微生物培養(yǎng)基及其制備課件

1、第二章 培養(yǎng)基及其制備本章內(nèi)容簡(jiǎn)介：培養(yǎng)基原材料淀粉水解糖的制備糖蜜前處理石油代糧發(fā)酵微生物工程的特征第一節(jié) 培養(yǎng)基的原材料一、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分及用途 光 光能自養(yǎng) 氫、硫、氨 自養(yǎng)菌.能源 亞硝酸鹽、亞鐵鹽 化能自養(yǎng) 碳水化合物等有機(jī)物 石油天然氣和石油化工產(chǎn)品 功能：生長(zhǎng)、繁殖需要； 異養(yǎng)菌 碳酸氣 淀粉水解糖、糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液等 石油、正構(gòu)石蠟、天然氣 醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品 功能：提供能量、構(gòu)成菌體、代謝產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)； 豆餅或蠶蛹水解液、味精廢液.氮源 玉米漿、酒糟水等有機(jī)氮 尿素、硫酸銨、氨水、硝酸鹽等無(wú)機(jī)氮、氣態(tài)氮 功能：構(gòu)成菌體、含氮代謝物；.碳源 磷酸鹽、鉀鹽、

2、鈣鹽等礦物鹽.無(wú)機(jī)鹽 鐵、錳、鈷等微量元素 功能：構(gòu)成菌體，參與酶的組成，維持酶活性，調(diào)節(jié)滲透壓，調(diào)節(jié)pH值，維持氧化還原電位；.特殊生長(zhǎng)因子：硫胺素、生物素、對(duì)氨基苯甲酸、肌醇等 功能：酶的輔助部分，維持生命活動(dòng)；.水分 功能：生化反應(yīng)均在水溶液中進(jìn)行二、培養(yǎng)基的類型 1.依營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的來(lái)源分類 天然培養(yǎng)基；（麥芽汁、玉米粉、麩皮、鋸末等） 合成培養(yǎng)基； （高氏培養(yǎng)基、察氏培養(yǎng)基等 ） 半合成培養(yǎng)基； （牛肉膏蛋白胨、土豆葡萄糖培養(yǎng)基） 2.依培養(yǎng)基制成的形式分： 液體培養(yǎng)基； 固體培養(yǎng)基； 3.依培養(yǎng)基主要成分和使用目的來(lái)分 基礎(chǔ)培養(yǎng)基 完全培養(yǎng)基 鑒別培養(yǎng)基 選擇培養(yǎng)基4.根據(jù)生產(chǎn)工藝來(lái)分

3、 孢子培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基 發(fā)酵培養(yǎng)基 附：培養(yǎng)基配方舉例三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇 發(fā)酵培養(yǎng)基的用途與要求、成分、配比經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定，配制時(shí)兼顧原料來(lái)源、成本及工藝管理；四、原料轉(zhuǎn)換及意義 發(fā)酵培養(yǎng)基中所用原材料，大部分屬于糧食、油脂、蛋白質(zhì)和農(nóng)用肥料，其中山芋粉、玉米粉、淀粉、糊精、麥芽糖等都是可供人畜食用的糧食、油料或以糧食為原料的產(chǎn)品；我國(guó)人口眾多，發(fā)酵產(chǎn)品品種和產(chǎn)量與日俱增，每年都消耗大量糧食、油料和蛋白質(zhì)原料。 隨著原料的轉(zhuǎn)換，不僅要選育與原料轉(zhuǎn)換相適應(yīng)的菌種，同時(shí)發(fā)酵的控制方法也不相同。第二節(jié) 淀粉水解糖的制備一、淀粉的性質(zhì)：顆粒狀態(tài)來(lái)源，純度淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖：增重11%，還原基團(tuán) 甜味 呈

4、味物質(zhì) 色澤二、淀粉水解糖的制備方法 1.酸解法 2.酶解法 3.酸酶結(jié)合法 酸酶法 酶酸法不同的制糖工藝生產(chǎn)的糖液質(zhì)量差別很大雙酶水解法制葡萄糖的優(yōu)點(diǎn) ：（1）淀粉水解是在酶的作用下進(jìn)行的，酶解的反應(yīng)條件比較溫和。（2）微生物作用的專一性強(qiáng)，淀粉的水解副反應(yīng)少，因而水解糖液純度高，淀粉的轉(zhuǎn)化率高。（3）可在較高淀粉乳濃度下水解。（4）由于微生物酶制劑中菌體細(xì)胞的自溶，糖液的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)較豐富，這就使發(fā)酵培養(yǎng)基的組成可加以簡(jiǎn)化。（5）用酶法制得的糖液顏色淺、較純凈、無(wú)苦味、質(zhì)量高，有利于糖液的精制。 二、淀粉酸水解理論基礎(chǔ) 淀粉水解成葡萄糖的反應(yīng)過(guò)程中同時(shí)發(fā)生：水解反應(yīng)、復(fù)合反應(yīng)、分解反應(yīng)；其中水

