第六章 微生物發(fā)酵機理課件

主講：鮑成滿第六章微生物發(fā)酵機理第六章微生物發(fā)酵機理微生物發(fā)酵機理：是指微生物通過其代謝活動，利用基質合成人們所需要的產(chǎn)物的內(nèi)在規(guī)律。代謝控制發(fā)酵：人為地改變微生物的代謝調(diào)控機制，使有用中間代謝產(chǎn)物過量積累。第六章微生物發(fā)酵機理第一節(jié)微生物基礎物質代謝第二節(jié)厭氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機制第三節(jié)好氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機制第六章微生物發(fā)酵機理第一節(jié)微生物基礎物質代謝淀粉、纖維素等，最重要的葡萄糖。不同類型的微生物對葡萄糖分解方式和途徑也不一樣：厭氧分解：酒精、乳酸、丙酮和丁醇等好氧分解：檸檬酸、谷氨酸和抗生素等一微生物對培養(yǎng)基中碳源的代謝第六章微生物發(fā)酵機理氮源：蛋白質及其分解產(chǎn)物，無機含氮物，分子態(tài)氮。過程：蛋白質被肽酶分解生成氨基酸，經(jīng)脫氨作用生成有機酸，脫羧作用生成氨類。二微生物對培養(yǎng)基中氮源的代謝第六章微生物發(fā)酵機理PEP丙酮酸

-酮戊二酸核糖-5-磷酸甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質淀粉、糖原核酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖物質代謝第六章微生物發(fā)酵機理微生物能量代謝：把最初能源轉換成生命活動能使用的通用能源ATP。三、微生物的能量代謝

日光（光能營養(yǎng)菌）

最初能源有機物（化能異養(yǎng)菌）—ATP

還原態(tài)無機物（化能自養(yǎng)菌）第六章微生物發(fā)酵機理微生物能量的獲取方式1微生物的厭氧發(fā)酵

ATP生成靠底物水平磷酸化底物水平磷酸化：物質在生物氧化過程中生成的一些含有高能鍵的化合物，它們可以不經(jīng)電子傳遞鏈，而直接偶聯(lián)ATP或GTP的合成，這種反應稱為底物水平磷酸化。第六章微生物發(fā)酵機理EMP途徑將一分子葡萄糖轉變成兩分子丙酮酸；產(chǎn)生2分子ATP和2分子NADH。HMP途徑將一分子6-磷酸葡萄糖轉變?yōu)?分子3-磷酸甘油醛，3分子CO2和6分子NADPH。ED途徑將1分子葡萄糖轉變?yōu)?分子丙酮酸，1分子ATP，1分子NADPH和1分子NADH。PK途徑將1分子葡萄糖轉變?yōu)?分子乳酸、1分子CO2和一分子乙醇或乙酸。葡萄糖的分解途徑主要有：EMP途徑、HMP途徑、ED途徑和PK途徑等四種。第六章微生物發(fā)酵機理葡萄糖葡萄糖-6-磷酸ATPADP(1)果糖-6-磷酸ATPADPMg2+(2)果糖-1，6-二磷酸(3)甘油醛-3-磷酸二羥丙酮磷酸(4)(5)2Pi(6)1，3-二磷酸甘油酸2ADP2ATP(7)3-磷酸甘油酸(8)2-磷酸甘油酸2H2OMg2+(9)磷酸烯醇式丙酮酸2ATP2ADP(10)烯醇式丙酮酸丙酮酸乳酸(11)2CO2乙醛+2H+(12)(13)2NAD+2(NADH+H+)+2H+乙醇(14)糖酵解全過程（EMP途徑）己糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶EMP途徑第六章微生物發(fā)酵機理GTP三羧酸循環(huán)反應過程

