氨基酸工藝學(xué)第二章谷氨酸發(fā)酵機(jī)制(編輯修改稿)
2025-03-16 12:27 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 的醋酸易被完全氧化。 當(dāng)菌體內(nèi)的有機(jī)酸濃度 低 到一定程度， DCA循環(huán) 啟動(dòng) ，此時(shí)異檸檬酸裂解酶催化生成的乙醛酸與細(xì)胞內(nèi)的草酰乙酸共同 抑制 異檸檬酸 脫氫酶 ， TCA循環(huán)轉(zhuǎn)為DCA循環(huán)，不利于谷氨酸生成與積累； 當(dāng) DCA循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)使得 TCA循環(huán)包含的某些有機(jī)酸過剩時(shí)，異檸檬酸 裂解酶被抑制 ，乙醛酸濃度下降，解除對(duì)異檸檬酸脫氫酶的抑制， TCA循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。 (2)以醋酸為原料的谷氨酸發(fā)酵對(duì) DCA循環(huán)的影響 4． CO2固定反應(yīng)的調(diào)節(jié) CO2固定反應(yīng)主要通過以下途徑完成： C02的固定反應(yīng)的作用： 補(bǔ)充草酰乙酸 ； 在谷氨酸合成過程中， 糖的分解代謝途徑與 C02固定的適當(dāng)比例 是提高谷氨酸對(duì)糖收率的 關(guān)鍵 問題。 5． NH4+的調(diào)節(jié) 谷氨酸脫氫酶 也能催化谷氨酸氧化 脫氨反應(yīng) ，脫氨過程以 NAD+作為輔酶，該酶催化的反應(yīng)雖然 偏向氨合成谷氨酸一邊，但是脫氫過程產(chǎn)生的 NADH被氧化成 NAD+，同時(shí)產(chǎn)生的 NH3很容易被除去。 脫氨反應(yīng)被 NH4+和 α–酮戊二酸所 抑制 ，這對(duì)于谷氨酸的 積累 也起到了很好的作用。 在谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)中， 生物素缺陷型菌 在NH4+存在時(shí)，葡萄糖消耗速率快而且谷氨酸收率高； NH4+不存在時(shí)，葡萄糖消耗速率很慢，生成物是 α–酮戊二酸、丙酮酸等物質(zhì)，不產(chǎn)生谷氨酸。 四、細(xì)胞膜通透性的調(diào)節(jié) 對(duì)谷氨酸發(fā)酵的重要性 ：當(dāng)細(xì)胞膜轉(zhuǎn)變?yōu)橛欣诠劝彼嵯蚰ね鉂B透的方式，谷氨酸才能不斷地 排出細(xì)胞外 ，這樣既有利于細(xì)胞內(nèi)谷氨酸 合成反應(yīng)的優(yōu)先性、連續(xù)性 ，也有利于谷氨酸在 胞外的積累 。 細(xì)胞膜是在細(xì)胞壁與細(xì)胞質(zhì)之間的一層柔軟而富有彈性的 半滲透性膜 ， 磷脂雙分子層 為其基本結(jié)構(gòu)，在雙分子層中 鑲嵌蛋白質(zhì) 。 一種是通過控制脂肪酸和甘油的合成，實(shí)現(xiàn)對(duì)磷脂合成的控制，使得細(xì)胞 不能形成完整的細(xì)胞膜 ； 一種是通過 干擾細(xì)菌細(xì)胞壁的形成 ，使得細(xì)胞不能形成完整的細(xì)胞壁，喪失了對(duì)細(xì)胞膜的保護(hù)作用。在膜內(nèi)外滲透壓差等因素影響下， 細(xì)胞膜物理性損傷，增大膜的通透性 。 根據(jù)細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)特性， 控制細(xì)胞膜通透性的方法 主要有兩種： 1．控制細(xì)胞膜的形成 ①利用 生物素缺陷型菌株 進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵時(shí)， 限制發(fā)酵培養(yǎng)基中生物素的濃度。 生物素參與了脂肪酸的生物合成，進(jìn)而影響了磷脂的合成和細(xì)胞膜的形成。 生物素是催化脂肪酸合成起始反應(yīng)的關(guān)鍵酶 乙酰CoA羧化酶的輔酶 ，對(duì)脂肪酸的形成起促進(jìn)作用。