5、解反應(yīng)是主要的。 在淀粉糖化過(guò)程中，這三種化學(xué)反應(yīng)的關(guān)系如下：淀粉葡萄糖復(fù)合二糖 5-羥甲基糖醛復(fù)合低聚糖有機(jī)酸、有色物質(zhì)等鹽酸 復(fù)合反應(yīng)：葡萄糖分子間經(jīng)1-6糖苷鍵結(jié)合成龍膽二糖（有苦味）、異麥芽糖和其他低聚糖（合稱復(fù)合低聚糖）。 分解反應(yīng)：葡萄糖羥甲基糠醛有機(jī)酸、色素等。 淀粉的水解反應(yīng) 1.淀粉水解過(guò)程 H+ H+3O 進(jìn)攻糖苷鍵的O-形成共軛酸 糖苷鍵斷裂 2.淀粉酸水解反應(yīng)動(dòng)力學(xué) 3.影響酸水解的因素 酸的種類 主要因素 濃度 水解溫度葡萄糖的復(fù)合反應(yīng)及其影響因素 復(fù)合反應(yīng)：在淀粉的酸糖化過(guò)程中，水解生成的葡萄糖受酸和熱的影響，葡萄糖分子之間通過(guò)糖苷鍵相聚合，生成二糖、三糖及其他低聚

6、糖。影響復(fù)合反應(yīng)的因素： 1.淀粉濃度的影響（用DE值表示葡萄糖純度）： 2.酸的影響：葡萄糖的分解反應(yīng)及其影響因素 葡萄糖 5-羥甲基糠醛乙酰丙酸、蟻酸、色素物質(zhì)； 影響因素：濃度、溫度、pH值；第三節(jié) 糖蜜前處理一、糖蜜的來(lái)源與特點(diǎn)二、糖蜜前處理的方法三、谷氨酸發(fā)酵糖蜜前處理 糖蜜是制糖生產(chǎn)時(shí)的結(jié)晶母液，它是制糖工業(yè)的副產(chǎn)物。糖蜜主要含有蔗糖，總糖可達(dá)50%75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。 糖蜜除含糖份外，還含有較多的雜質(zhì)，其中有些是有用的，但是許多都會(huì)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)生不利的影響，需要進(jìn)行預(yù)處理。不同加工方法對(duì)甘蔗糖蜜的影響糖蜜前處理的一般方法1.加酸通風(fēng)沉淀法（冷酸通風(fēng)處理法）

7、通風(fēng)，沉淀，提高N、O2含量2.加熱加酸沉淀法（熱酸通風(fēng)沉淀法） 效果比方法1好，但是費(fèi)時(shí)費(fèi)設(shè)備，不適于大規(guī)模生產(chǎn)3.添加絮凝劑澄清處理法 澄清效果較好目的：通過(guò)稀釋，酸化，滅菌，澄清，使之更適于發(fā)酵谷氨酸發(fā)酵的糖蜜前處理待處理物質(zhì)：膠體成分（起泡、結(jié)晶）、鈣鹽（結(jié)晶） 生物素（發(fā)酵控制）處理目的：澄清脫鈣脫除生物素糖蜜預(yù)處理方法活性炭處理法 稀釋，漂白粉，活性炭，過(guò)濾 原理：吸附樹(shù)脂處理法 亞硝酸處理法原理：破壞生物素還可以采用以下三種方法脫除生物素：1.添加化學(xué)藥劑處理法 原理：增加細(xì)胞膜對(duì)谷氨酸的滲透性 添加青霉素法 添加表面活性劑 添加抗氧劑法2.追加糖蜜法 原理：當(dāng)谷氨酸酶系統(tǒng)成熟時(shí)

