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谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的调节控制1 菌种的选育目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。
我国常用的菌种有北京棒状杆菌、纯齿棒状杆菌等。
在谷氨酸发酵中，如果能够改变细胞膜的通透性，使谷氨酸不断地排到细胞外面，就会大量生成谷氨酸。
研究表明，影响细胞膜通透性的主要因素是细胞膜中的磷脂含量。
因此，对谷氨酸产生菌的选育，往往从控制磷脂的合成或使细胞膜受损伤入手，以提高细胞膜对谷氨酸的通透性，如生物素缺陷型菌种的选育。
发酵中原料要消耗在如下三个方面:第一、供菌体增殖，生成足够量的菌体，使其干重占到发酵液的1.0%1.5%，这是产酸前提与基础。
第二、生成谷氨酸。
第三、由于菌体代谢多支路及发酵条件控制不当而产生的一些其他副产物如乳酸、酮酸、其他氨基酸等等及一些原料被分解而随空气逸出。
【1】2 糖液质量是发酵的基础糖液质量是发酵成功的基础" 这是氨基酸发酵业界同仁的共识。
氨基酸发酵所需的糖液不同于麦芽糖、结晶糖。
有它自身特点，其糖液DX、DE、透光率高而且经糖谱分析，糖（及以上的)值要低，防止发生复合反应。
为达到上述要求，作出符合发酵所需要的优质糖液，可按以下条件实施生产调控：2.1一次喷射双酶法%2.2选用高效优质酶和喷射器-水热器);2.3 液化:调浆ph5.8～6.0 液化维持温度100～95％;液化维持时间100～120min2.4糖化:ph4.1～4.3 糖化温度60% 糖化时间32～36h2.5过滤:高液位压差法3 接种量和种子培养扩大级数为提高发酵罐中菌的增殖速度，菌体数尽快达到高峰，使产物的合成时间提前，力争采用较大种量。
大种量可使发酵时间缩短，但种量过大，也使菌体生长过快，料液粘度增加，导致DO不足，影响产物合成。
同时要消耗过量的糖和营养，致使糖酸转化率下降。
一般常用接种量，谷氨酸发酵为5%～10％赖氨酸为10～15%更高者达20%代谢产物的合成是靠菌来完成，菌体量越多自然产量越大，但菌体的活力必须保持在最佳状态。
《发酵工程》复习题一（A）班级学号姓名一．选择题 (10×1=10分)1．下列哪种修复作用具有引起差错的性质而有利于突变的发生（）A、光复活作用B、切补修复C、DNA多聚酶校正作用D、SOS修复系统2．香槟酒是一种（）A．含CO2的白葡萄酒 B.含CO2的红葡萄酒C.不含CO2的白葡萄酒D.不含CO2的红葡萄酒3.白兰地从生产工艺上来说，属于（）A．酿造酒 B.蒸馏酒 C.配制酒 D.味美思酒4.接种时用75%乙醇擦拭双手属于（）A．湿热灭菌 B.物理灭菌 C.化学灭菌 D.过滤灭菌5.为了保证纯种生产，稳定生产和提高产量，通常要把在出现退化现象群体中的少量变异细胞除掉，以保持群体的纯正，这种操作叫做（）A．菌种分离 B.菌种纯化 C.自然选育 D.菌种复壮6.谷氨酸棒杆菌合成天冬氨酸族氨基酸时，天冬氨酸激酶受到赖氨酸和苏氨酸的抑制属于（）A、协同反馈抑制B、累积反馈抑制C、增效反馈抑制D、顺序反馈抑制7. 苯乙酸在青霉素发酵培养基中的作用是（）A、诱导剂B、氮源C、前体D、消沫剂8.为了提高培养液中溶解氧的含量，可采用（）A．提高发酵温度 B.降低发酵温度 C.降低发酵罐压力 D.减少通气量9.当种子罐的装料系数过小时会造成（）A．菌种生长过快 B.菌种生长过慢 C.菌丝结团 D.菌丝粘壁10. 下列有关发酵的叙述中，不正确的是（）A、现代生物技术的典型代表是发酵技术B、发酵是供给能源的氧化-还原反应C、酵母作用于果汁产生CO2是发酵现象D、培养生物细胞获取产物也属于发酵二．填空题 (10×1=10分)1．酸奶发酵中，习惯上采用菌和菌的混合菌作为酸奶的发酵剂。
