華東理工大學(xué)微生物學(xué)考研復(fù)習(xí)資料-現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵調(diào)控簡答

第一章1、試述生長速率對細菌個體大小及其組分的影響。答：生長速率對細菌個體大小的影響：生長培養(yǎng)基越豐富，細菌生長速率加快，其細胞的個子也越大，在同一種培養(yǎng)基內(nèi)改變溫度也會影響生長速率，但對細胞個子大小幾乎沒有影響?？焖偕L經(jīng)過一個細胞周期后達到新的平衡。生長速率越快，細胞大小的差異也越大。生長速率對細菌組分的影響：細胞中的DNA含量隨生長速率的增加而下降。一般來說，細菌生長越快，其個體越大，含RNA越多，其中大部分是核糖體。生長速率隨核糖體含量線性地增加。在快速生長的細胞中RNA含量可以達到細胞的30%，每個細胞的DNA含量也隨生長速率的提高而增加，但程度低一些，因此以細胞質(zhì)量衡量，DNA含量是減少的，細胞的外殼厚度通常不變，胞壁和質(zhì)膜在整個細胞中的比例隨細胞個體的增大而減少。第二章試述微生物分解纖維素的生化機制。答：微生物分解纖維素通過酶的作用。纖維二糖水解酶，從纖維素鏈的非還原性末端降解得纖維二糖；外葡聚糖酶，從纖維素鏈的非還原性末端降解得葡萄糖；纖維二糖酶，將纖維二糖水解成葡萄糖；內(nèi)葡聚糖酶，將長鏈聚合物水解成寡聚糖。纖維素降解得第一個產(chǎn)物是纖維二糖，此產(chǎn)物在胞內(nèi)可由纖維二糖磷酸酶轉(zhuǎn)化為葡萄糖和葡萄糖-1-磷酸酯。有的微生物能在乙酸為唯一碳源的培養(yǎng)基中生長，試闡述它怎樣利用乙酸來合成己糖和戊糖。答：乙酸可以在轉(zhuǎn)?；复呋滦纬梢阴oA，乙酰CoA參與到乙醛酸循環(huán)中可以合成草酰乙酸。草酰乙酸沿糖原異生途徑即逆EMP可以合成己糖。糖原異生途徑的甘油-3磷酸和葡萄糖-6-磷酸又可以參與到磷酸戊糖循環(huán)中，合成戊糖。3、腐胺（丁二胺）在細胞內(nèi)是如何形成的？在細胞內(nèi)有何生理意義？如何起作用？答：腐胺可通過精氨酸合成途徑的中間體鳥氨酸或直接由精氨酸合成。有外源精氨酸供應(yīng)時，細胞內(nèi)由鳥氨酸合成腐胺的方式占優(yōu)勢。如供給細胞精氨酸，細胞中精氨酸的合成作用立即停止，并啟動由精氨酸合成多胺系統(tǒng)。生理意義：腐胺可以調(diào)節(jié)細胞的滲透壓，保證細菌細胞內(nèi)部的離子強度大致不變。起作用：細胞內(nèi)的腐胺濃度的變化同培養(yǎng)基的滲透壓成正比。培養(yǎng)基的滲透壓增加引起腐胺的迅速排泄和K+的吸收，使細胞的滲透壓也增加。腐胺的排泄可以使離子強度保持大致不變，這是由于多價離子引起溶液的離子強度和滲透壓強不一致。4、某些微生物能在2C化合物為唯一碳源的培養(yǎng)基上生長，它是通過哪些途徑得到細胞生長所需的3C以上的化合物，如核糖等？

答：乙醛酸循環(huán)途徑，2C化合物如乙酸+CoA→乙酰CoA+草酰乙酸→檸檬酸，走TCA循環(huán)途徑生成草酰乙酸，在磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶作用下生成磷酸烯醇式丙酮酸，克服1、3二個限速步驟，逆EMP途徑生成葡萄糖，再走HMP途徑生成核糖。乙酸可以在轉(zhuǎn)酰基酶催化下形成乙酰CoA，乙酰CoA參與到乙醛酸循環(huán)中可以合成草酰乙酸。草酰乙酸沿糖原異生途徑即逆EMP可以合成己糖。糖原異生途徑的甘油-3磷酸和葡萄糖-6-磷酸又可以參與到磷酸戊糖循環(huán)中，合成戊糖。：3、代謝網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點是什么？分幾類？用哪些方法判斷？答：節(jié)點是指代謝網(wǎng)絡(luò)中存在的分支之處，在不同條件下，代謝流分布變化較大的節(jié)點稱為主節(jié)點。節(jié)點分為柔性、半剛性和剛性。B柔性：形如：SNP主副產(chǎn)物均有自身反饋抑制，流量容易改變，常用于選育耐反饋菌株。