第二篇 发酵机制 发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质（底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律 积累的产物 微生物菌体 酶 厌气发酵：

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1 第二篇 发酵机制 发酵机制：微生物通过其代谢活动，利用基质（底物）合成人们所需要的代谢产物的内在规律 积累的产物 微生物菌体 酶 厌气发酵： 酒精、 甘油、 乳酸、 丙酮、 丁醇等 代谢产物 好气发酵： 有机酸、 氨基酸、 蛋白质、 核苷酸、 抗生素、 维生素等

2 代谢控制发酵：人为的改变微生物的代谢调控机制，使有用的代谢产物过量的积累。
发酵机制研究的内容： 1.微生物的生理代谢规律（就是各种代谢产物合成途径及代谢调节机制）； 2.环境因素（营养条件、培养条件等）对代谢的影响及改变代谢的措施；

3 第三章 糖厌气性发酵产物积累机制 厌气发酵产物：酒精发酵、甘油发酵、同型乳酸发酵、丙酮丁醇发酵、混合酸发酵等

4 第一节 糖酵解途径及调节机制 葡萄糖经EMP途径： C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD CH3COCOOH+2ATP+2NADH2

5 PEP： 磷酸烯醇丙酮酸 Ala： 丙氨酸 F·A： 脂肪酸 Cit： 柠檬酸 糖酵解和糖新生的控制 葡萄糖 ATP 己糖激酶 ADP 抑制
磷酸果糖激酶 PEP： ADP 磷酸烯醇丙酮酸 1.6-二P果糖 1.6-二P果糖 3-P-甘油醛 NADH2 Ala： NAD NADH F·A Ala ATP Cit 丙氨酸 ADP ATP PEP F·A： 3-P-甘油酸 脂肪酸 ADP 丙酮酸激酶 Cit： 柠檬酸 琥珀酸CoA ATP GTP 丙酮酸 ATP cAMP 糖酵解和糖新生的控制 草酰乙酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA

6 一、糖酵解途径（EMP）的特点： 1.是除兰绿藻之外的几乎所有生物葡糖分解的共同途径,广泛存在于各种细胞中，每个反应都不需氧。 2.分为两个阶段 3.糖酵解有10多个反应，都在酶的作用下完成； a.激酶 b.变位酶 c.异构酶 d.脱氢酶 4.其他糖类（如淀粉、乳糖等）作为碳源和能源时，通过葡萄糖或其他中间产物并入EMP途径。

7 5.丙酮酸去路不同 3-磷酸甘油醛 1·3-二磷酸甘油酸 NAD+＋H NADH2 所形成的NADH2要迅速被氧化成NAD，以使糖酵解反应继续进行。释放出的H2被不同受体接受，从而形成不同的产物。

8 在无氧条件下，丙酮酸主要发生如下变化：（1）在乳酸中，乳酸；同型乳酸发酵
（2）在酵母中， 乙醇 ；酒精发酵 （3）在梭状芽孢杆菌中，丁酰CoA、丁醛、丁醇、丙酮、乙醇；丙酮丁醇发酵。

9 二、糖酵解调节机制 调节点主要是三个激酶：己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三个反应是不可逆的，只参与糖酵解，不参与糖的新生。而激酶的活性是受细胞能荷调节的。

10 [(ATP)+1/2(ADP)]/[(ATP)+(ADP)+(AMP)]
为一定的比例，该比例叫能荷。当体系中ATP含量高时，ATP抑制磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的活性，使酵解减少。 当需要能量时，ATP分解为ADP、AMP，这样ATP减少，ADP增加、AMP增加→能荷降低→激酶活性增大； 无机磷也是调节者，它能解除6-磷酸葡萄糖对己糖激酶的抑制，加快糖酵解。

