在无氧条件下
① 在乳酸菌中，受乳酸脱氢酶作
用，丙酮酸作为受氢体而被还原
为 乳酸，即为 同型乳酸发酵
② 在酵母个，在丙酮酸脱羧酶作
用下，丙酮酸脱羧生成乙醛,
后者在乙醇脱氢酶作用下，乙醛
为受氢体被还原成乙醇，即 酒精
发酵
③ 在梭状芽孢杆 菌中，丙酮酸
脱梭生成乙酰 CoA。然后经一系
列变化生成丁酰 CoA、丁醛，两
者作为受氢体被还原为丁醇。生
成物还有丙酮、乙醇，称为 丙酮
丁醇发酵
一、糖嫌气性发酵产品
第十二章 工业微生物发酵产品
调节点主要在三个激酶，
即 己糖激酶、磷酸果糖
激酶和丙酮酸激酶 。它
们是糖酵解途径中的关
键酶，是糖酵解途径的
三个不可逆步骤
糖代谢的调节主
要是能荷的控制
能荷 =
ATP ATP抑制磷酸果糖激酶和丙酮
酸激酶的活性，使酵解减少
当需能反应加强,ATP分
解为 ADPI和 AMP ATP
ADP,AMP增加,ATP的抑制作用
被解除，同时 ADP,AMP激活已
糖激酶和磷酸果糖激酶
乙醇生成机制
在好气条件下，酵母发酵能力降低（呼吸抑制发酵） 巴斯德效应
能荷调节
甘油为合成机制
酵母在一定条件下培养，可以利用糖分生成甘油
酵母的第二型发酵 加入亚硫酸氢钠，与乙醛起加成作用 生成难溶的乙
醛亚硫酸氢钠加成物
酵母的第三型发酵
当酵母在碱性条件 (pH 7.6)进行发酵，
二个分子 乙醛起歧化反应，相互氧
化还原，生成等量的乙醇和乙酸
二、柠檬酸发酵
主要生产菌,
黑曲霉
? 黑曲霉糖质发酵柠檬酸
证明生产菌（黑曲霉）中 80%的糖代谢走 EMP途径
生产菌中存在 TCA的酶系，故有 TCA存在
草酰乙酸的来源不是由 TCA供应，而是由 2个 CO2固定提供，故 CO2固定
对柠檬酸合成必不可少。
由于不存在苹果酸脱氢酶
丙酮酸羧化酶
PEP羧激酶
生物合成途径（无碳原子损失）
理论转化率,106.7%
C6H8O7 H2O理论转化率,116.7%
能量平衡
EMP中底物水平磷酸化 2ATP
EMP途径 2NADH
丙酮酸氧化脱羧 2NADH
可以满足生产菌的维持能量消耗,
不需要消耗 C源经 TCA来产能
? 柠檬酸合成的代谢调节
第一个调节酶是磷酸果糖激酶（ PFK）
Δ 柠檬酸和 ATP对该酶有抑制
生产菌需要解除该抑制作用
AMP、无机磷以及 NH4+对该酶有活化作用
NH4+有效解除柠檬酸和 ATP对该酶有抑
制,故生产上通过添加铵盐来提高柠
檬酸产量
Δ Mn2+的影响,
Mn2+缺乏 菌体的 TCA酶活下降
Mn2+缺乏 可能干扰蛋白质合成，导致蛋白质分解
NH4+水平升高 减少柠檬酸对该酶的抑制
第二个调节点,CO2固定的酶活力高，保证草酰乙酸的供应
第三个调节点,TCA环上调节
柠檬酸合成酶,许多细胞中该酶是 TCA的调节酶，但在黑
曲霉中此酶无调节作用
顺乌头酸水合酶,理论上此酶失活 TCA环阻断 积累柠檬酸
顺乌头酸水合酶需要 Fe2+
故在发酵液中添加黄血盐络合 Fe2+阻断 TCA环，积累柠檬酸
黑曲霉乌头酸水合酶存在于线粒体中，它催化的反应存在着柠檬酸：
异柠檬酸：顺式乌头酸 = 90,7,3的平衡关系；
黑曲霉 对辅酶 NAD+专一性的异柠檬酸脱氢酶活力很低，却有三种依赖
于辅酶 NADP+的异柠檬酸脱氢酶，其中的两种与存在于线粒体的酶及
TCA循环有关，它们受到生理浓度柠檬酸的抑制。
为什么在 A,nigar中异柠檬酸不会进一步分解及柠檬酸的积累机制？
三、谷氨酸的发酵
1.谷氨酸生产菌中存在 2个糖酵解途径 EMP/HMP
生物素参与糖代谢作用,增加糖代谢的速度
而丙酮酸氧化脱羧的速度未改变
丙酮酸积累
乳酸积累
2.α -酮戊二酸脱氢酶缺失
TCA环阻断,α -酮戊二酸积累
3.四碳二羧酸的来源
Δ 在生产菌中检出
CO2固定反应酶活性 磷酸烯醇丙酮酸 (PEF)羧化酶和苹果酸酶
谷氨酸对糖的转化率达到 81.7%
Δ DCA循环 标志酶：异柠檬酸裂解酶
