1、第五章第五章 发酵机制与代谢调控发酵机制与代谢调控第一节第一节 厌氧发酵机制与代谢调控厌氧发酵机制与代谢调控第二节第二节 好氧发酵与代谢调控好氧发酵与代谢调控.发酵机制发酵机制l发酵机制：发酵机制： 微生物通过其代谢活动，利用基质（底物）合微生物通过其代谢活动，利用基质（底物）合成人们所需要的代谢产物的成人们所需要的代谢产物的内在规律内在规律l代谢控制发酵：代谢控制发酵： 人为的改变人为的改变微生物的代谢调控机制，使有用微生物的代谢调控机制，使有用的代谢产物过量的积累。的代谢产物过量的积累。.发酵方式发酵方式l对氧需要或不需要对氧需要或不需要 好氧好氧 厌氧厌氧l培养基液态或固态培养基液态或固
2、态 液态发酵液态发酵 固态发酵固态发酵l发酵是在培养基表面还是在深层进行发酵是在培养基表面还是在深层进行 表面发酵表面发酵 深层发酵深层发酵l发酵是间歇还是连续发酵是间歇还是连续 分批发酵分批发酵 连续发酵连续发酵l菌种是否被固定在载体上菌种是否被固定在载体上 游离发酵游离发酵 固定化发酵固定化发酵l菌种是单一还是混合的菌种单一菌种是单一还是混合的菌种单一 纯种发酵纯种发酵 混合发酵混合发酵.相关的代谢途径相关的代谢途径lEMP途径.糖酵解糖酵解(glycolysis)lEMP途径l葡萄糖葡萄糖 1, 6- 1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖l 1, 6-1, 6-二磷酸果糖二磷酸果糖 3-3-磷
3、酸甘油醛磷酸甘油醛l 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛 2- 2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸l 2-2-二磷酸甘油二磷酸甘油酸酸 丙酮酸丙酮酸.第一节第一节 厌氧发酵机制与代谢调控厌氧发酵机制与代谢调控l在无氧条件下，丙酮酸去向在无氧条件下，丙酮酸去向（1）在酵母中，产生乙醇）在酵母中，产生乙醇 ；酒精发酵；酒精发酵（2）在乳酸菌中，产生乳酸；同型乳酸发酵）在乳酸菌中，产生乳酸；同型乳酸发酵（3）在梭状芽孢杆菌中，产生乙酰）在梭状芽孢杆菌中，产生乙酰CoA、丁醛、丁醇、丙、丁醛、丁醇、丙酮、乙醇；丙酮丁醇发酵。酮、乙醇；丙酮丁醇发酵。.第一节第一节 厌氧发酵机制与代谢调控厌氧发酵机制与代谢调控l一、酵母
4、菌的酒精发酵一、酵母菌的酒精发酵l二、细菌的酒精发酵二、细菌的酒精发酵l三、乳酸发酵（同型、异型）三、乳酸发酵（同型、异型）l四、甘油发酵（亚硫酸盐法、碱法）四、甘油发酵（亚硫酸盐法、碱法）.第一节第一节 厌氧发酵机制与代谢调控厌氧发酵机制与代谢调控一、酵母菌的酒精发酵一、酵母菌的酒精发酵l1.乙醇生成机制乙醇生成机制以丙酮酸脱羧产生的乙醛作为以丙酮酸脱羧产生的乙醛作为H受体产生乙醇。受体产生乙醇。丙酮酸丙酮酸丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶COCO2 2 + +乙醛乙醛（酵母菌酒精发酵（酵母菌酒精发酵型）型）NADH +H NADH+乙醇乙醇+焦磷酸硫胺素、焦磷酸硫胺素、MgMg2 2乙醇脱氢酶乙醇
