生物工艺原理（ 第二版） 教学课件 作者 贺小贤 主编 课件 工艺原理（ 第五章3）.ppt

尚辅网 尚辅网 谷氨酸生物合成途径 1. GDH催化还原氨基化作用 NH4十 ?—酮戊二酸 谷氨酸十H20 NADPH2 NADP 谷氨酸生物合成途径 2. 转氨酶(TA)催化的转氨反应 ?—酮戊二酸? 氨基酸 谷氨酸 ??—酮酸 3. 谷氨酸合成酶(GS)催化的反应 ?—酮戊二酸 + 谷氨酰胺 2谷氨酸 如何控制合成途径？ 菌体生长期走哪个途径？ 谷氨酸合成期走哪个途径？ 二氧化碳固定反应与乙醛酸循环的比率对谷氨酸形成的影响？ 在谷氨酸发酵中，理想的发酵是按如下反应进行： C6H12O6十NH3+1.5O2 C5H9O4N + CO2十3H2O 1摩尔葡萄糖可以生成1摩尔的谷氨酸。理论收率为81．7％。 式中，四碳二羧酸是100％通过CO2固定反应供给。 倘若CO2固定反应完全不起作用，丙酮酸在丙酮酸脱氢酶的催化作用下，脱氢脱羧全部氧化成乙酰CoA，通过乙醛酸循环供给四碳二羧酸。反应如下： 3 C6H12O6 6 丙酮酸 6乙酸+6CO2 6乙酸十2NH3十3O2 2C5H9O4N十2CO2十6H20 理论收率仅为54．4％。 实际谷氨酸发酵时，因控制的好坏，加之形成菌体、微量副产物和生物合成消费的能量等，消耗了一部分糖，所以实际收率处于中间值。 当以葡萄糖为碳源时，CO2固定反应与乙醛酸循环的比率，对谷氨酸产率有影响，乙醛酸循环活性越高，谷氨酸生成收率越低。 生物素如何影响糖代谢？ 生物素如何影响二氧化碳固定反应？ 生物素如何影响乙醛酸循环？ 控制谷氨酸发酵的关键在哪？ 为什么说谷氨酸发酵是建立在容易变动的代谢平衡上的，正常条件下谷氨酸不积累？ 在生物素充足条件下，丙酮酸以后的氧化活性虽然也有提高，但由于糖酵解速度显著提高，打破了糖酵解与丙酮酸氧化速度之间的平衡，丙酮酸趋于生成乳酸的反应，因而会引起乳酸的溢出。 生物素对丙酮酸向下的代谢，生物素有更大的影响，能左右碳水化合物是否完全氧化，对谷氨酸生物合成收率有密切关系。 丙酮酸 磷酸烯醇式丙酮酸 草酰乙酸 苹果酸 生物素对乙醛酸循环的影响 乙醛酸循环中的关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸酶。 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。 原因是丙酮酸氧化能力下降，醋酸的生成速度较慢，所以以醋酸所诱导形成的异柠檬酸裂解酶就很少。再者，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，代谢流向异柠檬酸 ?－酮戊二酸 谷氨酸的方向高效率地移动。 控制生物素添加量使菌种生产Glu 高浓度bio增强羧化酶活性，促进羧化反应利于Glu合成。低浓度bio降低裂解酶活性，使菌体生长后关闭乙醛酸循环，使底物流向Glu合成，低浓度bio使膜磷脂合成缺陷，增加膜通透性，利于Glu胞外分泌，解除反馈调节，利于Glu合成并大量积累。 添加亚适量，5-10μg/L 培养基，生产Glu 从氮代谢的角度来看，谷氨酸生产菌几乎没有谷氨酸分解能力，也没有?－酮戊二酸分解能力。 为了合成充足的菌体蛋白质，必须有各种氨基酸、蛋白质、核酸及供给足够的能量。 在生物素充足的条件下，随着异柠檬酸裂解酶活力增大，通过乙醛酸循环供给能量，进行蛋白质合成。 在生物素缺乏的条件下，通过乙醛酸循环供能降低，使蛋白质合成受到控制。 控制谷氨酸发酵的关键 （1）完全氧化能力降低 控制生物素亚适量，丙酮酸氧化能力减弱，CO2固定反应增强，乙醛酸循环减弱，，产酸期间几乎没有异柠檬酸裂解酶，加之琥珀酸氧化力微弱，脱羧反应停滞，在铵离子