谷氨酸-PPT课件.ppt

1、谷氨酸谷氨酸2一、谷氨酸的代谢途径一、谷氨酸的代谢途径 谷氨酸代谢途径包括糖酵解途径(EMP)、 磷酸己糖途径(HMP)、三羧酸循环(TCA循环)、乙醛酸循环、伍德-沃克曼反应(CO2固定反应)等。3谷基酸代谢概况谷氨酸谷氨酸特殊途径特殊途径 - -酮酸酮酸糖及其代谢糖及其代谢中间产物中间产物鸟氨酸鸟氨酸循环循环NH4+肌酸胺肌酸胺嘌呤嘌呤CO2胺胺4谷氨酸经代谢可以生成的物质谷氨酸经代谢可以生成的物质1.谷氨酸谷氨酰胺（谷氨酰胺合成酶）2.谷氨酸-酮戊二酸（转氨酶）3.谷氨酸-酮戊二酸+NH3（L-谷氨酸脱氢酶）参与尿素合成4.谷氨酸-氨基丁酸（ L-谷氨酸脱羧酶）5.谷氨酸合成蛋白质6.谷

2、氨酸经糖异生途径生成葡萄糖或糖原51.EMP1.EMP途径途径Glu G-6-P F-6-P F-1,6-2PATP ADP ATP ADP 1,3-二磷酸甘油酸二磷酸甘油酸3-磷酸甘油酸磷酸甘油酸2-磷酸甘油酸磷酸甘油酸丙酮酸丙酮酸磷酸二磷酸二羟丙酮羟丙酮3-磷酸磷酸甘油醛甘油醛NAD+NADH+H+ADPATPADPATP磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸6（二）（二）L-L-谷氨酸氧化脱氨基作用谷氨酸氧化脱氨基作用存在于肝、脑、肾等组织中存在于肝、脑、肾等组织中GTPGTP、ATPATP为其抑制剂为其抑制剂GDPGDP、ADPADP为其激活剂为其激活剂L-L-谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶( (

3、不需氧脱氢酶）不需氧脱氢酶）受能荷调节反应受能荷调节反应：L-L-谷氨酸谷氨酸NHNH3 3-酮戊二酸酮戊二酸NAD(P)NAD(P)+ +NAD(P)H+HNAD(P)H+H+ +H H2 2O ONH2CH(CH2)2COOHCOOHNH2CH(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHNHC(CH2)2COOHCOOHOC(CH2)2COOHCOOH+OC(CH2)2COOHCOOH+意义：此反应使氨基酸氧化供能的速率受意义：此反应使氨基酸氧化供能的速率受ATP/ADPATP/ADP、 GTP/GDP GTP/GDP 的反馈调节的反馈调节7 三三. .谷氨酰胺的运氨作用

4、谷氨酰胺的运氨作用 反应过程反应过程谷氨酸谷氨酸 + NH + NH3 3谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酰胺合成酶谷氨酰胺合成酶ATPATPADP+PiADP+Pi谷氨酰胺酶谷氨酰胺酶在脑、肌肉合成谷氨酰胺，在脑、肌肉合成谷氨酰胺，运输运输到肝和肾到肝和肾后再分解为氨和谷氨酸，从而进行后再分解为氨和谷氨酸，从而进行解毒解毒。氨中毒患者可以服用或输入谷氨酸盐以解毒氨中毒患者可以服用或输入谷氨酸盐以解毒8四、谷氨酸的脱羧基作用四、谷氨酸的脱羧基作用 L- L-谷氨酸谷氨酸GABAGABACOCO2 2L- L- 谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶L- L- 谷氨酸脱羧酶在脑、肾中活性高，所以脑谷氨酸脱羧酶在脑、肾中活

5、性高，所以脑中中GABAGABA含量高，是抑制性神经递质，对中枢神含量高，是抑制性神经递质，对中枢神经有抑制作用。经有抑制作用。抗颠痫抗颠痫9二、调节模式二、调节模式可通过诱变选育L-谷氨酸的结构类似物抗性突变株和营养缺陷型的回复突变株，以解除自身的反解除自身的反馈抑制和反馈阻遏馈抑制和反馈阻遏，增大L-谷氨酸积累量。可以选育酮基丙二酸抗性突变株、谷氨酸氧肟酸盐抗突变株、谷氨酰胺抗性突变株等。增加L-谷氨酸的前体物的合成量，可通过如选育抗氟乙酸、氟化钠、氮丝氨酸、氟柠檬酸等突变株，以及强化强化CO2CO2固定反应固定反应突变株（选育以琥珀酸或苹果酸为唯一碳源，生长良好的菌株、选育氟丙酮酸敏感性

