發(fā)酵機制及發(fā)酵動力學

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1、Presentation報告題目登記小組成員匯報內容題目分類(在topic1-4*中選擇或任選分類)從本節(jié)課程開始到周四晚上截止，請每組選擇一名代表，將本組報告的題目發(fā)送的我的郵箱（Yk_36_angel@uestc.edu.cn）中，請按照下面的內容填寫，將按照郵件發(fā)送到本人郵件的時間來確定先后順序。內容填寫不完全者或匯報內容與指定的topic內容不符合者視為登記不成功，將回復郵件告知。注*：Topics：1、新型發(fā)酵工業(yè)原料的應用和開發(fā)（來源、應用范圍、工業(yè)預處理及配套政策）；2、計算機技術、自動化技術及傳

2、感技術在發(fā)酵工業(yè)中的應用；3、與發(fā)酵工業(yè)相適應的菌種的開發(fā)（菌種的獲取、改造和工藝初步優(yōu)化）；4、發(fā)酵工藝的優(yōu)化實例。以上每個題目限報4組，也可以在其他與本課程相關的內容中自由選題。第七章發(fā)酵機制及發(fā)酵動力學發(fā)酵機制是指微生物通過其代謝活動，利用基質合成人們所需要的產(chǎn)物的內在規(guī)律。由于微生物的種類、遺傳特性和環(huán)境條件不同，微生物所能積累的代謝產(chǎn)物不同，主要有微生物菌體、微生物酶和代謝產(chǎn)物。微生物代謝產(chǎn)物很多，主要有酒精、丙酮丁醇、有機酸、氨基酸、核苷酸類、蛋白質、抗生素、維生素、脂肪、多糖類等。微生物具有極其精

3、確的代謝控制系統(tǒng)，能確保細胞內所有生化反應有條不紊的進行并制止中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物的過量積累。必須人為改變微生物的代謝調控機制，使有用中間代謝產(chǎn)物過量積累，同時利用環(huán)境因素對代謝方向產(chǎn)生影響，這就是發(fā)酵機制的研究內容。發(fā)酵動力學是研究發(fā)酵過程中菌體生長、基質消耗、產(chǎn)物生成的動態(tài)平衡及其內在規(guī)律。其研究內容包括微生物生長過程中質量和能量的平衡，發(fā)酵過程中菌體生長速率、基質消耗速率和產(chǎn)物生成速率的相互關系。研究發(fā)酵動力學的目的在于設計和優(yōu)化發(fā)酵動力學模型，并以此為依據(jù)，利用計算機來設計程序，模擬最適合的工藝流程和發(fā)酵工

4、藝參數(shù)，從而使生產(chǎn)控制達到最優(yōu)化。本章主要內容第一節(jié)發(fā)酵工業(yè)微生物的基本代謝情況第二節(jié)微生物代謝調控機制第三節(jié)重要發(fā)酵產(chǎn)物的發(fā)酵機制第四節(jié)微生物發(fā)酵動力學本章主要內容第一節(jié)發(fā)酵工業(yè)微生物的基本代謝情況第二節(jié)微生物代謝調控機制第三節(jié)重要發(fā)酵產(chǎn)物的發(fā)酵機制第四節(jié)微生物發(fā)酵動力學第一節(jié)發(fā)酵工業(yè)微生物的基本代謝和調控機制一、發(fā)酵工程微生物的基本代謝及產(chǎn)物（一）微生物初級代謝及產(chǎn)物初級代謝是指微生物從外界吸收各種營養(yǎng)物質，通過分解代謝和合成代謝，生成維持生命活動所需要的物質和能量的過程。初級代謝產(chǎn)物：由初級代謝過程所產(chǎn)生

5、的產(chǎn)物，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由這些化合物聚合而成的高分子化合物（如多糖、蛋白質、酯類和核酸等）。（二）微生物的次級代謝及產(chǎn)物次級代謝是指微生物在一定的生長時期，以初級代謝產(chǎn)物為前體物質，合成一些對微生物的生命活動無明確功能的物質的過程。這一過程的產(chǎn)物，即為次級代謝產(chǎn)物。次級代謝產(chǎn)物大多是一類分子結構比較復雜的化合物，包括：抗生素、毒素、激素、色素等?？股兀菏怯晌⑸铮ò毦?、真菌、放線菌屬）或高等動植物在生活過程中所產(chǎn)生的具有抗病原體或其它活性的一類次級代謝產(chǎn)物。抑制細菌細胞壁合成，破壞細胞質膜

6、，作用于呼吸鏈以干擾氧化磷酸化，抑制蛋白質和核酸合成等方式抑制微生物生長。毒素：細菌毒素和真菌毒素。細菌毒素又分為內毒素和外毒素。激素：微生物能產(chǎn)生刺激動物生長或性器官發(fā)育的激素類物質，稱激素，如赤霉素、生長素等。二、微生物的代謝途徑及途徑上相關物質的前體來源（一）自養(yǎng)微生物的生物氧化、產(chǎn)能和CO2固定（略）（二）化能異養(yǎng)微生物的生物氧化和產(chǎn)能生物氧化就是發(fā)生在活細胞內的一系列產(chǎn)能性氧化反應的總稱。生物氧化的形式包括某物質與氧結合、脫氫或失去電子三種；生物氧化的過程可分脫氫（或電子）、遞氫（或電子）和受氫（或

7、電子）三個階段；生物氧化的功能則有產(chǎn)能（ATP）、產(chǎn)還原力[H]和產(chǎn)小分子中間代謝物三種。以下我們按底物（基質）脫氫的三個階段以及各階段的類型和細節(jié)的順序來討論化能異養(yǎng)微生物的生物氧化及其產(chǎn)能效應。底物脫氫的四條主要途徑——獲得發(fā)酵產(chǎn)物的主要來源1、EMP途徑（Embdem-Meyerhof-ParnasPathway）2、HMP途徑（hexosemonophosphatepathway）3、ED途徑（Entner-Doudoroffpathway）4．三羧酸循環(huán)（tricarboxylicacidcycle）

8、1、EMP途徑（Embdem-Meyerhof-ParnasPathway）又稱糖酵解途徑（glycolysis）或己糖二磷酸途徑（hexosedipho-sphatepathway）:EMP途徑是絕大多數(shù)生物所共有的基本代謝途徑，因而也是酵母菌、真菌和多數(shù)細菌所具有的代謝途徑。在有氧條件下，EMP途徑與TCA途徑連接，并通過后者把丙酮酸徹底氧化成CO2和H2O。由EMP途徑中丙酮酸出