《現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵調(diào)控學(xué)》課后習(xí)題

《現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵調(diào)控學(xué)》課后習(xí)題

《第一章》

1,不同學(xué)科對(duì)微生物生長(zhǎng)的定義的著重點(diǎn)有何不同？什么是分化？

答：細(xì)胞生物學(xué)家關(guān)注單細(xì)胞的形態(tài)變化，特別是細(xì)胞的分裂方式；而生化學(xué)者對(duì)成千個(gè)與

生長(zhǎng)有關(guān)的酶反應(yīng)，動(dòng)力學(xué)及代謝途徑感興趣，認(rèn)為生長(zhǎng)是所有化學(xué)成分有秩序的相互作用

的結(jié)果。生物物理學(xué)者則認(rèn)為細(xì)胞是熱力學(xué)不平衡的開放系統(tǒng)，與其周圍環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)與能

量的交流，特別是在燧的溢流上。生化工程師把生長(zhǎng)看做是生物催化劑數(shù)量的增長(zhǎng)，通常以

質(zhì)量和細(xì)胞數(shù)目的增長(zhǎng)來表達(dá)細(xì)胞的生長(zhǎng)。分化是生物的細(xì)胞形態(tài)和功能向不同的方向發(fā)

展，由一般變?yōu)樘厥獾默F(xiàn)象。

2,有些霉菌，如產(chǎn)黃青霉在培養(yǎng)液中生長(zhǎng)過程，其菌絲會(huì)形成菌團(tuán)，有哪些因素影響菌球

的松緊？

答：生長(zhǎng)過程中添加易利用的碳源，如葡萄糖，加快攪拌，供氧改善能使菌團(tuán)變得密實(shí)；反

之，用乳糖、攪拌緩慢或供氧跟不上，則菌團(tuán)變得疏松.

3,微生物生長(zhǎng)可以分為幾期？停滯期的長(zhǎng)短由哪些因素決定？

答：微生物生長(zhǎng)可分為三個(gè)時(shí)期，延滯期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期、靜止期。停滯期的長(zhǎng)短影響因素有

接種量、接種種子生長(zhǎng)期、種子培養(yǎng)基與發(fā)酵培養(yǎng)基的相似度、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)富集度等。

4,生物量的測(cè)定為什么對(duì)次級(jí)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)尤為重要？對(duì)谷氨酸，青霉素發(fā)酵菌濃的

測(cè)定，您傾向于用什么方法，說出你的理由

答:因?yàn)樯ㄟ^長(zhǎng)量的測(cè)定可以判斷菌體代謝情況,從而控制菌體的發(fā)酵得到所需發(fā)酵產(chǎn)物。

對(duì)谷氨酸、青霉素發(fā)酵菌濃的測(cè)定，可用比濁法。操作簡(jiǎn)便、快速有效、精密度高。

8,有哪些因素會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)

答：物理環(huán)境，如溫度攪拌、空氣流量、滲透壓、水活度；化學(xué)環(huán)境，如pH值、溶氧度二

氧化碳、碳源、氮源、有機(jī)酸等。

9,溫度對(duì)微生物的生長(zhǎng)影響表現(xiàn)在哪些方面

答：溫度會(huì)影響沒得活性，從而影響微生物的生長(zhǎng)。溫度過高會(huì)使酶失活，低溫，酶活性弱，

不同的溫度，可能改變酶的合成種類，從而改變微生物的代謝形式。

10,水的活度用什么表示？它對(duì)微生物比生長(zhǎng)速率有何影響？

答：水活度用同一溫度下溶液蒸汽壓與純水蒸汽壓的比值表示。在一定范圍內(nèi)，比生長(zhǎng)速率

隨水活度增大而增大，超過一定界值時(shí)，比生長(zhǎng)速率隨水活度繼續(xù)增大而迅速下降。

13,生長(zhǎng)速率對(duì)細(xì)胞大小和DNA包內(nèi)含量有何影響

答：一般情況下，微生物生長(zhǎng)速率越快，細(xì)胞個(gè)體越大，DNA含量下降。

14,生長(zhǎng)得率是什么意思，有哪些表示方法，比較他們的優(yōu)缺點(diǎn)