6、突变株及选育丙酮酸缺陷、天冬氨酸缺陷突变株）使谷氨酸大量积累。10选育强化能量代谢强化能量代谢的突变株。谷氨酸高产菌的2个显著特点是：-酮戊二酸继续向下氧化的能力缺陷和乙醛酸循环弱，使能量代谢受阻；TCA循环前一阶段的代谢减慢。强化能量代谢，可补救上述两点不足，使TCA循环前一段代谢加强，谷氨酸合成的速度加快。通过选育不能以L-谷氨酸为唯一碳源生长的突变株，由于该突变株切断或减弱L-谷氨酸向下一步的代谢途径，从而L-谷氨酸能得到持续的积累。另外需要注意：1菌种能高产谷氨酸，首先要使菌种具备在高糖、高酸的培养基中仍能正常生长、代谢的能力，即在高渗透压的培养基中菌体的生长和谷氨酸的合成不受影响或影

7、响很小。2.选育细胞膜渗透性好的突变株。3.选育减弱HMP途径后段酶活性的突变株。11三、高产菌株代谢调控三、高产菌株代谢调控调控机制：调控机制：谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后，谷氨酸的生物合成受其自身的反馈抑制和反阻遏，代谢转向合成天冬氨酸。磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是催化CO2固定的关键酶，受谷氨酸的反馈抑制。柠檬酸合成酶是三羧酸循环的关键酶，除受能荷调节外，还受谷氨酸的反馈阻遏。12谷氨酸脱氢酶受谷氨酸的反馈抑制和阻遏。生物素的影响： 在谷氨酸生产过程中，生物素的主要作用是作为乙酰辅酶A的辅酶影响磷脂的合成，进而影响谷氨酸产生菌细胞膜的通透性，同时也影响菌体的代谢途径。13四、发

8、酵条件控制四、发酵条件控制 环境条件的控制对谷氨酸发酵的产酸率、糖酸转化率等的高低是非常重要的。 采用计算机控制流加糖，减少糖浓度波动，提高转化率。 目前借助电子计算机控制的参数有：温度、压力、空气流量、pH、溶解氧、消泡、补料、排气中O2、排气中CO2、溶解氧系数、搅拌转速等。141.碳源碳源 目前所发现的谷氨酸产生菌均不能直接利用淀粉，只有利用葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖等单糖或双糖，国内绝大多数味精厂采用的碳源为淀粉水解糖。 在一定的范围内，谷氨酸产量随葡萄糖浓度的增加而增加，但若葡萄糖浓度过高，由于渗透压过大，则对菌体的生长很不利，谷氨酸对糖的转化率降低。 目前国内普遍采用低浓度初糖的流

9、加糖发酵工艺。初糖812%，流加糖后总糖20%左右，产酸率可达11%以上，糖酸转化率达55%以上。152、氮源、氮源 氮源有无机氮和有机氮之分。菌体利用无机氮源比较迅速，而利用有机氮较缓慢。铵盐、尿素和液氨等比硝基氮优越。一般要根据菌种和发酵特点合理地选择氮源。 采用不同的氮源其添加方法不同，如液氨、尿素等可采取流加方法。 碳氮比一般控制在100：15-30。163、无机盐、无机盐 一般微生物所需要的无机盐为磷酸盐、硫酸盐、氯化物和含钾、钠、镁和铁的化合物。还需要一些微量元素，如锰、铜、锌、钴、钼、碘和溴等。 微生物对无机盐的需要量很少，但对菌体的生长和代谢产物的产生影响很大。17 磷酸盐磷酸