B半剛性：形如：SNP副產(chǎn)物無自身反饋抑制，主產(chǎn)物有反饋抑制，流量改變較困難。B剛性：形如：SNP主副產(chǎn)物均有自身反饋抑制，對對方有激活作用，流量比較穩(wěn)定，難改變。節(jié)點的判斷：可用不同試驗環(huán)境，不同突變株的代謝流分析來確定。具體方法有：①動力學(xué)模型；②代謝物流分析；③物料平衡；④干擾一一響應(yīng)試驗。2、用何法可以獲得耐終產(chǎn)物反饋阻遏的突變株？答：（一）將經(jīng)誘變處理過的野生型菌株涂布在含有末端代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)類似物的瓊脂平板上，培養(yǎng)一段時間之后大多數(shù)細胞被殺死，而那些發(fā)生了抗性突變的菌株則形成菌落，從而得到不受末端代謝產(chǎn)物調(diào)節(jié)作用的突變株。（二）先用誘變方法除去對末端代謝產(chǎn)物反饋阻遏敏感的酶，使之成為營養(yǎng)缺陷型菌株，然后再對它進行誘變處理，使編碼該酶的基因發(fā)生回復(fù)突變，突變的結(jié)果僅使酶的活性中心得到恢復(fù)，而能與末端產(chǎn)物結(jié)合的調(diào)節(jié)副位點，卻不能發(fā)揮抑制酶活性的作用從而使末端產(chǎn)物不受抑制的積累。3、試論述組成突變株的獲得及富集方法。答：1）在誘導(dǎo)物為限制性基質(zhì)的恒化器中篩選，如一親株經(jīng)誘變的群體，生長在含有很低濃度的誘導(dǎo)物的恒化器中，這會有利于不需誘導(dǎo)物的組成型突變株的生長。那些由于誘導(dǎo)物濃度很低而生長緩慢的親株被恒化器逐漸淘汰，故恒化器起到一種富集組成型突變株的作用。將菌株輪番在有、無誘導(dǎo)物的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，在第一個生長周期在含葡萄糖的培養(yǎng)基中極少量的組成型突變株與占絕對優(yōu)勢的親株將以同樣的速率生長。然后將此混合培養(yǎng)物放到以乳糖為唯一碳源的培養(yǎng)基中，這將有利于組成型突變株的生長；未突變的親株需要誘導(dǎo)半乳糖苷酶的合成，因而經(jīng)較長停滯期才開始生長，如此反復(fù)，最終使組成型突變株占優(yōu)勢。使用誘導(dǎo)性能很差的基質(zhì)，便可篩選出組成型突變株。使用阻礙誘導(dǎo)作用的抑制劑，此法是讓細胞生長在含有誘導(dǎo)物和誘導(dǎo)抑制劑的培養(yǎng)基中，因酶的誘導(dǎo)受抑制，只有那些不需要誘導(dǎo)物的突變株才能生長。提高篩選效率的方法，盡管用上述方法能富集組成型突變株，但突變株的數(shù)量只是比原來相對提高，但與未突變株比還是占少數(shù)。4、什么叫反饋抑制和反饋阻遏作用？它們在發(fā)生機制有何不同？答：反饋抑制一般針對緊接代謝途徑支點后的酶，而阻遏往往影響從支點到終點的酶。反饋抑制作用是末端代謝產(chǎn)物抑制器合成途徑中參與前幾步反應(yīng)的酶活性的作用，反饋阻遏作用是末端代謝產(chǎn)物阻止整個代謝途徑酶的合成作用。起反饋抑制作用的因子是末端代謝產(chǎn)物反饋抑制劑和酶作用的基質(zhì)不需要在大小、形狀或所帶電荷方面相似，這類酶活性的調(diào)節(jié)是通過變構(gòu)效應(yīng)實現(xiàn)的。反饋阻遏的發(fā)生機制是輔阻遏物可激活阻遏蛋白，從而使阻遏物與操縱基因結(jié)合，從而阻止RNA聚合酶對結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。為什么有些突變株會對末端代謝產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)類似物產(chǎn)生抗性，并簡述這類突變株對工業(yè)微生物選育的重要性。答：答：解除了末端代謝產(chǎn)物反饋抑制或和阻遏。