11 PEP： 磷酸烯醇丙酮酸 Ala： 丙氨酸 F·A： 脂肪酸 Cit： 柠檬酸 糖酵解和糖新生的控制 葡萄糖 ATP ADP 抑制
激活 6-P-果糖 ATP ADP PEP： AMP ADP 磷酸烯醇丙酮酸 1.6-二P果糖 3-P-甘油醛 NADH2 Ala： NAD NADH F·A Ala ATP Cit 丙氨酸 ADP ATP PEP F·A： 3-P-甘油酸 脂肪酸 ADP Cit： 柠檬酸 琥珀酸CoA GTP ATP 丙酮酸 ATP cAMP 糖酵解和糖新生的控制 草酰乙酸 乳酸 乙醇 乙酰CoA

12 以丙酮酸脱羧产生的乙醛作为H受体产生乙醇。
第二节 酒精发酵机制 一、酒精生成机制 以丙酮酸脱羧产生的乙醛作为H受体产生乙醇。 + + 丙酮酸脱羧酶 NADH +H NADH 丙酮酸 CO2 +乙醛 乙醇 焦磷酸硫胺素、Mg2＋ 乙醇脱氢酶 （酵母菌酒精发酵Ⅰ型）

13 在好气条件下，酵母菌发酵能力降低（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；不仅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和发酵能力的其他细胞中。
二、巴斯德效应 在好气条件下，酵母菌发酵能力降低（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；不仅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和发酵能力的其他细胞中。 在好气条件下，糖代谢进入TCA环 柠檬酸↑ 抑制磷酸果糖激酶的合成 ATP↑ 6-P-果糖↑ （积累） 6-P-葡糖↑（积累） 抑制葡糖进入细胞内 反馈抑制己糖激酶 葡糖利用降低 同时，在好气条件，丙酮酸激酶活性降低 。 丙酮酸激酶活性降低也是由于磷酸果糖激酶活性降低所致。

14 丙酮酸激酶活性↓ 磷酸稀醇式丙酮酸↑ 反馈抑制己糖激酶活性 糖酵解速度↓ 三、酒精发酵中的副产物 主产物：乙醇、CO2 醇（杂醇油） 酵母菌酒精发酵 醛（糠醛） 酸（琥珀酸） 副产物40多种 酯 甲醇

15 （一）杂醇油的生成 1、酒精发酵中高级醇形成的途径 （1）氨基酸氧化脱氨作用 缬氨酸 异丁醇 异亮氨酸 活性戊醛
缬氨酸 异丁醇 异亮氨酸 活性戊醛 酪氨酸 酪醇 苯丙氨酸 苯乙醇 转氨酶 亮氨酸 ＋ ɑ－酮戊二酸 ɑ－酮异己酸 谷氨酸 + 醇脱氢酶 异戊醇 异戊酸

16 （2）由葡萄糖直接生成 ɑ 还原、异构、脱水 ɑ －酮酸（碳原子高的） ɑ －酮酸（碳原子低的） ＋ 活性乙醛 醇 缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸

17 （3）正丙醇的形成 脱水酶 脱氨 苏氨酸 ɑ－氨基－2－丁烯酸 脱羧 还原 ɑ－丁酮酸 醛 正丙醇

18 2、影响杂醇油形成的条件 （1）菌种 （2）培养基组成 （3）发酵条件

19 （二）琥珀酸的生成 在发酵液中加入谷氨酸，可增加琥珀酸的产量 （三）酯类的生成 （四）糠醛、甲醇等的生成

20 酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成乙醇的反应进行得很彻底，因此，在乙醇发酵中甘油的生成量很少。
第三节 甘油的合成机制 酵母菌中的乙醇脱氢酶活性很强，乙醛作为氢受体被还原成乙醇的反应进行得很彻底，因此，在乙醇发酵中甘油的生成量很少。 1.如果采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时，磷酸二羟丙酮则替代乙醛作为氢受体形成甘油，这样发酵转为甘油发酵（酵母Ⅱ型发酵）。 NaHSO3可作为抑制剂： 乙醛 + NaHSO 乙醛亚硫酸氢钠↓

