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本课件讲解好氧发酵中柠檬酸积累的代谢调节手段，介绍醋酸与葡萄糖酸发酵机制，并系统分析谷氨酸等氨基酸的代谢控制及次级代谢产物的合成调节。
好氧发酵产物积累机制：第六章好氧发酵产物积累机制好氧性发酵(aerobic fermentation)：在发酵过程中需要不断地通入一定量的无菌空气，如利用黑曲霉进行柠檬酸的发酵、利用棒状杆菌进行谷氨酸的发酵、利用黄单孢菌进黄原胶－多糖的发酵等等．糖的分解代谢包括糖酵解（糖的共同分解途径）和三羧酸环（糖的最后氧化途径）。
在有氧条件条件下：丙酮酸进入线粒体，脱氢和脱羧生成乙酰COA，在TCA循环中脱氢，并氧化形成CO2和H2O，或者各种代谢物，NADH2经呼吸链将氢传递给氧生成水。
另外，乙酰辅酶A在生物合成过程中作为C2化合物加以利用，形成脂肪等。
四碳化合物的供给：目的产物提供4C化合物
黑曲霉的柠檬酸发酵：黑曲霉(Asp.niger)原料：sugar ，alcohol acetic acid途径：EMP （HMP）丙酮酸羧化TCA环黑曲霉生长，EMP与HMP途径的比率是2：1，生产柠檬酸时为4：1。
葡萄糖柠檬酸(citric acid)理论转化率106.7%RCO2阻断AMPPiNH4+ATP citrateNH4+ k+激活抑制
柠檬酸积累的三项条件：二、柠檬酸生物合成的代谢调节要积累柠檬酸：想方设法提高柠檬酸合成反应所需酶的活力；
必须切断柠檬酸的去路；顺乌头酸酶失活，ＴＣＡ环阻断。
保证中间产物的供给；草酰乙酸的及时供给，丙酮酸二氧化碳固定反应对柠檬酸CO2积累有重要意义。
乙酰COA草酰乙酸CO2
糖酵解的调节酶
柠檬酸合成酶与限速：B TCA环的调节1、柠檬酸合成酶是该途径的第一个限速酶，由乙酰辅酶Ａ中的高能硫酯键水解释放大量能量，推动合成柠檬酸。柠檬酸顺乌头酸异柠檬酸
顺乌头酸酶的调控：2、两步反应均由顺乌头酸酶催化，该酶需要Fe++，若用络合剂除去反应液中的铁，则酶活性被抑制，造成柠檬酸的积累。
3、黑曲霉中TCA循环中的另一个特点是－酮戊二酸脱氢酶被葡萄糖和NH4+抑制，在柠檬酸生成期，菌体内不存在－酮戊二酸脱氢酶或活力很低。
阻断顺乌头酸酶的措施：关键：I 阻断顺乌头酸酶的催化作用：该酶是个含铁的非血红蛋白，以Fe4S4作为辅基。
因此，在菌体生长到足够菌数时，适量加入亚铁氰化钾（黄血盐），使与铁硫中心的Fe++生成络合物，则该酶失活或活性减少，而积累柠檬酸。
II 通过诱变或其他方法，造成生产菌种顺乌头酸酶的缺损或活力很低，同样积累柠檬酸。
III 及时补加草酰乙酸Ⅳ缺Mn+，增进EMPⅤ选育回补途径旺盛的菌种。
醋杆菌的醋酸发酵：第二节有机酸发酵机一、醋酸(食醋)发酵机制1. 醋杆菌发酵酒精成醋酸乙醇向醋酸转化是分两步进行的，中间产物是乙醛。