8、過(guò)量生物素不影響發(fā)酵，可在此時(shí)添加未處理的糖蜜進(jìn)去繼續(xù)正常生產(chǎn)。3.采用營(yíng)養(yǎng)缺陷變異株 原理：誘變生物素缺陷型菌株為油酸缺陷型等，是生物素不再影響谷氨酸的積累第四節(jié) 石油代糧發(fā)酵原料石油代糧發(fā)酵： 微生物利用石油化工產(chǎn)品，得到蛋白，氨基酸，抗生素，酶，檸檬酸，維生素等產(chǎn)品。石油代糧發(fā)酵的特點(diǎn)： 不耗糧食； 反應(yīng)不需高溫高壓耐腐蝕的設(shè)備； 耗氧產(chǎn)熱，因此要求菌種耐高溫； 需保證產(chǎn)物安全無(wú)毒；石油代糧發(fā)酵的原料：各種石油餾分：正烷烴，輕油，燈油等各種石化產(chǎn)品：甲醇，乙醇，醋酸（for 谷氨酸、賴氨酸），乙二醇，丙二醇等石油酵母菌體：為維生素B2和酶的生產(chǎn)提供C、N源（間接石油發(fā)酵）常用：醋酸，乙醇

9、 一、前體物質(zhì)：前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接彼微生物在生物合成過(guò)程中合成到產(chǎn)物物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒(méi)有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。青霉素：分子量356苯乙酸:分子量136第五節(jié) 前體物質(zhì)、促進(jìn)劑 作用：前體有助于提高產(chǎn)量和組份 P107用量：前體的用量可以按分子量衡算，具體使用有個(gè)轉(zhuǎn)化 率的問(wèn)題例：6000單位/ml的青霉素G,需要多少苯乙酸 青霉素6000*0.6（微克）36mg/ml 苯乙酸（36*136）/356=13.8mg/ml=1.38%實(shí)際使用時(shí)的轉(zhuǎn)化率在46-90%之間 例某廠單耗為：0.337（kg/10億青霉素） 轉(zhuǎn)化率為：0.

10、6/(0.337*36/13.8)=68%用法：前體使用時(shí)普遍采用流加的方法 前體一般都有毒性，濃度過(guò)大對(duì)菌體的生長(zhǎng)不利 苯乙酸，一般基礎(chǔ)料中僅僅添加0.07% 前體相對(duì)價(jià)格較高，添加過(guò)多，容易引起揮發(fā)和氧化， 流加也有利于提高前提的轉(zhuǎn)化率常用的前體物質(zhì)氨基酸菌種前體物質(zhì)產(chǎn)率（%）絲氨酸色氨酸色氨酸蛋氨酸異亮氨酸異亮氨酸蘇氨酸嗜甘油棒狀桿菌異常漢孫酵母麥角菌脫氮極毛桿菌粘質(zhì)賽氏桿菌阿氏棒狀桿菌谷氨酸小球菌甘氨酸氨茴酸吲哚硫代丁酸-氨基丁酸D-蘇氨酸高絲氨酸1.60.81.31.10.81.52.0二、促進(jìn)劑：促進(jìn)劑是指那些非細(xì)胞生長(zhǎng)所必須的營(yíng)養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。 促進(jìn)

11、劑提高產(chǎn)量的機(jī)制還不完全清楚，其原因是多方面的。 有些促進(jìn)劑本身是酶的誘導(dǎo)物； 有些促進(jìn)劑是表面活性劑，可改善細(xì)胞的透性，改善 細(xì)胞與氧的接觸從而促進(jìn)酶的分泌與生產(chǎn)， 也有人認(rèn)為表面活性劑對(duì)酶的表面失活有保護(hù)作用； 有些促進(jìn)劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。促進(jìn)劑作用舉例發(fā)酵過(guò)程的促進(jìn)劑和抑制劑抗生素被抑制的產(chǎn)物抑制劑鏈霉素去甲基鏈霉素四環(huán)素去甲基金霉素頭孢菌素C利福霉素甘露糖鏈霉素鏈霉素金霉素金霉素頭孢霉素N其他利福霉素甘露聚糖乙硫氨酸溴化物、硫脲硫胺化合物L(fēng)-蛋氨酸巴比妥藥物本章小節(jié) 掌握：培養(yǎng)基的原料；培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分；發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇；淀粉水解糖的制備； 難點(diǎn)：淀粉水解理論基礎(chǔ)；谷

12、氨酸發(fā)酵的糖蜜前處理；生物合成的前體物質(zhì)；發(fā)酵過(guò)程中的促進(jìn)劑和抑制劑；常見(jiàn)培養(yǎng)基的配方舉例營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基： 牛肉膏3g，蛋白胨10g，NaCl5g，瓊脂15-20g，水1000ml，pH7.0-7.2；淀粉瓊脂培養(yǎng)基（高氏1號(hào)培養(yǎng)基）： 可溶性淀粉20g，KNO31g，NaCl0.5g，K2HPO40.5g，F(xiàn)eSO40.01g，瓊脂20g，水1000ml，pH7.0-7.2;PDA培養(yǎng)基： 馬鈴薯（去皮）200g，蔗糖或葡萄糖15g，瓊脂15-20g，水1000ml;淀粉酸解反應(yīng)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)速度常數(shù)k=CA ：催化常數(shù)，與酸的種類相關(guān)； CA ：酸的體積摩爾濃度； ：多糖的水解常數(shù)，其值越低，