21 酵母菌酒精发酵Ⅱ型 2ATP NaHSO3 2ADP CO2 2ATP 2ADP 1.6-二磷酸果糖 葡萄糖 ﹢ Pi H2O ﹢
乙醛 乙醛HSO3 丙酮酸 3-磷酸甘油醛 1.6-二磷酸果糖 葡萄糖 ﹢ ﹢ NAD NADH+H Pi 甘油 磷酸二羟丙酮 α-磷酸甘油 H2O ﹢ NADH+H＋ NAD

22 2.酵母菌在碱性环境条件下（pH7.6），由于乙醛生成等量的乙酸和乙醇，因此乙醛作为氢受体的作用也被抑制；这时磷酸二羟丙酮成为氢受体。这样，发酵产生的总的产物为甘油、乙醇、乙酸。
（酵母Ⅲ型发酵）

23 2ADP 2ATP CO2 ﹢ 酵母菌酒精发酵Ⅲ型 乙酸 乙醇 乙醛 丙酮酸 3-磷酸甘油醛 葡萄糖 1、6 -二磷酸果糖
加Na2CO3或NaOH 磷酸二羟丙酮 α-磷酸甘油 甘油 ﹢ NAD H﹢ NADH+H

24 第四节 乳酸发酵机制 乳酸菌的同型乳酸发酵（产物中只有乳酸） 乳酸发酵 明串珠菌等的异型乳酸发酵（产物除乳酸外尚有乙醇，CO2） 一、同型乳酸发酵 多数乳酸菌不具有脱羧酶，丙酮酸不能脱羧生成乙醛，而能在乳酸脱氢酶作用下作为氢受体被还原成乳酸。

25 1·3-二磷酸甘油酸 葡萄糖 3-磷酸甘油醛 丙酮酸 乳酸 二、异型乳酸发酵： 分两种途径 1、6-磷酸葡糖酸途径（磷酸酮解途径）
2NAD NAD + + 2NADH+H NADH+H 2ATP 2ADP 4ADP 4ATP 1·3-二磷酸甘油酸 葡萄糖 3-磷酸甘油醛 丙酮酸 乳酸 二、异型乳酸发酵： 分两种途径 1、6-磷酸葡糖酸途径（磷酸酮解途径） 2、双歧途径（也是磷酸酮解途径）

26 1 8 2 7 3 6 4 5 6－磷酸葡萄糖酸生成乳酸和乙醇 葡萄糖 ATP ADP 6－磷酸葡萄糖 NAD NADH＋H＋
5－磷酸核酮糖 3 5－磷酸木酮糖 乙酰磷酸 乙酰 乙酰CoA 乙醛 乙醇 3－磷酸甘油醛 乳酸 4 8 5 7 6 6－磷酸葡萄糖酸生成乳酸和乙醇 己糖激酶 6－磷酸葡萄糖脱氢酶 6－磷酸葡萄糖酸脱氢酶 4. 5－磷酸核酮糖－3－差向异构酶 5. 磷酸解酮酶 6. 磷酸转乙酰酶 7. 乙醛脱氢酶 8. 醇脱氢酶

27 葡萄糖经双歧途径发酵生成乳酸和乙酸 乳酸 3分子乙酸 1 3 2 4 5 6 7 葡萄糖 ATP ADP 6－磷酸果糖 Pi 4－磷酸赤藓糖
3－磷酸甘油醛 7－磷酸景天庚酮糖 5－磷酸木酮糖 5－磷酸核糖 乙酰磷酸 乙酰 5－磷酸核酮糖 2 分子3－磷酸甘油醛 乳酸 NAD＋ NADH＋H＋ 3分子乙酸 葡萄糖经双歧途径发酵生成乳酸和乙酸 1 3 2 4 5 6 7 6-磷酸果糖解酮酶 转二羟基丙酮基酶 转羟乙醛基酶 5－磷酸核糖异构酶 5－磷酸核酮糖－3－差向异构酶 5－磷酸木酮糖磷酸酮解酶 乙酸激酶

28 作业： 1、简述糖酵解的调节机制。 2、酵母菌酒精发酵的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型反应式。 3、简述巴斯德效应的机制。