谷氨酸的生产 PPT课件

先进发酵技术应用案例
总结词
先进发酵技术的应用是提高谷氨酸发酵生产效率的重要手段，如采用生物反应器、代谢 工程等先进技术，可以进一步优化发酵过程。
详细描述
在先进发酵技术应用方面，可以采用生物反应器技术、代谢工程技术等手段对发酵过程 进行优化。例如，采用生物反应器技术可以实现对发酵过程的精确控制，提高谷氨酸的
这些技术可以更好地控制发酵过程， 提高菌种的生长和代谢速率，从而提 高谷氨酸的产量和收率。
强化生产过程控制
通过强化生产过程控制，可以保证发酵过程的稳定性和可靠性，减少异常情况和 副产物的产生，从而提高谷氨酸的发酵效率。
在生产过程中可以采用自动化和信息化技术，实现生产过程的实时监测和自动控 制，提高生产效率和产品质量。
03
谷氨酸发酵生产效率提升 的案例分析
菌种选育案例
总结词
菌种选育是提高谷氨酸发酵生产效率的有效手段，通过筛选和改良菌种，可以提高菌体的代谢能力和耐受性。
详细描述
在菌种选育方面，可以采用诱变、基因工程等手段对菌种进行改良，以提高菌体的谷氨酸合成能力。例如，通过 诱变处理得到高产谷氨酸的菌株，或者将其他来源的高产谷氨酸基因转入到现有菌株中，实现菌种的高效表达。
随着对谷氨酸需求的增加，提高谷氨酸发酵生产效率对于满足市场需求具有重要意 义。
谷氨酸发酵的挑战
谷氨酸发酵过程中存在一些挑战，如菌种选育、发酵条 件优化、副产物抑制等问题。
发酵条件优化包括温度、pH、溶氧浓度等参数的调控 ，以获得最佳的发酵效果。
菌种选育是提高谷氨酸发酵生产效率的关键，需要选育 高产、高耐受性的菌株。
产量；通过代谢工程技术对菌体代谢途径进行优化，可以提高谷氨酸的合成效率。
生产过程控制强化案例

•嘌呤碱合成的元素来源
CO2
Gly
Asp
甲酰基 （一碳单位）
甲酰基
（一碳单位）
Gln （酰胺基）
IMP 生成
反应过 程
PP-1-R-5-P
（磷酸核糖焦磷酸）
AMP ATP
R-5-P
PRPP合成酶 （5-磷酸核糖）
谷氨酰胺
酰胺转移酶 谷氨酸
H2N-1-R-5´-P
（5´-磷酸核糖胺）
在Gln 、Gly 、一碳单位、 CO2及Asp的逐步参与下
嘌呤、嘧啶、肌酸 等含氮 化合物
二、 氨基酸的脱氨基作用
定义
指氨基酸脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。
（一）转氨基作用(transamination)
H2N-1-R-5´-P
谷氨酸→谷氨酰胺（谷氨酰胺合成酶）
耗能：3 个ATP，4 个高能磷酸键。
1. 定义 先合成嘧啶环，再与在PRPP相连，首先合成UMP
谷氨酸→ -酮戊二酸（转氨酶） 谷氨酸经代谢可以生成的物质
二、 氨基酸的脱氨基作用
转氨酶 在 反应可逆，平衡常数接近1
五、谷氨酸的脱羧基作用
(transaminase)
的作用下，某
一
氨
基
二、 氨基酸的脱氨基作用
酸去掉α-氨基生成相应的α-酮酸，而另一种α-酮酸 氨基转移作用，是体内常见的反应，通常以α-酮戊二酸为氨基的接受体，形成新的氨基酸，所以是体内非必需氨基酸的来源
腺苷酸代琥
氨 基 酸
α-酮戊 二酸
珀酸合成酶
天冬氨酸
转
氨 酶
转
氨 酶
1
2
腺苷酸 代琥珀酸
谷氨酸 α-酮酸
草酰乙酸 苹果酸

