第四章 糖代谢与控制
江南大学4-糖代谢与控制 - 副本

3.1 糖代谢与调节 3.2 微生物发酵法生产
D-核糖
3.3 微生物发酵法生产柠 檬酸
生命科学学院 胡庆森
4.1 糖代谢与调节
糖代谢的途径
糖代谢的主要途径有:
1.糖的酵解途径——EMP途径 2.TCA循环
3.HMP途径(磷酸戊糖途径) 4.ED与PK 途径(不作为重点,自学)
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所生成的丙酮酸,在不同微生物体内,不同条件下, 生成不同的代谢产物。
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4.1.2 EMP途径的调节
糖原(或淀粉) 1-磷酸葡萄糖 6-磷酸葡萄糖 6-磷酸果糖
a
葡萄糖
b
1,6-二磷酸果糖 3-磷酸甘油醛磷酸二羟丙酮
21,3-二磷酸甘油酸
规律:主要通过调节反应途径中几种 酶的活性来控制整个途径的速度,通过 酶的变构效应实现活性的调节。
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。 •
柠檬酸、脂肪酸和乙酰-CoA对糖酵解系统也有制动作用。
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4.1.3在无氧条件下丙酮酸的去路
①在乳酸菌中,受乳酸脱氢酶作用,丙酮酸作为受氢体 而被还原为乳酸,即为同型乳酸发酵; ②在酵母中,丙酮酸脱羧生成乙醛,后者在乙醇脱氢酶 作用下,乙醛为受氢体被还原成乙醇,即酒精发酵; ③在梭状芽孢杆菌中,丙酮酸脱羧生成乙酰-CoA。然后 经一系列变化生成丁酰-CoA、丁醛,两者作为客观存 在氢体被还原为丁醇,生成物还有丙酮、乙醇、乙醇, 称为丙酮丁醇发酵。
– ATP + ADP
Ca2+
α-酮戊二酸 脱氢酶复合体
α-酮戊二酸
第四章 糖代谢与调节ppt课件

乙酰CoA H2O
CoA
柠檬酸
H2O
草酰乙酸
NADH+H H H+ NAD+
顺乌头酸
H2O
苹果酸
异柠檬酸
NAD+
H2O
延胡索酸
三羧酸循环
ATP
GTP GDP
H H+ NADH+H
H2 FADH 2 FAD
草酰琥珀酸
CO2 2
琥珀酸
α-酮戊二酸
琥珀酰CoA
CO2 NADH+H H + H
NAD+
磷酸戊糖途径:又称HMP途径(己糖磷酸支路)
根据代谢物脱下的氢的最初受体不同,分 为NADH呼吸链和FADH2呼吸链。
3、氧化磷酸化:以代谢物进行生物氧化所产 生的能量合成高能化合物(如ATP)的过程 称为氧化磷酸化。 4、P/O比值:表示氧的消耗与ATP生成的个 数间的关系,即每消耗1摩尔氧所消耗无机 磷的摩尔数,它表明每消耗1摩尔的氧所能 生成的ATP分子个数的多少。NADH呼吸链 P/O=3,FADH2 呼吸链P/O=2。
转醛酶-。
3、其它标记
在维持转酮酶缺陷的情况下,进一步诱变使菌体
带上具有高葡萄糖脱氢酶活性和丧失孢子形成能力,可
使D-核糖大量积累。
4、利用基因工程
日本岩木盾等人首先将枯草杆菌染色体 DNA 中的转
酮酶基因克隆到载体质粒PUB110中,然后将氯霉素酰基 转移酶基因插入到转酮酶基因之中,造成转酮酶基因的 不可逆失活。经限制性内切酶 Smal切后得到线状重组质 粒,将该线状重组质粒转化到枯草杆菌宿主菌中,构建 转酮酶失活的D-核糖工程菌株。其核糖产量达52g/L。小 林等人将葡萄糖脱氢酶基因克隆到载体质粒PHY300PLK中, 然后转化到枯草芽孢杆菌中去。构建扩增葡萄糖脱氢酶 的D-核糖工程菌,350C发酵80h可积累49g/LD-核糖。
