1、第四章 好氧发酵机制,第一节 有机酸发酵机制,柠檬酸的发酵机制,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,柠檬酸,顺乌头酸,衣康酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,酮戊二酸,谷氨酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索 酸,葡萄糖,苹果酸,草酰乙酸,乙醛酸,乙酰辅酶A,1,2,3,3,16,4,5,15,6,7,8,9,10,12,11,14,13,TCA循环与乙醛酸循环,ATP,降低,抑制,抑制,激活,激活,关键酶,-酮戊二酸脱氢酶,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,柠檬酸,顺乌头酸,衣康酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,酮戊二酸,谷氨酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,葡萄糖,苹果酸,草酰乙酸,乙醛酸,乙酰辅酶A,
2、1,2,3,3,16,4,5,15,6,7,8,9,10,12,11,14,13,TCA循环与乙醛酸循环,反馈抑制,CO2,参与嘌呤和嘧啶的合成,脂肪酸,天冬氨酸,参与蛋白 质合成,参与蛋白 质合成,葡萄糖,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰CoA,CO2,柠檬酸的生物合成途径,实现柠檬酸积累： 一、设法阻断代谢途径，实现柠檬酸的积累 二、代谢途径被阻断部位之后的产物，必须有适当的补充机制,CO2,ATP,ADP,CO2,ADP,ATP,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,丙酮酸羧化酶,顺乌头酸酶,阻断,柠檬酸积累的代谢调节,糖酵解及丙酮酸代谢的调节黑曲霉在缺锰的培养基中培养时，可提高NH4+浓度，高浓度NH
3、4+可有效解除ATP、柠檬酸对磷酸果糖激酶的抑制。三羧酸循环的调节及时补加草酰乙酸,葡萄糖,葡萄糖-6-磷酸,ATP,ADP,果糖-6-磷酸,ATP,ADP,Mg2+,果糖-1，6-二磷酸,甘油醛- 3-磷酸,二羟丙酮 磷酸,2Pi,1，3-二磷酸甘油酸,2ADP,2ATP,3-磷酸甘油酸,2-磷酸甘油酸,2H2O,Mg2+,磷酸烯醇式丙酮酸,2ATP,2ADP,烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乳酸,2CO2,乙醛,+2H+,2NAD+,2(NADH+H+),+2H+,乙醇,糖酵解和酒精发酵的全过程,磷酸果糖激酶,活化,抑制,解除,柠檬酸,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,柠檬酸,顺乌头酸,衣康酸,
4、异柠檬酸,草酰琥珀酸,酮戊二酸,谷氨酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,葡萄糖,苹果酸,草酰乙酸,乙醛酸,乙酰辅酶A,1,2,3,3,16,4,5,15,6,7,8,9,10,12,11,14,13,TCA循环与乙醛酸循环,CO2,乌头酸脱羧酶,衣康酸及其酯类是制造合成树脂、合成纤维、塑料、柠檬酸、离子交换树脂、表面活性剂和高分子鳌合剂等的良好添加剂和单体原料。 作为交联剂和乳化剂，添加1%5%时，生产的苯乙烯-丁二烯共聚物是质轻、易塑、绝缘、防水、抗蚀性均好的塑料和涂料。,衣康酸和丙烯酸的共聚物是一种高分子鳌合剂，用作水处理中的除垢剂，对防止碱性钙、镁垢的形成非常有效。 Bentley学说
