第三章糖厌气性发酵产物积累机制.ppt

第二篇第二篇 发酵机制发酵机制发酵机制：发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质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内在规律（底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律积积累累的的产产物物微生物菌体微生物菌体酶酶代谢产物代谢产物厌气发酵：厌气发酵： 酒精、酒精、 甘油、甘油、 乳酸、乳酸、丙酮、丙酮、丁醇等丁醇等好气发酵：好气发酵： 有机酸、有机酸、氨基酸、氨基酸、蛋白质、蛋白质、核苷酸、核苷酸、抗生素、抗生素、维生素等维生素等代谢控制发酵：人为的改变微生物的代谢调控机制，使有用的代谢产物过量的积累发酵机制研究的内容：1.微生物的生理代谢规律（就是各种代谢产物合成途径及代谢调节机制）；2.环境因素（营养条件、培养条件等）对代谢的影响及改变代谢的措施；第三章 糖厌气性发酵产物积累机制厌气发酵产物：酒精发酵、甘油发酵、同型乳酸发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵等 第一节 糖酵解途径及调节机制n n葡萄糖经EMP途径：n nC6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD 2CH3COCOOH+2ATP+2NADH2葡萄糖葡萄糖ATP6-P-葡萄糖葡萄糖6-P-果糖果糖1.6-二二P果糖果糖3-P-甘油醛甘油醛3-P-甘油酸甘油酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸CoA草酰乙酸草酰乙酸乳酸乳酸乙醇乙醇GTPATPADPCitAlaNADH2NADATPATPF·APEPNADHADPADPADPATPcAMPATP抑制抑制PEPPEP：：磷酸烯醇磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸AlaAla：：丙氨酸丙氨酸F·AF·A：：脂肪酸脂肪酸CitCit：：柠檬酸柠檬酸糖酵解和糖糖酵解和糖新生的控制新生的控制己糖激酶己糖激酶磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶丙酮酸激酶丙酮酸激酶1.6-二二P果糖果糖一、糖酵解途径（一、糖酵解途径（EMPEMP））的特点：的特点：1.1.是除兰绿藻之外的几乎所有生物葡糖分解的是除兰绿藻之外的几乎所有生物葡糖分解的共同途径共同途径, ,广泛存在于各种细胞中，每个反应都广泛存在于各种细胞中，每个反应都不需氧。

不需氧2.2.分为两个阶段分为两个阶段3.3.糖酵解有糖酵解有1010多个反应，都在酶的作用下完成；多个反应，都在酶的作用下完成；a.a.激酶激酶b.b.变位酶变位酶c.c.异构酶异构酶d.d.脱氢酶脱氢酶4.4.其他糖类（如淀粉、乳糖等）作为碳源和能源其他糖类（如淀粉、乳糖等）作为碳源和能源时，通过葡萄糖或其他中间产物并入时，通过葡萄糖或其他中间产物并入EMPEMP途径3-3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛1 1·3-3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸NADNAD+ +＋＋H HNADHNADH2 2所形成的所形成的NADHNADH2 2要迅速被氧化成要迅速被氧化成NADNAD，，以使糖酵以使糖酵解反应继续进行释放出的解反应继续进行释放出的H H2 2被不同受体接受，被不同受体接受，从而形成不同的产物从而形成不同的产物5.5.丙酮酸去路不同丙酮酸去路不同n n在无氧条件下，丙酮酸主要发生如下变化：（1）在乳酸中，乳酸；同型乳酸发酵n n （2）在酵母中， 乙醇 ；酒精发酵n n（3）在梭状芽孢杆菌中，丁酰CoA、丁醛、丁醇、丙酮、乙醇；丙酮丁醇发酵 二、糖酵解调节机制n n调节点主要是三个激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三个反应是不可逆的，只参与糖酵解，不参与糖的新生。

而激酶的活性是受细胞能荷调节的n n[(ATP)+1/2(ADP)]/[(ATP)+(ADP)+(AMP)][(ATP)+1/2(ADP)]/[(ATP)+(ADP)+(AMP)]n n为一定的比例，该比例叫能荷当体系中为一定的比例，该比例叫能荷当体系中ATPATP含含量高时，量高时，ATPATP抑制磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的抑制磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的活性，使酵解减少活性，使酵解减少n n当需要能量时，当需要能量时，ATPATP分解为分解为ADPADP、、AMPAMP，这样，这样ATPATP减少，减少，ADPADP增加、增加、AMPAMP增加增加→→能荷降低能荷降低→→激激酶活性增大；酶活性增大；n n 无机磷也是调节者，它能解除无机磷也是调节者，它能解除6-6-磷酸葡萄糖对己磷酸葡萄糖对己糖激酶的抑制，加快糖酵解糖激酶的抑制，加快糖酵解葡萄糖葡萄糖ATP6-P-葡萄糖葡萄糖6-P-果糖果糖1.6-二二P果糖果糖3-P-甘油醛甘油醛3-P-甘油酸甘油酸丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸CoA草酰乙酸草酰乙酸乳酸乳酸乙醇乙醇GTPADPAMPATPADPCitAlaNADH2NADATPATPF·APEPNADHADPADPADPATPcAMPATP抑制抑制激活激活PEPPEP：：磷酸烯醇磷酸烯醇丙酮酸丙酮酸AlaAla：：丙氨酸丙氨酸F·AF·A：：脂肪酸脂肪酸CitCit：：柠檬酸柠檬酸糖酵解和糖糖酵解和糖新生的控制新生的控制第二节第二节 酒精发酵机制酒精发酵机制一、酒精生成机制一、酒精生成机制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ⅠⅠ型）型）NADH +H NADH+乙醇乙醇+以以丙酮酸脱羧产生的乙醛作为丙酮酸脱羧产生的乙醛作为H受体产生乙醇。

