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2谷氨酸发酵
一簇蓝色精灵的小确幸
CHENYING0907
（三）谷氨酸合成酶（GS）催化的反应
α-***戊二酸+谷氨酰***→ 2谷氨酸
以上三个反应中，由于在谷氨酸生产菌中谷氨酸脱氢酶的活力很强，因此还原氨
乙醛酸循环中关键酶是异柠檬酸裂解酶和苹果酸合成酶，它们催化的反应如下：
乙醛酸循环中生成的四碳二羧酸，如琥珀酸、苹果酸仍可返回三羧酸循环，因此，乙醛酸循环途径可看作三羧酸循环的支路和中间产物的补给途径。谷氨酸产生菌通过乙醛酸循环途径进行代谢，提供四碳二羧酸及菌体合成所需的中间产物等。但是，在菌体生长期之后，进入谷氨酸生成期，为了大量生成、积累谷氨酸，最好没有异柠檬酸裂解酶催化反应，封闭乙醛酸循环。
这就说明在谷氨酸发酵过程中，菌体生长期的最适条件和谷氨酸生成积累期的最适条件是不一样的。在菌体生长之后，理想的发酵应按图2-1由葡萄糖生物合成谷氨酸的理想途径进行，即四碳二羧酸是100％通过CO2固定反应供给，％。
倘若固定反应完全不起作用，***酸在***酸脱氢酶的催化作用下脱氢脱羧全部氧化成乙酰CoA，通过乙醛酸循环(异柠檬酸裂解生成琥珀酸和乙醛酸)供给四碳二羧酸(琥珀酸)，反应如下：
C6H12O6 + NH3+ → C5H9O4N+4CO2+6H2O
，%[147/(×180) ×100%=%]。
实际上谷氨酸发酵时，由于菌体生长、副产物生成、生物合成所消耗的能量(ATP等)均消耗了一部分葡萄糖，另外培养基还有残糖，%％的中间值。
当以葡萄糖为碳源时，CO2固定反应与乙醛酸循环的比率对谷氨酸产率有影响，乙醛酸循环活性越高，谷氨酸生成收率越低。因此，在糖质原料发酵生产谷氨酸时，应尽量通过CO2固定反应供给四碳二羧酸，减弱乙醛酸循环。
谷氨酸生物合成的调节机制
谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通常控制生物素亚适量，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。
谷氨酸产生菌应丧失或仅有微弱的α-***戊二酸脱氢酶活力，使α-***戊二酸不能继续氧化。
谷氨酸脱氢酶活力很强，同时NADPH＋H＋再氧化能力弱，使到琥珀酸的反应受阻，在过量NH4+存在时，经氧化还原共轭的氨基化反应而生成谷氨酸。生成的谷氨酸不形成蛋白质而分泌到菌体外。
优先合成与反馈调节
黄色短杆菌的谷氨酸代谢调节机制如图2-3所示，以它为例说明以葡萄糖为原料生物合成谷氨酸主要存在的代谢调节方式。
图2-3 黄色短杆菌谷氨酸的代谢调节机制
1一磷酸烯醇式***酸羧化酶 2一柠檬酸合成酶 3一异柠檬酸脱氢酶
4一α-***戊二酸脱氢酶 5一谷氨酸脱氢酶
(1)优先合成
所谓优先合成，就是对于一个分支合成途径来讲，由于催化某一分支反应的酶活性远远大于催化另一分支反应的酶活性，结果先合成酶活性大的那一分支的终产物。当该终产物达到一定浓度时，就会抑制该酶，使代谢转向合成另一分支的终产物。谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量后，就会抑制和阻遏自身的合成途径，使代谢转向合成天冬氨酸。
α-***戊二酸合成后由于α-***戊二酸脱氢酶活性微弱，谷氨酸脱氢酶的活力很强，故优先合成谷氨酸。
(2)磷酸烯醇式***酸羧化酶的调节
磷酸烯醇式***酸羧化酶是催化CO2固定反应的关键酶，受天冬氨酸的反馈抑制，受谷氨酸和天冬氨酸的反馈阻遏。
(3)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。
(4)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α-***戊二酸的反应和谷氨酸脱氢酶催化的α-***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体系。细胞内α-***戊二酸的量与异柠檬酸的量需维持平衡，当α-***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α-***戊二酸。
(5)α-***戊二酸脱氢酶的调节
在谷氨酸产生菌中，α-***戊二酸脱氢酶活性微弱。
(6)谷氨酸脱氢酶的调节
谷氨酸对谷氨酸脱氢酶存在着反馈抑制和反馈阻遏。
由此可知，在菌体的正常代谢中，谷氨酸比天冬氨酸优先合成，谷氨酸合成过量时，谷氨酸抑制谷氨酸脱氢酶的活力和阻遏柠檬酸合成酶催化柠檬酸的合成