2發(fā)酵原理和代謝工程的基本概念

1、2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）21. 微生物細(xì)胞能為其自身提供代謝能微生物細(xì)胞能為其自身提供代謝能2. 細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組成細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組成3. 微生物代謝中的電子流和電子回路微生物代謝中的電子流和電子回路4. 生物氧化和輔酶的再生生物氧化和輔酶的再生5. 生化反應(yīng)途徑和代謝途徑生化反應(yīng)途徑和代謝途徑6. 生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和代謝網(wǎng)絡(luò)生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和代謝網(wǎng)絡(luò)7. 代謝網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)問題代謝網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)問題8. 代謝流和碳架物質(zhì)流代謝流和碳架物質(zhì)流9. 代謝主流代謝主流介紹介紹 26 個(gè)基本概念：個(gè)基本概念：2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）310.載流途徑與載流路徑載流途徑與

2、載流路徑11.代謝主流的變動(dòng)性和選擇性代謝主流的變動(dòng)性和選擇性12.理想載流途徑理想載流途徑13.微生物生物工程的難題微生物生物工程的難題14.代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性 15.工業(yè)發(fā)酵的五字策略工業(yè)發(fā)酵的五字策略16.代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性17.代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性18.微生物活細(xì)胞和細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)性微生物活細(xì)胞和細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)性 2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）419.正常代謝和競(jìng)爭(zhēng)型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)正常代謝和競(jìng)爭(zhēng)型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)20.異常代謝和導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)異常代謝和導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)21.細(xì)胞經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)格的制約細(xì)胞經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)格的制約 22.信息流指導(dǎo)下的工業(yè)發(fā)酵信息流

3、指導(dǎo)下的工業(yè)發(fā)酵23.限制性遺傳信息之謎限制性遺傳信息之謎24.從發(fā)酵工程到代謝工程從發(fā)酵工程到代謝工程25.代謝工程（定義）代謝工程（定義）26.代謝流及其控制的分析代謝流及其控制的分析介紹兩個(gè)網(wǎng)址介紹兩個(gè)網(wǎng)址2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）5 1. 微生物細(xì)胞能為其自身提供代謝能微生物細(xì)胞能為其自身提供代謝能 微生物細(xì)胞的生存方式與動(dòng)物、植物微生物細(xì)胞的生存方式與動(dòng)物、植物等高等生物的細(xì)胞不同，微生物細(xì)胞能等高等生物的細(xì)胞不同，微生物細(xì)胞能獨(dú)獨(dú)立存在，自主生活立存在，自主生活。因此每個(gè)微生物細(xì)胞。因此每個(gè)微生物細(xì)胞都具有能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)可把其它都具有能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)

4、可把其它形式的能量轉(zhuǎn)換成能被其自身直接使用的形式的能量轉(zhuǎn)換成能被其自身直接使用的能量能量 （ 如如 atp，gtp 和儲(chǔ)存在膜上的質(zhì)和儲(chǔ)存在膜上的質(zhì)子運(yùn)動(dòng)勢(shì)子運(yùn)動(dòng)勢(shì) p ），暫且把它們稱為），暫且把它們稱為代謝能代謝能。在代謝能的直接支撐下，活細(xì)胞才能維持在代謝能的直接支撐下，活細(xì)胞才能維持其高度有序的狀態(tài)。其高度有序的狀態(tài)。 2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）62.細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組成細(xì)胞能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的組成 微生物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括：微生物細(xì)胞的能量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包括：需要代謝能來(lái)激活的代謝途徑的有關(guān)的需要代謝能來(lái)激活的代謝途徑的有關(guān)的酶和這些酶的輔酶酶和這些酶的輔酶、原核微生物的