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2.1.3 谷氨酸发酵的代谢途径
葡萄糖生成丙酮酸后，一部分氧化脱 羧生成乙酰CoA，一部分固定CO2生成草 酰乙酸或苹果酸，草酰乙酸与乙酰CoA在 柠檬酸合成酶催化下缩合成柠檬酸，再经 氧化还原共轭的氨基化反应生成谷氨酸。
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（一）谷氨酸发酵的代谢途径
谷氨酸的合成主要途径是α-酮戊二酸的还原性氨基化，是通过谷氨酸脱氢酶 完成的。α-酮戊二酸是谷氨酸合成的直接前体，它来源于三羧酸循环，是三羧酸 循环的一个中间代谢产物。由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径如图2-2所示，至 少有16步酶促反应。
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1磷酸果糖激 酶；2果糖-1,6二磷酸酯酶；3 柠檬酸合成酶； 4异柠檬酸脱氢 酶； 5反丁烯二 酸酶；6乙酰 CoA羧化酶；7 糖原磷酸化酶； 8糖原合成酶
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图2-2 由葡萄糖生物合成谷氨酸的代谢途径 第12页/共72页
(1) 葡萄糖首先经EMP及HMP两个途径生成丙酮酸。其中以EMP途径为主，生物素充足时HMP所占 比例是38％；控制生物素亚适量，发酵产酸期，EMP所占的比例更大，HMP所占比例约为26％。
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(2) 生成的丙酮酸，一部分在丙酮酸脱氢酶系的作用下氧化脱羧生成乙酰 CoA，另一部分经CO2固定反应生成草酰乙酸化酶。
(1)优先合成
所谓优先合成，就是对于一个分支合成途径 来讲，由于催化某一分支反应的酶活性远远大于催 化另一分支反应的酶活性，结果先合成酶活性大的 那一分支的终产物。当该终产物达到一定浓度时， 就会抑制该酶，使代谢转向合成另一分支的终产物。 谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后， 就会抑制和阻遏自身的合成途径，使代谢转向合成 天冬氨酸。

从上图可以看出，GA产生菌必须具备以下条件： 1.α—KGA脱氢酶酶活性微弱或丧失 这是菌体生成并积累α—KGA的关键，从上图可以看出， α—KGA是菌体进行TCA循环的中间性产物，很快在α—KGA 脱氢酶的作用下氧化脱羧生成琥珀酸辅酶A，在正常的微生 物体内他的浓度很低，也就是说，由α—KGA进行还原氨基 化生成GA的可能性很少。只有当体内α—KGA脱氢酶活性很 低时，TCA循环才能够停止，α—KGA才得以积累。
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四、培养基
碳源；
氮源； 碳氮比； 磷酸盐； 金属离子和无机盐。
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碳源
碳源一般都是淀粉原料，如玉米、小麦、甘 薯、大米等，其中甘薯和淀粉最为常用； 淀粉原料要先通过制糖工艺水解成微生物可 直接利用的葡萄糖，然后经过中和、脱色再 投放到发酵罐； 糖蜜原料作为碳源，如甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。 糖蜜因富含生物素，在发酵前需要经活性炭、 树脂吸附和亚硝酸法吸附或破坏生物素。
积累并非是当初设想的由于特异代谢途径导 致，而是： 代谢调节控制； 细胞膜通透性的特异调节； 发酵条件的适合。
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葡萄糖
6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖 果糖-1，6-二磷酸 6-磷酸葡萄糖酸
5-磷酸核糖
NAD+
NADH2
⑨
3-磷酸甘油醛 丙酮酸 CO2
② ③
乳酸
乙酰辅酶A
磷酸烯醇式 丙酮酸羧化酶 柠檬酸 顺乌头酸
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氮源
作用：合成菌体蛋白质、核酸及谷氨酸的原料； 氮源比碳源对谷氨酸发酵影响更大，约85％ （30%~80%）的氮源被用于合成谷氨酸，另外 15％（3%~5%）用于合成菌体； 大多数氨基酸产生菌都不能分泌胞外水解蛋白 酶，因此常用的有机氮源有玉米浆、豆饼、毛发、 棉籽饼、麸皮等蛋白质原料的水解液； 有机氮源也是氨基酸发酵中重要的生长因子来 源，对氨基酸合成途经具有调控作用。