生物化学第四章糖代谢

⽣物化学第四章糖代谢第四章糖代谢⼀、糖的主要⽣理功能是氧化供能1、⽣命活动中的主要作⽤是提供碳源和能源2、提供体内合成其他物质的原料3、作为机体组织细胞的组成成分⼆、汤的消化吸收主要在⼩肠进⾏三、糖的⽆氧氧化:在机体极度缺氧的条件下,葡萄糖经⼀系列酶促反应,⽣成丙酮酸,进⽽还原⽣成乳酸的过程,称为糖酵解,亦称为糖的⽆氧氧化。
糖酵解分为两个阶段:1、由葡萄糖分解为丙酮酸(2个),称之为糖酵解途径。
2、由丙酮酸转变成乳酸。
1、糖酵解总结:糖酵解的反应部位:胞浆糖酵解是⼀个不需氧的产能过程。
反应全过程中有三个不可逆反应G------(ATP)→(ADP)------G-6-P葡萄糖磷酸化为6-磷酸葡萄糖⼰糖激酶F-6-P------(ATP)→(ADP)------F-1,6-2P6-磷酸果糖转化为1,6⼆磷酸果糖磷酸果糖激酶-1PEP(磷酸烯醇式丙酮酸)------(ADP)→(ATP)-------丙酮酸丙酮酸激酶产能的⽅式和数量:⽅式:底物⽔平磷酸化净⽣成ATP数量:从G开始2*2-2=2ATP从Gn(糖原)开始2*2-1=3ATP终产物乳酸的去路:释放⼊⾎,进⼊肝脏再进⼀步代谢------分解利⽤乳酸循环(糖异⽣)调节⽅式:别构调节共价修饰调节3、糖酵解的主要⽣理意义是在机体缺氧的情况下快速供能四、糖的有氧氧化:机体氧供充⾜时,葡萄糖彻底氧化成H2O和CO2,并放出能量的过程。
是机体主要功能⽅式。
部位:胞液、线粒体1、糖有氧氧化的反应过程包括:糖酵解途径(葡萄糖循糖酵解途径分解为丙酮酸)丙酮酸氧化脱羧(丙酮酸进⼊线粒体氧化脱羧⽣成⼄酰C o A三磷酸循环(⼄酰C o A进⼊三羧酸循环以及氧化磷酸化⽣成ATP)氧化磷酸化2、三羧酸循环(TCA)是以形成柠檬酸为起始物的循环反应概念:⼄酰C o A与草酰⼄酸缩合⽣成含三个羧基的柠檬酸,反复的进⾏脱氢脱羧⼜⽣成草酰⼄酸,再重复循环反应过程部位:线粒体TCA反应由8步代谢反应组成三羧酸循环要点:经过⼀次三羧酸循环,消耗⼀个⼄酰C o A经过四次脱氢,两次脱羧,⼀次底物⽔平磷酸化⽣成1分⼦FADH,3分⼦NADH+H+ ,2分⼦CO,1分⼦GTP整个循环反应为不可逆反应三羧酸循环的中间反应起催化作⽤TCA循环受底物、产物和关键酶活性的调节TCP循环是3⼤营养物质代谢中具有重要⽣理意义:TCA循环是3⼤营养素的最终代谢通路,其作⽤在于通过四次脱氢,为氧化磷酸化反应⽣成ATP提供还原当量。
第四章 糖代谢

(二)糖原的磷酸解
在人和动物的肝脏中,糖原(又称动物淀粉)是葡萄糖非常有效的 贮藏形式,通过糖原分解直接补充血糖。糖原与支链淀粉相似,是 葡萄糖通过-1,4-糖苷键和-l,6-糖苷键构成,分支较支链淀粉 更多,如图所示。
糖原在细胞内的降解称为磷酸解。糖原磷酸化酶催化的反应是不需 要水而需要磷酸参与的磷酸解作用,从糖链的非还原性末端依次切下 葡萄糖残基,产物为1一磷酸葡萄糖和少一个葡萄糖残基的糖原。
-淀粉酶水解淀粉的-1,4-糖苷键。如底物是直链淀粉,则产物为葡 萄糖、麦芽糖。如果是支链淀粉,则水解产物除上述产物外,还含有麦 芽三糖和-糊精,所以又称该酶为液化酶或糊精酶。-1,6-糖苷酶又称 脱支酶,其作用是可以水解带分支的糊精中-1,6-糖苷键,生成-1,4糊精和麦芽糖的混合物。
-淀粉酶水解淀粉的-l,4-糖苷键,其水解的方式是水解淀粉的非还 原性末端残基,并依次切下两个葡萄糖单位,产物为麦芽糖。作用于支 链淀粉,除产生麦芽糖外还产生糊精。
丙酮酸激酶催化的反应是调节糖酵解过程 的另一重要反应步骤。丙酮酸激酶也是变 构酶。
(二) 丙酮酸的去路
