發(fā)酵生理學20100906緒論課件

Fermentationphysiology20100906發(fā)酵生理學盛多紅Telmail:dhsheng@

微生物樓524（微生物國家重點實驗室申玉龍老師實驗室）主要研究興趣（1）微生物生理生化及分子生物學；（2）極端環(huán)境微生物。公用郵箱shengli228@

密碼111111內(nèi)容概念發(fā)酵生理學研究對象(工業(yè))微生物發(fā)酵生理學的研究方法發(fā)酵生理研究產(chǎn)生與發(fā)展本學期課程內(nèi)容安排同學建議討論一、幾個概念

發(fā)酵(Fermentation)生理學（Physiology）發(fā)酵生理學(Fermentationphysiology)微生物生理學（Microbiolphysiology）工業(yè)微生物（Inductrialmicrobiology）發(fā)酵(fermentation)

1、傳統(tǒng)發(fā)酵2、生化和生理學意義的發(fā)酵3、工業(yè)上的發(fā)酵4、現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵最初發(fā)酵是用來描述釀酒過程中因產(chǎn)生大量二氧化碳引起的氣泡沸騰的現(xiàn)象利用微生物或通過細胞工程、酶工程、基因工程等獲得的微生物或動植物細胞生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的過程。現(xiàn)代對發(fā)酵的定義應該是：通過微生物（或動植物細胞）的生長培養(yǎng)和化學變化，大量產(chǎn)生和積累專門的代謝產(chǎn)物的反應過程指微生物在無氧條件下，分解各種有機物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴格地說，發(fā)酵是以有機物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出CO2。泛指利用微生物制造或生產(chǎn)各種生物產(chǎn)品的過程。包括：1.厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精，乳酸等。2.通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等。發(fā)酵工藝學（發(fā)酵工程）是研究發(fā)酵工藝，支撐現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的重要技術(shù)。研究內(nèi)容包括菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等方面生理學（Physiology）研究生物的功能的科學。按生物類別分為：人體生理學、動物生理學、植物生理學、微生物生理學等分科。生理學的研究是在分子、細胞、器官和系統(tǒng)、以及整體這樣幾個水平上進行的

工業(yè)微生物常用菌種細菌：醋酸桿菌、乳鏈球菌、乳酸桿菌、黃單胞菌、甲烷桿菌、腸桿菌科、芽孢桿菌科、棒桿菌科、假單胞菌科、粘細菌、海洋細菌等等放線菌：鏈霉菌科諾卡氏菌酵母：釀酒酵母、假絲酵母霉菌：青霉、曲霉、毛霉、根霉、木霉病毒：噬菌體（用于育種、蛋白展示、疫苗等）一些植物、動物和人的病原微生物在可控條件或經(jīng)過改造用來生產(chǎn)藥物（植物病菌赤霉菌和麥角菌生產(chǎn)生長激素、生物堿等）、疫苗、酶類等另外，還包括一些人工改造（如誘變）、基因工程菌（基因重組、代謝工程改造）等發(fā)酵生理學的研究方法常用的技術(shù)：顯微技術(shù)細胞破碎：研磨法、壓榨法、超聲波法等離心技術(shù)：超速離心、差速離心、密度梯度離心層析技術(shù)：分子篩、離子交換、親和層析、吸附層析、薄層層析、紙層析、HPLC、GC等等電泳技術(shù)：如SDS－PAGE，Native－PAGE、等電點電泳、二維電泳元素分析質(zhì)譜技術(shù)研究代謝的方法有：休止細胞（靜息細胞）、無細胞體系、純酶同位素標記示蹤極譜分析法瓦勃氏壓力法突變株的應用發(fā)酵生理學的發(fā)展19世紀后期（1857－1864），巴斯德系統(tǒng)研究了酒精、乳酸、丁酸等發(fā)酵原理，奠定了發(fā)酵生理學的基礎(chǔ)。荷蘭的Beijerinck研究了豆科植物的根瘤菌及土壤中的固氮菌，俄國的維諾格拉德斯基研究了硫細菌、鐵細菌和硝化細菌，提出了土壤微生物和自養(yǎng)微生物德研究方法。轉(zhuǎn)折點：1897年德國Buchner證實了酵母菌酒精發(fā)酵是酶（酒化酶）的催化作用，研究進入了蛋白分子水平，開創(chuàng)了生物化學，將發(fā)酵生理和生物化學緊密聯(lián)系起來，推動了發(fā)酵生理學和發(fā)酵工業(yè)的研究。☆徹底否定了微生物自然發(fā)生說☆證實發(fā)酵由微生物引起微生物學之父巴斯德的功績☆免疫學—預防接種☆發(fā)明巴氏消毒法著名的曲頸瓶試驗發(fā)酵生理學的發(fā)展1922年，F(xiàn)leming發(fā)現(xiàn)了青霉素，二戰(zhàn)的爆發(fā)推動了青霉素的生產(chǎn)，二戰(zhàn)結(jié)束時青霉素已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)，為后來的微生物發(fā)酵工藝提供了樣板。隨著抗生素、氨基酸、有機酸、酒精、多糖和精細化學品，以及基因工程產(chǎn)物和藥物蛋白等大量需求，進一步促進了生理學的研究，而生理學又為其菌種選育、基因改造、發(fā)酵調(diào)控等方面提供了重要的理論依據(jù)。生理學與現(xiàn)代分子生物學的結(jié)合，又開創(chuàng)了代謝組學和代謝物組學，為工業(yè)應用和分子生物學的研究提供了重要的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代工業(yè)微生物學的興起及其發(fā)展早期階段☆19世紀末利用酵母菌、乳酸菌生產(chǎn)酒精、乳酸和各種發(fā)酵食品?！?0世紀初期，英國采用梭狀芽孢桿菌生產(chǎn)丙酮丁醇，德國采用亞硫酸鹽法生產(chǎn)甘油（第一次世界大戰(zhàn)）。厭氧發(fā)酵☆速釀法從乙醇生產(chǎn)醋酸，通氣法大量繁殖酵母，用米曲霉的麩曲代替麥芽糖作糖化劑生產(chǎn)酒靖，用微小毛霉生產(chǎn)干酪?！?933年發(fā)明了搖瓶培養(yǎng)法。好氧發(fā)酵微生物發(fā)酵工業(yè)的興起與發(fā)展

