• 1）丙酮酸（PYR）在丙酮酸羧化酶作 用下，生成草酰乙酸（此作用更强）
• 2）磷酸烯醇丙酮酸（PEP）在PEP激 酶的作用下，生成草酰乙酸
碳平衡和能量平衡
3/2O2 3H2O
9ADP 9ATP
2H2 2ADP 2ATP
C6H12O6
EMP途径
2×C3H4O3
丙酮酸脱羧 CO2固定 C4C2缩合
氧导致侧呼吸链失活
丙酮酸
CO
草酰乙酸
2
苹果酸
CO2
乙酰CoA
柠檬酸 Fe 2+
顺乌头酸
富马酸
异柠檬酸
琥珀酸
α-酮戊二酸
α -酮戊二酸脱氢酶系
抑制
TCA循环在柠檬酸积累中所起作用可归纳 为：
• （1）大量生成草酰乙酸是积累柠檬酸的关键
• （2）丙酮酸羧化酶和柠檬酸合成酶基本上不受代 谢调节的控制或其控制及微弱，而且这两个反应 的平衡保证了草酰乙酸的提供，增加了柠檬酸的 合成能力
• 2.第二个特点：黑曲霉菌体内α-酮戊二酸脱氢酶缺失 或活力很低（TCA环被阻断），它被葡萄糖和NH4＋ 抑止 。（是TCA循环中唯一不可逆的反应步骤）
• 3.氧和pH值对柠檬酸发酵的影响很大。 • 氧是发酵过程（EMP途径和丙酮酸脱氢）生成的
NADH2重新氧化时所需 • 标准呼吸链产生ATP积累，侧呼吸链不产生ATP，缺
C6H8O7
柠檬酸
H2O
二、柠檬酸生物合成的代谢调节
• （一）、糖酵解及丙酮酸代谢的调节 • 1、正常情况下，柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶有
抑制作用，而AMP、无机磷、铵离子对该酶则有 激活作用，特别是还能解除柠檬酸、ATP对磷酸果 糖激酶的抑制作用。
• 铵离子浓度与柠檬酸生成速度有密切关系，正是 由于细胞内浓度升高，使磷酸果糖激酶对细胞内积 累的大量柠檬酸不敏感。
• （3）TCA循环的阻断微弱，导致循环 中间代谢物积累。由于各种酶处于平衡 状态，使柠檬酸积累，当柠檬酸浓度超 过一定水平时，就通过抑止异柠檬酸脱 氢酶活力来提高自身的积累。
柠檬酸的积累机制归纳：
①Mn2+ 缺乏
抑制蛋白
合成
NH﹢4
有一条呼吸活力强的不产生ATP 的侧系呼吸链
解除磷酸果糖激酶 的代谢调节，促进 EMP途径的畅通
淀粉
葡萄糖
Pi
+ NH4
K+
6-磷酸果糖
AMP
ATP
1，6-二磷酸果糖
磷酸丙糖
磷酸烯醇丙酮酸 CO2
CO2 草酰乙酸
丙酮酸 CO2
乙酰CoA 柠檬酸
• 2.比较底物锰充足、锰缺乏时分批培养物的最 大活力时发现，锰缺乏时黑曲霉的组成（合成） 代谢受损伤，这与柠檬酸的积累有关。
• 锰缺乏时，细胞内NH4＋ 浓度高，Aa浓度高 （蛋白合成受阻，导致升高）。因此，锰离子 效应是通过NH4＋升高而减少柠檬酸对磷酸果
孢子形成阶段；
• 1954－1955年，Ramakrishman和 Martin研究发现黑曲霉中存在三羧酸循环；
淀粉
葡萄糖
6-磷酸果糖
1，6-二磷酸果糖
磷酸丙糖
磷酸烯醇丙酮酸
CO2
丙酮酸 CO2
草酰乙酸
苹果酸
CO2
乙酰CoA
柠檬酸 Fe 2+
顺乌头酸
富马酸
异柠檬酸
琥珀酸
α-酮戊二酸
• 存在两个CO2固定系统（需Mg2＋、K ＋）：
⑤随着柠檬酸积累，pH降低到一定程度时， 使顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活， 更有利于柠檬酸的积累及排出细胞外。
三、乙醛酸循环和醋酸发酵柠檬酸
• 丙酮酸脱羧反应是不可逆的，草酰乙酸的供给 只能由乙醛酸循环来完成
• 存在异柠檬酸裂解酶，合成柠檬酸的C4二羧酸 只能由乙醛酸提供。
乙醇
乙酸
CoA
烃类
一、柠檬酸合成途径
葡 EMP途径
氧化脱羧 丙
乙酰-CoA
柠
萄 糖
酮 羧化 酸
草酰乙酸
檬 酸
•
1953年，Jagnnathan等证实了黑曲霉
中存在EMP途径的所有酶；
• 1954年，Shu提出葡萄糖分解代谢中约80
％走EMP途径；
• 1958年，MeDomough等发现黑曲霉还 存在HMP途径的酶，但HMP途径主要存在于
β-氧化
乙酰CoA
草酰乙酸
柠檬酸
苹果酸
乙酰CoA 乙醛酸
异柠檬酸
富马酸
琥珀酸
乙醛酸循环
• 作业： • 简述柠檬酸生物合成的代谢调节
② 由于丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制。
③丙酮酸氧化脱羧生成乙酰CoA和CO2固定两 个反应的平衡，以及柠檬酸合成酶不被调节， 增强了合成柠檬酸的能力。
④由于顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡： 柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90：3：7 同时控制Fe2+含量时，顺乌头酸酶活力降低， 使柠檬酸积累。
糖激酶的抑制来实现的。
• 3.丙酮酸激酶是EMP途径的第2个调节点，在 某些真菌得到证实，但黑曲霉未被证实。
（二）TCA循环的调节
• 1、TCA环的起始酶：柠檬酸合成酶是一种调节酶。但
在黑曲霉中，柠檬酸合成酶没有调节作用，这是黑曲霉 TCA环的第一个特点。 • 顺乌头酸酶失活，阻断TCA环是柠檬酸积累的必要条件， 顺乌头酸水合酶需要Fe2＋。顺乌头酸酶、异柠檬酸酶在 pH2.0时失活，线粒体顺乌头酸酶在催化时有柠檬酸：顺 乌头酸：异柠檬酸=90：3：7的平衡，这个平衡可能就是 造成柠檬酸的最初积累而使pH值降低。