5、Shimi学说,1.5葡萄糖,EMP,3乙醇,乙酸,琥珀酸,衣康酸,第二节 氨基酸发酵机制,氨基酸发酵的代谢控制,控制发酵的环境条件 氨基酸发酵受菌种的生理特征和环境条件的影响。 控制细胞渗透性 通过改变细胞渗透性，实现谷氨酸的积累。,控制旁路代谢,D-苏氨酸,L-苏氨酸,-酮基丁酸,L-异亮氨酸,L-苏氨酸 脱氢酶,反馈抑制,D-苏氨酸 脱氢酶,降低反馈作用物的浓度,控制反馈作用物浓度是克服反馈抑制和阻遏，使氨基酸的生物合成反应能顺利进行的一种手段 消除终产物的反馈抑制与阻遏 通过使用抗氨基酸结构类似物突变株的方法来进行 促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物合成,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,NA
6、DPH2,乙酰辅酶A,6-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,苹果酸,丙酮酸,CO2,异柠檬酸,CO2,草酰乙酸,顺乌头酸,CO2,乳酸,NAD+ NADH2,柠檬酸,NADP+,CO2,NADH2,NAD+,草酰琥珀酸,酮戊二酸,琥珀酸,延胡索酸,谷氨酸,NADPH2,NADP+,NADP+,NADPH2,乙醛酸,乙酰辅酶A,CO2,CO2,葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径,EMP 途径,HMP 途径,TCA循环,乙醛酸循环,谷氨酸发酵机制,天冬氨酸,磷酸烯醇式 丙酮酸羧化酶,鸟氨酸、瓜氨 酸、精氨酸发酵机制,谷氨酸,N-乙酰谷氨酸,N-乙酰-谷氨酰
7、磷酸,N-乙酰谷氨酸-半醛,N-乙酰鸟氨酸,鸟氨酸,瓜氨酸,精胺琥珀酸,精氨酸,负反馈控制,N-乙酰谷氨酸激酶,Arg-,Cit -,谷氨酸产生菌因环境条件变化而引起的发酵转换,乳酸和琥珀酸,酮戊二酸,（通气不足）,（适中）,（通风过量，转速过快）,NH4+,酮戊二酸,谷氨酸,谷氨酰胺,（适量）,（缺乏）,（过量）,pH值,谷氨酰胺，N-乙酰谷酰胺,谷氨酸,（pH值58，NH4+过多）,（中性或微碱性）,磷酸,缬 氨 酸,谷氨酸,（高浓度磷酸盐）,（磷酸盐适中）,生物素,乳酸或琥珀酸,谷氨酸,（过量）,（限量）,影响谷氨酸产生菌细胞膜通透性的物质,生物素,油酸,表面活性剂,其作用是引起细胞膜的
8、脂肪 成分的改变，尤其是改变油 酸的含量，从而改变细胞膜 通透性,一,二：青霉素：抑制细胞壁的合成,O,=,C,HN,NH,HC,CH,H2C,C,S,H,（CH2）4,C,NH,BCCP赖氨酸残基,生物素羧基载体蛋白 （biotin carboxyl carrier protein BCCP）,生物素,O,=,H,OH,+,H2O,ATP,ADP,CO2,生物素羧化酶,-,酶,BCCP-羧基生物素,BCCP-羧基生物素在转羧酶作用下，形成丙二酰CoA 丙二酰CoA与乙酰CoA缩合并脱羧，生成丁酰CoA，如此反复进行合成高级脂肪酸，再合成磷脂 生物素不足时，就抑制了不饱和脂肪酸的生成，从而影响
9、了磷脂的生成，导致磷脂含量不足，使细胞膜结构不完全，从而提高细胞膜的通透性,表面活性剂对不饱和脂肪酸的生物合成有拮抗作用，从而抑制不饱和脂肪酸的生物合成，导致形成磷脂含量不足的不完全细胞膜，从而解除了细胞膜对谷氨酸渗透的屏障，使谷氨酸易于排出胞外,CH2OH,O,CH2OH,O,O,O,CH3-CH-C=O,NH,C,CH3,H,C=O,NH,C,H,-OOC,（CH2）2,C=O,C=O,NH,C,(CH2)4,H,OH,NH,C,=,O,CH3,NH,C,=,O,CH3,L-Ala,D-Glu,NH3+,NH,C,CH3,H,C=O,L-Lys,D-Ala,（Gly）5,NAM,NAG,肽
