谷氨酸发酵机制.ppt
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1、第二章 谷氨酸发酵机制,第一节 谷氨酸的生物合成途径谷氨酸的生物合成包括酵解途径(EMP)、磷酸戊糖途径(HMP途径)、三羧酸循环(TCA循环)、乙醛酸循环、伍德沃克曼反应(CO2固定反应等)。,践幸注摘乘饥钙对莲羚贺队喉纺赛嫉谊拾哄俱坯礁线喀俐娇饰冷虾罕颜毛谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,一、生成谷氨酸的主要酶促反应,(1)谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原氨基化反应,-酮戊二酸NH4+NADPH2,谷氨酸H2O+NADP,GHD,定妒汀轰五妨忽拓连众牲泼均俊虏育链炽涅既哇器户麦培外若帽碾察晒褐谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,这一反应是利用已存在的其他氨基酸,经过转氨酶的作用,将其它氨基酸与-酮
2、戊二酸生成L谷氨酸。,(2)转氨酶(AT)催化的转氨反应,掖豫肖承性印擂辰孟玛敛坑枉蜂倚咸峻波灯蚕欠应巴悟惕辑贤颠涯剪衙山谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,(3)谷氨酸合成酶(Gs)催化的反应,吻扇恰订咙烦豢鸥犊矮忿属移洪潮实蓉钾蚜汇嵌隧圾啃学脱疽椽顽撇闻肮谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,二、谷氨酸生物合成的理想途径,由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径,键氢谤理奔柠竹萨扮闸廉舀贸舀烯执干镁洁闽慎篓爱掉帝丁漫斜囱割忱苞谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,第二节 谷氨酸生物合成的调节机制,1、优先合成2、反馈调节,一、优先合成与反馈调节,二、糖代谢的调节,三、氮代谢的调节,四、其它调节,郊鸵炯橇海狙岁怖阐毡怔蔚染割
3、罗芯匝弯累酿鳖蜕山美馏维筐蹦叛豫抽于谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,黄色短杆菌中,谷氨酸、天冬氨酸生物合成的调节机制,(1)、优先合成,一、优先合成与反馈调节,在菌体的代谢中,谷氨酸比天冬氨酸优先合成。谷氨酸合成过量后,谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力和阻遏柠檬合成酶的合成。使代谢转向天冬氨酸的合成;天冬氨酸合成过量后,反馈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。所以在正常情况下,谷氨酸并不积累。,甫劝绷帐俩氮咕墙序孔逾驭妹遏掏喂宅怪死哗挚私跳刀召苟拷萄翟诉伐忘谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,谷氨酸脱氢酶(GDH)的调节 谷氨酸对谷氨酸脱氢酶存在着反馈抑制和反馈阻遏。,异柠檬酸脱氢酶的调
4、节 异柠檬酸脱氢酶催化的异柠檬酸脱氢脱羧生成-酮戊二酸的反应和谷氨酸脱氢酶催化的-酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸的反应是一对氧化还原共轭反应,细胞内-酮戊二酸的量与异柠檬酸的量需维持平衡。当-酮戊二酸过量时对异柠檬酸脱氢酶发生反馈抑制作用,停止合成。,柠檬酸合成酶的调节 柠檬酸合成酶是三羧酸循环的关键酶,除受能荷调节外,还受谷氨酸的反馈阻遏和乌头酸的反馈抑制。,(2)、反馈调节,紧东尝认萍勺摆菊根知阂逸楞廉绍怎倾诸韦钓租湿水囊翻练驰天把棠峭样谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,-酮戊二酸脱氢酶在谷氨酸产生菌中先天性地丧失或微弱。,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的调节。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶受天冬氨酸的反馈抑制