CH3CH2OH E1CH3CHOE2 CH3COOHE1乙醇脱氢酶或乙醇氧化酶，它依赖于NAD。
E2 乙醛脱氢酶，需要NADP作辅酶。淀粉糖酒精醋酸醋杆菌为G-，好氧菌，1mol乙醇转化为1mol醋酸，理论转化率是130％。
热醋酸梭菌产醋酸：2 热醋酸梭菌生产醋酸热醋酸梭菌在发酵糖类时，可以将2分子CO2还原为醋酸。
该菌没有氢化酶活性，不能利用氢气。CO2是通过甲酰四氢叶酸（ＴＨＦ）和类咕啉蛋白形成醋酸的。
以戊糖为原料2C5H10O5 →5CH3COOH这种方法发酵时需中和剂，因此只适合于醋酸盐。
葡萄糖酸的用途
二葡萄糖酸发酵机制
真菌与细菌葡萄糖酸发酵：1 真菌葡萄糖酸发酵：黑曲霉和青霉：葡萄糖氧化酶葡萄糖（环式）葡萄糖酸－内酯+ H2O2葡萄糖酸2细菌葡萄糖酸发酵：自发葡萄糖氧化酶葡萄糖（环式）葡萄糖（醛式）葡萄糖酸葡萄糖可以生成葡萄糖酸或它的内酯，所以包括内酯在内，理论产率为108.8％。
红茶菌饮料酵母菌和醋酸菌的协同作用，将加了糖的红茶转化为醋酸和葡糖酸饮料。自发水解
氨基酸发酵的控制措施
第二节氨基酸发酵的代谢控制一、控制发酵采取的措施
谷氨酸族与天冬氨酸族
鸟氨酸瓜氨酸
谷氨酸的生物合成途径
二、氨基酸发酵机制
谷氨酸合成途径图
GA的生物合成途径
影响谷氨酸积累的因素：2、影响GA积累的因素内在因子：选育菌种增加膜通透性生物素缺陷（膜）加青青霉素（壁）外在环境：溶解氧、氨离子、PH值、rH值、磷酸、生物素GA菌向GA 方向进行的条件：不分解利用GA；
耐高浓度；GA膜透性好；丙酮酸脱氢酶要弱；异柠檬酸裂解酶弱；
保证TCA环中间体的补充。
控制细胞膜透性的方法
影响谷氨酸渗透的因子
谷氨酸菌的形态变化
GA生产菌在发酵过程中的形态变化
鸟氨酸与瓜氨酸发酵：三、鸟氨酸、精氨酸、瓜氨酸鸟氨酸→GA棒杆菌精氨酸结构类似物抗性菌精氨酸→精氨酸结构类似物抗性菌瓜氨酸→精氨酸缺陷型
天冬氨酸发酵机制
四、天冬氨酸发酵机制
苏氨酸与赖氨酸育种
嘌呤核苷酸的合成途径：第三节核酸发酵机制一、嘌呤核苷酸生物合成途径1、“从无到有”途径2、补救途径二、调节机制三、肌苷发酵机制四、肌苷酸发酵机制
分解代谢与合成代谢
初级与次级代谢产物
微生物的合成代谢产物
次级代谢产物的特征
营养增殖期与产物形成期：•３、它的生产大多数是基于菌种的特异性来完成的。•４、次级代谢产物发酵经历两个阶段，即营养增殖期和产物形成期。
如在菌体活跃增殖阶段几乎不产生抗生素。接种一定时间后细胞停止生长，进入到恒定期才开始活跃地合成抗生素，成为生产期。
副组分与金属离子影响
底物特异性与质粒脱落：８、次级代谢酶的底物特异性在某种程度上说是比较广的。
若提供底物结构类似物，则可得到与天然物不同的次级代谢物。
９、培养温度过高或菌种移植次数过多，使抗生素生产能力下降，可能的原因是参与抗生素合成的菌种的质粒脱落。
１０、一个生产物可由多种中间体和途径来取得.