13、表示多糖越難水解； ：溫度對(duì)水解速度影響的常數(shù) EndThanks!第三章 嫌氣發(fā)酵機(jī)制微生物細(xì)胞的調(diào)節(jié)機(jī)制糖酵解途徑特點(diǎn)及調(diào)節(jié)機(jī)制酒精發(fā)酵機(jī)制甘油發(fā)酵機(jī)制乳酸發(fā)酵機(jī)制 重點(diǎn)： 糖酵解途徑的特點(diǎn)及調(diào)節(jié)機(jī)制； 酒精發(fā)酵機(jī)制；甘油的合成機(jī)制； 乳酸發(fā)酵機(jī)制；同型乳酸發(fā)酵； 難點(diǎn)：糖酵解的調(diào)節(jié)機(jī)制； 巴斯德效應(yīng)；酒精發(fā)酵中副產(chǎn)物的生成； 異型乳酸發(fā)酵； 第一節(jié) 微生物細(xì)胞調(diào)節(jié)機(jī)制酶的調(diào)節(jié)： 酶合成的調(diào)節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié)細(xì)胞膜滲透性調(diào)控能荷調(diào)節(jié)發(fā)酵機(jī)制：微生物通過(guò)其代謝活動(dòng)，利用基質(zhì)（底物）合成人們所需要的代謝產(chǎn)物的內(nèi)在規(guī)律。代謝控制發(fā)酵：人為地改變微生物的代謝調(diào)控機(jī)制，過(guò)量積累中間產(chǎn)物。發(fā)酵機(jī)制研究的

14、內(nèi)容： 1.微生物的生理代謝規(guī)律（就是各種代謝產(chǎn)物合成途徑及代謝調(diào)節(jié)機(jī)制）； 2.環(huán)境因素（營(yíng)養(yǎng)條件、培養(yǎng)條件等）對(duì)代謝的影響及改變代謝的措施；微生物細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)方式很多，例如可調(diào)節(jié)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)透過(guò)細(xì)胞膜而進(jìn)入細(xì)胞的能力，通過(guò)酶的定位以限制它與相應(yīng)底物的接近，以及調(diào)節(jié)代謝流等。其中以調(diào)節(jié)代謝流的方式最為重要，它包括兩個(gè)方面，一是“粗調(diào)”，即調(diào)節(jié)酶的合成量，二是“細(xì)調(diào)”，即調(diào)節(jié)現(xiàn)成酶分子的催化活力，兩者往往密切配合和協(xié)調(diào)，以達(dá)到最佳調(diào)節(jié)效果。一、酶的調(diào)節(jié)（一）酶活性的調(diào)節(jié) 酶活性的調(diào)節(jié)：酶分子水平上的一種代謝調(diào)節(jié)，通過(guò)改變現(xiàn)成的酶分子活性來(lái)調(diào)節(jié)新陳代謝的速率，包括酶活性的激活和抑制兩個(gè)方面。酶活性

15、的激活：在分解代謝途徑中，后面的反應(yīng)可被較前面的中間產(chǎn)物所促進(jìn)。酶活性的抑制：主要是反饋抑制，表現(xiàn)在某代謝途徑的終產(chǎn)物過(guò)量時(shí)，該產(chǎn)物可反過(guò)來(lái)直接抑制該途徑中第一個(gè)酶的活性，促使整個(gè)反應(yīng)過(guò)程減慢或停止，從而避免了末端產(chǎn)物的過(guò)多累積。 1.反饋抑制的類型 a直線式代謝途徑中的反饋抑制b分支代謝途徑中的反饋抑制。 在分支代謝途徑中，反饋抑制的情況較為復(fù)雜。為避免在一個(gè)分支上的產(chǎn)物過(guò)多時(shí)不致同時(shí)影響另一分支上產(chǎn)物的供應(yīng)，微生物已發(fā)展出多種調(diào)節(jié)方式。 同功酶調(diào)節(jié): 同功酶是指能催化相同的生化反應(yīng)，但酶蛋白分子結(jié)構(gòu)有差異的一類酶，它們雖同存于一個(gè)個(gè)體或同一組織中，但在生理、免疫和理化特性上卻存在著差別。同