①乳酸的生成 例如某些厌氧乳酸菌或肌肉由于剧烈运动而造成 暂时缺氧状态,或由于呼吸、循环系统机能障碍暂时供氧不足时, 丙酮酸接受甘油醛-3-磷酸脱氢酶形成的NADH上的H,在乳酸脱 氢酶的催化下还原为乳酸,这是糖酵解的最终产物。
(一) 糖酵解过程 糖酵解是通过一系列酶促反应将一分子葡萄糖转变为两分子丙酮
酸并伴有ATP生成的过程,共包括11个反应步骤,全部反应位于细 胞质中。
糖酵解是动物、植物以及微生物细胞中葡萄糖分解产生能量的共
同代谢途径。事实上,在所有的细胞中都存在糖酵解途径,对于某 些细胞,糖酵解是唯一生成ATP的途径。
4.《生物化学》教案 第四章 糖代谢

【感谢下载支持,整理分享】4.《生物化学》教案第四章糖代谢4.《生物化学》教案第四章糖代谢生物化学教案教材名称:授课对象:编写时间:授课日期:教学内容:《生物化学》第七版“十一五”国家级规划教材临床医学专业(80学时)201*.1学年/学期:年级/班级:第四章糖代谢每学年(1)临床医学【教学目的和要求】掌握:1.糖代谢各途径的细胞定位、关键酶(限速酶)、反应特点及生理意义。
2.糖的有氧氧化的基本过程及三羧酸循环的意义。
3.血糖的来源和去路以及激素对血糖水平的调节。
熟悉:各代谢途径的基本过程及相互联络。
了解:1.糖的生理功能和消化汲取。
2.各代谢途径的调节。
【本课内容学习指导】重点:1.糖的有氧氧化、糖酵解、磷酸戊糖途径及糖异生。
2.血糖及其调节。
难点:各代谢途径的联络和调节。
【教学方法】多媒体教学为主,采纳启发式、互动式进行教学。
【教学时间安排】8学时。
其中糖的无氧分解2学时,糖的有氧氧化2学时,磷酸戊糖途径1学时,糖原的合成和分解1学时,糖异生1学时,血糖及其调节1学时。
【自学内容和要点】自学内容:糖的生理功能和消化汲取及血糖的整体调节。
要点:血糖非常的原因。
【课后小结】1.物质代谢概况。
2.糖代谢概况。
3.糖的无氧分解的基本过程。
4.糖的有氧氧化的基本过程。
5.磷酸戊糖途径的生理意义。
6.糖原的种类和作用及其合成和分解。
7.糖异生的概念、原料、关键酶、生理意义。
8.调节血糖的激素及其作用。
扩展阅读:生化第四章-糖代谢生化第四章糖代谢一、名词说明1.Glycolysis(糖酵解):Aanaerobicdegradationisuniversalandancientcentralpath wayofglucosecatabolism.Inglycolysisamoleculeofglucoseisdegraded inaseriesofenzymaticreactionstoyieldtwomoleculesofpyruvateorlactate.Thebasicprocessofgly colysiscanbedividedintotwophase:reactionsfromglucosetopyr uvateandfrompyruvatetolactate.2.物质代谢:机体在生命活动过程中不断摄入O2及营养物质,在细胞内进行中间代谢,同时不断排出CO2及代谢废物,这种机体和环境之间不断进行的物质交换即物质代谢。
生物化学第2篇 第04章 物质代谢与调节--糖代谢

食物糖: 淀粉.糖元.双糖.纤维素
(+)
消化.吸收
单糖
(代谢)
第一节
糖的生理功能
供能 供碳原 转化成肌体成分 转化成生物活性物质
概述
糖的消化.吸收
消化:口腔开始.小肠为主.酶促反应 吸收:依赖载体.耗能的主动吸收(主)依赖载体.不耗能的促进吸 收
糖代谢概况
酵解从Gn开始:
Gn
1-P-G
6-P-G
其他己糖也可转变成磷酸己糖而进入酵解途径.