第六章微生物發(fā)酵機理磷酸戊糖途徑(HMP)5-磷酸木酮糖

C55-磷酸木酮糖

C57-磷酸景天糖

C73-磷酸甘油醛

C34-磷酸赤蘚糖

C46-磷酸果糖

C66-磷酸果糖

C63-磷酸甘油醛

C36-磷酸葡萄糖(C6)×36-磷酸葡萄糖酸內(nèi)酯(C6)×36-磷酸葡萄糖酸(C6)×35-磷酸核酮糖(C5)×35-磷酸核糖

C53NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖脫氫酶3NADP+3NADP+3H+6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶3CO2第六章微生物發(fā)酵機理電子載體：煙酰胺腺嘌呤二核苷酸NADH(nicotinamideadeninedinucleotide)，又稱輔酶Ⅰ(CoⅠ)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸NADPH(nicotinamideadeninedinucleotidephosphate)，又稱輔酶Ⅱ(CoⅡ)黃素單核苷酸FMN第六章微生物發(fā)酵機理FAD(黃素腺嘌呤二核苷酸)的生物化學功能：主要使飽和?；苌锩摎湫纬搔?β-不飽和?；苌铩５诹挛⑸锇l(fā)酵機理輔酶A用HSCoA表示；其乙?；a(chǎn)物：CH3COSCoA，是一個新陳代謝的調(diào)節(jié)者，也可以看作是新陳代謝的鑰匙，在生物化學中占有重要的位置。第六章微生物發(fā)酵機理2微生物的呼吸將電子交給NAD（P）或FAD（或FMN）等點子載體，通過電子傳遞鏈，經(jīng)逐步釋放出能量后再交給最終電子受體。電子傳遞鏈O2

有氧（好氧）呼吸除O2外的無機物或延胡索酸無氧呼吸

第六章微生物發(fā)酵機理1NADH----3ATP1FADH----2ATPFADH2根據(jù)代謝物脫下的氫的最初受體不同，分為NADH呼吸鏈和FADH2呼吸鏈第六章微生物發(fā)酵機理3光能微生物的能量代謝光合細菌中存在菌綠素通過環(huán)式光合磷酸化作用產(chǎn)生ATP。4化能自養(yǎng)微生物的能量代謝無機物氧化獲得ATP和NADH或NADPH第六章微生物發(fā)酵機理第二節(jié)厭氧發(fā)酵產(chǎn)物的合成機制第六章微生物發(fā)酵機理葡萄糖6-磷酸葡萄糖6-磷酸果糖

1,6-二磷酸果糖二羥丙酮磷酸甘油醛-3-磷酸1,3二磷酸甘油酸3–磷酸甘油酸2–磷酸甘油酸磷酸烯醇式丙酮酸烯醇式丙酮酸丙酮酸HexokinasePhosphoglucose

isomerasePhospho

fructokinaseAldolaseTriose

phosphate

isomeraseGlyceraldehyde

3-phosphate

dehydrogenasePhospho

glycerate

kinasePhospho

glycerate

mutaseEnolasePyruvate

kinaseLactate

dehydrogenaseNADHNADNADHNADATPATPATPATPADPADPADPADP2Pi第六章微生物發(fā)酵機理C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD+

2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2第六章微生物發(fā)酵機理己糖激酶變構抑制磷酸果糖激酶抑制丙酮酸激酶分解ADPAMP激活ATP抑制解除ATP產(chǎn)物激活糖代謝的調(diào)節(jié)第六章微生物發(fā)酵機理1.酵母菌的乙醇發(fā)酵：一乙醇、甘油發(fā)酵

C6H12O62CH3COCOOH2CH3CHO2CH3CH2OHNADNADH2-2CO2EMP2ATP丙酮酸脫羧酶乙醇脫氫酶第六章微生物發(fā)酵機理C6H12O6+2ADP+2Pi