16、功酶的主要功能在于其代謝調(diào)節(jié)。在一個(gè)分支代謝途徑中，如果在分支點(diǎn)以前的一個(gè)較早的反應(yīng)是由幾個(gè)同功酶所催化時(shí)，則分支代謝的幾個(gè)最終產(chǎn)物往往分別對(duì)這幾個(gè)同功酶發(fā)生抑制作用。 協(xié)同反饋抑制： 指分支代謝途徑中的幾個(gè)末端產(chǎn)物同時(shí)過(guò)量時(shí)才能抑制共同途徑中的第一個(gè)酶的一種反饋調(diào)節(jié)方式。合作反饋抑制： 系指兩種末端產(chǎn)物同時(shí)存在時(shí)，可以起著比一種末端產(chǎn)物大得多的反饋抑制作用。累積反饋抑制： 每一分支途徑的末端產(chǎn)物按一定百分率單獨(dú)抑制共同途徑中前面的酶，所以當(dāng)幾種末端產(chǎn)物共同存在時(shí)，它們的抑制作用是累積的。 順序反饋抑制： 當(dāng)酶E過(guò)多時(shí)，可抑制CD，這時(shí)由于C的濃度過(guò)大而促使反應(yīng)向F、G方向進(jìn)行，結(jié)果又造成了另

17、一末端產(chǎn)物G濃度的增高。由于G過(guò)多就抑制了CF，結(jié)果造成C的濃度進(jìn)一步增高。C過(guò)多又對(duì)AB間的酶發(fā)生抑制，從而達(dá)到了反饋抑制的效果。這種通過(guò)逐步有順序的方式達(dá)到的調(diào)節(jié)，稱為順序反饋抑制（二）酶合成的調(diào)節(jié) 酶合成的調(diào)節(jié)是一種通過(guò)調(diào)節(jié)酶的合成量，進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制，這是一種在基因水平上（在原核生物中主要在轉(zhuǎn)錄水平上）的代謝調(diào)節(jié):是一類較間接而緩慢的調(diào)節(jié)方式,其優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)阻止酶的過(guò)量合成節(jié)約生物合成的原料和能量。在正常代謝途徑中，酶活性調(diào)節(jié)和酶合成調(diào)節(jié)兩者是同時(shí)存在且密切配合、協(xié)調(diào)進(jìn)行的。能促進(jìn)酶生物合成的現(xiàn)象，稱為誘導(dǎo)。能阻礙酶生物合成的現(xiàn)象，稱為阻遏。1.酶合成調(diào)節(jié)的類型 誘導(dǎo)酶： 細(xì)胞

18、為適應(yīng)外來(lái)底物或其結(jié)構(gòu)類似物而臨時(shí)合成的一類酶。誘導(dǎo)物： 是指能促進(jìn)誘導(dǎo)酶產(chǎn)生的物質(zhì)。 它可以是該酶的底物也可以是難以代謝的底物類似物或是底物的前體物質(zhì)。 （1）誘導(dǎo)a.相關(guān)概念同時(shí)誘導(dǎo)： 即當(dāng)誘導(dǎo)物加入后，微生物能同時(shí)或幾乎同時(shí)誘導(dǎo)幾種酶的合成，它主要存在于短的代謝途徑中。 例：乳糖可同時(shí)誘導(dǎo)E.Coli合成-半乳糖苷透性酶、-半乳糖苷酶和半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶b.誘導(dǎo)類型順序誘導(dǎo)： 即先合成能分解底物的酶，再依次合成分解各中間代謝物的酶，以達(dá)到對(duì)較復(fù)雜代謝途徑的分段調(diào)節(jié)。 在微生物的代謝過(guò)程中，當(dāng)代謝途徑中某末端產(chǎn)物過(guò)量時(shí)，除可用前述的反饋抑制的方式來(lái)抑制該途徑中關(guān)鍵酶的活性以減少末端產(chǎn)物的生成

