙雷氏菌、歐文氏菌等丙酮酸乙酰乳酸3-羥基丁酮乙二酰紅色物質(zhì)（乙酰乳酸脫氫酶）（OH-、O2）中性丁二醇精氨酸胍基其中兩個重要的鑒定反應(yīng)：

1、V．P．實驗2、甲基紅（M.R）反應(yīng)產(chǎn)氣腸桿菌：V.P.試驗（+），甲基紅（-）

E.coli：V.P.試驗（-），甲基紅（+）V.P.試驗的原理：4）丙酮-丁醇發(fā)酵

——嚴(yán)格厭氧菌進行的唯一能大規(guī)模生產(chǎn)的發(fā)酵產(chǎn)品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1）

——丙酮丁醇梭菌(Clostridiumacetobutyricum)2丙酮酸2乙酰-CoA乙酰-乙酰CoA丙酮

+CO2（CoA轉(zhuǎn)移酶）丁醇縮合

5）氨基酸的發(fā)酵產(chǎn)能（stickland反應(yīng)）發(fā)酵菌體：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、雙酶梭菌等。特點：氨基酸的氧化與另一些氨基酸還原相偶聯(lián)；產(chǎn)能效率低（1ATP）氫供體（氧化）氨基酸