文档介绍：谷氨酸发酵
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第二章 谷氨酸发酵机制
1 谷氨酸的生物合成途径
生成谷氨酸的主要酶反应
(1)谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原氨基化反应
物等，消耗一部分糖，%%之间。
乙醛酸循环的作用
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第二章 谷氨酸发酵机制
黄色短杆菌中谷氨酸的代谢调节机制如下图所示
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第二章 谷氨酸发酵机制
谷氨酸生产菌的育种思路
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第二章 谷氨酸发酵机制
谷氨酸生产菌的具体育种思路
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第二章 谷氨酸发酵机制
在谷氨酸发酵时,糖酵解经过EMP及HMP两个途径进行,生物素充足菌HMP所占比例是38%,控制生物素亚适量的结果,发酵产酸期,EMP所占的比例更大,HMP所占比例约为26%。
由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径中的主要过程至少有16步酶促反应。在糖质原料发酵法生产谷氨酸时,应尽量控制通过CO2固定反应供给四碳二羧酸;在谷氨酸发酵的菌体生长期,需要异柠檬酸裂解酶反应,走乙醛酸循环途径。菌体生长期之后,进入谷氨酸生成期,最好没有异柠檬酸裂解酶反应,封闭乙醛酸循环。
在生长之后,理想的发酵按如下反应进行:
C6H12O6+NH3+ ──C6H9O4N+CO2+3H2O
%。四碳二羧酸是100%通过CO2固定反应供给。若通过乙醛酸循环供给四碳二羧酸,%,实际收率处于中间值。
谷氨酸发酵的代谢途径
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第二章 谷氨酸发酵机制
2 谷氨酸生物合成的调节机制
☆优先合成与反馈调节:
优先合成：催化某一分支途径反应的酶活性远大于催化另一分支反应的酶活性，结果先合成酶活性大的那一分支的终产物。
当该终产物达到一定浓度时，就会抑制该酶，使代谢转向合成另一分支的终产物。
☆糖代谢的调节
糖代谢的调节主要受能荷（能量水平）的控制。细胞内ATP分解，即能荷降低，就会激活某些催化糖类分解的酶或解除ATP对这些酶的抑制，从而加速糖酵解、TCA循环产生能量；当能荷高时，ATP增加，就抑制糖酵解、TCA循环的关键酶，从而抑制糖的分解。
☆氮代谢的调节
降低蛋白质的合成能力，使合成的谷氨酸不转化成其它氨基酸和参与蛋白质的合成。
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第二章 谷氨酸发酵机制
3 谷氨酸发酵中如何控制细胞膜的渗透性
控制细胞膜渗透性的方法
. 控制磷脂的合成：细胞膜磷脂含量低，有利于提高细胞膜通透性。
(1) 生物素缺陷型
生物素作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰CoA羧化酶的辅酶，参与了脂肪酸的合成，进而影响磷脂的合成。限制发酵培养基中生物素的浓度控制脂肪酸生物合成，从而控制控制磷脂的合成。当磷脂减少到正常值的一半时，细胞变性，谷氨酸向膜外渗出，积累于发酵液中。
(2) 添加表面活性剂
在不饱和脂肪酸的合成过程中，吐温-60或饱和脂肪酸等抑制脂肪酸的合成。
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第二章 谷氨酸发酵机制
3 谷氨酸发酵中如何控制细胞膜的渗透性
控制细胞膜渗透性的方法
. 控制磷脂的合成：细胞膜磷脂含量低，有利于提高细胞膜通透性。
(3) 油酸缺陷型
油酸缺陷型突变株阻断了油酸的合成，丧失了脂肪酸生物合成的能力。
(4) 甘油缺陷型
甘油缺陷型菌株的遗传阻碍是丧失α-磷酸甘油脱氢酶，自身不能合成α-磷酸甘油和磷脂。
(5) 温度敏感突变株
其突变位置发生在与谷氨酸分泌有密切关系的细胞膜的结构基因上，发生碱基的转换或颠换，这样为基因所指导释出的酶，在高温时失活，导致细胞膜某些结构的改变。
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第二章 谷氨酸发酵机制
3 谷氨酸发酵中如何控制细胞膜的渗透性
控制细胞膜渗透性的方法
. 控制细胞壁的合成：细胞壁合成不完全，细胞膜容易造成机械损伤和经不起内部渗透压的压力，造成膜的破坏，加大通透性。
对数生长期早期，添加青霉素或头孢霉素C。青霉素抑制细胞壁的后期合成。
机制：抑制糖肽转肽酶，影响细胞壁糖肽的生物合成。
青霉素的结构和谷氨酸菌的糖肽的D-Ala-D-Ala末端结构类似 因而它取代合成糖肽的底物而合转肽酶的活性中心结合