19、外，還可通過(guò)阻遏作用來(lái)阻礙代謝途徑中包括關(guān)鍵酶在內(nèi)的一系列酶的生物合成，從而更徹底地控制代謝和減少末端產(chǎn)物的合成。 阻遏作用有利于生物體節(jié)省有限的養(yǎng)料和能量。 阻遏的類型主要有末端代謝產(chǎn)物阻遏和分解代謝產(chǎn)物阻遏兩種。 （2）阻遏 末端產(chǎn)物阻遏: 指由某代謝途徑末端產(chǎn)物的過(guò)量累積而引起的阻遏。對(duì)直線式反應(yīng)途徑來(lái)說(shuō)，末端產(chǎn)物阻遏的情況較為簡(jiǎn)單，即產(chǎn)物作用于代謝途徑中的各種酶，使之合成受阻遏。 每種末端產(chǎn)物僅專一地阻遏合成它的分支代謝途徑的酶；代謝途徑分支點(diǎn)以前的“公共酶” 受所有分支途徑末端產(chǎn)物的多價(jià)阻遏作用。 分解代謝物阻遏： 細(xì)胞內(nèi)同時(shí)有兩種分解底物（碳源或氮源）存在時(shí)，利用快的分解底物會(huì)阻遏

20、利用慢的底物的有關(guān)酶合成的現(xiàn)象。 分解代謝物的阻遏作用，并非由于快速利用的甲碳源本身直接作用的結(jié)果，而是通過(guò)甲碳源（或氮源等）在其分解過(guò)程中所產(chǎn)生的中間代謝物所引起的阻遏作用。 因此，分解代謝物的阻遏作用，就是指代謝反應(yīng)鏈中，某些中間代謝物或末端代謝物的過(guò)量累積而阻遏代謝途徑中一些酶合成的現(xiàn)象。酶合成的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)區(qū)別調(diào)節(jié)對(duì)象誘導(dǎo)酶的合成已有酶（組成酶和誘導(dǎo)酶）的活性調(diào)節(jié)結(jié)果酶的種類和數(shù)量增加酶的活性發(fā)生變化特點(diǎn)（效果）間接、緩慢快速、精確，變化是可逆的調(diào)節(jié)機(jī)制基因（表達(dá)）水平上的調(diào)節(jié)，控制酶的合成，通過(guò)酶量的變化來(lái)調(diào)節(jié)來(lái)控制代謝速率代謝水平的調(diào)節(jié)（反饋抑制），代謝過(guò)程中產(chǎn)生的產(chǎn)物與酶可逆

21、性的結(jié)合，使酶的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，導(dǎo)致酶的活性發(fā)生變化調(diào)節(jié)意義保證代謝的需要，又避免細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)和能量的浪費(fèi)，增強(qiáng)了微生物的適應(yīng)能力。如大腸桿菌分解乳糖避免代謝產(chǎn)物積累過(guò)多。如谷氨酸發(fā)酵過(guò)程中當(dāng)谷氨酸過(guò)量時(shí)就會(huì)反饋性的抑制谷氨酸脫氫酶的活性聯(lián)系同時(shí)存在，密切配合，高效、準(zhǔn)確控制代謝的正常進(jìn)行 外界物質(zhì)的吸收或代謝產(chǎn)物的分泌都需經(jīng)細(xì)胞膜的運(yùn)輸，如發(fā)生障礙，則胞內(nèi)合成代謝物不能分泌出來(lái)，影響發(fā)酵產(chǎn)物收獲，或胞外營(yíng)養(yǎng)物不能進(jìn)入胞內(nèi)，也影響產(chǎn)物合成，使產(chǎn)量下降。 例：在青霉素發(fā)酵中，產(chǎn)生菌細(xì)胞膜輸入硫化物能力的大小影響青霉素發(fā)酵單位的高低。如果輸入硫化物能力增加，硫源供應(yīng)允足，合成青霉素的量就增多。 采取生

22、理學(xué)或遺傳學(xué)方法，可以改變細(xì)胞膜的透性，使細(xì)胞內(nèi)的代謝產(chǎn)物迅速滲漏到細(xì)胞外。這種解除末端產(chǎn)物反饋抑制作用的菌株，可以提高發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量。 二、控制細(xì)胞膜的滲透性三、能荷調(diào)節(jié)（磷酸鹽調(diào)節(jié)） 磷酸鹽通過(guò)調(diào)節(jié)胞內(nèi)能荷效應(yīng)劑(如ATP、腺苷酸能量負(fù)荷和cAMP)，進(jìn)而影響產(chǎn)物合成。 能荷=(ATP + ADP)(ATP + ADP + AMP) 已發(fā)現(xiàn)過(guò)量磷酸鹽對(duì)四環(huán)素、氨基糖苷類和多烯大環(huán)內(nèi)酯等32種抗生素的合成產(chǎn)生阻抑作用。四、代謝調(diào)控在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用 利用微生物代謝調(diào)控能力的自然缺損或通過(guò)人為方法獲得突破代謝調(diào)控的變異菌株，可為發(fā)酵工業(yè)提供生產(chǎn)有關(guān)代謝產(chǎn)物的高產(chǎn)菌株： 抗反饋調(diào)節(jié)突變株： 就是