在谷氨酸发酵中,DCA环一方面可以作为 TCA循环有缺陷时 C4二羧酸的补充
在谷氨基酸生产菌的生长中提供能量
作
用
谷氨酸生成期中要封闭 DCA环？ 通过 DCA环提供 C4二羧酸时谷氨酸对糖的
转化率仅为 54.4%
4.异柠檬酸脱氢酶活力强
提供 NADPH,用于还原 α -酮戊二酸生成谷氨酸，形成氧化还原共扼体系
5.氨的导入
合成谷氨酸的反应有 3种,
α-酮戊二酸 + NH4+ NADPH + 谷氨酸 H2O NADP + +
谷氨酸脱氢酶
α-酮戊二酸 + 天冬氨酸或丙氨酸 谷氨酸转氨酶 谷氨酸 α-酮戊二酸 +
α -酮戊二酸 + 谷氨酰胺 NADPH + 2谷氨酸 NADP + 谷氨酸合成酶
生产菌中 谷氨酸转氨酶活力低，转氨作用可以不考虑
谷氨酸合成酶由于不受高浓度谷氨酸抑制，其作用值得重视
谷氨酸脱氢酶是合成积累谷氨酸的主要酶
氨的导入时 生物素缺乏,NH4+影响糖代谢速度：提高糖代谢速度
高效合成谷氨酸
生物素充足时,NH4+不影响糖代谢速度
6.谷氨酸合成的调节机制
谷 aa比天冬 aa优先合成
谷 aa脱氢酶 谷 aa对其反馈抑制和反馈阻遏
柠檬酸合成酶 TCA的关键酶，受能荷调节，谷 aa反馈阻遏，乌头酸反馈抑制
异柠檬酸脱氢酶 α-酮戊二酸反馈抑制
α-酮戊二酸脱氢酶先天丧失或微弱
PEP受天冬 aa反馈抑制，受谷 aa和天冬 aa反馈阻遏
7.细胞膜通透性控制
生物素 阻断脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成
表面活性剂 对生物素有拮抗 阻断脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成
在对数生长期添加青霉素 抑制细胞壁合成 细胞膜损伤
甘油缺陷型 磷脂的合成受阻 影响细胞膜的合成
油酸缺陷型 阻断不饱和脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成
① 在乳酸菌中，受乳酸脱氢酶作
用，丙酮酸作为受氢体而被还原
为 乳酸，即为 同型乳酸发酵
② 在酵母个，在丙酮酸脱羧酶作
用下，丙酮酸脱羧生成乙醛,
后者在乙醇脱氢酶作用下，乙醛
为受氢体被还原成乙醇，即 酒精
发酵
③ 在梭状芽孢杆 菌中，丙酮酸
脱梭生成乙酰 CoA。然后经一系
列变化生成丁酰 CoA、丁醛，两
者作为受氢体被还原为丁醇。生
成物还有丙酮、乙醇，称为 丙酮
丁醇发酵
一、糖嫌气性发酵产品
第十二章 工业微生物发酵产品
调节点主要在三个激酶，
即 己糖激酶、磷酸果糖
激酶和丙酮酸激酶 。它
们是糖酵解途径中的关
键酶，是糖酵解途径的
三个不可逆步骤
糖代谢的调节主
要是能荷的控制
能荷 =
ATP ATP抑制磷酸果糖激酶和丙酮
酸激酶的活性，使酵解减少
当需能反应加强,ATP分
解为 ADPI和 AMP ATP
ADP,AMP增加,ATP的抑制作用
被解除，同时 ADP,AMP激活已
糖激酶和磷酸果糖激酶
乙醇生成机制
在好气条件下，酵母发酵能力降低（呼吸抑制发酵） 巴斯德效应
能荷调节
甘油为合成机制
酵母在一定条件下培养，可以利用糖分生成甘油
酵母的第二型发酵 加入亚硫酸氢钠，与乙醛起加成作用 生成难溶的乙
醛亚硫酸氢钠加成物
酵母的第三型发酵
当酵母在碱性条件 (pH 7.6)进行发酵，
二个分子 乙醛起歧化反应，相互氧
化还原，生成等量的乙醇和乙酸
二、柠檬酸发酵
主要生产菌,
黑曲霉
? 黑曲霉糖质发酵柠檬酸
证明生产菌（黑曲霉）中 80%的糖代谢走 EMP途径
生产菌中存在 TCA的酶系，故有 TCA存在
草酰乙酸的来源不是由 TCA供应，而是由 2个 CO2固定提供，故 CO2固定
对柠檬酸合成必不可少。
由于不存在苹果酸脱氢酶
丙酮酸羧化酶
PEP羧激酶
生物合成途径（无碳原子损失）
理论转化率,106.7%
C6H8O7 H2O理论转化率,116.7%