2CH3CH2OH+2ATP+2CO2葡萄糖生產(chǎn)乙醇的總反應式：第六章微生物發(fā)酵機理概念：有氧條件下，發(fā)酵作用受抑制的現(xiàn)象（或氧對發(fā)酵的抑制現(xiàn)象）。通風對酵母代謝的影響通風（有氧呼吸）缺氧（發(fā)酵）酒精生成量耗糖量/單位時間細胞的繁殖低（接近零）少旺盛高多很弱至消失巴斯德效應現(xiàn)象：第六章微生物發(fā)酵機理酵母菌乙醇發(fā)酵中的副產(chǎn)物影響：消耗糖分，帶來雜質，提高或降低產(chǎn)品質量。酵母酒精發(fā)酵主產(chǎn)物：乙醇、CO2副產(chǎn)物醇類（雜醇油）醛類（糠醛）酸類（琥珀酸）酯類雜醇油：C原子數(shù)大于2的脂肪族醇類的統(tǒng)稱；高沸點、顏色呈黃色或棕色，具有特殊氣味。酒類風味物質，質量指標。雜醇油的產(chǎn)量一般為0.3一0.7％。第六章微生物發(fā)酵機理2.細菌的乙醇發(fā)酵：葡萄糖2-酮-3-脫氧-6-磷酸-葡萄糖酸3-磷酸甘油醛丙酮酸丙酮酸乙醛

乙醛2乙醇2CO22H2H+ATP2ATP菌種：運動發(fā)酵單胞菌等途徑：ED第六章微生物發(fā)酵機理

酵母菌（在pH3.5-4.5時）的乙醇發(fā)酵丙酮酸脫羧酶乙醇脫氫酶

丙酮酸乙醛乙醇

通過EMP途徑產(chǎn)生乙醇，總反應式為：C6H12O6+2ADP+2Pi2C2H5OH+2CO2+2ATP

細菌（在pH5時）的乙醇發(fā)酵通過ED途徑產(chǎn)生乙醇，總反應如下：葡萄糖+ADP+Pi2乙醇+2CO2+ATP第六章微生物發(fā)酵機理3.甘油發(fā)酵別名：丙三醇,分子式:CH2OHCHOHCH2OH第六章微生物發(fā)酵機理用途：1醫(yī)學方面，用以制取各種制劑、溶劑、吸濕劑、防凍劑2食品中用作甜味劑、煙草劑的保濕劑3工業(yè)汽車和飛機燃料以及油田的防凍劑第六章微生物發(fā)酵機理甘油發(fā)酵機制：

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進行得很徹底，因此，在乙醇發(fā)酵中甘油的生成量很少。

如果采取某些手段阻止乙醛作為氫受體時，磷酸二羥丙酮則替代乙醛作為氫受體形成甘油，這樣發(fā)酵轉為甘油發(fā)酵（酵母Ⅱ型發(fā)酵）。亞硫酸鹽法甘油發(fā)酵

NaHSO3可作為抑制劑：乙醛+NaHSO3乙醛亞硫酸氫鈉↓第六章微生物發(fā)酵機理2ATP2ADP2ADP2ATPCO2NaHSO3NAD﹢NADH+H﹢NADH+H＋NAD﹢H2OPi葡萄糖1.6-二磷酸果糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮丙酮酸乙醛乙醛HSO3α-磷酸甘油甘油第六章微生物發(fā)酵機理堿法甘油發(fā)酵

酒精酵母在堿性（pH7.6以上）的條件下，發(fā)酵產(chǎn)生的乙醛不能作為受氫體，而是２分子乙醛之間發(fā)生歧化反應，相互氧化還原，生成等量的乙醇和乙酸。此時，由３－磷酸甘油醛脫氫生成的NADH+H+用來還原磷酸二羥丙酮，并進而生成甘油．