5、脱氢酶.葡萄糖生成乙醇葡萄糖生成乙醇l总反应式：总反应式：lC6H12O6 +2ADP+2H3PO42CH3CH2OH+2CO2+2ATP 2CH3COCOOH 丙酮酸脱羧酶丙酮酸脱羧酶 4ATP CO2 2CH3CHO NADH+H+ 2ADP 乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶 NAD+ C6H12 O6 2C2H5OH.巴斯德效应巴斯德效应l葡萄糖分解为乙醇的过程中，并无氧气参与，是葡萄糖分解为乙醇的过程中，并无氧气参与，是一个无氧呼吸过程。一个无氧呼吸过程。l但在好氧条件下，但在好氧条件下，酵母酵母发酵能力降低，乙醇的积发酵能力降低，乙醇的积累减少，实质是糖代谢降低累减少，实质是糖代谢降低巴斯德效应
6、巴斯德效应。.巴斯德效应巴斯德效应l机制：机制：磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶是第是第一个限速酶，它是一种变一个限速酶，它是一种变构酶，受构酶，受ATP、柠檬酸柠檬酸及其及其他一些高能化合物的抑制，他一些高能化合物的抑制，受受AMP、ADP的激活。的激活。l在在好氧条件好氧条件下，糖代谢进下，糖代谢进入三羧酸循环，产生柠檬入三羧酸循环，产生柠檬酸等，并通过氧化磷酸化酸等，并通过氧化磷酸化生成大量的生成大量的ATP。 ATP反反馈抑制馈抑制此酶的活性。此酶的活性。l细胞内细胞内柠檬酸柠檬酸生成量的增生成量的增加，反馈阻遏加，反馈阻遏磷酸果糖激磷酸果糖激酶酶的合成，这种阻遏作用的合成，这种阻遏作用由于由
7、于ATP存在而加强。存在而加强。OCH2OHOHOHOHOHHHHHMgOCH2OPO3H2OHOHOHOHHHHH己糖磷酸激酶葡萄糖6磷酸葡萄糖HOH磷酸己糖异构酶6-磷酸果糖H2O3POHOHOHCH2OHCH2OH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OOHHHOHOHCH2OHCH2OHOOHH磷酸果糖激酶己糖激酶ATPADPMgATPADPATPADPMg果糖1,6-二磷酸果糖由于磷酸果糖激酶受抑制，导致由于磷酸果糖激酶受抑制，导致6-磷酸果糖积累，磷酸果糖积累，反应平衡时，醛糖：酮糖为反应平衡时，醛糖：酮糖为7:3，导致，导致6-磷酸葡萄磷酸葡萄糖积累，糖积累， 6-磷酸葡萄
8、糖抑制磷酸葡萄糖抑制己糖激酶己糖激酶，从而抑制，从而抑制葡萄糖进入细胞。葡萄糖进入细胞。.二、细菌的酒精发酵二、细菌的酒精发酵lED途径：途径：又称又称2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡糖酸（磷酸葡糖酸（KDPG）裂解途径）裂解途径lED途径总反应式：途径总反应式：C6H12O6+ADP+H3PO42C2H5OH+2CO2+ATP.ED途径中的关键反应途径中的关键反应lKDPG 2-酮酮-3-脱氧脱氧-6-磷酸葡糖酸磷酸葡糖酸.ED途径途径l1952年在年在Pseudomonas saccharophila（嗜糖假（嗜糖假单胞菌）中发现，后来证明存在于多种细菌中（革单胞菌）中发现，后来证明存在
9、于多种细菌中（革兰氏阴性菌中分布较广）。兰氏阴性菌中分布较广）。l ED途径可不依赖于途径可不依赖于EMP和和HMP途径而途径而单独存在单独存在，是少数是少数缺乏缺乏完整完整EMP途径的微生物的一种途径的微生物的一种替代替代途径，途径，未发现存在于其它生物中。未发现存在于其它生物中。l少数假单胞杆菌（少数假单胞杆菌（Pscudomonas),如林氏假单胞菌如林氏假单胞菌（Ps.lindneri)能利用葡萄糖经能利用葡萄糖经ED途径进行酒精发途径进行酒精发酵。酵。.细菌酒精发酵细菌酒精发酵l在末端假单胞菌中能使在末端假单胞菌中能使2分子丙酮酸脱羧，然后还原乙醛生成分子丙酮酸脱羧，然后还原乙醛生成