答：生長(zhǎng)得率是是假定所利用的基質(zhì)與生成的細(xì)胞之間的固定化學(xué)計(jì)量關(guān)系。表示方式有：

分子得率系數(shù)、碳轉(zhuǎn)化效率、以電平均數(shù)為基準(zhǔn)的得率、基于熱的產(chǎn)生的得率、以耗氧為基

準(zhǔn)的得率和基于克分子ATP消耗的得率。

15,生長(zhǎng)得率取決于哪些因素？

答:①碳源的性質(zhì)②基質(zhì)的分解代謝途徑③提供任何復(fù)雜基質(zhì)，菌便省略若干合成途徑④

同化其他養(yǎng)分⑤不利于離子平衡的抑制性物質(zhì)⑥生成ATP反應(yīng)的效率的變化⑦菌的生理

狀態(tài)⑧微生物的遺傳特性。

17,描述菌絲頂端的生長(zhǎng)機(jī)制。

答：大多數(shù)菌絲頂端有泡囊聚集，泡囊內(nèi)有細(xì)胞壁溶解酶和細(xì)胞壁合成酶，當(dāng)生長(zhǎng)停止時(shí)，

泡囊在頂端消失，并分布在次頂部生長(zhǎng)區(qū)。泡囊內(nèi)的細(xì)胞壁溶解酶溶解細(xì)胞壁，使細(xì)胞壁局

部取得可塑性，細(xì)胞壁由于原生質(zhì)的壓力而擴(kuò)展，泡囊與質(zhì)膜融合，釋放出細(xì)胞壁合成酶,

合成新的細(xì)胞壁。

《第二章》

1,糖的分解代謝主要通過哪些途徑，由葡萄糖分解為C02和H20可以得到多少ATP

答：糖的分解代謝主要有糖酵解途徑（EMP）、己糖單磷酸途徑（IMP）、三竣酸循環(huán)（TCA）、

ED、磷酸解酮酶途徑（PK）。由葡萄糖分解為C02和H20可以得到30個(gè)ATP。

2,微生物是如何利用淀粉和纖維素的？

答：將淀粉和纖維素分解成葡萄糖，再通過糖代謝的各種途徑進(jìn)行分解代謝。

3,莽草酸途徑是用來做什么的，其終產(chǎn)物是怎樣合成的，其中間體是哪些初級(jí)代謝物的次

級(jí)代謝物？

答：莽草酸途徑是用來合成芳香族氨基酸的途徑。

4,丁二胺又稱腐胺，在生理學(xué)上有何意義

答：它可以調(diào)節(jié)細(xì)胞的滲透壓，保證細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)部的離子強(qiáng)度大致不變。培養(yǎng)基的滲透壓增