5、細(xì)胞、原核微生物的細(xì)胞質(zhì)膜和真核微生物線粒體的內(nèi)膜，以及質(zhì)膜和真核微生物線粒體的內(nèi)膜，以及這些膜上的這些膜上的電子傳遞鏈電子傳遞鏈和和atp酶酶，還有，還有在能量代謝和主動(dòng)輸送中起輔助作用的在能量代謝和主動(dòng)輸送中起輔助作用的有關(guān)有關(guān)載體系統(tǒng)載體系統(tǒng)。 2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）73.微生物細(xì)胞代謝的電子流和電子回路微生物細(xì)胞代謝的電子流和電子回路 工業(yè)發(fā)酵普遍使用的化能異養(yǎng)型微工業(yè)發(fā)酵普遍使用的化能異養(yǎng)型微生物靠生物氧化把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可被微生物靠生物氧化把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為可被微生物直接利用的代謝能。微生物細(xì)胞的生物直接利用的代謝能。微生物細(xì)胞的生物氧化過程必須借助于輔酶，并且其生

6、物氧化過程必須借助于輔酶，并且其生物氧化過程和跨膜的主動(dòng)輸送過程伴生物氧化過程和跨膜的主動(dòng)輸送過程伴隨著電子（或質(zhì)子）的流動(dòng)，形成微生隨著電子（或質(zhì)子）的流動(dòng)，形成微生物代謝的跨膜的質(zhì)子回路?！鞠吕m(xù)】物代謝的跨膜的質(zhì)子回路?！鞠吕m(xù)】2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）8atpatp酶呼吸鏈2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）94.生物氧化和輔酶的再生生物氧化和輔酶的再生 在微生物活細(xì)胞中，參與生物氧化反應(yīng)在微生物活細(xì)胞中，參與生物氧化反應(yīng)的脫氫酶的輔酶本身不能跨過膜，被局限在的脫氫酶的輔酶本身不能跨過膜，被局限在其所在的細(xì)胞空間內(nèi)。其所在的細(xì)胞空間內(nèi)。它們必須被再生，才它們必須

7、被再生，才能回用能回用，以維持能量代謝以維持能量代謝。脫氫酶的輔酶在。脫氫酶的輔酶在細(xì)胞的氧化還原反應(yīng)中接受電子而被還原成細(xì)胞的氧化還原反應(yīng)中接受電子而被還原成還原型輔酶，還原型輔酶把電子釋放給電子還原型輔酶，還原型輔酶把電子釋放給電子受體，從而實(shí)現(xiàn)脫氫酶的輔酶的再生。根據(jù)受體，從而實(shí)現(xiàn)脫氫酶的輔酶的再生。根據(jù)最終電子受體的類型，可把生物氧化分成有最終電子受體的類型，可把生物氧化分成有氧呼吸、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵三種類型。氧呼吸、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵三種類型。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）105.生化反應(yīng)途徑和代謝途徑生化反應(yīng)途徑和代謝途徑 一系列按序進(jìn)行的生物化學(xué)反一系列按序進(jìn)行的生物化學(xué)

8、反應(yīng)構(gòu)成生化反應(yīng)途徑；若這條途徑應(yīng)構(gòu)成生化反應(yīng)途徑；若這條途徑在活細(xì)胞里運(yùn)行在活細(xì)胞里運(yùn)行，則為代謝途徑。，則為代謝途徑。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）116.生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和代謝網(wǎng)絡(luò)生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和代謝網(wǎng)絡(luò) 生化反應(yīng)途徑按生物化學(xué)規(guī)律生化反應(yīng)途徑按生物化學(xué)規(guī)律匯成生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；代謝途徑與跨匯成生化反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)；代謝途徑與跨膜輸送系統(tǒng)按代謝規(guī)律匯成（物質(zhì)）膜輸送系統(tǒng)按代謝規(guī)律匯成（物質(zhì)）代謝網(wǎng)絡(luò)。代謝網(wǎng)絡(luò)。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）127.代謝網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)問題代謝網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)網(wǎng)問題 代謝中間化合物都在代謝網(wǎng)絡(luò)上，有些有代謝中間化合物都在代謝網(wǎng)絡(luò)上，有些有機(jī)化合物雖然不在代謝網(wǎng)