10、聚糖结构,N,H,NAG,NAM,NAG,NAM,L-ala,D-glu,D-ala,L-ala,D-glu,D-ala,gly5,gly5,NAG,NAM,NAG,NAM,L-ala,D-glu,DAPA,D-ala,L-ala,D-glu,DAPA,D-ala,gly5,gly5,NAG,NAM,NAG,NAM,L-ala,D-glu,DAPA,D-ala,L-ala,D-glu,DAPA,D-ala,NAG,NAM,NAG,NAM,L-ala,D-glu,DAPA,D-ala,L-ala,D-glu,DAPA,D-ala,gly5,gly5,细胞壁的粘多肽结构,D-ala,D-ala,D
11、-ala,D-ala,D-ala,D-ala,D-ala,D-ala,D-ala,D-ala,D-ala,D-ala,谷氨酸,N-乙酰谷氨酸,N-乙酰-谷氨酰磷酸,N-乙酰谷氨酸半缩醛,N-乙酰鸟氨酸,鸟氨酸,瓜氨酸,精氨酸,反馈抑制,天冬氨酸,天冬氨酰胺磷酸,天冬氨酸半缩醛,高丝氨酸,苏氨酸,赖氨酸,天冬氨酸激酶,协同反 馈抑制,第三节 核苷酸发酵机制,嘌呤核苷酸的生物合成途径,全合成途径,补救途径,嘌呤核苷酸的代谢调节,葡萄糖,5-磷酸核糖,ATP,ADP,Mg2+，HPO42- PRPP合成酶,磷酸核糖焦磷酸 （PRPP）,谷氨酰胺 +H2O,谷氨酸 +HP2O73-,5-磷酸核糖酸 （
12、PRA）,Mg2+,GAR合成酶,甘氨酸,ATP,ADP+Pi,甘氨酰胺核苷酸 （GAR）,N10-甲酰THFA,H2O,THFA,甲酰甘氨酰胺核苷酸 （FGAR）,磷酸核糖甘氨酰 胺转甲酰酶,Gln H2O,GLU,ADP,ATP,+Pi,甲酰甘氨 咪核苷酸 （FGAM）,Mg2+,K+,ATP,ADP+Pi,5-氨基咪唑核苷酸 （AIR）,CO2,AIR羧化酶,5-氨基-4-甲 酸咪唑核苷酸 （CAIR）,5-氨基-4- （N-琥珀基） 甲酰胺核苷酸 （CAIR),ASP,ATP,ADP+Pi,Mg2+,SAICAR合成酶,延胡索酸,腺苷酸琥珀 酸裂解酶,5-氨基-4-氨甲 酰咪唑核苷酸
13、（AICAR）,5-甲酰胺基咪唑 -4-氨甲酰核苷酸 （FAICAR）,N10-甲 酰THFA,H2O,IMP环化 脱水酶,次黄嘌呤 核苷酸 (IMP),THFA,PRPP 转酰胺酶,GMP、IMP AMP、GDP、ADP,IMP,腺苷琥珀酸 （SAMP）,SAMP 裂解酶,延胡索酸,AMP,SAMP 合成酶,GDP+Pi,GTP+ 天冬氨酸,黄嘌呤 核苷-磷酸 （XMP）,NAD+,NADH,鸟嘌呤核苷酸 （GMP）,GMP 还原酶,XMP 氨化酶,谷氨酰胺,谷氨酸,+AMP+PPi,+ATP+H2O,AMP 脱氨酶,IMP 脱氢酶,ADP,ATP,GDP,GTP,PRPP,谷氨酰胺,PRA
14、,AICAR,谷氨酸,PRATP,咪唑甘油磷酸,组氨酸,嘌呤核苷酸的代谢调节,抗生素发酵机制,次级代谢产物及特征 初级代谢产物：是指微生物产生的、生长和繁殖所必需的物质。 次级代谢产物：是指由微生物产生的，与微生物生长和繁殖无关的一类物质 次级代谢产物的特征： 次级代谢产物是由微生物产生的，不参与微生物的生长和繁殖。,次级代谢产物的生物合成是与初级代谢产物合成无关的遗传物质有关 次级代谢产物发酵经历两个阶段，即营养增殖期（trophophase）和生产期（idiophase） 一般都产生结构上相类似的多种副组分 生产能力受微量金属离子和磷酸盐等无机离子的影响。,次级代谢酶的底物特异性在某种程度