无氧酵解总结
在胞液中进行 原料:G或者Gn. 产物:乳酸. 不可逆.催化不可逆反应的三个酶即为限速酶 (整个途径中速度最慢的酶). 两步耗能反应,两步底物水平磷酸化(代谢物在代谢
过程中,由于脱H或者脱水,分子内部能量重新分布,形成一个高能磷酸 键,此磷酸基可直接转给ADP生成ATP).尽生成ATP
不耗能.
肝、肌Gn分解的不同在于6-P-G的去路不 同.此导致Gn合成、分解的功能不同.
三. Gn合成与分解的调节
肝Gn合成与分解通过调节以保证血[G]的恒 定. 肌Gn合成与分解通过调节以保证肌肉组织 对能量的需求. 所以,调节的条件和因素也不同 Gn合成与分解是由两套酶催化的不同途径, 但受相同体系的调节. Gn合成酶、 Gn磷酸化酶均受共价修饰、 变构的双重调节.
分解:无氧酵解.有氧氧化.戊糖旁路.糖醛酸途径等 糖元合成与分解 糖异生
第二节 糖的分解代谢
一、糖的无氧酵解
定义:在缺氧情况下,葡萄糖生成乳酸的过程. 包括: G
酵解途径
丙酮酸
LDH
乳酸
细胞定位: 胞液
过程
第四章糖代谢ppt课件

⑥结合糖 糖与非糖物质的结合物。
糖脂 (glycolipid): 糖蛋白 (glycoprotein):
三、糖的主要生理功能
1.氧化供能:50~70% 2.构成组织细胞的基本成分 3.转变为其它成分
三、糖的主要生理功能 氧化供能:50~70% 构成组织细胞的基本成分 转变为其它成分
目录
四、糖的消化与吸收
H 2 C O PO 3 H 2
6-磷酸葡萄糖
(glucose-6-phosphate)
H
O PO 3 H 2
CH
H C OH
H C OH
HO C H
H C OH
CH 2 OH
1-磷酸葡萄糖
(glucose 1-phosphate)
葡萄糖是体内糖代谢的中心
(1)可转变成其它的糖 (2)主要供能物质 (3)可转变为氨基酸和脂肪酸
第四章糖代谢ppt课件
物质代谢:
合成代谢
分解代谢
分解代谢的三个阶段
第一阶段:大分子分解为基本组成单位 第二阶段:基本分子转变为代谢中间产物,
可有少量能量的释放 第三阶段:乙酰CoA氧化生成CO2和H2O
可生成大量ATP
合成代谢的一般特点 由不同酶催化,要消耗ATP和NADPH。
代谢调节:
代谢途径: A E1 B E2 C E3 通过关键酶实现
(D-glucose)
6 CH 2 OH
5
OH
4
OH
OH
3
1C
2
OH
OH
α-D-吡喃葡萄糖
6CH 2 OH O OH
OH OH
C H
OH
β-D-吡喃葡萄糖
葡萄糖及其磷酸酯
高中生物 第四章 糖类代谢

P 果糖-6-P
P 果糖-6-P
P
P
果糖-1,6-2P
P
P
果糖-1,6-2P
P 磷酸二羟丙酮
3-磷酸甘油醛 P
Pi
P 3-磷酸甘油醛
P
P 1,3-二磷酸甘油酸
P
P 1,3-二磷酸甘油酸
P 3-磷酸甘油酸
P 3-磷酸甘油酸
P 2-磷酸甘油酸
P 2-磷酸甘油酸
P
磷酸烯醇式丙酮酸 (PEP)
P
大部分步骤可以逆糖酵解途 径进行,但有三步不可逆反应,需 绕道而行。
糖的异生作用
(四 )丙酮酸的去路
•乳酸发酵
在无氧条 件下,葡萄糖 分解为乳酸, 并释放出少量 能量的过程。
在无氧 条件下,葡 萄糖分解为 乙醇,并释 放少量能量 的过程
•乙醇发酵
四、三羧酸循环
三羧酸循环在线粒体中 进行,在糖酵解中形成的丙酮 酸先进入线粒体中,在有氧的 条件下被分解。