加引起腐胺的迅速排泄和鉀離子的吸收，使細(xì)胞滲透壓也增加，離子強(qiáng)度保持大致不變。

5,在脂肪酸合成中生物素起什么作用，試述其作用機(jī)制

答：脂肪酸生物合成反應(yīng)是有乙酰CoA按化酶催化的。而無任哪一種竣化酶，都需要與生物

素共價(jià)結(jié)合形成碳載體，在能啟動(dòng)脂肪酸合成反應(yīng)。

《第三章》

b試舉三個(gè)例子，說明微生物代謝是如何高度調(diào)節(jié)的

答：①微生物生長(zhǎng)在含有單一有機(jī)化合物為能源的合成培養(yǎng)基中，所有大分子單體合成速率

通大分子的合成速率是協(xié)調(diào)一致的②任何一種單體的合成，如能從外援獲得并能進(jìn)入細(xì)胞

內(nèi)，單體的合成自動(dòng)終止，參與反應(yīng)的酶的合成也停止③微生物只有在某些有機(jī)質(zhì)存在是,

才會(huì)合成一花這些基質(zhì)的酶。

2,隨生長(zhǎng)速率的提高，細(xì)胞平均質(zhì)量，DNA,rRNA,總RNA含量會(huì)發(fā)生什么變化

答：隨著生長(zhǎng)速率的提高，細(xì)胞平均質(zhì)量下降，DNA含量下降，rRNA含量下降，總RNA含量

下降。

4,J0C0B-M0N0D操縱子假說如何解釋誘導(dǎo)酶的合成機(jī)制

答：當(dāng)沒有誘導(dǎo)物時(shí)，阻遏基因產(chǎn)生阻遏蛋白與草種基因結(jié)合，阻止結(jié)構(gòu)基因轉(zhuǎn)錄，但有誘

導(dǎo)物存在時(shí)，誘導(dǎo)物會(huì)與阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白失活，結(jié)構(gòu)基因得以轉(zhuǎn)錄產(chǎn)生誘導(dǎo)酶。

5,如何才能繞過微生物的固有調(diào)節(jié)機(jī)制，大量生產(chǎn)誘導(dǎo)酶？試舉兩種你認(rèn)為可行的富集方

法？

答：①在誘導(dǎo)物為限制性基質(zhì)的恒化器中篩選：將誘導(dǎo)型微生物放在含誘導(dǎo)物濃度很低的恒

化器中培養(yǎng)，這有利于不需要誘導(dǎo)物的組成型突變株的生長(zhǎng)，而誘導(dǎo)型親株的生長(zhǎng)緩慢逐漸

被恒化器淘汰，已達(dá)到富集組成型突變株的作用。

②基因工程：利用基因工程技術(shù)敲除調(diào)節(jié)基因或使調(diào)節(jié)基因失活，使無需誘導(dǎo)物就能大量產(chǎn)

生誘導(dǎo)酶。

6,什么是分解代謝物阻遏，其生長(zhǎng)和溶氧曲線有哪些特征性的變化

答:指培養(yǎng)基中某種基質(zhì)的存在會(huì)阻遏細(xì)胞中其相應(yīng)酶的合成速率。其生長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)二次生長(zhǎng),

即阻遏被去除后，微生物會(huì)再次生長(zhǎng)。溶氧先下降、穩(wěn)定、再上升再下降。

7,cAMP在分解代謝物阻遏作用中起什么作用

答：cAMP可以促進(jìn)可誘導(dǎo)酶的大量合成，cAMP可以與cAMP-受體蛋白結(jié)合形成cAMP-CRP復(fù)

合物，此復(fù)合物與啟動(dòng)基因結(jié)合，能增強(qiáng)基因?qū)NA酶的親和力，從而增加轉(zhuǎn)錄的頻率。

cAMP-CRP復(fù)合物在P上的結(jié)合時(shí)RNA集合沒結(jié)合到P上所必需。

8,試舉一個(gè)例子說明耐分解代謝物阻遏的突變株篩選原理

答：在葡萄糖一脯氨酸瓊脂平板上篩選耐分解代謝的脯氨酸氧化酶的菌株，因脯氨酸氧化酶

的合成受葡萄糖的阻遏，野生型擒住不能生長(zhǎng)在這樣的培養(yǎng)基上，只有耐分解代謝阻遏的突

變株才能從氧化脯氨酸中獲得所需氮源。

篩選原理：以一種能引起分解代謝阻遏的基質(zhì)作為唯一氮源，用含這種氮源的培養(yǎng)基篩選

精油變得菌株。

9,什么是反饋抑制和反饋?zhàn)瓒?，試比較誘導(dǎo)和反饋?zhàn)瓒糇饔玫姆肿铀綑C(jī)制

答：反饋抑制是指末端代謝產(chǎn)物抑制其合成途徑中參與前幾步反應(yīng)的酶活性；反饋?zhàn)瓒魟t是

指末端代謝產(chǎn)物阻止整個(gè)代謝途徑酶的合成作用。

反饋抑制中，末端代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合，激活阻遏蛋白的活性，從而使與操縱基因0