受体产生乙醇焦磷酸硫胺素、焦磷酸硫胺素、MgMg2 2＋＋乙醇脱氢酶乙醇脱氢酶二、巴斯德效应二、巴斯德效应 在好气条件下，酵母菌发酵能力降低（细胞内糖代谢降低，乙在好气条件下，酵母菌发酵能力降低（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；不仅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和发酵能醇积累减少）；不仅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和发酵能力的其他细胞中力的其他细胞中在好气条件下，糖代谢进入在好气条件下，糖代谢进入TCATCA环环柠檬酸柠檬酸↑↑ATP↑ATP↑抑制磷酸果糖激酶的合成抑制磷酸果糖激酶的合成6-P-6-P-果糖果糖↑↑ （积累）（积累）6-P-6-P-葡糖葡糖↑↑（积累）（积累）反馈抑制己糖激酶反馈抑制己糖激酶抑制葡糖进入细胞内抑制葡糖进入细胞内葡糖利用降低葡糖利用降低同时，在好气条件，丙酮酸激酶活性降低同时，在好气条件，丙酮酸激酶活性降低 丙酮酸激酶活性降低也是由于磷酸果糖激酶活性丙酮酸激酶活性降低也是由于磷酸果糖激酶活性降低所致降低所致丙酮酸激酶活性丙酮酸激酶活性↓↓磷酸稀醇式丙酮酸磷酸稀醇式丙酮酸↑↑反馈抑制己糖激酶活性反馈抑制己糖激酶活性糖酵解速度糖酵解速度↓↓三、酒精发酵中的副产物三、酒精发酵中的副产物酵母菌酒精酵母菌酒精发酵发酵主产物：乙醇、主产物：乙醇、CO2CO2副产物副产物4040多种多种醇（杂醇油）醇（杂醇油）醛（糠醛）醛（糠醛）酸（琥珀酸）酸（琥珀酸）酯酯甲醇甲醇（一）杂醇油的生成（一）杂醇油的生成1、酒精发酵中高级醇形成的途径、酒精发酵中高级醇形成的途径（（1）氨基酸氧化脱氨作用）氨基酸氧化脱氨作用缬氨酸缬氨酸 异丁醇异丁醇 异亮氨酸异亮氨酸 活性戊醛活性戊醛酪氨酸酪氨酸 酪醇酪醇 苯丙氨酸苯丙氨酸 苯乙醇苯乙醇 亮氨酸＋ɑ－酮戊二酸ɑ－酮异己酸转氨酶+谷氨酸异戊醇异戊酸醇脱氢酶n n（2）由葡萄糖直接生成由葡萄糖直接生成ɑɑ －酮酸（碳原子低的）活性乙醛ɑ －酮酸（碳原子高的）还原、异构、脱水醇＋缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸醇n n（3）正丙醇的形成苏氨酸ɑ－氨基－2－丁烯酸脱水酶ɑ－丁酮酸脱氨脱羧醛正丙醇还原2、影响杂醇油形成的条件（1）菌种（2）培养基组成（3）发酵条件n n（二）琥珀酸的生成 在发酵液中加入谷氨酸，可增加琥珀酸的产量在发酵液中加入谷氨酸，可增加琥珀酸的产量n n（三）酯类的生成n n（四）糠醛、甲醇等的生成第三节第三节 甘油的合成机制甘油的合成机制 酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成乙醇的反应进行得很彻底，因此，在乙醇发酵中甘油的生成量乙醇的反应进行得很彻底，因此，在乙醇发酵中甘油的生成量很少。