第六章微生物發(fā)酵機理2C6H12O6+H2OCH2OHCHOHCH2OH2+C2H5OH+CH3COOH+2CO2堿法甘油發(fā)酵的產(chǎn)品有甘油、乙醇、乙酸，不產(chǎn)生ATP，所以此法只能在酵母的非生長情況下進行發(fā)酵。第六章微生物發(fā)酵機理二乳酸發(fā)酵2-羥基丙酸；α-羥基丙酸；丙醇酸分子式:CH3CH(OH)COOH用途：1食品工業(yè)保鮮、調(diào)味劑2醫(yī)學方面，乳酸蒸汽消毒、防腐劑、聚乳酸手術縫線3其它工業(yè)，控制發(fā)酵PH、清潔去垢等。第六章微生物發(fā)酵機理乳酸菌能利用葡萄糖及其他相應的可發(fā)酵的糖產(chǎn)生乳酸，稱為乳酸發(fā)酵。同型乳酸發(fā)酵：在乳酸發(fā)酵過程中，發(fā)酵產(chǎn)物中只有乳酸；（經(jīng)EMP途徑）異型乳酸發(fā)酵：發(fā)酵產(chǎn)物中除乳酸外，還有乙醇、乙酸及CO2等其它產(chǎn)物的。（磷酸酮解途徑）第六章微生物發(fā)酵機理葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸二羥丙酮2(1,3-二-磷酸甘油酸）2乳酸2丙酮酸2NAD+2NADH24ATP4ADP2ATP2ADPLactococcuslactis（乳酸乳球菌）Lactobacillusplantarum（植物乳桿菌）EMP途徑2NAD+2NADH21同型乳酸發(fā)酵：乳酸脫氫酶第六章微生物發(fā)酵機理6-磷酸葡萄糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸木酮糖3-磷酸甘油醛乳酸乙酰磷酸NAD+NADPH2NAD+NADPH2ATPADP乙醛乙酰CoA2ADP2ATP-2H-CO2乙醇Leuconostocmesenteroides（腸膜明串珠菌）NAD+NADPH2NAD+NADPH22異型乳酸發(fā)酵：葡萄糖6-磷酸葡糖酸途徑1分子乳酸，一份子乙醇第六章微生物發(fā)酵機理2葡萄糖ATPADP6－磷酸果糖6－磷酸果糖ADPPi4－磷酸赤蘚糖3－磷酸甘油醛7－磷酸景天庚酮糖5－磷酸木酮糖5－磷酸核糖乙酰磷酸ATP乙酰5－磷酸木酮糖5－磷酸核酮糖乙酰磷酸2分子3－磷酸甘油醛乳酸ADPATPNAD＋NADH＋H＋NAD＋NADH＋H＋ADPATP3分子乙酸葡萄糖經(jīng)雙歧途徑發(fā)酵生成乳酸和乙酸13245676-磷酸果糖解酮酶轉二羥基丙酮基酶轉羥乙醛基酶5－磷酸核糖異構酶5－磷酸核酮糖－3－差向異構酶5－磷酸木酮糖磷酸酮解酶乙酸激酶雙歧途徑：兩歧雙歧桿菌第六章微生物發(fā)酵機理第三節(jié)好氧發(fā)酵產(chǎn)物合成機制檸檬酸發(fā)酵機制

氨基酸發(fā)酵機制第六章微生物發(fā)酵機理GTPTCA循環(huán)第六章微生物發(fā)酵機理磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰輔酶A檸檬酸順烏頭酸衣康酸異檸檬酸草酰琥珀酸α－酮戊二酸谷氨酸琥珀酰輔酶A琥珀酸延胡索酸葡萄糖蘋果酸草酰乙酸乙醛酸乙酰輔酶A123316451567891012111413反饋抑制蘋果酸脫氫酶CO2參與嘌呤和嘧啶的合成脂肪酸天冬氨酸參與蛋白質合成參與蛋白質合成丙酮酸脫氫酶第六章微生物發(fā)酵機理PEP丙酮酸

-酮戊二酸核糖-5-磷酸甘氨酸天冬氨酸谷氨酰氨丙氨酸甘氨酸絲氨酰蘇氨酸半胱氨酸氨基酸6-磷酸葡萄糖磷酸二羥丙酮乙酰CoA甘油脂肪酸膽固醇亮氨酸賴氨酸酪酰氨色氨酸笨丙氨酸異亮氨酸亮氨酸色氨酸乙酰乙酰CoA脂肪核苷酸天冬氨酸天冬酰氨天冬氨酸苯丙酰氨酪氨酸異亮氨酸甲硫酰氨蘇氨酸纈氨酸琥珀酰CoA蘋果酸草酰乙酸檸檬酸異檸檬酸乙醛酸蛋白質淀粉、糖原核酸谷氨酰氨組氨酸脯氨酸精氨酸谷氨酸延胡索酸琥珀酸丙二單酰CoA1-磷酸葡萄糖物質代謝第六章微生物發(fā)酵機理檸檬酸是目前世界上以生物化學方法生產(chǎn)，產(chǎn)量最大的有機酸。我國是檸檬酸的第一大生產(chǎn)國，估計年產(chǎn)約50萬噸歐洲是檸檬酸的第二大生產(chǎn)地，產(chǎn)量約30萬噸美國檸檬酸年產(chǎn)量約25萬噸檸檬酸發(fā)酵第六章微生物發(fā)酵機理用途1食品：配制各種水果型的飲料以及軟飲料,各種肉類和蔬菜在腌制加工時，加入或涂上檸檬酸可以改善風味，除腥去臭，抗氧化；2化工紡織：可作化學分析用試劑，用作實驗試劑、色譜分析試劑及生化試劑；3化妝品：用于乳液、乳霜、洗發(fā)精、美白用品、抗老化用品。第六章微生物發(fā)酵機理

