谷氨酸发酵机制.pptx

1一、生成谷氨酸的主要酶促反应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-酮戊二酸生成L－谷氨酸。(3)谷氨酸合成酶(Gs)催化的反应二、谷氨酸生物合成的理想途径※第二节谷氨酸生物合成的调节机制黄色短杆菌中，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。④-酮戊二酸脱氢酶在谷氨酸产生菌中先天性地丧失或微弱。
乙酰CoA谷氨酸生产菌的育种思路
二、糖代谢的调节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。(2)生物素对CO2固定反应的影响②由丙酮酸羧化酶催化的反应③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：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(100g／L以上)，CO2固定反应可提高30％。(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。
①异柠檬酸裂解酶催化的反应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：①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酶就很少。②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。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。
①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，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。
②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。在生物素充足与缺乏条件下异柠檬酸代谢途径四、其它调节
除了上述调节机制外，发现在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。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学与生物工程学院)谷氨酸发酵中的生物素问题当培养基中生物素处于过量时，①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。②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。第三节在谷氨酸发酵中怎样控制细胞膜的渗透性第一、控制细胞膜的渗透性的方法※一、控制磷脂的合成，导致形成磷脂合成不足的不完全的细胞膜2．控制的关键
为了形成有利于谷氨酸向外渗透的磷脂合成不足的细胞膜，必须亚适量控制生物素（5－10微克/升）发酵初期（0－8小时），菌体正常生长，菌体形态为单个、成对、八字形、棒状、椭圆，短杆形。当生物素耗尽后，在菌体的再次倍增期间，开始出现异常形态的细胞，菌体伸长、膨大乃至不规则形，边缘有褶皱。完成谷氨酸非积累型细胞向谷氨酸积累型细胞的转变。
如果生物素过剩，就会出现只是长菌而不产酸的现象或者长菌好而产酸低。※b．添加表面活性剂（吐温60）或者饱和脂肪酸2．影响产酸的关键
必须控制好添加表面活性剂、不饱和脂肪酸的时间与浓度，必须在药剂添加之后，在这些药剂存在下，再次进行菌的分裂增值。形成处于异常生理状态的产酸型细胞，即完成谷氨酸非积累型细胞向谷氨酸积累型细胞的转变。
例如：以甜菜糖蜜为原料，采用高生物素、高吐温的工艺，一般发酵对数生长期的早期（4－6小时），添加％吐温60后OD值与菌体重约净增一倍。剩余生长太多，意味着谷氨酸生产菌的细胞不能完成有效的进行生理学变化；剩余生长不足，意味着谷氨酸生产菌没有机会完成这种转变。※C.油酸缺