第二次大戰(zhàn)中青霉素與原子彈和雷達并駕齊驅(qū)的三大發(fā)現(xiàn)之一主要的技術(shù)進展：☆通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)時的供氧問題?！羁闺s菌污染的純種培養(yǎng)技術(shù)：無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設計制造。二十世紀四十年代初，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，青霉素的發(fā)現(xiàn)，迅速形成工業(yè)大規(guī)摸生產(chǎn)。1928年由Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素，1941年美國和英國合作對青霉素進行生產(chǎn)研究意義：☆抗生素工業(yè)的發(fā)展☆建立了一套完整的好氧發(fā)酵技術(shù)，大型攪拌發(fā)酵罐培養(yǎng)方法推動了整個發(fā)酵工業(yè)的深入發(fā)展☆為現(xiàn)代發(fā)酵工程奠定了基礎(chǔ)大型發(fā)酵罐攪拌裝置氨基酸發(fā)酵工業(yè)──谷氨酸、賴氨酸核酸發(fā)酵工業(yè)──肌苷酸、烏苷酸微生物變異株通過代謝調(diào)節(jié)──代謝控制發(fā)酵技術(shù)

切斷支路代謝轉(zhuǎn)折點:酶的活力調(diào)控,酶的合成調(diào)控(反饋控制和反饋阻遏)→解除菌體自身的反饋調(diào)節(jié),特殊調(diào)節(jié)控制的利用,突變株的應用,前體、終產(chǎn)物、副產(chǎn)物等現(xiàn)代工業(yè)微生物學的新發(fā)展

20世紀70年代后細胞融合技術(shù)、基因操作技術(shù)等生物技術(shù)發(fā)展，打破了生物種間障礙，能定向地制造出新的有用的微生物;現(xiàn)代工業(yè)微生物學已經(jīng)與基因工程、細胞工程和酶工程等緊密結(jié)合起來，在生物工程這個高科技前沿帶中充分發(fā)揮其主角的作用并得到新的發(fā)展。人類社會經(jīng)濟發(fā)展的危機現(xiàn)代工業(yè)微生物的發(fā)展前景當前的能源結(jié)構(gòu)、資源結(jié)構(gòu)、環(huán)境狀態(tài)已不能支撐現(xiàn)有的發(fā)展模式。特別重要的是隨著煤、石油等能源的耗竭以及環(huán)境保護的急需。基于碳氫化合物的經(jīng)濟轉(zhuǎn)變?yōu)榛谔妓衔锏慕?jīng)濟

將工業(yè)革命世紀轉(zhuǎn)變到生物技術(shù)世紀只有工業(yè)微生物才能將來源于太陽能的可再生資源碳水化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代社會所需要的化工原料和能源。這種能源結(jié)構(gòu)和資源結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變直接關(guān)系到我國經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，社會的穩(wěn)定、和國家安全。Whyshouldwestudyfermentationphysiology?微生物發(fā)酵生理的研究意義Twomajorreasonsmicrobiologydealswithmanyimportantpracticalproblemsinmedicine,agriculture,foodandindustry.AsabasicbiologicalscienceAsanappliedbiologicalscienceProvidesresearchtools:Understandstheprincipleofphysiologyinmicrobiology微生物發(fā)酵生理的原理微生物的營養(yǎng)和生長情況是什么？微生物的代謝（分解和合成）是如何進行的？如何協(xié)調(diào)控制？微生物代謝中的能量如何產(chǎn)生和利用？代謝控制發(fā)酵在理論研究和工業(yè)生產(chǎn)中的應用進行遺傳分析

基因功能解析，表達調(diào)控，依賴于蛋白水平上的生理分析工業(yè)生產(chǎn)育種發(fā)酵調(diào)控原生質(zhì)體融合技術(shù)物理化學誘變技術(shù)基因工程育種（代謝工程）在醫(yī)藥、食品、化工、環(huán)保等方面有著廣泛的用途ContentframeScheduleArrangement

課程總體結(jié)構(gòu)PartⅠ:微生物的結(jié)構(gòu)、營養(yǎng)和生長（3）PartⅡ:微生物的產(chǎn)能代謝（4）PartⅢ:微生物的合成代謝（2）PartⅣ:微生物的次級代謝（2）PartⅤ:微生物的代謝調(diào)節(jié)（4）

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教學安排學分：2學時：36時間：1－18周周1（1－2節(jié)）微生物225

安排：1－17周上課18周復習總結(jié)答疑（1次課）19周考試課程論文Presentation（ppt）建議？參考書目

作

者:儲炬，李友榮編著

頁數(shù):349頁