Gln （酰胺基）
IMP 生成
反应 过程
PP-1-R-5-P
AMP ATP
R-5-P
（磷酸核糖焦磷酸） PRPP合成酶 （5-磷酸核糖）
谷氨酰胺
酰胺转移酶 谷氨酸
H2N-1-R-5´-P
（5´-ห้องสมุดไป่ตู้酸核糖胺）
在Gln 、Gly 、一碳单位、 CO2及Asp的逐步参与下
AMP IMP
GMP
①腺苷酸代琥珀酸合成酶 ③IMP脱氢酶 ②腺苷酸代琥珀酸裂解酶 ④GMP合成酶
食物 消化吸收 蛋白 质
组织 分解 蛋白 合成 质
血液
氨基 酸
氨
基
酸
代
谢
组织 库
氨基
酸
脱氨基 作用
脱羧基作用 代谢转变
非必需氨基酸
α-酮酸
糖或脂类
CO2+H2O
尿素
NH3
谷氨酰胺
其它含氮物质
胺类 + CO2
嘌呤、嘧啶、肌酸 等含氮 化合物
二、 氨基酸的脱氨基作用
定义
指氨基酸脱去氨基生成相应α-酮酸的过程。
（二）、嘧啶的合成
过程 1. 先合成嘧啶环，再与在
PRPP相连，首先合成
UMP
2. 再由UMP
CMP
嘧啶合成的元素来源
氨基甲 酰磷酸
天冬氨酸
七、谷氨酸参与糖代谢
BACK
五、谷氨酸的脱羧基作用
L-谷氨酸
L- 谷氨酸脱羧酶
GABA
CO2
•L- 谷氨酸脱羧酶在脑、肾中活性高，所以脑中 GABA含量高，是抑制性神经递质，对中枢神 经有抑制作用。抗颠痫
六、谷氨酸参与核苷酸的代谢

制 制
⑤乙醛酸循环 2 环境条件的调节(外在因素)
异柠檬酸脱氢酶和谷氨酸脱氢酶的偶联反应 3 生物素对乙醛酸途径的影响
2.与谷氨酸发酵有关的因子及控制要点
2.1 谷氨酸发酵的主要生化特点 2.2 环境条件的调节(外在因素)
3.生物素对谷氨酸生物合成途径影响
3.1 生物素对糖酵解途径的影响 3.2 生物素对CO2暗固定途径的影响 3.3 生物素对乙醛酸途径的影响

1.1.2 转氨基作用
谷氨酸的生物合成途径
①EMP途径 2 生物素对CO2暗固定途径的影响
生物素对谷氨酸生物合成途径影响
1 谷氨酸发酵的主要生化特点
②③④HTCCMOAP暗途固径定 2 11利异4异生与12第2生335异与5利1 生谷甘谷生生生生青青生用柠柠物谷四物柠谷用物氨油氨物物物物霉霉物温 檬 檬 素 氨 章 素 檬 氨 温素酸对酸素素素素 素素素度酸酸对酸对酸酸度谷对发细发对对对对 对对对敏脱脱谷发谷脱发敏氨细酵胞酵CC乙乙 细细细感氢氢氨酵氨氢酵感OO酸胞的膜的醛醛 胞胞胞型酶酶酸有酸酶有型22发膜主透主酸酸 膜膜膜暗暗突和和生关生和关突酵透要性要途途 透透透固固变谷谷物的物谷的变机性生的生径径 性性性定定株氨氨合因合氨因株制调化影化的的 的的调途途进酸酸成子成酸子进节特响特影影 影影节径径行脱脱途及途脱及行点点响响 响响的的谷氢氢径控径氢控谷影影氨酶酶影制影酶制氨响响酸的的响要响的要酸发偶偶点偶点发酵联联联酵的反反反的机应应应机
第四章 谷氨酸发酵机制
1.谷氨酸的生物合成途径 2.与谷氨酸发酵有关的因子及控制要点 3.生物素对谷氨酸生物合成途径影响 4细胞膜透性调节 5.利用温度敏感型突变株进行谷氨酸发酵的机 制
1.谷氨酸的生物合成途径