10、2分子乙醇和分子乙醇和2分子分子CO2。l而在其他假单胞菌中氢载体氧化后，生成而在其他假单胞菌中氢载体氧化后，生成1分子乙醇、分子乙醇、1分子乳分子乳酸酸和和1分子分子CO2。lED途径总反应式：途径总反应式：C6H12O6+ADP+H3PO42C2H5OH+2CO2+ATP.细菌的酒精发酵特点细菌的酒精发酵特点l20世纪世纪70年代出现年代出现l代谢速度快代谢速度快l发酵周期短发酵周期短l酒精产率高（比酵母菌）酒精产率高（比酵母菌）l厌氧和耐高温厌氧和耐高温l代谢副产物少代谢副产物少l能利用各种糖类能利用各种糖类l但耐酒精度比酵母菌低但耐酒精度比酵母菌低lpH5 （酵母菌（酵母菌pH3 ）
11、，较易染菌，较易染菌.三、乳酸发酵三、乳酸发酵l1.同型乳酸发酵同型乳酸发酵 通过通过EMP途径，由途径，由丙酮酸丙酮酸还原生成还原生成乳酸乳酸。发酵产物中只有。发酵产物中只有乳酸。乳酸。 进行同型乳酸发酵的细菌主要有进行同型乳酸发酵的细菌主要有乳链球菌、乳酪杆菌、保乳链球菌、乳酪杆菌、保加利亚杆菌、德氏乳杆菌。加利亚杆菌、德氏乳杆菌。l2.异型乳酸发酵异型乳酸发酵 通过通过HMP(PK)途径，产物中除乳酸外，还有乙醇、乙酸等途径，产物中除乳酸外，还有乙醇、乙酸等有机化合物的发酵。有机化合物的发酵。 进行异型乳酸发酵的有进行异型乳酸发酵的有肠膜明串珠菌、葡聚糖明串珠菌。肠膜明串珠菌、葡聚糖明串
12、珠菌。.1.同型乳酸发酵同型乳酸发酵l无氧条件下，葡萄糖先经无氧条件下，葡萄糖先经经经EMP途径得到丙酮酸途径得到丙酮酸.2.异型乳酸发酵异型乳酸发酵HMP途径途径戊糖磷酸途径戊糖磷酸途径.异型乳酸发酵异型乳酸发酵HMP途径途径.l在微生物分类研究中，通常把发酵在微生物分类研究中，通常把发酵1mol葡萄糖产生的乳葡萄糖产生的乳酸少于酸少于1.8mol，同时还产生较多乙醇、，同时还产生较多乙醇、CO2或乙酸、甘油、或乙酸、甘油、甘露醇等产品的乳酸菌称为异型乳酸菌。甘露醇等产品的乳酸菌称为异型乳酸菌。l同型乳酸菌同型乳酸菌的微生物已经用来发酵产生乳酸。的微生物已经用来发酵产生乳酸。l异型乳酸异型乳
13、酸发酵的微生物，例如发酵的微生物，例如双歧杆菌双歧杆菌，已经用于发酵生，已经用于发酵生产活菌饮料，并越来越受重视。产活菌饮料，并越来越受重视。异型乳酸发酵异型乳酸发酵.四、甘油发酵四、甘油发酵1.亚硫酸盐法甘油发酵亚硫酸盐法甘油发酵l正常情况正常情况酵母酵母菌在无氧条件下：菌在无氧条件下： 丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇乙醇l当加入当加入NaHSO3, 乙醛乙醛+ NaHSO3, CH3CHOSO2Na(难溶结晶状加成物）难溶结晶状加成物） OHl乙醛不能作为受氢体，而迫使乙醛不能作为受氢体，而迫使磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮作为受氢体，作为受氢体，生成生成-磷酸甘油，磷酸甘油， -磷酸甘油磷酸甘油经脱
14、磷酸而有经脱磷酸而有甘油甘油累积。累积。1,6-二磷酸果糖HOHH2O3POHOHOHCH2OPO3H2CH2OCH2OPO3H2CCH2OHOCH2OPO3H2CHOHCHO磷酸二羟丙酮3磷酸甘油醛磷酸丙糖异构酶964醛缩酶.亚硫酸盐法甘油发酵亚硫酸盐法甘油发酵CH2OP CH2OP CH2OHC=O + NADH + H+ CHOH CHOHCH2OH CH2OH CH2OH CH2OH OHC6H12O6 + NaHSO3 CHOH + C3CHOSO2Na +CO2 CH2OH-磷酸甘油磷酸二羟丙酮.亚硫酸盐法甘油发酵亚硫酸盐法甘油发酵l1mol葡萄糖只产生葡萄糖只产生1mol甘油，不
