天津商业大学：《生物工艺学》课程PPT教学课件（上）第五章 好氧发酵机制（aerobic fermentation）

第六章 好氧发酵产物积累机制 好氧性发酵(aerobic fermentation)：在发酵 过程中需要不断地通入一定量的无菌空气，如利用 黑曲霉进行柠檬酸的发酵、利用棒状杆菌进行谷氨 酸的发酵、利用黄单孢菌进黄原胶－多糖的发酵等 等． 糖的分解代谢包括糖酵解（糖的共同分解途径） 和三羧酸环（糖的最后氧化途径）

第六章 好氧发酵产物积累机制 好氧性发酵(aerobic fermentation)：在发酵 过程中需要不断地通入一定量的无菌空气，如利用 黑曲霉进行柠檬酸的发酵、利用棒状杆菌进行谷氨 酸的发酵、利用黄单孢菌进黄原胶－多糖的发酵等 等． 糖的分解代谢包括糖酵解（糖的共同分解途径） 和三羧酸环（糖的最后氧化途径）

在有氧条件条件下： • 丙酮酸进入线粒体，脱氢和脱羧生成乙酰 COA，在TCA循环中脱氢，并氧化形成CO2和 H2O， 或者各种代谢物，NADH2经呼吸链将氢传递给 氧生成水。 • 另外，乙酰辅酶A在生物合成过程中作为C2 化合物加以利用，形成脂肪等

在有氧条件条件下： • 丙酮酸进入线粒体，脱氢和脱羧生成乙酰 COA，在TCA循环中脱氢，并氧化形成CO2和 H2O， 或者各种代谢物，NADH2经呼吸链将氢传递给 氧生成水。 • 另外，乙酰辅酶A在生物合成过程中作为C2 化合物加以利用，形成脂肪等

第一节 柠檬酸的发酵机制 一、柠檬酸的合成途径 黑曲霉 (Asp.niger) 原料：sugar ， alcohol， acetic acid 途径： EMP（HMP） 丙酮酸羧化 TCA环 黑曲霉生长，EMP与HMP途径的比率是2：1，生产柠 檬酸时为4：1。 葡萄糖 柠檬酸(citric acid) 理论转化率106.7% R

第一节 柠檬酸的发酵机制 一、柠檬酸的合成途径 黑曲霉 (Asp.niger) 原料：sugar ， alcohol， acetic acid 途径： EMP（HMP） 丙酮酸羧化 TCA环 黑曲霉生长，EMP与HMP途径的比率是2：1，生产柠 檬酸时为4：1。 葡萄糖 柠檬酸(citric acid) 理论转化率106.7% R

目的 产物 提供4C 化合物 TCA 循环

目的 产物 提供4C 化合物 TCA 循环

柠檬酸的生物合成途径 CO 2 阻断 AMP Pi NH 4 + ATP citrate NH 4 + k+ 激活 抑制 12

柠檬酸的生物合成途径 CO 2 阻断 AMP Pi NH 4 + ATP citrate NH 4 + k+ 激活 抑制 12

二、 柠檬酸生物合成的代谢调节 积累柠檬酸应采取的措施： 想方设法提高柠檬酸合成反应所需酶的活力； 必须切断柠檬酸的去路；顺乌头酸酶失活， ＴＣＡ环阻断。 保证中间产物的供给；草酰乙酸的及时供给， 丙酮酸 二氧化碳固定反应对柠檬酸 积累有重要意义。 CO2 乙酰COA 草酰乙酸 CO2

二、 柠檬酸生物合成的代谢调节 积累柠檬酸应采取的措施： 想方设法提高柠檬酸合成反应所需酶的活力； 必须切断柠檬酸的去路；顺乌头酸酶失活， ＴＣＡ环阻断。 保证中间产物的供给；草酰乙酸的及时供给， 丙酮酸 二氧化碳固定反应对柠檬酸 积累有重要意义。 CO2 乙酰COA 草酰乙酸 CO2

1 糖酵解及丙酮酸代谢的调节 第一个调节的酶是磷酸果糖激酶（PFK）：AMP、 无机磷、NH4 +对该酶有活化作用 ATP、柠檬酸对该酶有抑制作用 Q：PFK在正常生理条件下能被柠檬酸抑制，但 在柠檬酸发酵中，柠檬酸浓度很高，为什么EMP 途径仍能保持畅通呢？

1 糖酵解及丙酮酸代谢的调节 第一个调节的酶是磷酸果糖激酶（PFK）：AMP、 无机磷、NH4 +对该酶有活化作用 ATP、柠檬酸对该酶有抑制作用 Q：PFK在正常生理条件下能被柠檬酸抑制，但 在柠檬酸发酵中，柠檬酸浓度很高，为什么EMP 途径仍能保持畅通呢？

由于TCA循环降低，ATP的生成减少，蛋白 质和核酸合成受阻，细胞内的NH4 +异常高，从而 降低了柠檬酸对PFK的抑制。 柠檬酸发酵需要下述环境条件： 磷酸盐浓度低；氮源为NH4 +盐； pH值低（低 于2.0）； 溶氧量高；Mn2+ 、 Fe2+ 、 Zn2+含量 极低。 柠檬酸发酵中黑曲霉对Mn2+极端敏感。黑曲 霉在缺锰的条件下发酵 ，细胞有生理和代谢的变 化。 Mn2+的效应可以认为是NH4 +水平升高而减弱 了柠檬酸对EMP途径关键酶（PFK）的抑制

由于TCA循环降低，ATP的生成减少，蛋白 质和核酸合成受阻，细胞内的NH4 +异常高，从而 降低了柠檬酸对PFK的抑制。 柠檬酸发酵需要下述环境条件： 磷酸盐浓度低；氮源为NH4 +盐； pH值低（低 于2.0）； 溶氧量高；Mn2+ 、 Fe2+ 、 Zn2+含量 极低。 柠檬酸发酵中黑曲霉对Mn2+极端敏感。黑曲 霉在缺锰的条件下发酵 ，细胞有生理和代谢的变 化。 Mn2+的效应可以认为是NH4 +水平升高而减弱 了柠檬酸对EMP途径关键酶（PFK）的抑制

第二个调节的酶是丙酮酸激酶（PK） PK 被NH4 + 、K+激活 磷酸烯醇丙酮酸－－－－丙酮酸＋ATP 二氧化碳的固定反应 参与二氧化碳固定反应的酶： 丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶

第二个调节的酶是丙酮酸激酶（PK） PK 被NH4 + 、K+激活 磷酸烯醇丙酮酸－－－－丙酮酸＋ATP 二氧化碳的固定反应 参与二氧化碳固定反应的酶： 丙酮酸羧化酶和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶

2 TCA环的调节 柠檬酸合成酶是该途径的第一个限速酶，由乙酰 辅酶Ａ中的高能硫酯键水解释放大量能量，推动合成柠 檬酸。 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 两步反应均由顺乌头酸酶催化，该酶需要Fe++ ， I 若用络合剂除去反应液中的铁，则酶活性被抑制，造 成柠檬酸的积累

2 TCA环的调节 柠檬酸合成酶是该途径的第一个限速酶，由乙酰 辅酶Ａ中的高能硫酯键水解释放大量能量，推动合成柠 檬酸。 柠檬酸 顺乌头酸 异柠檬酸 两步反应均由顺乌头酸酶催化，该酶需要Fe++ ， I 若用络合剂除去反应液中的铁，则酶活性被抑制，造 成柠檬酸的积累