HO-C-COOH H C-COOH H2C-COOH
CO -COOH CH -COOH CH2-COOH
CO -COOH CO2 CO -COOH
CH -COOH
CH2
CH2-COOH
CH2-COOH
CO -COOH
CH2 CH2-COOH
CO2
Pi
H2O
H2C-COOH HO-C-COOH
五 种因 辅子 助
TPP 硫辛酸 CoA-SH FAD NAD
(二) 三羧酸 循环的反应历程
H2C-COOH HO-C-COOH
H2C-COOH
H2C-COOH HO-C-COOH
H2C-COOH
HC-COOH C-COOH
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二、HMP途径
EMP途径不能解释合成RNA、DNA所必需的核糖是如 何从葡萄糖转化来的,也不能解释微生物为什么 能利用戊糖及其它糖类作为能源。而HMP途径的发 现基本解决了以上的问题。 葡萄糖在转化成6-磷酸葡萄糖酸后就分解成为CO2 和5-磷酸核酮糖,也就是说,是在单磷酸己糖的 基础上开始降解的。因此常称为单磷酸己糖途径, 即HMP途径。因为所生成的磷酸戊糖可以重新组成 磷酸己糖,形成循环反应,所以,又常被称为磷 酸戊糖循环(PP环)。
COOH
C H 2C O O H
PEP
草酰乙酸
2、由丙酮酸羧化酶催化。
CH3 C O + CO2 + ATP O C COOH + ADP + Pi
COOH
C H 2C O O H
PYR
草酰乙酸
3、先由苹果酸所催化,进行还原羧化作用,生成 苹果酸,再生成草酰乙酸。
CH3 CO2 + C O + N A D (P ) · H 2
能荷(Energy charge): [(ATP)+1/2(ADP)]/[(ATP)+(ADP)+(AMP)] 当生物体内生物合成或其它需能反应加强时,细胞 内ATP分解生成ADP和AMP。一旦ATP减少,ADP或AMP 增加,即能荷降低,就会激活某些催化糖类分解的 酶或解除ATP对这些酶的抑制,并抑制糖原合成的 酶,从而加速糖酵解,TCA循环产生的能量,通过 氧化磷酸化作用生成ATP。 当能荷高时,即细胞内能量水平高时,AMP、ADP都 转变成ATP,情况则相反。
1分子葡萄糖经EMP途径被降解生成2分子丙酸酸、 2分子NADH+H+ 和4分子ATP。但在激活己糖时消耗 了2分子ATP,因此净得2分子ATP。 葡萄糖经EMP途径降解成丙酮酸的总反应式为:
C6H12O6+2NAD++2Pi+2ADP→2PYR+(NADH+H+)+2ATP
反应中所生成的NADH+H+不能积存,必须被重新氧 化为NAD+后,才能继续不断地推动全部反应。 在无氧条件下,如以乙醛作为受氢体,即是酒精 发酵,如以丙酮酸作为受氢体,即是乳酸发酵。
因此,多采用芽孢杆菌属细菌作为出发菌株。
2、转酮酶缺陷突变株的分离
要分离转酮酶缺陷突变株,可采用以下遗传标记:
⑴选育不利用D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖的突变株。
D-葡萄糖酸或L-阿拉伯糖必须通过HMP途径进行代 谢。若转酮酶发生缺陷,菌体自然也就不能利用D葡萄糖或L-阿拉伯糖。
⑵选育莽草酸缺陷突变株。
第四章
糖代谢与控制
§4.1 糖代谢与调节
微生物分解葡萄糖可归纳为有氧降解和无氧降解两 大类型。