15、产生甘油，不产生ATP，整个过程无，整个过程无ATP结余，结余，可见在甘油发酵过程中亚硫酸氢钠不能加太多可见在甘油发酵过程中亚硫酸氢钠不能加太多，否则会使酵母菌因得不到能量而终止发酵，必须留一部分否则会使酵母菌因得不到能量而终止发酵，必须留一部分酒精发酵，以便获得一些能量，供生命活动所需。酒精发酵，以便获得一些能量，供生命活动所需。l在果酒发酵中，由于利用亚硫酸作为杀菌剂，故副产物甘在果酒发酵中，由于利用亚硫酸作为杀菌剂，故副产物甘油量较大，甘油具有调味功能，使酒口感圆润。油量较大，甘油具有调味功能，使酒口感圆润。.2.碱法甘油发酵碱法甘油发酵l正常情况正常情况酵母菌酵母菌在无氧条件下：在无氧
16、条件下： 丙酮酸丙酮酸乙醛乙醛乙醇乙醇l酒精酵母，酒精酵母，发酵液保持碱性发酵液保持碱性，pH7.6以上，发酵产生的以上，发酵产生的乙醛乙醛不能作为不能作为受氢体，而是受氢体，而是2分子分子乙醛乙醛之间发生之间发生歧化反应歧化反应，相互氧化还原，生成等，相互氧化还原，生成等量的乙醇和乙酸。此时，由量的乙醇和乙酸。此时，由3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛脱氢生成的脱氢生成的NADH2用来还原用来还原磷酸二羟丙酮磷酸二羟丙酮，并进而生成甘油。不产生，并进而生成甘油。不产生ATP。 CH2OH 3C6H12O6 + H2O 2CHOH + C2H5OH + CH3COOH + CO2 CH2OH.五、丙酸和
17、丁酸发酵五、丙酸和丁酸发酵 葡萄糖葡萄糖（EMP途径）乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸富马酸富马酸琥珀酸琥珀酸丙酸丙酸+CO2 乙酸乙酸+CO2丙酸丙酸发酵：先经过发酵：先经过EMP途径，再经途径，再经Wood-Werk-man途径途径.第二节第二节 好氧发酵与代谢调控好氧发酵与代谢调控l一、柠檬酸发酵一、柠檬酸发酵l二、醋酸发酵二、醋酸发酵l三、氨基酸发酵三、氨基酸发酵l四、核苷酸发酵四、核苷酸发酵l五、抗生素发酵五、抗生素发酵.1.代谢途径代谢途径TCA循环循环l提供微生物生命活动的提供微生物生命活动的大量能量（大量能量（38个个ATP)。l中间代谢产物是一些重中间代谢产物
18、是一些重要的细胞物质。如各种要的细胞物质。如各种氨基酸、嘌呤、嘧啶和氨基酸、嘌呤、嘧啶和脂类等生物合成前体物。脂类等生物合成前体物。l是糖类有氧降解的主要是糖类有氧降解的主要途径，也是脂肪、蛋白途径，也是脂肪、蛋白质降解的必经途径。彻质降解的必经途径。彻底氧化成底氧化成CO2和和H2O。l提供各种碳架原料。提供各种碳架原料。一、柠檬酸发酵一、柠檬酸发酵p119.2.柠檬酸积累的代谢调节柠檬酸积累的代谢调节 （1）糖酵解及丙酮酸代谢的调节）糖酵解及丙酮酸代谢的调节以下酶要强以下酶要强柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化酶羧化酶以下酶要弱以
19、下酶要弱顺乌头酸水合酶顺乌头酸水合酶草酰乙酸水解酶草酰乙酸水解酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸脱氢酶异柠檬酸裂解酶异柠檬酸裂解酶葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰-CoA-CoA草酰乙酸草酰乙酸EMPEMP途径途径氧化脱羧氧化脱羧羧化羧化乙醛酸乙醛酸 乙酰辅酶A.2.柠檬酸积累的代谢调节柠檬酸积累的代谢调节 （1）糖酵解及丙酮酸代谢的调节）糖酵解及丙酮酸代谢的调节黑曲霉生长时：黑曲霉生长时：EMP与与HMP途径为途径为2:1柠檬酸合成时：柠檬酸合成时：EMP与与HMP途径为途径为4:1EMP途径的调节对柠檬酸合成非途径的调节对柠檬酸合成非常重要。常重要。有关酶的调节有关酶的调节a.磷酸果糖激
