柠檬酸发酵消泡剂的生物调节
发布时间:2012-08-07 10:19:42
1．EMP和HMP的比率
由上述已知，葡萄糖发酵合成柠檬酸时，HMP途径的柠檬酸理论转化率要小于EMP。通过关键酶的测定与放射呼吸测定器所证实，当黑曲霉生长时，这两个途径的比率是2：1，而当生成柠檬酸发酵消泡剂时为4:1，即以EMP占优势，这对合成柠檬酸是有利的。据认为锰的缺乏可以降低HMP途径和三羧酸循环中各种酶的活性。
2．磷酸果糖激酶(PFK)
进一步的研究表明，代谢途径中必然存在关键性的酶类。在真菌代谢中，丙酮酸是一个重要的支化点，因为它可被丙酮酸脱氢酶氧化脱羧而生成乙酰-CoA，并通过丙酮酸羧化酶固定CO2而用来合成草酰乙酸。两者再在柠檬酸发酵消泡剂合成酶的作用下合成柠檬酸。柠檬酸生成的速度同CO2固定量之间成化学计算比，这种反应对柠檬酸超产合成具有重要生理意义。
丙酮酸的量与果糖激酶的活性有关，业已确认它能对糖酵解通路进行调节是黑曲霉生产柠檬酸的一种调节酶。它受到生理浓度范围内的柠檬酸与ATP的抑制，但它可被AMP、无机磷酸盐和NH4+所激活。NH4+可有效地解除磷酸果糖激酶受柠檬酸与ATP的抑制。在黑曲霉使用柠檬酸发酵消泡剂发酵时测定磷酸果糖激酶的胞内浓度，揭示出柠檬酸生成速度和NH4+浓度之间有着密切的关系。提高NH4+库可使磷酸果糖激酶对胞内柠檬的积累变为明显的不敏感。
就黑曲霉而言，在缺乏锰而糖浓度高的培养基中培养时，特别会出现不正常的高NH4+库。原因是由于蛋白质和RNA转换时，破坏细胞蛋白质的再合成而导致NH4+的积累。
3．丙酮酸羧化酶
如上所述，CO2的固定速度直接影响柠檬酸的合成。生物中固定CO2的有三种酶，即丙酮酸羧化酶、磷酸烯醇丙酮酸羧化酶（微生物中不存在）和苹果酸酶（黑曲霉中缺乏）。黑曲霉中丙酮酸羧化酶与其它真核生物的丙酮酸羧化酶相比，因其不受乙酰-CoA的影响，而受ɑ-酮戊二酸的抑制，所以它很少受到调节，因此可以预期增加丙酮酸的供应，必能导致增加草酰乙酸的合成。
4．柠檬酸合成酶
该酶过去被许多人看作是一个受调节的酶，然而在柠檬酸合成和CO2之间的相互关系上表明，在黑曲霉中的这个酶是不受调节的。该酶只对辅酶A和ATP的调节作用敏感。胞内的ATP多以ATP-Mg的螯合物形式出现，而ATP Mg只是一种弱抑制剂，因而ATP的影响是不太重要的。由于对乙酰CoA的亲和力取决于草酰乙酸的浓度，因此该酶具有不寻常的动力学功能。
在柠檬酸的工业生产中可将这种复杂的调节问题归纳如下：由于Mn2+和氮及磷酸盐被严格限制，造成生长条件的不平衡而表现出蛋自质的合成受损，从而导致建立一种异常高的胞内NH4+库。这就有可能抵消由于柠檬酸或ATP对磷酸果糖激酶产生的负反馈抑制作用，使糖酵解顺序无限制的流通，进而使柠檬酸的合成不受任何进一步调节作用的影响。同时由于高浓度的葡萄糖和NH4+会有力的阻遏ɑ-酮戊二酸脱氢酶的合成，因而抑制了TCA环内的柠檬酸的分解代谢，而大量合成柠檬酸。
糖质发酵柠檬酸时的杂酸主要是草酸，草酸产生与黄嘌呤氧化酶（使乙醛酸生成草酸）和草酰乙酸水解酶（使草酰乙酸生成草酸）有关。一般使用柠檬酸发酵消泡剂发酵时，由于pH值迅速降到3.0以下，可以控制柠檬酸的合成。
本文参考《发酵微生物学》一书。
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