葡萄糖的有氧降解途径的最终产物是CO2和H2O,同 时产生组成细胞物质的中间产物和大量的能量。主 要包括EMP、TCA、HMP途径。
葡萄糖的无氧降解的产物为各种有机酸、醇和气体 (CO2和H2),主要包括EMP、HMP两种基本方式。
三 羧 酸
循
环
五、乙醛酸循环
乙醛酸循环实际上可以认为是TCA循环的一段支 路,或TCA循环的变体。 从生物学意义上来说,乙醛酸循环对TCA循环起 着协助的作用,它也是作为生长及发酵中间产物 的补充机制。
乙
醛
酸 循
环
六、电子传递系统与氧化磷酸化
生物氧化是指细胞内一切代谢物进行氧化作用, 产生大量能量的过程。 葡萄糖在有氧条件下的分解过程,包括: ⑴底物的脱氢作用。 ⑵氢或电子的传递。 ⑶受氢体接受氢。
四、D-核糖发酵的代谢控制育种
1、出发菌株的选择
经研究发现,芽孢杆菌属(Bacillus)细菌转酮酶 缺陷突变株积累核糖具有普遍性。 使用不同的亲株,虽然选育出同样的突变型,但 产物的种类也会有所差异。如芽孢杆菌属细菌积 累戊糖的现象是很普遍的,而大肠杆菌、鼠伤寒 沙门氏菌等细菌的突变株并不积累戊糖。
2、生物素的调节
生物素(biotin)是由噻吩环和尿素结合中而成 的一个双环化合物,左侧链上有一分子戊酸。
O HN NH
S
为活动羧基载体 (mobile carboxyl group carrier)。
生物素对糖酵解的影响,主要是解糖速度,而不 是EMP/HMP的比率。
当生物素充分时,解糖速度显著提高,比PYR进一 步氧化速度提高得快,造成乳酸积累。 当生物素缺乏时,由于NAD水平降低的结果,间接 地引起四碳二羧酸氧化能力下降。
§4.2 D-核糖发酵
一、D-核糖(Ribose)概述
D-核糖在体内具有重要的生理功能,参与多种新 陈代谢活动,是生物体内遗传物质基础RNA、DNA 及若干辅酶和维生素的组成成份。 在医药上,D-核糖本身作为药物用于治疗心肌缺 血、治疗由于运动导致的肌肉疼痛。作为医药中 间体,D-核糖是大规模合成核黄素、病毒唑的主 要原料,可大幅度降低生产成本。D-核糖嵌入某 些物质分子结构中是治疗爱滋病以及抗癌、抗病 毒的有效药物。在食品工业中可以作为调味品、 调味香料等合成原料。
八、糖代谢的调节
1、能荷调节
糖代谢的调节主要是受能荷的控制,也就是受细 胞内能量水平的控制。 糖代谢最重要的生理功能是以ATP的形式供给热量, 在葡萄糖氧化过程中,中间产物积累或减少,进 而引起能荷的变化,造成代谢终产物ATP的过剩或 减少。
这些中间产物和腺嘌呤核苷酸通过抑制或激活糖 代谢各阶段关键酶的活性来调节能量的生成。
线粒体呼吸链
七、CO2固定反应
微生物的CO2固定作用由伍德-沃克曼首先报道, 所以也称为伍德-沃克曼反应。
CO2固定作用主要通过以下途径完成。 1、由PEP羧化(激)酶(或称草酰乙酸激酶)催 化,并需核苷三磷酸参与。
CH2 C O~ P + CO2 + G D P ( 或 ID P ) O C COOH + G T P ( 或 IT P )
二、D-核糖的生物合成途径
D -葡 萄 糖 D -葡 萄 糖 酸
D -葡 萄 糖 -6 -磷 酸
6 -磷 酸 -D -葡 萄 糖 酸
D -核 酮 糖 -5 -磷 酸
D -木 酮 糖 -5 -磷 酸
D -核 糖 -5 -磷 酸
D -核 糖
D-核 糖 的 生 物 合 成 途 径