20、酶磷酸果糖激酶b.丙酮酸激酶丙酮酸激酶c.丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶乙醛酸乙醛酸 乙酰辅酶A葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰-CoA-CoA草酰乙酸草酰乙酸EMPEMP途径途径氧化脱羧氧化脱羧羧化羧化丙酮酸丙酮酸cba.（1）糖酵解及丙酮酸代谢的调节）糖酵解及丙酮酸代谢的调节葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰-CoA-CoA草酰乙酸草酰乙酸EMPEMP途径途径氧化脱羧氧化脱羧羧化羧化丙酮酸丙酮酸cba激活剂激活剂抑制剂抑制剂a.磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶（PFK)NH4 +、AMP、 Pi柠檬酸柠檬酸 、PEP 、ATPb.丙酮酸激酶丙
21、酮酸激酶NH4 、K+（糖酵解中为第（糖酵解中为第二个调节酶，二个调节酶，在某些真菌在某些真菌得到证实，但黑曲霉未被得到证实，但黑曲霉未被证实。证实。）（变构酶）乙酰（变构酶）乙酰CoA、 ATP、 丙酮酸是变构抑丙酮酸是变构抑制剂制剂c.丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶-酮戊二酸仅有微弱的抑酮戊二酸仅有微弱的抑制作用，制作用，K+，与其它真菌，与其它真菌相反，不受乙酰辅酶相反，不受乙酰辅酶A的的抑制。抑制。(组成酶）该酶的调节性组成酶）该酶的调节性很差，几乎不受代谢产很差，几乎不受代谢产物的调节。物的调节。.淀粉淀粉葡萄糖葡萄糖6-6-磷酸果糖磷酸果糖1 1，6-6-二磷酸果糖二磷酸果糖磷酸丙糖磷酸
22、丙糖磷酸烯醇丙酮酸磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoACoA草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸CO2CO2CO2CO2CO2CO2NH4+PiK+AMPATP.锰离子充足和缺乏下黑曲霉锰离子充足和缺乏下黑曲霉PFK活力活力lNH4+在细胞内生理浓度水平下，在细胞内生理浓度水平下，PFK(磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶)酶对柠檬酶对柠檬酸不敏感。酸不敏感。l锰离子锰离子是催化核糖核酸形成聚合阶段第一步反应酶所需要是催化核糖核酸形成聚合阶段第一步反应酶所需要的，的，锰离子缺乏锰离子缺乏，核酸、蛋白质合成受阻，而使细胞内，核酸、蛋白质合成受阻，而使细胞内铵铵离子离子水平升高。水平升高。l因此，因此，严格限制