很少1.如果采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时，磷酸二羟丙酮则如果采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时，磷酸二羟丙酮则替代乙醛作为氢受体形成甘油，这样发酵转为甘油发酵（酵母替代乙醛作为氢受体形成甘油，这样发酵转为甘油发酵（酵母Ⅱ型发酵）型发酵）NaHSO3可作为抑制剂：可作为抑制剂：乙醛乙醛 + NaHSO3 乙醛亚硫酸氢钠乙醛亚硫酸氢钠↓2ATP2ATP2ADP2ADP2ADP2ADP2ATP2ATPCOCO2 2NaHSONaHSO3 3NADNAD﹢﹢NADH+HNADH+H﹢﹢NADH+HNADH+H＋＋NADNAD﹢﹢H H2 2O OPiPi酵母菌酒精发酵酵母菌酒精发酵ⅡⅡ型型葡葡萄萄糖糖1.6-1.6-二磷二磷酸果酸果糖糖3-3-磷酸甘磷酸甘油醛油醛磷酸二羟丙磷酸二羟丙酮酮丙酮酸丙酮酸乙乙醛醛乙醛乙醛HSO3HSO3α-α-磷酸甘磷酸甘油油甘甘油油2.酵母菌在碱性环境条件下（酵母菌在碱性环境条件下（pH7.6），由于乙醛生成等量），由于乙醛生成等量的乙酸和乙醇，因此乙醛作为氢受体的作用也被抑制；这的乙酸和乙醇，因此乙醛作为氢受体的作用也被抑制；这时磷酸二羟丙酮成为氢受体。

这样，发酵产生的总的产物时磷酸二羟丙酮成为氢受体这样，发酵产生的总的产物为为甘油、乙醇、乙酸甘油、乙醇、乙酸 （酵母（酵母Ⅲ型发酵）型发酵）葡葡萄萄糖糖1 1、、6 -6 -二二磷酸果糖磷酸果糖3-3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛丙丙酮酮酸酸乙乙醛醛乙乙醇醇磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮α-α-磷磷酸甘油酸甘油甘油甘油NADH+HNADH+HNADNADH H﹢﹢﹢﹢酵母菌酒精发酵酵母菌酒精发酵ⅢⅢ型型2ADP2ADP2ATP2ATPCOCO2 2乙酸乙酸加加Na2CO3Na2CO3或或NaOHNaOH第四节第四节 乳酸发酵机制乳酸发酵机制乳酸发酵乳酸发酵乳酸菌的同型乳酸发酵（产物中只乳酸菌的同型乳酸发酵（产物中只有乳酸）有乳酸）明串珠菌等的异型乳酸发酵（产物明串珠菌等的异型乳酸发酵（产物除乳酸外尚有乙醇，除乳酸外尚有乙醇，COCO2 2））一、同型乳酸发酵一、同型乳酸发酵多数乳酸菌不具有脱羧酶，丙酮酸不能脱羧多数乳酸菌不具有脱羧酶，丙酮酸不能脱羧生成乙醛，而能在乳酸脱氢酶作用下作为氢生成乙醛，而能在乳酸脱氢酶作用下作为氢受体被还原成乳酸受体被还原成乳酸。

二、异型乳酸发酵：二、异型乳酸发酵： 分两种途径分两种途径1 1、、6-6-磷酸葡糖酸途径（磷酸酮解途径）磷酸葡糖酸途径（磷酸酮解途径）2 2、双歧途径（也是磷酸酮解途径）、双歧途径（也是磷酸酮解途径）葡葡萄萄糖糖2ATP2ATP4ATP4ATP2ADP2ADP4ADP4ADP3-3-磷磷酸甘酸甘油醛油醛1·31·3- -二二磷酸磷酸甘油甘油酸酸丙丙酮酮酸酸乳乳酸酸2NAD2NADNADNADNADH+HNADH+H2NADH+H2NADH+H+ ++ +葡萄糖ATPADP6－磷酸葡萄糖1NADNADH＋H＋6－磷酸葡萄糖酸2NADNADH＋H＋5－磷酸核酮糖35－磷酸木酮糖乙酰磷酸乙酰乙酰CoANADH＋H＋NAD乙醛NADH＋H＋NAD乙醇3－磷酸甘油醛乳酸ADPATPNADNADH＋H＋NADNADH＋H＋485766－磷酸葡萄糖酸生成乳酸和乙醇1.己糖激酶2.6－磷酸葡萄糖脱氢酶3.6－磷酸葡萄糖酸脱氢酶4.4. 5－磷酸核酮糖－3－差向异构酶5.5. 磷酸解酮酶6.6. 磷酸转乙酰酶7.7. 乙醛脱氢酶8.8. 醇脱氢酶葡萄糖ATPADP6－磷酸果糖6－磷酸果糖ADPPi4－磷酸赤藓糖3－磷酸甘油醛7－磷酸景天庚酮糖5－磷酸木酮糖5－磷酸核糖乙酰磷酸ATP乙酰5－磷酸木酮糖5－磷酸核酮糖乙酰磷酸2 分子3－磷酸甘油醛乳酸ADPATPNAD＋NADH＋H＋NAD＋NADH＋H＋ADPATP3分子乙酸葡萄糖经双歧途径发酵生成乳酸和乙酸13245671.6-磷酸果糖解酮酶2.转二羟基丙酮基酶3.转羟乙醛基酶4.5－磷酸核糖异构酶5.5－磷酸核酮糖－3－差向异构酶6.5－磷酸木酮糖磷酸酮解酶7.乙酸激酶 n n作业：1、简述糖酵解的调节机制。

2、酵母菌酒精发酵的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型反应式3、简述巴斯德效应的机制。