9、絡(luò)上但仍有可能與代機(jī)化合物雖然不在代謝網(wǎng)絡(luò)上但仍有可能與代謝網(wǎng)絡(luò)謝網(wǎng)絡(luò)“聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)”。所謂所謂“聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)”就是用化學(xué)或就是用化學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)把指定的化合物連接到代謝網(wǎng)絡(luò)生物化學(xué)反應(yīng)把指定的化合物連接到代謝網(wǎng)絡(luò)上去，從而使它與微生物的代謝建立聯(lián)系。上去，從而使它與微生物的代謝建立聯(lián)系?！奥?lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)”可以用化學(xué)或生物學(xué)方法（可以用化學(xué)或生物學(xué)方法（ 含含dna重組技術(shù)重組技術(shù) ）來(lái)實(shí)現(xiàn)。）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 廣義的廣義的 “聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)” 包含包含代謝網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)不同的生命有機(jī)體之間接力賽式代謝網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)不同的生命有機(jī)體之間接力賽式的代謝聯(lián)系。的代謝聯(lián)系。已在已在“網(wǎng)網(wǎng)” 上或者可以上或者可以“聯(lián)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)” 的化合物都可

10、能被開發(fā)為工業(yè)發(fā)酵的產(chǎn)物或原的化合物都可能被開發(fā)為工業(yè)發(fā)酵的產(chǎn)物或原料。料。 2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）138.代謝流和碳架物質(zhì)流代謝流和碳架物質(zhì)流 代謝物在代謝網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)形代謝物在代謝網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)形成代謝流。廣義的代謝流還包括成代謝流。廣義的代謝流還包括能量流和信息流。在代謝分析和能量流和信息流。在代謝分析和代謝工程中，代謝流往往首先是代謝工程中，代謝流往往首先是指指有機(jī)物流（碳架物質(zhì)流）有機(jī)物流（碳架物質(zhì)流）。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）149.代謝主流代謝主流 在一定的培養(yǎng)條件下，代謝在一定的培養(yǎng)條件下，代謝物在代謝網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)，流量相對(duì)物在代謝網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)，

11、流量相對(duì)集中的代謝流叫做集中的代謝流叫做該培養(yǎng)條件下該培養(yǎng)條件下的代謝主流。代謝主流的流量測(cè)的代謝主流。代謝主流的流量測(cè)定是代謝工程的重要組成部分。定是代謝工程的重要組成部分。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）1510.載流途徑與載流路徑載流途徑與載流路徑 從字面上講，從字面上講，有代謝物流通過的代有代謝物流通過的代謝途徑即載流途徑。載流路徑是工業(yè)發(fā)謝途徑即載流途徑。載流路徑是工業(yè)發(fā)酵酵領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)。領(lǐng)域的術(shù)語(yǔ)。在工業(yè)發(fā)酵的目的產(chǎn)物在工業(yè)發(fā)酵的目的產(chǎn)物生產(chǎn)階段，碳架物質(zhì)從原料到目的產(chǎn)物生產(chǎn)階段，碳架物質(zhì)從原料到目的產(chǎn)物流經(jīng)的各段代謝途徑（即載流途徑），流經(jīng)的各段代謝途徑（即載流途徑），

12、按流經(jīng)的先后次序首尾銜接，組合成載按流經(jīng)的先后次序首尾銜接，組合成載流路徑。流路徑。代謝工程沒有必要研究所有的代謝工程沒有必要研究所有的載流途徑，但必須研究載流路徑上的代載流途徑，但必須研究載流路徑上的代謝流，也就是謝流，也就是生產(chǎn)階段的代謝主流生產(chǎn)階段的代謝主流。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）1611.代謝主流的變動(dòng)性和選擇性代謝主流的變動(dòng)性和選擇性 微生物的代謝主流的方向、流量微生物的代謝主流的方向、流量甚至所流經(jīng)的途徑都可能發(fā)生變化。甚至所流經(jīng)的途徑都可能發(fā)生變化。這就是微生物代謝主流的變動(dòng)性和代這就是微生物代謝主流的變動(dòng)性和代謝主流對(duì)代謝網(wǎng)絡(luò)中的途徑的選擇性。謝主流對(duì)代謝