23、指一種對(duì)反饋抑制不敏感或?qū)ψ瓒粲锌剐缘慕M成型菌株，或兼而有之的菌株。在這類菌株中，因其反饋抑制或阻遏已解除，或是反饋抑制和阻遏已同時(shí)解除，所以能分泌大量的末端代謝產(chǎn)物。 營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株： 在直線式的合成途徑中，營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變株只能累積中間代謝物而不能累積最終代謝物。但在分支代謝途徑中，通過(guò)解除某種反饋調(diào)節(jié)，就可以使某一分支途徑的末端產(chǎn)物得到累積。第二節(jié) 糖酵解途徑及調(diào)節(jié)機(jī)制C6H12O6+2ADP+2Pi+2NAD 2CH3COCOOH +2ATP+2NADH2一、糖酵解途徑1、廣泛存在于各種細(xì)胞中，每個(gè)反應(yīng)都不需要氧參與。2、分為兩個(gè)階段： 6C（葡萄糖） 3C（3-磷酸甘油醛）：消耗2A

24、TP 3C（3-磷酸甘油醛） 丙酮酸：生成4ATP3、糖酵解有10多個(gè)反應(yīng)組成，每個(gè)反應(yīng)都在酶的作用下完成。4、其他糖類作為碳源和能源時(shí)，是通過(guò)葡萄糖或其他中間產(chǎn)物并入糖酵解途徑的。5、在不同的有機(jī)體和不同條件下，H的受體不同，丙酮酸的去路也不同。+2ATP二、糖酵解途徑的特點(diǎn)糖酵解中的能量變化乙醇、乳酸、乙醛、丙酸、甘油、5-丁酸、丁醇、琥珀酸、醋酸等從丙酮酸出發(fā)可以得到調(diào)節(jié)主要是通過(guò)己糖激酶、磷酸果糖激酶和丙酮酸激酶等三個(gè)激酶完成，所催化的三個(gè)反應(yīng)是不可逆的，只參與糖酵解，不參與糖的新生。 激酶活性受細(xì)胞能荷調(diào)節(jié)：能荷=(ATP+ADP)(ATP+ADP+AMP) ATP含量高：抑制磷酸果

25、糖激酶和丙酮酸激酶，減少糖酵解； ATP轉(zhuǎn)化為ADP、AMP：解除抑制，同時(shí)ADP、AMP激活已糖激酶和磷酸果糖激酶，其產(chǎn)物6-磷酸葡萄糖、1，6-二磷酸果糖、3-磷酸甘油醛又激活丙酮酸激酶； 無(wú)機(jī)磷也是調(diào)節(jié)者，它能解除6-磷酸葡萄糖對(duì)己糖激酶的抑制，加快糖酵解。 檸檬酸、脂肪酸和乙酰CoA通過(guò)抑制丙酮酸的轉(zhuǎn)化來(lái)抑制糖酵解途徑。三、糖酵解調(diào)節(jié)機(jī)制己糖激酶：產(chǎn)物變構(gòu)抑制*磷酸果糖激酶：限速酶，受能荷調(diào)節(jié)丙酮酸激酶受ATP、丙氨酸、乙酰CoA等反饋抑制 C6H12O6+2ADP+3H3PO4 2CH3CH2OH+2CO2+2ATP+104.6KJ 理論轉(zhuǎn)化率：246.05/180.1=51.1%第

26、三節(jié) 酒精發(fā)酵機(jī)制一、酒精生成機(jī)制二、巴斯德效應(yīng) 1、糖代謝進(jìn)入TCA環(huán) 檸檬酸 、ATP 抑制磷酸激酶的合成 6-P-葡萄糖（積累） 反饋抑制己糖激酶 抑制葡萄糖進(jìn)入細(xì)胞內(nèi) 葡萄糖利用降低 2、磷酸果糖激酶活性下降 1，6二磷酸果糖 丙酮酸激酶活性 磷酸烯醇式丙酮酸積累 反饋抑制已糖激酶，降低糖酵解速度 在好氣條件下，酵母菌發(fā)酵能力下降（細(xì)胞內(nèi)糖代謝降低，乙醇積累減少）；不僅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和發(fā)酵能力的其他細(xì)胞中。定義：原理：三、酒精發(fā)酵中的副產(chǎn)物 主產(chǎn)物：乙醇、CO2酵母酒精發(fā)酵 醇類（雜醇油） 醛類（糠醛） 酸類（琥珀酸） 酯類副產(chǎn)物影響：消耗糖分，帶來(lái)雜質(zhì)，提高或降低產(chǎn)品