黑曲霉分生孢子頭第六章微生物發(fā)酵機理葡萄糖蘋果酸檸檬酸草酰乙酸順烏頭酸磷酸烯醇式丙酮酸丙酮酸乙酰CoACO2檸檬酸的生物合成途徑實現(xiàn)檸檬酸積累：一、設法阻斷代謝途徑，實現(xiàn)檸檬酸的積累二、代謝途徑被阻斷部位之后的產(chǎn)物，必須有適當?shù)难a充機制CO2ATPADPCO2ADPATP磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶順烏頭酸酶抑制劑阻斷檸檬酸的發(fā)酵機制第六章微生物發(fā)酵機理總反應式：2C6H12O6+3O22C6H8OH+4H2O

第六章微生物發(fā)酵機理檸檬酸合成的代謝調(diào)節(jié)第一個調(diào)節(jié)酶是磷酸果糖激酶檸檬酸和ATP對該酶有抑制生產(chǎn)菌需要解除該抑制作用AMP、無機磷以及NH4+對該酶有活化作用NH4+有效解除檸檬酸和ATP對該酶抑制，故生產(chǎn)上通過添加銨鹽來提高檸檬酸產(chǎn)量Mn2+的影響：Mn2+缺乏可能干擾蛋白質合成，導致蛋白質分解NH4+水平升高減少檸檬酸對該酶的抑制第六章微生物發(fā)酵機理第二個調(diào)節(jié)點：CO2固定的酶活力高，保證草酰乙酸的供應第三個調(diào)節(jié)點：TCA環(huán)上調(diào)節(jié)順烏頭酸酶：理論上此酶失活TCA環(huán)阻斷積累檸檬酸順烏頭酸酶需要Fe2+故在發(fā)酵液中添加黃血鹽絡合Fe2+阻斷TCA環(huán)，積累檸檬酸通過誘變或其他方法，造成生產(chǎn)菌種順烏頭酸酶的缺損或活力很低，同樣積累檸檬酸。及時補加草酰乙酸第六章微生物發(fā)酵機理氨基酸發(fā)酵氨基酸發(fā)酵工業(yè)是利用微生物的生長和代謝活動生產(chǎn)各種氨基酸的現(xiàn)代工業(yè)。氨基酸發(fā)酵是典型的代謝控制發(fā)酵。發(fā)酵所生成的產(chǎn)物——氨基酸，都是微生物的中間代謝產(chǎn)物，它的積累是建立于對微生物正常代謝的抑制。氨基酸發(fā)酵的關鍵是取決于其控制機制是否能夠被解除，是否能打破微生物的正常代謝調(diào)節(jié)，人為地控制微生物的代謝。第六章微生物發(fā)酵機理氨基酸發(fā)酵的代謝控制谷氨酸發(fā)酵機制第六章微生物發(fā)酵機理控制發(fā)酵的環(huán)境條件控制細胞滲透性控制代謝旁路降低反饋作用物的濃度消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏作用促進ATP的積累，以利于氨基酸的生物合成氨基酸發(fā)酵的代謝控制第六章微生物發(fā)酵機理1控制發(fā)酵的環(huán)境條件氨基酸發(fā)酵是人為地控制環(huán)境條件而使發(fā)酵發(fā)生轉換氨基酸發(fā)酵受菌種的生理特征和環(huán)境條件的影響。對專性好氧菌來說，環(huán)境條件的影響更大。谷氨酸發(fā)酵必須嚴格控制菌體生長的環(huán)境條件，否則就幾乎不積累谷氨酸。第六章微生物發(fā)酵機理環(huán)境因子發(fā)酵產(chǎn)物轉換溶解氧谷氨酸乳酸和琥珀酸α－酮戊二酸（通氣不足）（適中）（通風過量，轉速過快）NH4+α－酮戊二酸谷氨酸谷氨酰胺（適量）（缺乏）（過量）pH值谷氨酰胺，N-乙酰谷酰胺谷氨酸（pH值5～8，NH4+過多）（中性或微堿性）磷酸纈氨酸谷氨酸（高濃度磷酸鹽）（磷酸鹽適中）生物素乳酸或琥珀酸谷氨酸（過量）（限量）谷氨酸產(chǎn)生菌因環(huán)境條件變化而引起的發(fā)酵轉換第六章微生物發(fā)酵機理2控制細胞滲透性谷氨酸的生物合成途徑第六章微生物發(fā)酵機理影響細胞膜通透性，有利于代謝產(chǎn)物分泌出來，避免了末端產(chǎn)物的反饋調(diào)節(jié)，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)量。第六章微生物發(fā)酵機理生物素油酸表面活性劑其作用是引起細胞膜的脂肪成分的改變，尤其是改變油酸的含量，從而改變細胞膜通透性一二：青霉素：抑制細胞壁的合成影響谷氨酸產(chǎn)生菌細胞膜通透性的物質第六章微生物發(fā)酵機理3控制旁路代謝D-蘇氨酸L-蘇氨酸α-酮基丁酸L-異亮氨酸L-蘇氨酸脫氫酶反饋抑制D-蘇氨酸脫氫酶第六章微生物發(fā)酵機理4降低反饋作用物的濃度谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸半縮醛N-乙酰鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸精氨酸反饋抑制瓜氨酸營養(yǎng)缺陷型第六章微生物發(fā)酵機理通過使用抗氨基酸結構類似物突變株的方法來進行S-（β－氨基乙基）-L半胱氨酸(AEC)賴氨酸結構類似物