2. 在产物的生物合成过程中，被菌体直接用于产物合成而自身结构无显著改变的物质称为。
3.菌种选育的目的是，使其符合工业生产的要求。
4.葡萄酒的酿造，大致可分为、、、四个步骤。
5．通过诱变剂处理可以大大提高菌种的，扩大。
谷氨酸的代谢与调控谷氨酸是一种常见的氨基酸，在人体代谢中扮演重要的角色。
它的代谢和调控涉及到多个生化通路和物质，如谷氨酰胺、谷酰胺和氨基酸转运体等。
本文将从谷氨酸的合成、降解和利用等方面介绍其代谢与调控。
谷氨酸的合成路径涉及到多个步骤，其中最重要的是谷氨酸合成酶的催化作用。
该酶能够将谷氨酰胺和α-酮戊二酸反应生成谷氨酸和谷酰胺。
谷氨酸合成酶需要蛋白激酶A、活性多肽和NADPH等协同作用，才能够保持其正常的催化活性。
除了合成，谷氨酸的降解也是人体代谢中的一个重要环节。
人体中谷氨酸降解主要通过转化成脱氨酶谷酰胺酶的作用完成，该酶能够将谷氨酸转化成α-酮戊二酸和氨基氮。
在这个过程中，谷氨酸转运体则扮演了重要的运输作用，将谷氨酸转运到靶细胞或组织中，完成降解反应的催化。
谷氨酸的利用主要体现在人体代谢中的多个生化通路中。
例如，谷氨酸可以参与氧化应激反应和葡萄糖产生反应，后者主要发生在肝脏和小肠等组织中。
谷氨酸还可以参与尿素循环和酮体生成等反应，这些反应通常发生在骨骼肌和肝脏等组织中。
除了谷氨酸的基本代谢通路，人体中还存在多种调控因子，可以调节谷氨酸合成和降解的速率。
例如，蛋白激酶A可以激活谷氨酸合成酶，从而增加谷氨酸合成速率；而一些激素和细胞因子则可以抑制谷氨酸合成酶和谷氨酸转运体的活性，从而减缓谷氨酸的利用速率。
此外，环境和生活方式也会对谷氨酸的代谢和调控产生影响。
例如，人体遭受长期的营养不良和蛋白质饥饿时，谷氨酸合成会增加，而降解则相应减少。
另外，体育锻炼和运动也会对谷氨酸的代谢和调控产生影响，可以增加其利用速率和降解速率。
综上所述，谷氨酸的代谢和调控是人体代谢中的重要环节。
在人体不同的组织和生化通路中，其功能各异，但均与谷氨酸的合成、降解和利用密切相关。
人体内存在多种调控因子，可以影响谷氨酸的代谢速率和方向，这些调控因子不仅来自于体内的生物学过程，也受到环境和生活方式的影响。
第四章谷氨酸发酵的代谢与控制⏹氨基酸是生物体不可缺少的营养成分之一，因此，氨基酸的生产和应用受到了人们的重视。
⏹氨基酸发酵是典型的代谢控制发酵，也就是说发酵的关键在于其控制机制是否能被解除，能否打破微生物的正常代谢调节，人为地控制发酵。
⏹谷氨酸参与许多代谢过程，具有较高的营养价值。
谷氨酸发酵目前研究得较为透彻。
4.1谷氨酸合成途径谷氨酸产生菌菌体内形成谷氨酸的方式：（1）还原氨基化作用NH4+和供氢体存在的条件下，α-酮戊二酸在谷氨酸脱氢酶的催化下形成谷氨酸（2）氨基转移作用在氨基转移酶的催化作用下，除甘氨酸外，任何一种氨基酸都可与α-酮戊二酸作用，使α-酮戊二酸转化成谷氨酸。
4.2谷氨酸生物合成的调节机制4.2.1 优先合成与反馈调节4.2.2生物素的调节⏹生物素是羧化和转羧化反应的辅酶，在代谢过程中起CO2载体的作用。