27、質(zhì)量。1、雜醇油 C原子數(shù)大于2的脂肪族醇類的統(tǒng)稱；高沸點(diǎn)、顏色呈黃色或棕色，具有特殊氣味。酒類風(fēng)味物質(zhì)，質(zhì)量指標(biāo)，適量。雜醇油的產(chǎn)量一般為0.3一0.7 。酒中常見(jiàn)的雜醇油2、雜醇油的形成途徑： 氨基酸將氨基傳遞給a-酮戊二酸，然后經(jīng)酸、醛途徑生成相應(yīng)的醇。（見(jiàn)P52） 已證實(shí)：天冬氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、蛋氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸等 氨基酸氧化脫氨作用: 兩種雜醇油的形成由葡萄糖直接形成：3、影響雜醇油形成的條件 不同菌種差異較大：40ppm200ppm菌種發(fā)酵條件：溫度，通風(fēng)數(shù)量：存在氨基酸會(huì)增加高級(jí)醇生成量； N含量低，無(wú)法將葡萄糖轉(zhuǎn)化得到的酮酸轉(zhuǎn)化為氨基酸，進(jìn)一步合成蛋白質(zhì)，酮

28、酸脫羧還原成高級(jí)醇；培養(yǎng)基組成質(zhì)量：氨基酸組成影響生成的雜醇油種類第三節(jié) 甘油的合成機(jī)制 抗不良環(huán)境當(dāng)環(huán)境滲透壓升高，釀酒酵母將合成并在胞內(nèi)積累甘油以維持細(xì)胞內(nèi)外的滲透壓平衡；當(dāng)在缺氧條件下生長(zhǎng)時(shí)，釀酒酵母將合成并在胞內(nèi)積累甘油以維持細(xì)胞的氧化還原平衡。存在于胞漿中的3-磷酸甘油脫氫酶，以NAD+為輔酶，催化磷酸二羥丙酮生成3-磷酸甘油，然后3-磷酸甘油磷酸酶催化3-磷酸甘油生成甘油。 1、甘油發(fā)酵的細(xì)胞保護(hù)機(jī)理： 磷酸二羥丙酮代替乙醛作為氫受體形成甘油，這樣發(fā)酵轉(zhuǎn)為甘油發(fā)酵。 C6H12O6 + NaHSO3 甘油 + 乙醛酸鈉 + CO2 2、酵母型發(fā)酵： 酵母菌在堿性條件(pH7.6)下

29、，由于乙醛生成等量的乙酸和乙醇，因此乙醛作為氫受體的作用被抑制，這時(shí)磷酸二羥丙酮成為氫受體，發(fā)酵總產(chǎn)物為甘油、乙酸、乙醇。 2C6H12O6 + H2O 2甘油 + 乙酸 + 乙醇 + 2CO23、酵母型發(fā)酵：4、發(fā)酵法生產(chǎn)甘油（二步法）根據(jù)微生物機(jī)理將甘油發(fā)酵劃分為前期的好氧發(fā)酵和后期厭氧發(fā)酵兩個(gè)階段：以淀粉質(zhì)為原料，酵母菌在含糖25%左右條件下先進(jìn)行好氧發(fā)酵；當(dāng)殘?zhí)墙抵良s2%時(shí)，停止供氧，補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)，使耐高滲壓酵母菌開(kāi)始后期的厭氧發(fā)酵，進(jìn)一步消耗殘?zhí)?，生成酒精和少量甘油，從而避免了將產(chǎn)物甘油作為碳源消耗，使發(fā)酵液中的甘油濃度達(dá)12%以上，而殘?zhí)菨舛冉档偷?.5%左右。討論：試從不同角度比較，通過(guò)哪一種途徑發(fā)酵生產(chǎn)甘油更好？第四節(jié) 乳酸發(fā)酵機(jī)制 分子結(jié)構(gòu)中含有不對(duì)稱碳原子，具有旋光性，分子量為90.08，粘稠狀液體，無(wú)色，澄明，微具黃色，無(wú)嗅，味微酸，有較強(qiáng)吸濕性?？梢耘c水、酒精和乙醚以任意比例混合。 一、乳酸的理化性質(zhì)：二、同型乳酸發(fā)酵 C6H12O62ADP 2CH3CHOHCOOH2ATP 德氏乳桿菌屬（Lac.delbriickii）、乳酸鏈球菌屬（Streptococcus Lact