10、盐 磷酸盐对谷氨酸发酵影响很大。 当磷酸盐偏高时，菌体代谢转向合成缬氨酸；但如磷酸盐过低，菌体生长也不好，造成延长发酵时间，影响谷氨酸的合成。18钾盐钾盐 钾对谷氨酸发酵影响明显，钾盐少长菌体；钾盐足够时产谷氨酸。 当培养基中配用1.0 g/L K2HPO43H2O时，其钾浓度约为0.38g/L。如果采用Na2HPO412H2O时，应配用0.30.6 g/L KCl，此时钾浓度为0.350.70g/L。19生物素生物素 在谷氨酸发酵中，生物素的作用主要影响谷氨酸产生菌细胞膜的合成，从而影响谷氨酸通透性，同时也影响菌体的代谢途径，即代谢产物的生成。生物素浓度对菌体生长和谷氨酸积累都有影响。 谷氨

11、酸产生菌大量合成谷氨酸所需要的生物素浓度比菌体生长所需的生物素浓度要低得多，即为菌体生长所需的“亚适量”。谷氨酸发酵最适生物素浓度随菌种不同、碳源种类和碳源浓度以及供氧条件不同而不同，一般为5g/L左右。204 4、温度、温度 在整个流加发酵中，并非一定要控制恒温培养，因为菌体最适生长温度不一定是菌体积累代谢终产物的最佳温度。 谷氨酸菌体最适生长温度为30-32；谷氨酸最适合成温度为34-37；发酵初期温度提高可以缩短细胞生长时间，减少发酵总时间；发酵中、后期的菌体活力较强，适当提高发酵温度有利于细胞膜渗透性和产酸，故温度应控制稍高一些。215 5、PHPH 在谷氨酸发酵过程中，随着谷氨酸的不

12、断生成，发酵液的pH值不断的减小，对谷氨酸菌产生抑制，为了维持发酵的最佳条件，采用流加尿素和液氨（现在大多采用的是液氨）的方法。 发酵法在微生物发酵阶段，主要是获得谷氨酸，在氨过量存在的情况下以谷氨酸铵的形式存在，所以从发酵罐出来的是谷氨酸铵，而不是我们所希望的谷氨酸。227 7、溶氧、溶氧 谷氨酸发酵是典型好氧发酵，溶解氧对谷氨酸产生菌种子培养影响很大。 溶解氧过低，菌体呼吸受到抑制，从而抑制生长，引起乳酸等副产物的积累；但是并非溶氧越高越好，当溶氧满足菌的需氧量后继续升高，不但会造成浪费还会由于高氧水平抑制菌体生长和谷氨酸的生成。238 8、COCO2 2 CO2对谷氨酸发酵有一定的影响。

13、谷氨酸生物合成需要CO2固定反应，如果CO2含量过高，也会影响菌体正常呼吸作用。在供氧条件一定时，CO2对谷氨酸发酵的影响不显著；与供氧效果相比，CO2的作用较小。 已知谷氨酸发酵在菌体呼吸充足时显示最大产量，必须供给菌体充足氧气，氧的满足程度要求达到1.0。可以采用间断或连续测定排气中CO2浓度的办法来调节通气量，以满足供氧要求。249、泡沫、泡沫 谷氨酸产生菌本身有稳定泡沫的作用。特别是当感染杂菌和噬菌体时，泡沫特别多；发酵条件不当，菌体自溶时泡沫增多。通气和搅拌强度大，泡沫增加。代谢旺盛，排出CO2多，泡沫也增加。251010、接种时间、接种时间 利用对数生长期中后期的种子接种，可缩短其

14、延滞期，而且菌体生长迅速，菌体浓度相对较高，有利于缩短发酵周期，提高代谢产物的产量。261111、接种量、接种量 接种量大小直接影响发酵产酸，接种量太小，发酵前期生长缓慢，发酵整个时间长菌种的活力下降，发酵效果差；接种量过大，会引起菌体增长过快，单位体积内的养料和溶氧供应不足，代谢废物较多，不利于产酸。 接种量适宜，能减少染菌机会，缩短发酵周期。因此，接种量一般要求以适量为原则。五、参考文献五、参考文献 1陈宁,张克旭,王东洋,李建河. L-谷氨酸生产菌的选育及其发酵条件的研究J. 发酵科技通讯,2002,01:11-13. 2张星元. 发酵原理M. 第二版. 科学出版社, 2005. 3王镜岩. 生物化学（下）M. 第三版. 高等教育出版社, 2002.27