12微生物代谢

null微生物与发酵工程 （三） ——微生物的代谢 考点45 P308微生物与发酵工程 （三） ——微生物的代谢 考点45 P308①微生物的代谢产物 ②微生物代谢的调节 ③微生物代谢的人工控制新陈代谢专题八二 微生物的代谢二 微生物的代谢1.发酵乳糖的细菌在1小时内可分解其自重1000~10000倍的乳糖。 2.产朊假丝酵母合成蛋白质的能力比大豆强100倍，比食用牛强10万倍结论：代谢旺盛。 原因? 体积小，面积大。S/v越大，越有利于吸收、排泄和信息的交换。 一、微生物的代谢产物一、微生物的代谢产物初级代谢产物 定义：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。 举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等。 特征： 不同的微生物初级代谢产物基本相同； 初级代谢产物合成过程是连续不断的。一、微生物的代谢产物一、微生物的代谢产物次级代谢产物 定义：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。 举例：抗生物、毒素、激素、色素等。 特征： 不同的微生物初级代谢产物不同； 抗生素是一类具有特异性抑菌和杀菌作用的有机化合物。初级代谢产物和次级代谢产物的不同初级代谢产物和次级代谢产物的不同null微生物细胞代谢的调节主要是通过控制酶的作用来实现的 调节类型酶合成调节（慢调节） 酶活性调节 （快速调节）通过酶分子结构的改变来调节 变构调节，可逆性 。 通过调节酶的合成进而调节代谢速率的调节机制 ，是在遗传学水平上发生的 二、微生物代谢的调节null酶合成的调节 微生物细胞内酶的种类： 组成酶：微生物细胞内一直存在，合成是受遗传物质控制。 诱导酶：在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶。 举例： 亮白曲霉原来不能合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，但如果在培养基内加入蔗糖，一段时间后，可合成蔗糖酶，并利用蔗糖。null（1）鱼腥藻和根瘤菌生存方式的根本区别在于鱼腥藻是一种________固氮微生物。 （2）鱼腥藻细胞内固氮酶的合成是由基因控制的，如果此基因编码区上游的核苷酸序列发生了改变，则直接影响固氮酶合成过程的__________________阶段。 （3）从酶合成的调节角度来，鱼腥藻的固氮酶属于______酶。这种自我调节的意义是___________________。自生转录诱导保证了代谢的需要，避免了细胞内物质和能量的浪费，增强对环境的适应能力P67/10二、微生物代谢的调节二、微生物代谢的调节酶活性的调节抑制剂对酶活性的影响抑制剂对酶活性的影响抑制剂的作用是是停止酶的作用或使之减慢。抑制剂有两种类型：竞争性抑制剂和非竞争性抑制剂酶合成的调节和酶活性的调节的比较酶合成的调节和酶活性的调节的比较合成条件 基因和诱导物 只基因控制null控制细胞膜的渗透性 加入亚适量生物素（培养条件控制） 在谷氨酸发酵生产中，生物素的浓度对谷氨酸的累积量有明显的影响，只有把生物素的浓度控制在亚适量的情况下，才能分泌大量的谷氨酸。因此控制生物素的含量可以改变细胞膜的成分，进而改变膜的透性、谷氨酸的分泌和反馈调节。三、微生物代谢的人工控制三、微生物代谢的人工控制目的 最大限度积累对人类有用的代谢产物 措施 改变微生物遗传特性 控制生产过程种各种条件 实例 人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸； 人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸。null微生物代谢的人工控制 改变微生物的遗传特性：例如诱变处理 控制发酵条件：例如改变细胞膜的透性  黄色短杆菌的代谢过程黄色短杆菌的代谢过程抑制人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸高丝氨酸 脱氢酶不能合成可以大量积累人工诱变的 菌种不能产生null高丝氨酸缺陷型菌株不能合成高丝氨酸酶，故不能合成高丝氨酸，也不能合成苏氨酸和甲硫氨酸，在补给适量的高丝氨酸就可产生大量的赖氨酸。nullnull（三）微生物的代谢 （三）微生物的代谢 微生物代谢非常旺盛的原因 ：用形象易懂的比喻以及一些数据加以说明。 初级代谢产物和次级代谢产物：比较 代谢的调节：重点，结合实例讲解，引导学生对两种调节方式进行比较，，有利于学生形成良好的知识结构。 微生物代谢的人工控制：包括改变微生物遗传特性和控制发酵条件两个措施。对发酵条件的控制放在第三节，只要结合两个例子着重讲述科学家是怎样通过改变微生物的遗传特性来控制微生物的代谢过程即可 教法建议导 入导 入提供数据（1）微生物的面积与体积的比约是同等重量的成年人的30万倍；（2）在适宜条件下，大肠杆菌每小时分解的糖是自身重量的2 000倍，乳酸杆菌每小时产生的乳酸能达到自身重量的成千上万倍；（3）500kg重的食用公牛每昼夜只能从食物中“浓缩”0.5kg蛋白质,而同样重的酵母菌在24小时内即可合成50000kg的优良蛋白质。 引导学生分析得出：（1）微生物表面积与体积比大，有利于与外界环境进行物质交换；（2）微生物对物质的转化利用快。 null初级代谢产物和次级代谢产物的比较： 三 微生物的生长三 微生物的生长 群体生长的实质是包含着个体细胞生长与繁殖交替进行的过程null在恒定容积、一种菌、液体培养基和适宜的外界条件下，以时间为横坐标，以菌数的对数为纵坐标，根据不同培养时间时细菌数量的变化，可以作出一条反映细菌在整个培养期间菌数变化规律的曲线。生长曲线null1 调整期特点：菌数不立即增加，或增加很少，生长速度接近于零。代谢活跃①通过遗传学方法改变种的遗传特性使之缩短； ②利用对数生长期的细胞作为“种子”； ③尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相差太大； ④适当扩大接种量等方式缩短，克服不良的影响。缩短调整期的措施：null2 对数期 细菌个体形态、化学组成和生理特性等均较一致， 代谢旺盛、生长迅速、代时稳定， 是研究微生物基本代谢的良好材料。 在生产上用作种子以最大的速率生长和分裂，细菌数量呈对数增加null3 稳定期 营养物质消耗，代谢产物积累和pH等环境变化，逐步不适宜于细菌生长补充营养物质或取走代谢产物或改善培养条件，如对好氧菌进行通气、搅拌或振荡等 生长速率降为零 代谢产物大量积累：如外毒素、内毒素、抗生素、以及芽胞等null4 衰亡期 该时期死亡的细菌以对数方式增加 null连续培养 连续培养的基本原则：微生物培养过程中不断的补充营养物质和以同样的速率移出培养物null优点：缩短发酵周期，提高设备利用率； 便于自动控制； 降低动力消耗及体力劳动强度； 产品质量较稳定；缺点：杂菌污染和菌种退化null环境因素对微生物的影响 氧 温 度 PH 值最适生长温度：某菌分裂一代时最短或生长速率最高时的培养温度真菌：5.0-6.0； 细菌：6.5-7.5； 放线菌：7.5-8.5需氧型：硝化细菌 厌氧型：乳酸菌 兼气性细菌：酵母菌第三节 发酵工程简介第三节 发酵工程简介选取菌种制备培养液 （灭菌）发酵罐 （灭菌）控制发酵条件生产氨基酸加工 提取产品null发酵的主体设备讨论：null发酵的主体设备讨论：5.加料口、放料口通水降温进、出水口位置：符合热交换的原理 升温的原因：发酵产生热量 降温的目的：保证酶的活性最强 2.通无菌空气无菌：避免其它杂菌的污染 从下方通入：提高溶氧量 说明此微生物为需氧型 3.使用搅拌器使菌体与营养液充分接触 将无菌空气打成碎泡 4. PH值控制往往要加入缓冲剂，保证酶的活性最强 保证无菌。可连续培养。 null发酵工程生产产品的图