生成期DCA循环应该关闭
耿春霞 200990521127
陈聪聪 200990521131
• 3.CO2固定
代谢控制发酵 在谷氨酸产生菌中已检出两种CO2固定酶：
磷酸烯醇丙酮酸（PEP）羧化酶和苹果酸酶
PEP+CO2+GDP PEP羧化酶 草酰乙酸+GTP
文生095-1
苹果酸酶
丙酮酸
苹果酸
±CO2
董晓蒙 200990521117
TCA、DCA循环和CO2固定
1.TCA循环
代谢控制发酵 氧化
丙丙酮酮酸酸
乙酰CoA
丙糖-3-磷酸CO2固定 草酰乙酸
柠檬酸
TCA
2.DCA循环 乙酰CoA
柠檬酸 合成酶 柠檬酸
异柠檬酸 裂解酶 异柠文檬生0酸95-1
琥珀酸
草酰乙酸
董晓蒙 20099052111乙7 醛酸
耿春霞 200990521127
•调节机制
• 谷氨酸发酵中代，糖谢代控谢除制受发到生酵物素控制
外，也受到NH4+的影响。
• 使用生物素缺乏菌，在NH4+存在时，葡萄
糖以很快的消耗速度和高的收文生率095生-1 成谷氨
酸。
董晓蒙 200990521117
• 当NH4+不存在时，糖的消耗耿速春霞度2很009慢9052，112生7 成物是α-酮戊二酸、丙酮酸、陈聪醋聪 酸200和9905琥211珀31
基来源，大约85%的氮源被用于合成谷氨酸，另外 15%用于合成菌体。
谷氨酸发酵需要的氮源比一般发酵工业多得多，
一般发酵工业碳氮比为100:0.2～2.0，谷氨酸发酵的 碳氮比为100:15～21。
在谷氨酸发酵过程中，应正确控制碳氮比。一般

3、根据现有条20件0，m怎l样种调节子培养培基养pH？液：
葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁
04%，磷酸氢二钾 0.
葡萄糖 04%，磷酸氢二钾 0.
5g，尿素
1g，磷酸氢二钾
，玉米浆
5g，硫酸镁
葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁
5、高压蒸汽灭菌的条件是什么？
葡萄糖 ，尿素 ，硫酸镁 2.5% 0.5% 2、配制200ml液体种子培养液，计算各营养成分的添加量？
请阅读引导文，并回答以下问题：
0.04%，磷酸氢二钾
，。 1培、养谷基氨p酸H的棒调杆0节.菌方1种%法子，：培养玉基（米一浆级扩大2培.养5%）的配方？
5、高压蒸汽灭菌的条件是什么？
葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁
葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁
用滴管向培养基中逐渐加入 04%，磷酸氢二钾 0.
葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁
1
mol/L
NaOH边加边搅拌，并随时
pH试纸测其 用 。反之，用 pH 培养基pH的调节方法：
2、配制200ml液体种子培养液，计算各营养成分的添加量？
1mol/L
HCl进行调节。
请阅读引导文，并回答以下问题：
葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁
1、谷氨酸棒杆菌种子培养基（一级扩大培养）的配方？
4、500ml三角瓶的装液量是多少？
葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁
请阅读引导文，并回答以下问题：
请阅读引导文，并回答以下问题： 葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁 葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁 3、根据现有条件，怎样调节培养基pH？ 葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁 2、配制200ml液体种子培养液，计算各营养成分的添加量？ 请阅读引导文，并回答以下问题： 1、谷氨酸棒杆菌种子培养基（一级扩大培养）的配方？ 5、高压蒸汽灭菌的条件是什么？ 葡萄糖 5g，尿素 1g，磷酸氢二钾 ，玉米浆 5g，硫酸镁 2、配制200ml液体种子培养液，计算各营养成分的添加量？

谷氨酸生物合成代谢调控 幻灯片
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生成谷氨酸的主要酶反响
1.谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的复原氨基化反响
2.转氨酶(AT)催化的转氨反响
3.谷氨酸合成酶(GS)催化的合成反响
谷氨酸生物合成的调节机制
• 黄色短杆菌的谷氨酸代谢调节机制
谷氨酸的生物合成途径
1.EMP途径
2.HMP途径 3.TCA 4.乙醛酸循环 5.CO2固定
一、优先合成与反馈调节
1.优先合成：先合成酶活性大的那一分支终 产物。Glu＞Asp
2.磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的调节
3.柠檬酸合成酶的调节 4.异柠檬酸脱氢酶的调节 5. a-酮戊二酸脱氢酶的调节 6.谷氨酸脱氢酶的调节
2
1
3
4
ห้องสมุดไป่ตู้
6
5
二、糖代谢的调节
1.能荷控制 能荷=
能荷高：抑制降解、酵解、TCA 能荷低：激活降解、抑制合成
抑制 激活
2.生物素对糖代谢的调节
（1）生物素对糖酵解途径的影响 生物素充足，糖酵解加速，趋向形成乳酸。
（2） 生物素对CO2固定途径的影响 生物素是羧化酶辅酶。
（3） 生物素对乙醛酸途径的影响 生物素亚适量：异柠檬酸裂解酶活力低、琥珀酸氧化能 力低。