15、上是比较广泛的。 培养温度过高或菌移植次数过多，会使抗生素的生产能力下降 次级代谢中与一个酶相对应的底物和产物也可以成为其他酶的底物 在多数情况下，增加前体是有效的。,生物合成抗生素与初级代谢的关系 从菌体生化代谢方面分析 次级代谢产物是以初级代谢产物为母体衍生出来的 从遗传代谢方面分析次级代谢产物除与初级代谢产物一样受核内DNA的调剂控制外，还受到与初级代产物合成无关的遗传物质的控制。,葡萄糖,丙糖,丙酮酸,乙酸,草酰乙酸,柠檬酸,-酮戊二酸,谷氨酸,次级代谢产物,天冬氨酸,次级代 谢产物,CO2,CO2,甲羟戊酸,焦磷酸异戊酯,萜 甾体,甾体,丙二酸,丙氨酸,聚酮体,脂肪酸,次级代谢产物,
16、缬氨酸,丝氨酸,甘氨酸,次级代谢产物,氨基糖苷类 抗生素糖苷部分,戊糖,莽草酸,丁糖,芳基次级 代谢产物,芳基 氨基酸,次级代 谢产物,核苷类 抗生素,CO2,CO2,生物甲基化 次级代谢产物,C1,CO2,CO2,核苷,抗生素生产菌的主要代谢调节机制,受DNA控制的酶合成调节机制,酶的诱导,酶的阻遏,终点产物的阻遏,分解产物的阻遏,酶活性的调节机制,终产物的抑制或活化,利用辅酶的酶活调节,酶原的活化和潜酶的活化,细胞通透性的调节,诱导调节 反馈调节碳、氮及其代谢产物的调节 碳分解代谢产物调节:是指能迅速被利用的碳源或其分解代谢产物，对其他代谢中的酶的调节,反馈阻遏：作用于基因水平,反馈抑制：
17、作用于分子水平,氮代谢的调节：是指迅速被利用的氮源抑制作用于含底物酶的合成 磷酸盐的调节细胞膜透性的调节 营养期和分化期的关系,直接作用：磷酸盐自身影响抗生素合成,间接作用：磷酸盐调节细胞内其他效应剂，进而影 响抗生素的合成,磷酸烯醇式丙酮酸,丙酮酸,乙酰辅酶A,柠檬酸,顺乌头酸,衣康酸,异柠檬酸,草酰琥珀酸,酮戊二酸,谷氨酸,琥珀酰辅酶A,琥珀酸,延胡索酸,葡萄糖,苹果酸,草酰乙酸,乙醛酸,乙酰辅酶A,1,2,3,3,16,4,5,15,6,7,8,9,10,12,11,14,13,TCA循环与乙醛酸循环,CO2,柠檬酸合成酶,能量,Fe2+,Fe2+,亚铁氰化钾,葡萄糖酸发酵机制,真菌葡萄
18、糖酸发酵 细菌葡萄糖酸发酵,黑曲霉（ASP.niger）和青霉（penicillium）均可以发酵葡萄糖为葡萄糖酸,葡萄糖（环式）,葡萄糖氧化酶,葡萄糖酸-内酯+H2O2,自发水解,葡萄糖酸,主要细菌有葡萄糖酸杆菌，另外还有数种假单胞菌（Pseudoncones)、芽生菌（Pulluaria)、微球菌（Micrococcus）,葡萄糖（醛式）,葡萄糖氧化酶,葡萄糖酸,葡萄糖（环式）,自发,葡萄糖（醛式）,葡萄糖氧化酶,葡萄糖酸,糖酵解与三羧酸循环途径的调节,丙酮酸,G,细胞液,柠檬酸,乙酰CoA,柠檬酸,草酰乙酸,-酮戊二酸,乙酰CoA,丙酮酸,线粒体,G-6-P,F-6-P,F-1.6-2P
19、,磷酸果糖激酶,PEP,ADP+Pi ATP,ADP+Pi ATP,NADH,O2,ATP ADP+Pi,AMP + ATP 2ADP,Pi,Pi,PEP 羧激酶,己糖激酶,丙酮酸脱氢酶,柠檬酸合成酶,-酮戊二酸脱氢酶,糖类脂类氨基酸和核苷酸之间的代谢联系,糖代谢与脂类代谢的相互联系,脂类代谢与蛋白质代谢的相互联系,脂肪,甘油,磷酸二羟丙酮,脂肪酸,乙酰CoA,氨基酸碳架,氨基酸,蛋白质,蛋白质,氨基酸,酮酸或乙酰CoA,脂肪酸,脂肪,（生酮氨基酸）,脂肪代谢和糖代谢的关系,延胡索酸,琥珀酸,苹果酸,草酰乙酸,3-磷酸甘油,甘油,乙酰 CoA,三酰甘油,脂肪酸,植物或微生物,糖及营养物,配 料,灭 菌,种子罐,发酵罐,消泡剂,过滤器,空气,过滤器,贮槽,蒸发罐,结晶罐,母 液,水和活性炭,脱色罐,结晶罐,干燥,99%以上或 97%的粗衣康酸,蒸发,结晶,离心,二次结晶,粗结晶,过滤器,一些常用发酵法生产的有机酸的来源和用途,
