• (3)谷氨酸合成酶(Gs)催化的反应
α-酮戊二酸 + 谷氨酰胺
NADPH2 NADP GS
2谷氨酸
二、谷氨酸生物合成的理想途径
• 由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径
※第二节 谷氨酸生物合成的调节机制
一、优先合成与反馈调节
1、优先合成 2、反馈调节
二、糖代谢的调节 三、氮代谢的调节 四、其它调节
一、优先合成与反馈调节
④ -酮戊二酸脱氢酶在谷氨酸产生菌中 先天性地丧失或微弱。
⑤磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的调节。磷酸
烯醇式丙酮酸羧化酶受天冬氨酸的反馈抑制， 受谷氨酸和天冬氨酸的反馈阻遏。
磷酸烯醇式丙酮酸 ④ 丙酮酸
葡萄糖
①柠檬酸合成酶 ②磷酸烯醇式
丙酮酸羧化酶 ③丙酮酸羧化酶 ④丙酮酸激酶CO2来自③ ②草酰乙酸 Asp
苹果酸
乙酰CoA
①
柠檬酸
乙酰CoA
⑥
乙醛酸
异柠檬酸
延胡索酸
α-酮戊二酸
琥珀酸
谷氨酸
谷氨酸生产菌的育种思路
在菌体的代谢中，谷氨酸比天冬氨酸优先合成。 谷氨酸合成过量后，谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活 力和阻遏柠檬合成酶的合成。使代谢转向天冬氨酸 的合成；天冬氨酸合成过量后，反馈抑制磷酸烯醇 式丙酮酸羧化酶的活力，停止草酰乙酸的合成。所 以在正常情况下，谷氨酸并不积累。
(1) 、优先合成
在菌体的代谢中，谷氨酸比天冬 氨酸优先合成。谷氨酸合成过量后， 谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力和阻 遏柠檬合成酶的合成。使代谢转向天 冬氨酸的合成；天冬氨酸合成过量后， 反馈抑制磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的 活力，停止草酰乙酸的合成。所以在 正常情况下，谷氨酸并不积累。
黄色短杆菌中，谷氨酸、天冬氨酸生物合 成的调节机制
1、谷氨酸发酵中的生物素问题
… … 发酵通讯科技第32卷第1期2003年2月
2、谷氨酸发酵中生物素含量的测定
… … 发酵通讯科技第32卷第2期2003年2月
3、谷氨酸的代谢控制发酵育种
… … 发酵通讯科技第32卷第2期2003年2月
(3)生物素对乙醛酸循环的影响 乙醛酸循环中关键酶是异柠檬酸裂解酶 和苹果酸合成酶。
①异柠檬酸裂解酶催化的反应
• ②苹果酸合成酶催化的反应
乙醛酸循环的关键酶异柠檬酸裂解酶受葡萄糖、 琥珀酸阻遏，为醋酸所诱导。以葡萄糖为原料 发酵生产谷氨酸时，通过控制生物素亚适量， 几乎看不到异柠檬酸裂解酶的活性。
第二章 谷氨酸发酵机制
• 第一节 谷氨酸的生物合成途径
• 谷氨酸的生物合成包括酵解途径(EMP)、磷酸 戊糖途径(HMP途径)、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)。
一、生成谷氨酸的主要酶促反应
• （1）谷氨酸脱氢酶(GHD)所催化的还原 氨基化反应
α-酮戊二酸＋NH4+ ＋NADPH2 GHD 谷氨酸＋H2O+NADP
原因：①丙酮酸氧化能力下降，醋酸的生成速 度慢，所以为醋酸所诱导形成的异柠檬酸裂解 酶就很少。②由于该酶受琥珀酸阻遏，在生物 素亚适量条件下，因琥珀酸氧化能力降低而积 累的琥珀酸就会反馈抑制该酶的活性，并阻遏 该酶的生成，乙醛酸循环基本上是封闭的。这 样就使代谢流向异柠檬酸 －酮戊二酸谷氨 酸的方向高效率地移动。
• ②生物素充足时，异柠檬酸裂解酶的活性增强，琥珀
酸氧化力增强，丙酮酸氧化力加强，乙醛酸循环的比例 增加。草酰乙酸、苹果酸脱羧反应增强，蛋白质合成增 强，谷氨酸减少，合成的谷氨酸通过转氨作用生成的其 它氨基酸量增加。
生物素充足条件下
生物素缺乏条件下
在生物素充足与缺乏条件下异柠檬酸代谢途径
四、其它调节
(2)转氨酶(AT)催化的转氨反应
• 这一反应是利用已存在的其他氨基酸， 经过转氨酶的作用，将其它氨基酸与酮戊二酸生成L－谷氨酸。
COOH C=O CH2 CH2 COOH
COOH
+ CHNH2
R
转氨酶
COOH CHNH2 CH2 CH2 COOH
COOH
+ C=O
R
α酮戊二酸
氨基酸
谷氨酸
α-酮酸
除了上述调节机制外，发现在以醋酸或石 蜡为碳源时，铜离子对谷氨酸的生物合成 具有调节作用。
在以醋酸为碳源，利用一种短杆菌D248 进行谷氨酸发酵时，添加低浓度的铜离子， 可以促进谷氨酸的积累。
利用石蜡节杆菌KY4303菌株以石蜡为 碳源，在青霉素存在下培养，则铜离子可 促进海藻糖和谷氨酸的生物合成。
• (2)生物素对CO 2固定反应的影响
①由磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化的 反应
• ②由丙酮酸羧化酶催化的反应
• ③先由苹果酸酶所催化，进行还原羧化作用， 生成苹果酸。然后再生成草酰乙酸：
生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，
参与CO2的固定反应。据有关 资树报道，生物素大过量
(100g／L以上)， CO2固定反 应可提高30％。
(2) 、反馈调节
①谷氨酸脱氢酶(GDH)的调节 谷氨酸对谷氨酸脱氢酶存在 着反馈抑制和反馈阻遏。
②柠檬酸合成酶的调节 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和乌头酸的反馈抑 制。
③异柠檬酸脱氢酶的调节 异柠檬酸脱氢酶催化的异柠檬酸脱 氢脱羧生成-酮戊二酸的反应和谷氨酸脱氢酶催化的-酮戊 二酸还原氨基化生成谷氨酸的反应是一对氧化还原共轭反应， 细胞内 -酮戊二酸的量与异柠檬酸的量需维持平衡。当 -酮 戊二酸过量时对异柠檬酸脱氢酶发生反馈抑制作用，停止合 成。
• 1、能荷控制(细胞内的能量水平)
二、 糖 代 谢 的 调 节
能量生成代谢系的调节
➢2．生物素对糖代谢的调节
➢(1)生物素对糖代谢速度的影响
➢ 生物素对糖代谢的影响主要是影响糖解 速度。
➢ 在生物素充足条件下，由于糖降解速度显著提
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，因而会引起乳 酸的溢出。
• 三、氮代谢的调节
• 控制谷氨酸发酵的另外一个关键因素就是降 低蛋白质的合成能力，使合成的谷氨酸不去
转化成其它氨基酸和参与蛋白质的合成。
• ①生物素亚适量时，几乎没有异柠檬酸裂解酶，琥珀
酸氧化力弱，苹果酸和草酰乙酸脱羧反应停滞，同时又 由于完全氧化降低的结果，使ATP形成量减少，导致蛋 白质合成活动停滞，在铵离子适量存在下，积累谷氨酸。 生成的谷氨酸也不通过转氨作用生成其它氨基酸和合成 蛋白质。