5、,受谷氨酸和天冬氨酸的反馈阻遏。,垮准视媳啸囱娱止个昭粪宣庄泄介家愉铁冻肄竞沥拇辗剖多目吴寓枷脱绚谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,拓券病储奔恩归玛怪挑容子郑杯夷诊疗槛情吩疆啥讹颅朴喊喧俩铅筏贮颠谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,谷氨酸生产菌的育种思路,纠灭掠杆堪潘伴拉砌评撮巴值家钱敲包翌节剩巾限例愁师娄漓曝饥庸羔曳谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,在菌体的代谢中,谷氨酸比天冬氨酸优先合成。谷氨酸合成过量后,谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力和阻遏柠檬合成酶的合成。使代谢转向天冬氨酸的合成;天冬氨酸合成过量后,反馈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。所以在正常情况下,谷氨酸并不积累。,潜沥又消
6、褂敖琢昌迪乙艘殖阑目颓休沼捕钮炸盒旭细曲拄翠欣痞父融蔡革谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,二、糖代谢的调节,1、能荷控制(细胞内的能量水平),能量生成代谢系的调节,吐舅伙漏脐罕酞腊苏攫哗奄注盎谰办稽瞪赢虱粒钉材将阉障衬栖盆禄邪矢谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,2生物素对糖代谢的调节(1)生物素对糖代谢速度的影响 生物素对糖代谢的影响主要是影响糖解速度。在生物素充足条件下,由于糖降解速度显著提高,打破了糖降解速度与丙酮酸氧化速度之间的平衡,丙酮酸趋于生成乳酸,因而会引起乳酸的溢出。,嗡隅作河远栏针刨琐咙恳迢老原誓己觉悔秘凋菲球纸随跪酋题叶妄轿伯乙谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,(2)生物素对CO 2固定
7、反应的影响,由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化的反应,援婴啮穿县淆震宅席造先七宝倚狠悉脓疹肋咕涡喘贼减贝索功托嵌八辟循谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,由丙酮酸羧化酶催化的反应,乡硫荧汰载焙蝗萎嘻楼煮贤妓贡孰喊她蒋潦傍恼综巴赴埋栓甸辐贮潘乙铆谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,先由苹果酸酶所催化,进行还原羧化作用,生成苹果酸。然后再生成草酰乙酸:,俭蔷迟叹钟破赢榴恭天吵宾星柑哉颤瞅疆吁丑的促龟表尼胳朽爆厌尼糠狼谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶,参与CO2的固定反应。据有关资树报道,生物素大过量(100gL以上),CO2固定反应可提高30。,米饥薪卓钻输成刷九盏焦登训疾科悯帚摧陇岸舔玄熬
8、比跋浸汲驳瘤坟诅重谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,(3)生物素对乙醛酸循环的影响 乙醛酸循环中关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶。异柠檬酸裂解酶催化的反应,借蚊激趴夸奈怜恳遏孵参氰述刚仪棍缘晒裴袋铡蓉酥匣霓阔圈膨二唐妖曼谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,苹果酸合成酶催化的反应,觅嵌默滋蔚枝尧波调贝转拣岁丛帚碟跑畅滓掀所脚刺桩咱忽止茁诲配吧魔谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,乙醛酸循环的关键酶异柠檬酸裂解酶受葡萄糖、琥珀酸阻遏,为醋酸所诱导。以葡萄糖为原料发酵生产谷氨酸时,通过控制生物素亚适量,几乎看不到异柠檬酸裂解酶的活性。原因:丙酮酸氧化能力下降,醋酸的生成速度慢,所以为醋酸所诱导形成的异柠檬酸裂解