結(jié)合，阻止該酶的合成。反饋?zhàn)瓒糁?，末端代謝產(chǎn)物阻遏合成途徑中所有的酶的合成。

10,試舉例證明兩種你認(rèn)為可行的避開末端代謝產(chǎn)物反饋調(diào)節(jié)的方法

答：①改變培養(yǎng)環(huán)境條件來限制末端代謝產(chǎn)物在細(xì)胞內(nèi)部的累積，如在谷氨酸發(fā)酵是，采用

連續(xù)型培養(yǎng)，邊加入新鮮發(fā)酵液邊流出產(chǎn)物。②從遺傳上改造微生物，使之對(duì)末端產(chǎn)物反饋

調(diào)節(jié)不敏感。

11,敘述用結(jié)構(gòu)類似物篩選耐末端代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)的突變株的原理

答：正常情況下，細(xì)胞中過量末端代謝產(chǎn)物（如氨基酸A）會(huì)抑制與其生物合成途徑的酶。

氨基酸A可用于蛋白質(zhì)的合成，氨基酸類似物/V具有元計(jì)算A一樣的調(diào)節(jié)作用，但不能用

于合成蛋白質(zhì)。經(jīng)誘變處理的野生型菌株在含有氨基酸類似物A'的培養(yǎng)基中培養(yǎng)時(shí)，絕大

多數(shù)不能合成氨基酸A的細(xì)胞死亡，只有那些對(duì)類似物A'不敏感的抗性突變菌株能合成氨

基酸A。

12,敘述分支代謝途徑的調(diào)節(jié)方式，同工酶，協(xié)同反饋，積累反饋

答：同工酶：在一個(gè)細(xì)胞中催化同一反應(yīng)的酶

協(xié)同反應(yīng)：幾種分支代謝產(chǎn)物都存在時(shí)才能抑制沒得活性

積累反饋：積累作用

13,賴氨酸生產(chǎn)菌株同非生產(chǎn)菌株在賴氨酸合成的調(diào)節(jié)方式有什么不同

答：

14,為什么生物素濃度對(duì)谷氨酸發(fā)酵的成敗至關(guān)重要

答：生物素能改變谷氨酸生產(chǎn)菌的細(xì)胞膜通透性，生物素濃度低，能使細(xì)胞大量分泌谷氨酸。

15,不同谷氨酸生產(chǎn)菌種的兩個(gè)共同特征是什么

答：a-酮戊二酸脫氫酶的缺乏和對(duì)生物素的需求。

16,為什么氧不利于酵母EMP途徑而有利于HMS途徑

答:氧可能鈍化EMP途徑的酶，從而降低EMP途徑的物流，高濃度的氧對(duì)IIMS途徑有利。

在有氧條件下，EMP途徑所需的輔因子被呼吸系統(tǒng)搶走，從而造成葡萄糖利用速率與EMP途

徑總的運(yùn)行速率下降。

17,糖代謝中的巴斯德效應(yīng)和克列博特里效應(yīng)有何不同？

答：巴斯德效應(yīng)是對(duì)發(fā)酵活性的抑制，酵母在有氧條件下細(xì)胞得率比厭氧下高，氧抑制酵母

糖發(fā)酵生成乙醇；克列伯特里效應(yīng)是呼吸酶合成的抑制，有氧條件下葡萄糖發(fā)酵為乙醇。

18,溶解氧對(duì)于三較酸循環(huán)的酶和呼吸鏈的酶有什么影響？

答:(P129)