⏹生物素充足: 糖酵解速度显著提高，打破了糖降解速度与丙酮酸氧化速度之间的平衡，丙酮酸趋于生成乳酸的反应，因而会引起乳酸的溢出。
生物素限量:丙酮酸的有氧氧化减弱，则乙酰辅酶A的生成量减少，乙酸浓度降低，琥珀酸氧化能力降低而积累。
导致乙醛酸循环基本上封闭。
4.3谷氨酸发酵的代谢控制育种⏹菌体生长期：为获得能量和产生生物合成反应所需的中间产物，需要异柠檬酸裂解酶反应，走乙醛酸循环途径。
⏹谷氨酸生成期：为了积累谷氨酸，最好没有异柠檬酸裂解酶反应，封闭乙醛酸循环。
⏹依据谷氨酸生物合成途径及代谢调节机制，谷氨酸发酵的代谢控制育种可从如下五个方面着手：进、通、节、堵、出。
4.3.1 “进”（1）选育耐高渗透压的菌株1）耐高糖选在20-30%葡萄糖的平板上生长好的突变株2）耐高谷氨酸选育在15-20%谷氨酸的平板上生长好的突变株3）耐高糖、高谷氨酸选育在20%葡萄糖加15%谷氨酸的平板上生长好的突变株。
4.3.2“通”⏹选育解除α-酮戊二酸到谷氨酸反馈调节的突变株1）选育抗谷氨酸结构类似物突变株，如抗谷氨酸氧肟酸等2）选育抗谷氨酰胺的突变株⏹选育强化CO2固定反应的突变株强化二氧化碳固定反应能提高菌种的产酸率1）选育以琥珀酸或苹果酸为唯一碳源的培养基上生长快、大的菌株2）选育氟丙酮酸敏感性突变株⏹选育强化三羧酸循环中从柠檬酸到α-酮戊二酸代谢的突变株1）选育抗氟乙酸、氟化钠、氟柠檬酸等突变株2）选育强化能量代谢的突变株抗呼吸链抑制剂突变株，如抗丙二酸的突变株抗氧化磷酸化解偶联剂突变株，如抗2，4-二硝基苯酚的突变株。
题目谷氨酸生产菌的代谢机理和研究现状谷氨酸（Glutamic acid），是人体非必须氨基酸。
里索逊于1856年发现谷氨酸，至今已成为世界上氨基酸产量最大的品种。
其用途非常广泛，尤其是其下游产品的开发应用。
食品行业主要用于味精，增鲜剂的生产，还可与其他氨基酸并用增强功能；医药行业，多用于预防和治疗肝性昏迷，保护肝脏，是肝病患者的辅助药物。
而谷氨酸在改善儿童智力发育，维持大脑机能，治疗脑震荡或神经损伤等都有一定疗效；在日常用品中，洗发水、生发剂、香皂、牙膏、香波、泡沫浴液、洗洁净等都可以见到谷氨酸的踪影；农业，谷氨酸还可以用于柑桔增甜剂、微肥的载体、杀菌剂（氨基酸铜）。
1 谷氨酸发酵生产及现状谷氨酸是第一个成功用于发酵生产的氨基酸。
氨基酸的制取始于1820年，而直到1866 年德国化学家里豪森才从小麦面筋里水解物里提取到一种碱性氨基酸-谷氨酸。
1957年，日本率先用微生物发酵法生产谷氨酸，从而结束了由水解或化学合成法而制取谷氨酸的时代[1] 利用发酵法生产，有原料成本低，反应条件温和，可大规模生产等优点，是目前氨基酸生产的主要方法。
我国虽然发酵法生产谷氨酸稍晚，但现已成为世界产量和消费最大的国家。
以味精生产为例，其主要生产流程如下：目前，我国的味精相关产品发展迅速，产量高居世界首位。
据调查，2000-2006 年味精行业平均每年增长17%我国味精年需求量为119万t，味精年人均占有量为769g,而台湾和港澳地区人均占有量为2500g，两者相差甚远。
农村味精市场发展较快，各类小食品、食品加工业冷藏盐渍食品和方便食品等不断增加，味精出口逐年扩大，销路日旺。
据调查预测，未来10年，中国味精相关产品产量将达到160万t。
味精市场空间较大，很有发展前景。
2 谷氨酸生产菌发酵机理2.1 谷氨酸生物合成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（CQ固定反应）等。