13、網(wǎng)絡(luò)中的途徑的選擇性。這種變動(dòng)和選擇的根據(jù)在微生物細(xì)胞這種變動(dòng)和選擇的根據(jù)在微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，選擇的原因是微生物所的遺傳物質(zhì)，選擇的原因是微生物所處的環(huán)境條件的變化。處的環(huán)境條件的變化。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）1712.理想載流路徑理想載流路徑 為了提高產(chǎn)物對(duì)原料的轉(zhuǎn)化率，為了提高產(chǎn)物對(duì)原料的轉(zhuǎn)化率， 就要求代謝主流（根據(jù)代謝分析的結(jié)就要求代謝主流（根據(jù)代謝分析的結(jié)果）經(jīng)設(shè)定的載流路徑流到目的產(chǎn)物。果）經(jīng)設(shè)定的載流路徑流到目的產(chǎn)物。因?yàn)檫@樣的載流路徑是因?yàn)檫@樣的載流路徑是帶有主觀導(dǎo)向帶有主觀導(dǎo)向性的虛擬的載流途徑，所以把它們叫性的虛擬的載流途徑，所以把它們叫做理想載流路

14、徑。做理想載流路徑。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）1813.微生物生物工程的難題微生物生物工程的難題既然微生物的代謝主流對(duì)網(wǎng)絡(luò)中既然微生物的代謝主流對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的途徑有的途徑有自主的自主的選擇性，而工業(yè)發(fā)酵選擇性，而工業(yè)發(fā)酵的目標(biāo)又是要微生物的代謝主流經(jīng)理的目標(biāo)又是要微生物的代謝主流經(jīng)理想載流途徑，流到目的產(chǎn)物，因此就想載流途徑，流到目的產(chǎn)物，因此就有必要去解決有必要去解決理想載流途徑的設(shè)計(jì)理想載流途徑的設(shè)計(jì)問問題和對(duì)代謝主流的題和對(duì)代謝主流的合理導(dǎo)向合理導(dǎo)向問題。問題。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）1914.代謝的代謝的“五段式五段式” 在工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，培養(yǎng)器中的微

15、在工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，培養(yǎng)器中的微生物細(xì)胞的代謝是分步進(jìn)行的。胞外營(yíng)生物細(xì)胞的代謝是分步進(jìn)行的。胞外營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（一般要經(jīng)胞外酶降解后）從培養(yǎng)物質(zhì)（一般要經(jīng)胞外酶降解后）從培養(yǎng)介質(zhì)跨膜進(jìn)入細(xì)胞，（一般要）經(jīng)過養(yǎng)介質(zhì)跨膜進(jìn)入細(xì)胞，（一般要）經(jīng)過“向心途徑向心途徑”、“中心途徑中心途徑”和和“離心離心途徑途徑”等三段連續(xù)的代謝途徑的代謝，等三段連續(xù)的代謝途徑的代謝，才能在胞內(nèi)生成目的產(chǎn)物，最后，目的才能在胞內(nèi)生成目的產(chǎn)物，最后，目的產(chǎn)物跨過細(xì)胞質(zhì)膜排出細(xì)胞回到培養(yǎng)介產(chǎn)物跨過細(xì)胞質(zhì)膜排出細(xì)胞回到培養(yǎng)介質(zhì)。質(zhì)。 【下續(xù)】【下續(xù)】2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）20 因此，因此，典型的理想載流途徑典

16、型的理想載流途徑應(yīng)該由以上五段承擔(dān)不同代謝分應(yīng)該由以上五段承擔(dān)不同代謝分工的依次銜接的代謝途徑組成。工的依次銜接的代謝途徑組成。這就是載流途徑的這就是載流途徑的“五段式五段式”。在這條載流途徑上流動(dòng)的代謝主在這條載流途徑上流動(dòng)的代謝主流對(duì)應(yīng)地也有五段，這就是代謝流對(duì)應(yīng)地也有五段，這就是代謝主流的主流的“五段式五段式”。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）2115.工業(yè)發(fā)酵的五字策略工業(yè)發(fā)酵的五字策略 在在“ 載流路徑載流路徑 ” 、“ 代謝主代謝主流流 ” 和和“ 五段式五段式 ” 等概念的基礎(chǔ)等概念的基礎(chǔ)上，從統(tǒng)籌的角度出發(fā)，提出上，從統(tǒng)籌的角度出發(fā)，提出能作能作為一個(gè)整體用于設(shè)計(jì)育