19,什么是代謝工程，代謝流分析，代謝控制分析

答：代謝工程：通過某些特定生化反應(yīng)的修飾來定向改善細(xì)胞的特性或運(yùn)用重組DNA技術(shù)來

創(chuàng)造新的化合物。

代謝流分析:一種計(jì)算流經(jīng)各種途徑的物流技術(shù)，用于描述不同途徑的相互作用和圍繞支點(diǎn)

的物流分布。

代謝控制分析：通過一途徑的物流和以物流控制系數(shù)來表示的酶活之間的關(guān)系。

《第四章》

1,次級(jí)代謝物及其生物合成有哪些特征

答：次級(jí)代謝產(chǎn)物是某些微生物在生命循環(huán)的某一個(gè)階段產(chǎn)生的物質(zhì)，一般是在的產(chǎn)生菌生

長(zhǎng)終止后合成的。

①不在產(chǎn)生菌生長(zhǎng)期合成，而在隨后的生產(chǎn)期形成②種類繁多，含有不尋常的化學(xué)鍵③一

種菌可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)相近的一簇抗生素④一簇抗生素中各組分的多少取決于遺傳與環(huán)境因素

⑤一種微生物的不同菌株可以產(chǎn)生分子結(jié)構(gòu)完全不同的次級(jí)代謝產(chǎn)物⑥在生長(zhǎng)期向生產(chǎn)期

過渡時(shí)，菌體在形態(tài)學(xué)上會(huì)發(fā)生一些變化⑦次級(jí)代謝產(chǎn)物合成是由多基因控制的代謝過程。

2,什么是抗生素生源學(xué)，您認(rèn)為哪些見解叫符合實(shí)際

答：又稱為生物發(fā)生學(xué)，是研究一些天熱物質(zhì)發(fā)生、存在的原因。以及它對(duì)宿主、環(huán)境的作

用的學(xué)科。競(jìng)爭(zhēng)需要、調(diào)節(jié)功能、代謝維持產(chǎn)物、進(jìn)化遺留等見解符合實(shí)際。

3,試舉例三個(gè)初級(jí)代謝和次級(jí)代謝相連的中間體

答：莽草酸、a-氨基己二酸、丙酮酸

4,如何區(qū)分基質(zhì)，中間體，和前體

答：基質(zhì)：培養(yǎng)基中能被微生物吸收利用的物質(zhì)前體是指加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的某些化合

物，它能被微生物直接結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而自身結(jié)構(gòu)無多大變化，有些還具有促進(jìn)產(chǎn)物

合成的作用；中間體是指養(yǎng)分或基質(zhì)進(jìn)入一途徑后被轉(zhuǎn)化為一種或多種不同物質(zhì)，它們均

被進(jìn)一步代謝，最終獲得該途徑的終產(chǎn)物。

5,初級(jí)代謝的基本中間體通常是經(jīng)什么樣的修飾后才能用于抗生素的合成

答：①碳架的少許改動(dòng)②分子氧化還原水平的改變③環(huán)化形成雜環(huán)④消旋化

6,前體有哪些作用，一般通過哪些方法研究作用？

答：①起抗生素建筑材料作用②誘導(dǎo)抗生素生物合成作用。

7,前體是如何從初級(jí)代謝向?qū)ｉT的次級(jí)代謝合成途徑的

答：通過次級(jí)代謝途徑的第一種酶

8,脂肪酸與聚酮化物如紅酶內(nèi)酯的合成有哪些異同

答：

9,肽類抗生素的合成與多肽，蛋白質(zhì)合成的主要差異是什么？

答：不用蛋白質(zhì)合成所用的轉(zhuǎn)錄一翻譯機(jī)構(gòu)，故不需核糖體、tRNA和mRNA。肽類抗生素合

成過程中氨基酸組裝的順序表現(xiàn)在負(fù)責(zé)此合成的酶上。

10,大環(huán)內(nèi)酯抗生素的生物合成受哪些因素的影響？

答：①丙醇的促進(jìn)作用，丙醇除了可以作為紅霉素合成的前體外，還起誘導(dǎo)作用，能誘導(dǎo)紅

霉