次级代谢产物的生成时机
次级代谢产物生成的特点：
RNA聚合酶的转录切换
抗生素与初级代谢的关系：二、生物合成抗生素与初级代谢的关系从代谢方面分析：许多抗生素的基本结构是由少数几种初级代谢产物构成的，所以次级产物是以初级产物为母体衍生出来的，次级代谢途径并不是独立的，而是与初级代谢途径有密切联系的。
G 乙酰CoＡ丙二酰CoA 脂肪酸（初级）四环素或其他抗生素（次级）
核内与质粒的遗传控制：从遗传方面分析：初级产物和次级产物同样都受到核内ＤＮＡ的调节控制的。
所不同的是次级代谢产物还受到“与初级代谢产物合成无关的遗传物质”的控制，即受核内遗传物质（染色体遗传物质）和核外遗传物质（质粒）的控制。
因此，两者在遗传上既有相同的部分，又有不同的部分。初级核内次级核内+质粒
初级代谢与碳源调节
氮代谢物的调节：3、氮代谢物的调解(用慢速利用的氮)与碳源的调控作用一样，快速利用的氮源影响次级产物生成。
例黄豆饼粉是利用较慢的氮源，可防止氮代谢的阻遏。迅速利用的氮源（氨）抑制作用于含底物的酶（蛋白酶、尿酶、组氨酸酶）的合成慢速利用的氮源，缓慢分解成氨和氨基酸
磷酸盐的调节作用：4、磷酸盐的调节：直接作用是磷酸盐自身影响合成；间接作用是磷酸盐调节胞内内其它效应剂（如ＡＴＰ、ＣＡＭＰ等），进而影响抗生素的合成。
已发现过量的磷酸盐对四环素、氨基糖苷类和大环内酯类的合成产生阻抑作用。•
细胞膜渗透性的调节：5、细胞膜渗透性的调节：细胞膜起传递物质进出的作用，如发生障碍，就影响产物的合成。
在抗生素的发酵中，产生菌细胞膜输入硫化物能力的大小影响青霉素发酵单位的高低。
如果输入硫化物的能力增大，硫源供应充足，合成青霉素的量就高。
在发酵中加入油酸纳和氯化纳可增加新霉素。
ATP调节与酶的诱导：6、ATP调节ATP直接影响次级产物合成和糖代谢中某些酶活性。
例对四环素的影响。7、酶的诱导调节(添加诱导物)参与次级代谢产物的酶为诱导酶，诱导酶需要有诱导物存在才形成。
它可提高次级代谢产物形成。诱导剂：内源诱导剂（菌体菌体自身代谢产生)外源诱导剂（外源加入）
常用前体与产物对照表：下表列出相关数据。
| 产物 | 前体 |
|---|---|
| 青霉素G | 苯乙酸及衍生物 |
| 青霉素V | 苯氧乙酸 |
| 金霉素 | 氯化物 |
| 链霉素 | 肌醇、精氨酸 |
| 红霉素 | 丙酸、丙醇 |
| 维生素B12 | 钴化物 |
| 胡萝卜素 | β-紫罗兰酮 |
| L-异亮氨酸 | α-氨基酸 |
| L-色氨酸 | 邻氨基苯甲酸 |
| L-丝氨酸 | 甘氨酸 |
反馈阻遏与反馈抑制：•8、反馈调节反馈阻遏：作用于基因水平，控制酶的合成量，是终产物抑制生物合成途径中的一种或多种酶形成的调节过程。
反馈抑制：作用于分子水平，控制酶的活性，是合成途径的终点产物抑制该过程中第一步酶的活性作用。
在抗生素的生物合成中，抗生素本身积累起反馈调节作用，初级代谢产物的形成受到反馈调节，也必然影响抗生素的合成。
如缬氨酸是合成青霉素的前体，受反馈调节，对青霉素的合成有影响。
营养期与分化期的关系
次级与初级代谢的关系
次级代谢和初级代谢的关系
次级代谢物的合成过程
次级代谢物生物合成过程
第六章重点掌握内容
章节重点
第六章思考题
柠檬酸的代谢调控手段是什么？
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