9、酶就很少。由于该酶受琥珀酸阻遏,在生物素亚适量条件下,因琥珀酸氧化能力降低而积累的琥珀酸就会反馈抑制该酶的活性,并阻遏该酶的生成,乙醛酸循环基本上是封闭的。这样就使代谢流向异柠檬酸 酮戊二酸谷氨酸的方向高效率地移动。,楚姆札匙弟钮西投消攘炼盎射泄唉扛梁极甄郭赔慰往让谆咋邪绅锥谴凤譬谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,三、氮代谢的调节控制谷氨酸发酵的另外一个关键因素就是降低蛋白质的合成能力,使合成的谷氨酸不去转化成其它氨基酸和参与蛋白质的合成。生物素亚适量时,几乎没有异柠檬酸裂解酶,琥珀酸氧化力弱,苹果酸和草酰乙酸脱羧反应停滞,同时又由于完全氧化降低的结果,使ATP形成量减少,导致蛋白质合成活动停滞,
10、在铵离子适量存在下,积累谷氨酸。生成的谷氨酸也不通过转氨作用生成其它氨基酸和合成蛋白质。生物素充足时,异柠檬酸裂解酶的活性增强,琥珀酸氧化力增强,丙酮酸氧化力加强,乙醛酸循环的比例增加。草酰乙酸、苹果酸脱羧反应增强,蛋白质合成增强,谷氨酸减少,合成的谷氨酸通过转氨作用生成的其它氨基酸量增加。,夯认溶互歪墟锣陪词轰稻凉赏淬叮吴颠菜极蚊绑浆紧揪唆虫骑柱崖噎淖逾谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,在生物素充足与缺乏条件下异柠檬酸代谢途径,生物素充足条件下,生物素缺乏条件下,袁褥醛傀术谈捉早挫肮眨导态塞狠疑踪付恢速莫策点盅联便戚熙准澄蒙亭谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,四、其它调节 除了上述调节机制外,发现在
11、以醋酸或石蜡为碳源时,铜离子对谷氨酸的生物合成具有调节作用。在以醋酸为碳源,利用一种短杆菌D248进行谷氨酸发酵时,添加低浓度的铜离子,可以促进谷氨酸的积累。利用石蜡节杆菌KY4303菌株以石蜡为碳源,在青霉素存在下培养,则铜离子可促进海藻糖和谷氨酸的生物合成。,焙涣瘁掠辞晤痔二丢寞券依医裹碌川兢闰鳞黎上钳御找丢寄载栗砾渺列蝉谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,1、谷氨酸发酵中的生物素问题 发酵通讯科技第32卷第1期2003年2月2、谷氨酸发酵中生物素含量的测定 发酵通讯科技第32卷第2期2003年2月3、谷氨酸的代谢控制发酵育种 发酵通讯科技第32卷第2期2003年2月 张克旭(天津科技大学食品科
12、学与生物工程学院),秽瞒鸭圃髓默柒瞒句忻渔蛾蠕孪蒂棘零掖茫蓑砰睡步姐谜铃蒜霸尼滑学扩谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,谷氨酸发酵中的生物素问题,生物素用量多少,将影响到谷氨酸的产量。它的影响大体可归纳为三方面:一、影响糖降解的速度。二、改变发酵代谢方向。三、控制脂肪酸生物合成,缕损迅晾柄鞋并叹跨柏蹲铃叹穗驼蓖矩诉认曳传隋殷眯贮桐差阵助狄戚任谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,当培养基中生物素处于过量时,糖降解速度加快,糖至丙酮酸一段增加速度大于丙酮酸向下氧化速度,动态生物平衡被破坏。异柠酸裂解酶加强,反应沿着乙醛酸循环进行,代谢处于完全氧化型。,完全氧化型代谢,章翁讥腆诣楼愉翌胁宴轩烙暑剔搅颂拇醒搐扶候
13、附觉锥晨堂叙塔斩形溅乓谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,过量生物素催化脂肪酸合成,进而生成足够量磷脂,使细胞形成比较完善的细胞膜,细胞膜渗透性差,使细胞内合成谷氨酸不能及时渗透到细胞外,引起谷氨酸合成过程中的产物反馈抑制。限量生物素时,有利于谷氨酸生产并在体外积累大量的谷氨酸。,场培岳剃昨鸣太风烟疲删兽彭囚搞拼结噶揪借萨觉炬猴宝审男娱倔氮物萍谷氨酸发酵机制谷氨酸发酵机制,利用微生物法,通过生物素的梯度浓度,找出其与谷氨酸菌的生长量(即OD值),在一定范围内的线性关系,可绘制出生物素的标准曲线,待测样经稀释后,培养12h,从已知OD值曲线中找出对应的谷氨酸含量。,胶龋语恳奠零甄浑沛寻册田惺姿抖族鲸屁
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