17、種以及發(fā)酵為一個(gè)整體用于設(shè)計(jì)育種以及發(fā)酵工藝控制的工藝控制的 的五字策略的五字策略 ： “ 進(jìn)、進(jìn)、通、節(jié)、堵、出通、節(jié)、堵、出 ” 【下續(xù)】【下續(xù)】2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）22進(jìn)，促進(jìn)細(xì)胞對(duì)碳源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收；進(jìn)，促進(jìn)細(xì)胞對(duì)碳源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收；通，使來(lái)自上游和各個(gè)注入分支的碳通，使來(lái)自上游和各個(gè)注入分支的碳架物質(zhì)能暢通地流向目的產(chǎn)物；架物質(zhì)能暢通地流向目的產(chǎn)物；節(jié)，阻塞與目的產(chǎn)物的形成無(wú)關(guān)或關(guān)節(jié)，阻塞與目的產(chǎn)物的形成無(wú)關(guān)或關(guān)系不大的代謝支流，使碳架物質(zhì)相對(duì)集系不大的代謝支流，使碳架物質(zhì)相對(duì)集中地流向目的產(chǎn)物；中地流向目的產(chǎn)物；堵，消除或削弱目的產(chǎn)物進(jìn)一步代謝堵，消除或削弱

18、目的產(chǎn)物進(jìn)一步代謝的途徑；的途徑；出，促進(jìn)目的產(chǎn)物向胞外空間分泌。出，促進(jìn)目的產(chǎn)物向胞外空間分泌。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）2316. 代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)及其剛性 微生物代謝網(wǎng)絡(luò)中的途徑的交叉點(diǎn)微生物代謝網(wǎng)絡(luò)中的途徑的交叉點(diǎn)（代謝流的集散處）叫做（代謝流的集散處）叫做節(jié)點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)（node），微生物自動(dòng)抵制節(jié)點(diǎn)處代謝物流量分配比微生物自動(dòng)抵制節(jié)點(diǎn)處代謝物流量分配比率的改變的特性叫做節(jié)點(diǎn)的剛性率的改變的特性叫做節(jié)點(diǎn)的剛性。節(jié)點(diǎn)的。節(jié)點(diǎn)的剛性取決于微生物代謝的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制。剛性取決于微生物代謝的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制。因此在應(yīng)用因此在應(yīng)用 “ 五字策略五字策略 ” 制訂育種

19、方案制訂育種方案時(shí)必須認(rèn)真考慮節(jié)點(diǎn)剛性問題，盡量采用時(shí)必須認(rèn)真考慮節(jié)點(diǎn)剛性問題，盡量采用解除調(diào)節(jié)的育種手段。解除調(diào)節(jié)的育種手段。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）2417.代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性 微生物自動(dòng)抵制代謝網(wǎng)絡(luò)中代微生物自動(dòng)抵制代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物流量分布的改變的特性叫做代謝物流量分布的改變的特性叫做代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性與代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性與主要?jiǎng)傂怨?jié)點(diǎn)的剛性大小、分布及主要?jiǎng)傂怨?jié)點(diǎn)的剛性大小、分布及數(shù)量密切相關(guān)。數(shù)量密切相關(guān)。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）2518.微生物活細(xì)胞及其經(jīng)濟(jì)性微生物活細(xì)胞及其經(jīng)濟(jì)性 微生物活細(xì)胞是個(gè)遠(yuǎn)離平衡微生

20、物活細(xì)胞是個(gè)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)的開放體系，是一種靠消耗狀態(tài)的開放體系，是一種靠消耗能量而維持低熵的穩(wěn)定動(dòng)態(tài)的特能量而維持低熵的穩(wěn)定動(dòng)態(tài)的特殊結(jié)構(gòu)殊結(jié)構(gòu)耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)。 【下續(xù)】【下續(xù)】2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）26 從微生物細(xì)胞對(duì)能量和化學(xué)物質(zhì)的從微生物細(xì)胞對(duì)能量和化學(xué)物質(zhì)的內(nèi)外交換、增收節(jié)支、協(xié)調(diào)自律等客觀內(nèi)外交換、增收節(jié)支、協(xié)調(diào)自律等客觀規(guī)律出發(fā)，把微生物細(xì)胞作為按特殊的規(guī)律出發(fā)，把微生物細(xì)胞作為按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)實(shí)體來(lái)看待，并且經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)實(shí)體來(lái)看待，并且把這種按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的有利于把這種按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的有利于生存競(jìng)爭(zhēng)（生存保障）的新陳代謝特性生

