发第五章发酵机制与代谢调控.ppt
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1、发第五章发酵机制与代谢发第五章发酵机制与代谢调控调控现在学习的是第1页,共37页发酵机制发酵机制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。现在学习的是第2页,共37页发酵方式发酵方式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
2、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 混合发酵混合发酵现在学习的是第3页,共37页相关的代谢途径相关的代谢途径lEMP途径现在学习的是第4页,共37页糖酵解糖酵解(glycolysis)lEMP途径l葡萄糖葡萄糖 1,6-1,6-二二磷酸果糖磷酸果糖l 1,6-1,6-二磷酸果糖二磷酸果糖 3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油
3、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 2-2-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸 丙酮酸丙酮酸现在学习的是第5页,共37页第一节第一节 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、丙酮、丁醛、丁醇、丙酮、乙醇;丙酮丁醇发酵。乙醇;丙酮丁醇发酵。现在学习的是第6页,共37页第一节第一节 厌氧发酵机制与代谢调控
4、厌氧发酵机制与代谢调控l一、酵母菌的酒精发酵一、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)现在学习的是第7页,共37页第一节第一节 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。丙酮酸丙酮酸脱羧酶CO2+乙醛(酵母菌酒精发酵型)NADH+H NADH+乙醇+焦磷酸硫胺素、Mg2乙醇脱氢酶现在学习的是第8页,共37页葡
5、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现在学习的是第9页,共37页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,是一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。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,乙醇的积累减发酵能力降低,乙醇的积累减少,实质是糖代谢降低少,实质是糖代谢降低
6、巴斯德效应巴斯德效应。现在学习的是第10页,共37页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一个是第一个限速酶,它是一种变构酶,限速酶,它是一种变构酶,受受ATP、柠檬酸柠檬酸及其他一些高及其他一些高能化合物的抑制,受能化合物的抑制,受AMP、ADP的激活。的激活。l在在好氧条件好氧条件下,糖代谢进入三下,糖代谢进入三羧酸循环,产生柠檬酸等,羧酸循环,产生柠檬酸等,并通过氧化磷酸化生成大量并通过氧化磷酸化生成大量的的ATP。ATP反反馈抑制馈抑制此酶的此酶的活性。活性。l细胞内细胞内柠檬酸柠檬酸生成量的增加,反生成量的增加,反馈阻遏馈阻遏磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶的合成,的
7、合成,这种阻遏作用由于这种阻遏作用由于ATP存在而存在而加强。加强。由于磷酸果糖激酶受抑制,导致6-磷酸果糖积累,反应平衡时,醛糖:酮糖为7:3,导致6-磷酸葡萄糖积累,6-磷酸葡萄糖抑制己糖激酶,从而抑制葡萄糖进入细胞。现在学习的是第11页,共37页二、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现在学习的是第12页,共37页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-
8、磷酸葡糖酸磷酸葡糖酸现在学习的是第13页,共37页ED途径途径l1952年在年在Pseudomonas saccharophila(嗜糖假单胞菌)(嗜糖假单胞菌)中发现,后来证明存在于多种细菌中中发现,后来证明存在于多种细菌中(革兰氏阴性菌中(革兰氏阴性菌中分布较广)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,是少是少数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,未发现存在未发现存在于其它生物中。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.l
9、indneri)能利用葡萄糖经能利用葡萄糖经ED途径进行酒精发酵。途径进行酒精发酵。现在学习的是第14页,共37页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2分子乙分子乙醇和醇和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分子乳酸分子乳酸和和1分子分子CO2。lED途径总反应式:途径总反应式:C6H12O6+ADP+H3PO42C2H5OH+2CO2+ATP现在学习的是第15页,共37页细菌的酒精发酵特点细菌的酒精发酵特点l20世纪世
10、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),较易染菌,较易染菌现在学习的是第16页,共37页三、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。发酵产物中只有乳酸。发酵产物中只有乳酸。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、保加利亚杆菌乳链球菌、乳酪杆菌、保加利亚杆
11、菌、德氏乳杆菌。、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、乙酸等有机化途径,产物中除乳酸外,还有乙醇、乙酸等有机化合物的发酵。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、葡聚糖明串珠菌。现在学习的是第17页,共37页1.同型乳酸发酵同型乳酸发酵l无氧条件下,葡萄糖先经经无氧条件下,葡萄糖先经经EMP途径得到丙酮酸途径得到丙酮酸现在学习的是第18页,共37页2.异型乳酸发酵异型乳酸发酵HMP途径戊糖磷酸途径现在学习的是第19页,共37页异型乳酸发酵异型乳酸发酵HMP途径现在学习的是第20
12、页,共37页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葡萄糖产生的乳酸少于葡萄糖产生的乳酸少于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、甘露醇等产或乙酸、甘油、甘露醇等产品的乳酸菌称为异型乳酸菌。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,已经用于发酵生产活,已经用于发酵生产活菌饮料,并越来越受重视。菌饮料,并越来越受重视。异型乳酸发酵异型乳酸发酵现在学习的是第21页,共37页四、甘油发酵四、甘油发
13、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,生成作为受氢体,生成-磷酸甘油,磷酸甘油,-磷酸甘油磷酸甘油经脱磷酸而有经脱磷酸而有甘油甘油累积。累积。现在学习的是第22页,共37页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
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- 第五 发酵 机制 代谢 调控
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