5消除終產(chǎn)物的反饋抑制與阻遏天冬氨酸天冬氨酰胺磷酸天冬氨酸半縮醛高絲氨酸蘇氨酸賴氨酸天冬氨酸激酶協(xié)同反饋抑制AEC6促進ATP的積累，以利于氨基酸的生物合成第六章微生物發(fā)酵機理谷氨酸生物合成途徑

包括：EMP、HMP、TCA、乙醛酸循環(huán)、CO2固定反應谷氨酸生產(chǎn)菌在10%高濃葡萄糖中產(chǎn)生5%高濃谷氨酸，是非正常代謝，所以要從菌體自身、外界來控制完成，即控制代謝。第六章微生物發(fā)酵機理NADPH2乙酰輔酶A6-磷酸果糖6-磷酸葡萄糖酸5-磷酸核糖3-磷酸甘油醛果糖-1，6-二磷酸蘋果酸丙酮酸CO2異檸檬酸草酰乙酸順烏頭酸乳酸NAD+NADH2檸檬酸NADP+NADH2NAD+草酰琥珀酸α－酮戊二酸琥珀酸延胡索酸谷氨酸乙醛酸CO2CO2葡萄糖生物合成谷氨酸的代謝途徑EMP途徑HMP途徑TCA循環(huán)CO2CO2固定反應a-酮戊二酸脫氫酶谷氨酸脫氫酶葡萄糖第六章微生物發(fā)酵機理外在環(huán)境：溶解氧、氨離子、PH值、磷酸、生物素