選育生物素缺陷型菌株，阻斷生物素合成，亞適量控制生物素添加， 抑制不飽和脂肪酸的合成 ，使得細(xì)胞膜不完整 ，提高了細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的通透性。 ②利用 生物素過量的糖蜜原料 進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵時(shí)， 添加 表面活性劑或飽和脂肪酸。 在生物素過量的條件下，添加表面活性劑或飽和脂肪酸仍能進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵，其原因在于 這些物質(zhì)對(duì)生物素起拮抗作用 ，抑制不飽和脂肪酸的合成，導(dǎo)致油酸合成量減少，磷脂合成不足，使得 細(xì)胞膜不完整 ，提高了細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的通透性。常用的表面活性劑有吐溫 60、吐溫 40等。常用的飽和脂肪酸有十七烷酸、硬脂酸等。 ③利用 油酸缺陷型菌株 進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵， 限制 發(fā)酵培養(yǎng)基油酸的濃度。 油酸缺陷型菌株喪失了自身合成油酸的能力，直接影響磷脂的合成， 不能形成完整細(xì)胞膜 ，必須添加油酸才能生長，所以通過控制油酸的添加量，實(shí)現(xiàn)細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的通透性。 當(dāng) 油酸過量 時(shí)，該菌株只長菌或產(chǎn)酸少；當(dāng) 油酸亞適量 時(shí)，隨著油酸的耗盡，細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與功能發(fā)生變化，使得谷氨酸的通透性提高。 一種脂肪酸。 分子式 C18H34O2 甘油缺陷型菌株不能自身合成 α–磷酸甘油和磷脂，外界供給甘油才能使其生長，因此可以通過控制甘油添加量來控制細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的通透性。 當(dāng)甘油添加量 過多 時(shí)，磷脂正常合成，菌體正常生長，不產(chǎn)酸或產(chǎn)酸低； 當(dāng)甘油添加量 過少 時(shí)，菌體生長不好，產(chǎn)酸低，所以控制甘油亞適量是控制的關(guān)鍵。 ④利用 甘油缺陷型菌株 進(jìn)行谷氨酸發(fā)酵，限制 發(fā)酵培養(yǎng)基甘油的濃度。 2．控制細(xì)胞壁的形成 細(xì)胞壁的骨架結(jié)構(gòu)是肽聚糖。 對(duì)細(xì)胞壁形成的控制方法：添加青霉素、頭孢霉素 C等β內(nèi)酰胺類抗生素。 雙糖單位： N乙酰胞壁酸（ NAM）和 N乙酰葡萄糖胺（ NAG） 青霉素是糖肽末端結(jié)構(gòu) (D—Ala—D—Ala)的 類似物 ，與轉(zhuǎn)肽酶的活性中心結(jié)合，使轉(zhuǎn)肽酶受到了不可逆的抑制，糖肽合成不能完成，結(jié)果形成不完整的細(xì)胞壁，使細(xì)胞膜處于無保護(hù)狀態(tài)，易于破損，增大谷氨酸的通透性。 轉(zhuǎn)肽酶功能：在蛋白質(zhì)生物合成過程中肽鍵的形成具有必須的作用。轉(zhuǎn)肽酶識(shí)別特異多肽 ,催化不同的轉(zhuǎn)肽反應(yīng)。 青霉素控制細(xì)胞壁形成的原因： 第二節(jié) 谷氨酸產(chǎn)生菌的選育 主要是棒桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬和節(jié)桿菌屬中的細(xì)菌。 目前，我國企業(yè)使用的谷氨酸產(chǎn)生菌主要有： 北京棒桿菌 AS 1． 299； 鈍齒棒桿菌 AS 1． 542； 天津短桿菌 T613； 它們的各種突變株。 黃色短桿菌 北京棒桿菌 桿狀細(xì)菌 谷氨酸菌體的選育方法主要有五種， 自然選育、誘變選育、雜交選育、代謝控制選育和基因工程選育。
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