葡萄糖可以在葡萄糖激酶的作用下先生成葡萄糖-6-磷酸 (G-6-P),并继续由6-磷酸-D-葡萄糖脱氢酶催化转化为 6-磷酸-D-葡萄糖酸(6-P-D-Gn)(主要途径);G也可以 在葡萄糖脱氢酶的作用下生成D-葡萄糖酸(Gn),后者经 葡糖酸激酶的催化生成6-P-D-Gn(次要途径)。所生成的 6-P-D-Gn在6-磷酸葡糖酸脱氢酶的作用下生成D-核酮糖5-磷酸(D-Rn-5-P)。D-Rn-5-P在5-磷酸核酮糖差相异构 酶的作用下生成D-木酮糖-5-磷酸,也可在5-磷酸核糖异 构酶的作用下生成D-核酮糖-5-磷酸,后者经酶的作用脱 去磷酸便形成目的产物——D-核糖。
一、EMP途径
EMP途径是生物界共有的。在该途径中,葡萄糖被 转化为F-1,6-2P后开始降解成PYR,因此该途径又 称为双磷酸己糖途径(HDP)。 从葡萄糖降解成丙酮酸,包括10个独立的,但又 是连续的反应。 EMP途径可分为三个阶段: 准备阶段;
氧化阶段;
放能阶段。
在EMP途径中,必须先后有磷酸、ATP、NAD+ 、金 属离子(Mg2+、Mn2+等)参加反应,大部分反应以 磷酸化的形式进行。 PFK是EMP途径的关键酶,受ATP、O2、柠檬酸的抑 制,为AMP所激活。 GA-3-P脱氢酶受碘乙酸抑制。 烯醇化酶受氟化物的抑制。
G-6-P+12NADP++7H20→6CO2+12(NADPH+H+)+Pi
HMP途径的生物学意义包括:
⑴HMP途径是细胞产生还原力(NADP)的主要途径。 ⑵HMP途径是细胞内不同结构糖分子的重要来源,并 为各种单糖的相互转变提供条件。
三、ED途径
ED途径是Entner和Doudoroff两人研究阐明的,因 此叫ED途径。 ED途径的关键步骤是2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖 酸(KDPG)的3,3裂解(即分解成为2个3碳化合 物)。典型的例子是细菌的酒精发酵。
葡萄糖脱氢酶是芽孢杆菌属细菌的孢子所特有的 酶,该酶由于NAD、NADP和NADH2 、NADPH2 会发生 分子型的变换,结果在菌体对数生长期被诱导, 导致D-核糖的大量积累。
4、利用基因工程技术构建核糖工程菌株
岩盾等人首先将枯草芽孢菌染色体DNA中的转酮基 因克隆到载体质粒pUB110中。然后将氯霉素酰基 转移酶基因插入到转酮酶基因之中,造成转酮基 因的不可逆失活。经限制性内切酶Sma Ⅰ酶切后 得到线状重组质粒,将该线状重组质粒转化到枯 草芽孢杆菌宿主中,构建出转酮酶失活的D-核糖 工程菌株,其D-核糖积累量达52g/L。
ED途径主要存在于假单胞菌(Pseudomonas sp.) 等少数革兰氏阴性菌。它似乎是运动发酵单胞菌 (Zymomonas mobilis或Pseudomonas lindneri)降 解葡萄糖的唯一途径,也是其它假单胞菌和其它 一些革兰氏阴性菌降解葡萄的主要途径。
ED途径特有的酶是KDPG醛缩酶。它催化己糖裂 解为三碳化合物的反应。 ED途径的总反应式为:
三、D-核糖的发酵机制
D-核糖发酵是切断HMP途径,使微生物改变酶系, 积累阻断反应的前体物,进行代谢控制发酵的典 型例子。
由上面的代谢途径可以看出,要使微生物积累D核糖,必须选育丧失转酮酶活力的突变株,由于 缺少转酮酶,所以由转酮酶所催化的反应就会发 生阻断,使D-核糖的前体物D-核糖-5-磷酸大量积 累,再经酶的作用脱去磷酸便可合成D-核糖。
莽草酸是由HMP途径中的中间产物——D-赤藓糖4-磷酸与PEP为前体物而合成的。