谷氨酸生產(chǎn)菌有利于谷氨酸積累的條件：不分解利用谷氨酸；耐高濃度谷氨酸；谷氨酸膜透性好；a-酮戊二酸脫氫酶要弱；保證TCA環(huán)中間體的補充。內(nèi)在因子選育菌種增加膜通透性生物素缺陷（膜）加青霉素（壁）2、影響GA積累的因素第六章微生物發(fā)酵機理谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰-γ-谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸-γ-半醛N-乙酰鳥氨酸鳥氨酸瓜氨酸精胺琥珀酸精氨酸負反饋控制N-乙酰谷氨酸激酶Arg-Cit

-鳥氨酸、瓜氨酸、精氨酸發(fā)酵機制第六章微生物發(fā)酵機理核苷酸發(fā)酵全合成途徑補救途徑

嘌呤核苷酸的代謝調(diào)節(jié)第六章微生物發(fā)酵機理核酸由眾多的單體核苷酸通過3‘，5’－磷酸二酯鍵聚合而成。核苷酸由堿基、核糖、磷酸組成。第六章微生物發(fā)酵機理核苷酸類中的肌苷酸（IMP）、鳥苷酸（GMP）、黃苷酸（XMP）呈強鮮味。當核苷酸與氨基酸類物質混合使用時，鮮味不是簡單的疊加，而是成倍地提高。第六章微生物發(fā)酵機理（一）生物合成途徑從頭合成途徑（denovosynthesis）由氨基酸、磷酸戊糖、CO2和NH3合成核苷酸。嘌呤核苷酸：直接生成次黃嘌呤核苷酸（IMP）,然后轉變?yōu)槠渌堰屎塑账?。第六章微生物發(fā)酵機理

葡萄糖

HMP5‘－磷酸核糖磷酸核糖焦磷酸（PRPP）

PRPP轉酰胺酶

5’-IMPAMPSAMPXMPGMP第六章微生物發(fā)酵機理天冬氨酸，Mg2+，GTP腺苷酸代琥珀酸合成酶延胡索酸腺苷酸代琥珀酸裂解酶腺苷酸代琥珀酸AMPIMPIMP脫氫酶NAD+H2ONADH+H+

XMPGMP合成酶谷氨酰氨Mg2+,ATP谷氨酸GMP由IMP合成AMP及GMP第六章微生物發(fā)酵機理IMP合成途徑的代謝調(diào)控第六章微生物發(fā)酵機理2.補救合成途徑（salvagesynthesis）

微生物從培養(yǎng)基中取得完整的嘌呤、戊糖、磷酸，直接合成單核苷酸。當全生物合成途徑受阻時，微生物可通過此途徑合成核苷酸。第六章微生物發(fā)酵機理狹義抗生素:由微生物（包括細菌、放線菌、真菌等）產(chǎn)生的在低濃度條件下，對特異微生物（包括細菌、真菌、立克次體、支原體、衣原體等）的生長有抑制作用的次級代謝產(chǎn)物或化學半合成法制造的相同的和類似的化合物?，F(xiàn)代抗生素定義：一切由某些微生物產(chǎn)生的，能抑制微生物和其他細胞增殖的化學物質?？股匕l(fā)酵機制第六章微生物發(fā)酵機理直到1952年，瓦克斯曼發(fā)現(xiàn)了第一個能夠有效治療人類肺結核的藥物——鏈霉素，從而對肺結核的治療邁出一大步。隨后，氯霉素（1947年）、新霉素（1949年）、土霉素（1950年）、紅霉素（1952年）、四環(huán)素（1953年）、頭孢菌素（1959年）、喹諾酮類（1980年）……也都相繼被發(fā)現(xiàn)。第六章微生物發(fā)酵機理現(xiàn)在有越來越多的由新型細菌感染所造成的死亡病例，而我們對這些病例出現(xiàn)的預警機制還很不完善。加拿大魁北克省舍布魯克大學附屬醫(yī)院的專家透露，從2003年年初至今，一種普通的腸道細菌——梭狀芽孢桿菌歷經(jīng)兩年變異，已成為致命的“超級病菌”，它可引起65歲以上老年人和服用抗生素的病人產(chǎn)生嚴重痢疾，并最終致死。該病菌已使這家醫(yī)院的100名病人死亡，如不采取緊急行動，這種“超級病菌”很可能會引發(fā)一場致命傳染病的蔓延。第六章微生物發(fā)酵機理最近幾年出現(xiàn)了一批抗萬古霉素的新型致病菌。這些抗性菌株常常居住在醫(yī)院的病房中，造成了越來越多難以治愈的醫(yī)源性傳染病的發(fā)生。對抗萬古霉素菌種的自然選擇作用，普遍認為是由動物飼料中相關抗生素的廣泛使用所造成的。目前，傳染病專家們已經(jīng)開始敦促醫(yī)院進一步健全衛(wèi)生服務體系，并向議員們施壓，出臺相關的法律，禁止在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上使用抗生素。研究人員也已經(jīng)修改了萬古霉素的部分化學結構，生產(chǎn)出若干類萬古霉素衍生物，以期殺滅對萬古霉素有抗性的細菌。第六章微生物發(fā)酵機理我國使用現(xiàn)狀1我國是抗生素使用大國，也是抗生素生產(chǎn)大國：年產(chǎn)抗生素原料大約21萬噸，出口3萬噸，其余自用（包括醫(yī)療與農(nóng)業(yè)使用)，人均年消費量138克左右(美國僅13克)。2據(jù)2006~2007年度衛(wèi)生部全國細菌耐藥監(jiān)測結果顯示，全國醫(yī)院抗菌藥物年使用率高達74%。而世界上沒有哪個國家如此大規(guī)模地使用抗生素，在美英等發(fā)達國家，醫(yī)院的抗生素使用率僅為22%~25%。第六章微生物發(fā)酵機理3另據(jù)1995~2007年疾病分類調(diào)查，中國感染性疾病占全部疾病總發(fā)病數(shù)的49%，其中細菌感染性占全部疾病的18%~21%，也就是說80%以上屬于濫用抗生素，每年有8萬人因此死亡。這些數(shù)字使中國成為世界上濫用抗生素問題最嚴重的國家之一第六章微生物發(fā)酵機理