21、存競(jìng)爭(zhēng)（生存保障）的新陳代謝特性叫做細(xì)胞經(jīng)濟(jì)性。叫做細(xì)胞經(jīng)濟(jì)性。細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)性可以以細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)性可以以生成細(xì)胞的重量與消耗基質(zhì)的重量之比生成細(xì)胞的重量與消耗基質(zhì)的重量之比值值細(xì)胞經(jīng)濟(jì)系數(shù)來(lái)衡量。細(xì)胞經(jīng)濟(jì)系數(shù)來(lái)衡量。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）2719.正常代謝和競(jìng)爭(zhēng)型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)正常代謝和競(jìng)爭(zhēng)型細(xì)胞經(jīng)濟(jì) 微生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)化的方向是發(fā)微生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)化的方向是發(fā)展其自身的適應(yīng)能力和提高細(xì)胞運(yùn)行的經(jīng)展其自身的適應(yīng)能力和提高細(xì)胞運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。經(jīng)生存競(jìng)爭(zhēng)而幸存下來(lái)的野生型濟(jì)系數(shù)。經(jīng)生存競(jìng)爭(zhēng)而幸存下來(lái)的野生型微生物在其所棲身的環(huán)境中是富有競(jìng)爭(zhēng)能微生物在其所棲身的環(huán)境中是富有競(jìng)爭(zhēng)能力的

22、，并且它們的代謝中間物在代謝網(wǎng)絡(luò)力的，并且它們的代謝中間物在代謝網(wǎng)絡(luò)中的分布及細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況有利于細(xì)胞中的分布及細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況有利于細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。在上述條件生長(zhǎng)、繁殖和在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。在上述條件下，細(xì)胞處于正常代謝狀態(tài)，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體下，細(xì)胞處于正常代謝狀態(tài)，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體系呈現(xiàn)系呈現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的特色競(jìng)爭(zhēng)型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的特色。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）2820.異常代謝和導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)異常代謝和導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì) 如果工業(yè)生產(chǎn)要求微生物在胞外累積如果工業(yè)生產(chǎn)要求微生物在胞外累積某種代謝中間產(chǎn)物，則須對(duì)微生物的代謝某種代謝中間產(chǎn)物，則須對(duì)微生物的代謝流進(jìn)行流進(jìn)行導(dǎo)向?qū)颉?/p>

23、根據(jù)已獲得的代謝分析的信。根據(jù)已獲得的代謝分析的信息，應(yīng)用息，應(yīng)用“五字策略五字策略”有可能設(shè)計(jì)理想載有可能設(shè)計(jì)理想載流途徑和配套的發(fā)酵培養(yǎng)工藝路線和工藝流途徑和配套的發(fā)酵培養(yǎng)工藝路線和工藝條件，進(jìn)而改造菌種、調(diào)整工藝，條件，進(jìn)而改造菌種、調(diào)整工藝，將代謝將代謝主流導(dǎo)向理想載流途徑。在導(dǎo)向成功的情主流導(dǎo)向理想載流途徑。在導(dǎo)向成功的情況下，細(xì)胞處于異常代謝狀態(tài)，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)況下，細(xì)胞處于異常代謝狀態(tài)，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體系呈現(xiàn)導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的特色。體系呈現(xiàn)導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的特色。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）2921.細(xì)胞經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)格的制約細(xì)胞經(jīng)濟(jì)受到嚴(yán)格的制約 工業(yè)發(fā)酵依靠細(xì)胞群體的代謝來(lái)獲得工