能量平衡
EMP中底物水平磷酸化 2ATP
EMP途径 2NADH
丙酮酸氧化脱羧 2NADH
可以满足生产菌的维持能量消耗,
不需要消耗 C源经 TCA来产能
? 柠檬酸合成的代谢调节
第一个调节酶是磷酸果糖激酶（ PFK）
Δ 柠檬酸和 ATP对该酶有抑制
生产菌需要解除该抑制作用
AMP、无机磷以及 NH4+对该酶有活化作用
NH4+有效解除柠檬酸和 ATP对该酶有抑
制,故生产上通过添加铵盐来提高柠
檬酸产量
Δ Mn2+的影响,
Mn2+缺乏 菌体的 TCA酶活下降
Mn2+缺乏 可能干扰蛋白质合成，导致蛋白质分解
NH4+水平升高 减少柠檬酸对该酶的抑制
第二个调节点,CO2固定的酶活力高，保证草酰乙酸的供应
第三个调节点,TCA环上调节
柠檬酸合成酶,许多细胞中该酶是 TCA的调节酶，但在黑
曲霉中此酶无调节作用
顺乌头酸水合酶,理论上此酶失活 TCA环阻断 积累柠檬酸
顺乌头酸水合酶需要 Fe2+
故在发酵液中添加黄血盐络合 Fe2+阻断 TCA环，积累柠檬酸
黑曲霉乌头酸水合酶存在于线粒体中，它催化的反应存在着柠檬酸：
异柠檬酸：顺式乌头酸 = 90,7,3的平衡关系；
黑曲霉 对辅酶 NAD+专一性的异柠檬酸脱氢酶活力很低，却有三种依赖
于辅酶 NADP+的异柠檬酸脱氢酶，其中的两种与存在于线粒体的酶及
TCA循环有关，它们受到生理浓度柠檬酸的抑制。
为什么在 A,nigar中异柠檬酸不会进一步分解及柠檬酸的积累机制？
三、谷氨酸的发酵
1.谷氨酸生产菌中存在 2个糖酵解途径 EMP/HMP
生物素参与糖代谢作用,增加糖代谢的速度
而丙酮酸氧化脱羧的速度未改变
丙酮酸积累
乳酸积累
2.α -酮戊二酸脱氢酶缺失
TCA环阻断,α -酮戊二酸积累
3.四碳二羧酸的来源
Δ 在生产菌中检出
CO2固定反应酶活性 磷酸烯醇丙酮酸 (PEF)羧化酶和苹果酸酶
谷氨酸对糖的转化率达到 81.7%
Δ DCA循环 标志酶：异柠檬酸裂解酶
在谷氨酸发酵中,DCA环一方面可以作为 TCA循环有缺陷时 C4二羧酸的补充
在谷氨基酸生产菌的生长中提供能量
作
用
谷氨酸生成期中要封闭 DCA环？ 通过 DCA环提供 C4二羧酸时谷氨酸对糖的
转化率仅为 54.4%
4.异柠檬酸脱氢酶活力强
提供 NADPH,用于还原 α -酮戊二酸生成谷氨酸，形成氧化还原共扼体系
5.氨的导入
合成谷氨酸的反应有 3种,
α-酮戊二酸 + NH4+ NADPH + 谷氨酸 H2O NADP + +
谷氨酸脱氢酶
α-酮戊二酸 + 天冬氨酸或丙氨酸 谷氨酸转氨酶 谷氨酸 α-酮戊二酸 +
α -酮戊二酸 + 谷氨酰胺 NADPH + 2谷氨酸 NADP + 谷氨酸合成酶
生产菌中 谷氨酸转氨酶活力低，转氨作用可以不考虑
谷氨酸合成酶由于不受高浓度谷氨酸抑制，其作用值得重视
谷氨酸脱氢酶是合成积累谷氨酸的主要酶
氨的导入时 生物素缺乏,NH4+影响糖代谢速度：提高糖代谢速度
高效合成谷氨酸
生物素充足时,NH4+不影响糖代谢速度
6.谷氨酸合成的调节机制
谷 aa比天冬 aa优先合成
谷 aa脱氢酶 谷 aa对其反馈抑制和反馈阻遏
柠檬酸合成酶 TCA的关键酶，受能荷调节，谷 aa反馈阻遏，乌头酸反馈抑制
异柠檬酸脱氢酶 α-酮戊二酸反馈抑制
α-酮戊二酸脱氢酶先天丧失或微弱
PEP受天冬 aa反馈抑制，受谷 aa和天冬 aa反馈阻遏
7.细胞膜通透性控制
生物素 阻断脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成
表面活性剂 对生物素有拮抗 阻断脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成
在对数生长期添加青霉素 抑制细胞壁合成 细胞膜损伤
甘油缺陷型 磷脂的合成受阻 影响细胞膜的合成
油酸缺陷型 阻断不饱和脂肪酸的合成 影响细胞膜的合成