青霉素G第六章微生物發(fā)酵機理半合成青霉素—阿莫西林（羥氨芐青霉素）頭孢菌素第六章微生物發(fā)酵機理分類：β-內(nèi)酰胺類抗生素:青霉素類和頭孢菌素類氨基糖苷類抗生素：包括鏈霉素、慶大霉素、卡那霉素大環(huán)內(nèi)酯類抗生素：紅霉素、白霉素等氯霉素類抗生素：包括氯霉素、甲砜霉素等四環(huán)素類抗生素：包括四環(huán)素、土霉素、金霉素及強力霉素其他類抗生素：萬古霉素、諾氟沙星、氧氟沙星等第六章微生物發(fā)酵機理作用機理1阻礙細菌細胞壁的合成，導致細菌在低滲透壓環(huán)境下膨脹破裂死亡，主要是β-內(nèi)酰胺類抗生素2與細菌細胞膜相互作用，增強細菌細胞膜的通透性、打開膜上的離子通道，讓細菌內(nèi)部的有用物質漏出菌體或電解質平衡失調(diào)而死。以這種方式作用的抗生素有多粘菌素和短桿菌肽等第六章微生物發(fā)酵機理3與細菌核糖體或其反應底物（如tRNA、mRNA）相互所用，抑制蛋白質的合成——這意味著細胞存活所必需的結構蛋白和酶不能被合成。以這種方式作用的抗生素包括四環(huán)素類抗生素、大環(huán)內(nèi)酯類抗生素、氨基糖苷類抗生素、氯霉素等。

4阻礙細菌DNA的復制和轉錄，阻礙DNA復制將導致細菌細胞分裂繁殖受阻，阻礙DNA轉錄成mRNA則導致后續(xù)的mRNA翻譯合成蛋白的過程受阻。以這種方式作用的主要是人工合成的抗菌劑喹諾酮類（如氧氟沙星）。第六章微生物發(fā)酵機理5影響葉酸代謝抑制細菌葉酸代謝過程中的二氫葉酸合成酶和二氫葉酸還原酶，妨礙葉酸代謝。因為葉酸是合成核酸的前體物質，葉酸缺乏導致核算合成受阻，從而抑制細菌生