23、供给锰离子等金属离子严格限制供给锰离子等金属离子，降低菌体中糖代，降低菌体中糖代谢转向合成蛋白质、脂肪酸、核酸的能力，使细胞中形成谢转向合成蛋白质、脂肪酸、核酸的能力，使细胞中形成高水平的铵离子，从而解除柠檬酸和高水平的铵离子，从而解除柠檬酸和ATP对对PFK酶的反馈酶的反馈抑制，增加抑制，增加EMP代谢流量，丙酮酸和草酰乙酸水平升高，代谢流量，丙酮酸和草酰乙酸水平升高，而使柠檬酸大量积累。而使柠檬酸大量积累。因子因子柠檬酸柠檬酸/(mmol/L）铵离子铵离子/(mmol/L）活力活力/u缺锰缺锰4151.1锰足锰足131.0.2.柠檬酸积累柠檬酸积累的的代谢调节代谢调节（2）TCA循环的调节
24、循环的调节d.柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶(限速酶）限速酶）促进作用促进作用 柠檬酸合成酶对乙酰柠檬酸合成酶对乙酰CoA的亲和力取决于的亲和力取决于草草酰乙酸酰乙酸的浓度，在柠檬的浓度，在柠檬酸积累的情况下，草酰酸积累的情况下，草酰乙酸的浓度可提高此酶乙酸的浓度可提高此酶对乙酰对乙酰CoA的亲和力。的亲和力。加入草酰乙酸不经济。加入草酰乙酸不经济。而柠檬酸大量产酸时而柠檬酸大量产酸时TCA柠檬酸后续反应基本阻断。柠檬酸后续反应基本阻断。（补充代谢强的菌液）（补充代谢强的菌液）dee.2.柠檬酸积累柠檬酸积累的的代谢调节代谢调节（2）TCA循环的调循环的调节节e.顺乌头酸酶顺乌头酸酶Fe2+抑制作用
25、抑制作用 该酶需要该酶需要Fe2+ ，当菌体，当菌体生长到足够数量时，若生长到足够数量时，若用配位剂（如亚铁氰化用配位剂（如亚铁氰化钾）除去反应液中的钾）除去反应液中的Fe2+ ，则酶活被抑制，则酶活被抑制，而积累柠檬酸。而积累柠檬酸。筛选优良生产菌筛选优良生产菌 通过诱变或其它方法，通过诱变或其它方法，造成生产菌种顺乌头酸造成生产菌种顺乌头酸酶缺损或活力很低，可酶缺损或活力很低，可积累大量的柠檬酸。积累大量的柠檬酸。dee.2.柠檬酸积累的代谢调节柠檬酸积累的代谢调节（2）TCA循环的调节循环的调节 f.顺乌头酸水合酶、顺乌头酸水合酶、g.异柠檬酸脱氢酶调节异柠檬酸脱氢酶调节 柠檬酸柠檬酸顺
26、乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸a-酮戊二酸酮戊二酸 有研究有研究La Nnuze 等（等（1966）当铜离子）当铜离子0.3mg/L、铁离子、铁离子2mg/L和和pH2.0情况下情况下，以上酶不出现活力，而发酵中柠，以上酶不出现活力，而发酵中柠檬酸正是在这个酸度下积累的。檬酸正是在这个酸度下积累的。 黑曲霉中有一种单纯的线粒体顺乌头酸水合酶（细胞质中黑曲霉中有一种单纯的线粒体顺乌头酸水合酶（细胞质中也有该酶）在催化时有也有该酶）在催化时有柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90=90：3 3：7 7 的平衡，这个平衡可能就是造成柠檬酸的最初积累的平衡，这个平衡可能就是造成柠檬
27、酸的最初积累而使而使pHpH值降低。值降低。 .2.柠檬酸积累的代谢调节柠檬酸积累的代谢调节（3）氧对柠檬酸代谢的调节氧对柠檬酸代谢的调节 乙酰乙酰CoACoA和草酰乙酸缩合生成柠檬酸过程中要引进一个氧原子，因此氧也可和草酰乙酸缩合生成柠檬酸过程中要引进一个氧原子，因此氧也可以看作为柠檬酸合成底物。以看作为柠檬酸合成底物。 氧对柠檬酸发酵的作用：氧对柠檬酸发酵的作用： a.a.氧是发酵过程（氧是发酵过程（EMPEMP途径和丙酮酸脱氢）生成的途径和丙酮酸脱氢）生成的NADHNADH2 2重新氧化的受体。重新氧化的受体。 b.b.除标准的呼吸链（氧化时产生除标准的呼吸链（氧化时产生ATPATP反馈
