现代工业发酵调控绪论学.ppt

郭晓燕; 发酵学科与其相关学科的相互交叉和融合；以及自然科学、社会科学和哲学的相互交叉和融合，正在推动发酵科学理论和方法的发展。这样的相互交叉和融合催生了发酵学基本理论框架，并正在促进发酵学科的成熟和发酵学的形成。 ;;典型的工业发酵：①生产菌属于化能异养型微生物；②目的产物是初级代谢产物或能量代谢副产物；③细胞内合成的目的产物被排放到细 胞外。 ; 本章将要对发酵学基本理论框架作一个归纳性的小结，目的不但在于使已学过的知识系统化，更重要的是让您沿着研究者走过的思想之路走一遍，用自己的头脑好好想一想，该怎样去发现发酵科学的规律，该怎样去建立发酵科学自成系统的理论。 ;发酵工程的基本理论;1 自然规律：微生物生命  活动的三个基本假说 ; 在上个世纪70年代形成的现代生物学关于物质流动、能量流动、以及信息流动这三种流动的观点的启发下，跨出了认真研究工业发酵复杂系统的第一步。 ; 工业发酵是微生物群体活动的动态过程。此过程靠如下三种流动来维系，即伴随能量形式的转换而发生的电子流动、伴随异化和同化作用而发生的物质流动以及伴随不同水平上的代谢调节而发生的信息流动。 ; 关于微生物生命活动的三个基本假说，是在分析自然现象（微生物的初级代谢）的基础上，发现的关于微生物初级代谢的自然规律。因为这三个基本假说以工业发酵为切入点，在工业发酵领域应用，所以把它们称为发酵学假说。;1.1 发酵学第一假说 · 代谢能支撑假说  微生物是工业发酵的灵魂，没有微生物就没有工业发酵；微生物细胞的生命活动必须由代谢能来支撑（持续地供应代谢能），工业发酵必须由活的微生物细胞来支撑。因此，代谢能支撑假说确定了工业发酵的生物学属性。 ;代谢能支撑假说： 能直接推动生命活动（做细胞功）的能量形式叫做代谢能。微生物细胞依靠其自备的能量转换机构，把化学能或光能持续地转化成代谢能，并直接用来支撑其自身的生命活动。 ; 因为微生物细胞独立存在自主生存，微生物细胞的生命活动需要的代谢能要靠微生物细胞自己解决，其解决的办法就是用它自备的能量转换机构把其他形式的能量转化成代谢能。工业发酵的过程是依靠微生物细胞生命活动获得目的产物的过程，从根本上区别于化学合成工业和生化工业。;讨论要点①什么是“代谢能”？②什么是“细胞功”？③什么是“自备的能量转换机构”？④支撑的含义是什么？ ;代谢能支撑假说提示：  工业发酵成功的底线是要有微生物生命活动。 ;1.2 发酵学第二假说 · 代谢网络假说  代谢网络假说描述了代谢网络的存在方式和代谢的双重功能，对碳架物质在微生物细胞内的有序流动的现象做出了解释。 ;代谢网络假说： 代谢途径与输送系统在蛋白质水平上整合、在辅因子水平上协调而形成的横跨微生物活细胞内外的代谢网络，是可调节的、无尺度的网络，代谢网络作为一个整体来承担微生物细胞的物质代谢和能量代谢。; 由生化反应网络和跨膜输送系统组成的代谢网络既没有绝对的起点，也没有绝对的终点，可以认为代谢网络是类似于互联网的无尺度网络。对于工业发酵来说，代谢网络假设把代谢形象化为一个虚拟的网络——新原料和新产品开发的蓝图。 ;代谢网络假说提示： 工业发酵是可以操作的，开拓新产品和新原料是有理论根据的。 ;讨论要点：①什么是代谢网络？它有什么特点？②为什么代谢网络是一个整体？③代谢网络承担什么任务？④明确概念：代谢途径，通量、载流途径、节点。P136;1.3发酵学第三假说 · 细胞经济假说 细胞经济假说阐述了微生物细胞为了生存和竞争而进行自身调整的保障机制。微生物是自然界长期进化的产物，它之所以能生存至今，自然有它的独特的优越性。在我们对微生物改造之前，它们自身已经形成了完整的细胞经济体系。 ;细胞经济假说： 微生物细胞是个远离平衡状态的不平衡的开放体系，是在物竞天择的基础上形成的细胞经济体系。细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系，它为细胞的适应性、经济性和代谢的持续性提供保障。; 细胞经济假说是建立在代谢能支撑假说和代谢网络假说基础上，又是为代谢能支撑假说和代谢网络假说服务的。细胞经济假说为代谢能的开支、代谢网络中各种代谢物库的大小，以及代谢流中碳架物质的流量大小和分支处的流量分配提供了解释的依据。;细胞经济假说提示： 人的主观能动性的发挥是建立在对微生物代谢的充分了解的基础之上的。 ;讨论要点：①什么是细胞经济体系？②为什么说细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系？③