24、業(yè)發(fā)酵依靠細(xì)胞群體的代謝來(lái)獲得產(chǎn)品，導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)固然有利于特定的產(chǎn)品，導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)固然有利于特定的代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)，但代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)，但競(jìng)爭(zhēng)型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)向?qū)Ц?jìng)爭(zhēng)型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)向?qū)蛐图?xì)胞經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化受到能量代謝、還原向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)化受到能量代謝、還原力的平衡等條件的嚴(yán)格制約（以保證有熵力的平衡等條件的嚴(yán)格制約（以保證有熵的輸出），表現(xiàn)出代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。的輸出），表現(xiàn)出代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。若細(xì)若細(xì)胞經(jīng)濟(jì)實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)過度偏離競(jìng)爭(zhēng)型運(yùn)胞經(jīng)濟(jì)實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)過度偏離競(jìng)爭(zhēng)型運(yùn)行狀態(tài)，活細(xì)胞的高度有序狀態(tài)將走向無(wú)行狀態(tài)，活細(xì)胞的高度有序狀態(tài)將走向無(wú)序，最終導(dǎo)致序，最終導(dǎo)致細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的崩潰細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的崩潰。2021-1

25、1-15張星元：發(fā)酵原理（講座）3022.信息流指導(dǎo)下的工業(yè)發(fā)酵信息流指導(dǎo)下的工業(yè)發(fā)酵 在工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，可以把微生物在工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)中，可以把微生物細(xì)胞看作是細(xì)胞看作是細(xì)胞機(jī)器細(xì)胞機(jī)器，它們進(jìn)行能量代，它們進(jìn)行能量代謝和物質(zhì)代謝；同時(shí)又可以把它們看作謝和物質(zhì)代謝；同時(shí)又可以把它們看作是是信息處理器信息處理器，它們復(fù)制和傳遞自己的，它們復(fù)制和傳遞自己的生物信息，接收細(xì)胞內(nèi)外的物理、化學(xué)生物信息，接收細(xì)胞內(nèi)外的物理、化學(xué)甚至生物信息，并在對(duì)內(nèi)外信息流進(jìn)行甚至生物信息，并在對(duì)內(nèi)外信息流進(jìn)行綜合處理的基礎(chǔ)上，發(fā)出代謝調(diào)控的指綜合處理的基礎(chǔ)上，發(fā)出代謝調(diào)控的指令，令，在網(wǎng)絡(luò)剛性的范圍之內(nèi)控制微生物在網(wǎng)絡(luò)

26、剛性的范圍之內(nèi)控制微生物細(xì)胞自身的生命活動(dòng)。細(xì)胞自身的生命活動(dòng)。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）3123.限制性遺傳信息之謎限制性遺傳信息之謎 可以推測(cè)在每個(gè)微生物細(xì)胞的遺傳可以推測(cè)在每個(gè)微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)中必有其限制性的生死攸關(guān)的遺傳物質(zhì)中必有其限制性的生死攸關(guān)的遺傳信息，它們規(guī)定微生物細(xì)胞生命活動(dòng)的信息，它們規(guī)定微生物細(xì)胞生命活動(dòng)的基本的代謝網(wǎng)絡(luò)及其調(diào)節(jié)機(jī)制。這些遺基本的代謝網(wǎng)絡(luò)及其調(diào)節(jié)機(jī)制。這些遺傳信息是微生物細(xì)胞能夠自主生活與獨(dú)傳信息是微生物細(xì)胞能夠自主生活與獨(dú)立存在的依據(jù)，也是微生物對(duì)環(huán)境的有立存在的依據(jù)，也是微生物對(duì)環(huán)境的有限的適應(yīng)性以及設(shè)計(jì)育種的計(jì)劃往往不限的適應(yīng)性以及設(shè)計(jì)育種的計(jì)劃往往不能完全兌現(xiàn)的內(nèi)在原因。能完全兌現(xiàn)的內(nèi)在原因。2021-11-15張星元：發(fā)酵原理（講座）3224. 從發(fā)酵工程到代謝工程從發(fā)酵工程到代謝工程 微生物生物工程微生物生物工程（現(xiàn)代發(fā)酵工程）現(xiàn)代發(fā)酵工程）基本理論在對(duì)代謝流及其控制做出了基本理論在對(duì)代謝流及其控制做出了定定性或半定量的分析性或半定量的分析，并在此基礎(chǔ)上