28、抑制反馈抑制PFKPFK酶酶) )外，黑曲霉中有一条侧外，黑曲霉中有一条侧呼吸链，不产生呼吸链，不产生 ATPATP，但当缺氧时，该呼吸链不可逆失活，从而导致柠檬，但当缺氧时，该呼吸链不可逆失活，从而导致柠檬酸产酸急剧下降。酸产酸急剧下降。因此因此发酵中特别是产酸期要充足供氧，以保证更多的发酵中特别是产酸期要充足供氧，以保证更多的NHDHNHDH2 2通过侧系呼吸链将通过侧系呼吸链将H H交给交给O O2 2生成生成COCO2 2和和H H2 2O,O,使总体使总体ATPATP减少。减少。 侧呼吸链对水杨酸酰异羟侧呼吸链对水杨酸酰异羟肟酸（肟酸（SHAM）敏感：）敏感： 黑曲霉生长期：侧链不受
29、黑曲霉生长期：侧链不受SHAM抑制。抑制。 产柠檬酸期：侧链受产柠檬酸期：侧链受SHAM强烈抑制。强烈抑制。.（1）糖酵解及丙酮酸代谢的调节）糖酵解及丙酮酸代谢的调节葡萄糖葡萄糖磷酸烯醇磷酸烯醇式丙酮酸式丙酮酸柠檬酸柠檬酸乙酰乙酰-CoA-CoA草酰乙酸草酰乙酸EMPEMP途径途径氧化脱羧氧化脱羧羧化羧化丙酮酸丙酮酸cba激活剂激活剂抑制剂抑制剂a.磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶（PFK)NH4 +、AMP、 Pi柠檬酸柠檬酸 、PEP 、ATPb.丙酮酸激酶丙酮酸激酶NH4 、K+（糖酵解中为第（糖酵解中为第二个调节酶，二个调节酶，在某些真菌在某些真菌得到证实，但黑曲霉未被得到证实，但黑曲霉未被证
30、实。证实。）（变构酶）乙酰（变构酶）乙酰CoA、 ATP、 丙酮酸是变构抑丙酮酸是变构抑制剂制剂c.丙酮酸羧化酶丙酮酸羧化酶-酮戊二酸仅有微弱的抑酮戊二酸仅有微弱的抑制作用，制作用，K+，与其它真菌，与其它真菌相反，不受乙酰辅酶相反，不受乙酰辅酶A的的抑制。抑制。(组成酶）该酶的调节性组成酶）该酶的调节性很差，几乎不受代谢产很差，几乎不受代谢产物的调节。物的调节。.柠檬酸的积累机制归纳：柠檬酸的积累机制归纳：p122p122 MnMn2+2+抑制蛋抑制蛋白合成白合成NHNH4 4+ +解除磷酸果糖激酶的代谢解除磷酸果糖激酶的代谢调节，促进调节，促进EMPEMP途径的畅通途径的畅通由于丙酮酸羧化
31、酶是组成型酶，不受代谢调节控由于丙酮酸羧化酶是组成型酶，不受代谢调节控制可源源不断提供草酰乙酸，丙酮酸氧化脱羧生成制可源源不断提供草酰乙酸，丙酮酸氧化脱羧生成乙酰乙酰CoACoA和和COCO2 2固定两个反应的平衡，以及柠檬酸合固定两个反应的平衡，以及柠檬酸合成酶不被调节，增强了合成柠檬酸的能力。成酶不被调节，增强了合成柠檬酸的能力。缺乏缺乏.由于顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡：由于顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡： 柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90=90：3 3：7 7 同时控制同时控制FeFe2+2+含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠檬酸积累。檬酸积累。随着柠檬酸积累，随着柠檬酸积累，pHpH降低到一定程度时，使顺乌降低到一定程度时，使顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸的积累及排出细胞外。的积累及排出细胞外。侧呼吸链，不产生侧呼吸链，不产生 ATPATP，只要保证供氧，只要保证供氧，ATPATP产生少，产生少，可减少对各酶的反馈抑制。可减少对各酶的反馈抑制。.