A調(diào)節(jié)亞基發(fā)生變異。B操縱子的控制基因發(fā)生變異，產(chǎn)生的調(diào)節(jié)蛋白對類似物不敏感。結(jié)構(gòu)類似物會與調(diào)節(jié)酶的調(diào)節(jié)亞基或和阻遏酶的原阻遏物結(jié)合，從而發(fā)生反饋抑制或和阻遏。結(jié)構(gòu)類似物不能參與正常代謝，所以會使未突變細胞饑餓而死。而解除了反饋調(diào)節(jié)的菌株對結(jié)構(gòu)類似物就具有“抗性”。以此為篩子可篩選到大量積累末端代謝產(chǎn)物的菌株。：向發(fā)酵液添加次級代謝物的前體不一定能促進次級代謝物的合成，其原因是什么？答：①前體物質(zhì)可能不被細胞吸收或者不能到達次級代謝產(chǎn)物合成的部位；②添加的物質(zhì)可能對細胞本身的合成產(chǎn)生反饋抑制作用，而添加的物質(zhì)又不是次級代謝合成所需的直接前體；③添加的前體不是次級代謝產(chǎn)物合成過程中起限制作用的物質(zhì)，許多次級代謝過程受發(fā)酵液中高濃度的無機磷的抑制作用。④抗生素合成過程的啟動包含幾種控制機制，除上面已述及的調(diào)節(jié)機制外，尚有兩種機制：一種是細胞外的一些小分子效應(yīng)物起輔阻遏物作用或抑制劑的作用，只有當(dāng)這些輔阻遏物或抑制劑被初級代謝耗竭后次級代謝合成才啟動，這種調(diào)節(jié)機制可解釋碳源分解代謝物的調(diào)節(jié)，氮分解代謝物的調(diào)節(jié)和磷酸鹽的控制作用，另一種是細胞在次級代謝啟動前，必須合成一類誘導(dǎo)作用或激活作用的物質(zhì)。判斷一化合物對抗生素合成起誘導(dǎo)物作用還是作為前體，其根據(jù)是什么？答：一般，可把那些能在生長期內(nèi)促進抗生素生物合成的化合物看作誘導(dǎo)物，而前體往往指在生產(chǎn)期內(nèi)，甚至蛋白質(zhì)合成受阻的情況下也能促進抗生素生物合成的化合物。誘導(dǎo)物能被非前體的結(jié)構(gòu)類似物取代，如甲硫氨酸除了可作為頭孢菌素合成的前體，更為重要的作用在于誘導(dǎo)節(jié)孢子的形成，而節(jié)孢子的多寡影響頭孢菌素的合成，甲硫氨酸可被亮氨酸取代。誘導(dǎo)物的另一個特征是誘導(dǎo)系數(shù)特別高。為什么微生物的生長速率降低會誘導(dǎo)參與抗生素合成的酶的生成？答：首先，微生物生長速率的降低證明微生物的生長受到外界環(huán)境條件的限制，為細胞生長繁殖而進行的初級代謝活動已不能平衡的進行，結(jié)果會造成一些中間產(chǎn)物的積累，從而誘導(dǎo)參與次級代謝的酶的合成。其次，細胞生長速率下降時可能會使細胞內(nèi)已合成的生物大分子物質(zhì)的轉(zhuǎn)化作用加強，造成具有誘導(dǎo)作用的低分子物質(zhì)濃度升高而產(chǎn)生誘導(dǎo)作用。：在發(fā)酵過程中，如何判斷發(fā)酵液是否染雜菌？答：雜菌的發(fā)現(xiàn)，常用鏡檢或無菌試驗方法，這是確認雜菌的依據(jù)，在染菌的初期，要從顯微鏡中發(fā)現(xiàn)是很難的，如能從視野中發(fā)現(xiàn)雜菌，染菌已很嚴(yán)重；無菌試驗通常要十來個小時才能發(fā)現(xiàn)，再作處理為時已晚。從一些狀態(tài)參數(shù)，如DO變化的規(guī)律也可作為染菌預(yù)報的根據(jù)。如過程污染好氣性雜菌，DO會一反往常在較短時間內(nèi)如2-5h下降到接近零，且長時間不回升，便很可能染菌;有時會出現(xiàn)雜菌污染后DO反而升高的現(xiàn)象,這是因為生產(chǎn)菌受到雜菌的抑制,而雜菌本身又非十分好氣,這樣生產(chǎn)菌的呼吸大為減弱而使DO上升。污染噬菌體常表現(xiàn)在發(fā)酵液變稀，DO迅速回升。分批發(fā)酵過程分幾期？長短受什么因素影響？答：停滯期（種子的活性、接種量、培養(yǎng)基的可利用性和濃度）加速期（同上）對數(shù)期（培養(yǎng)基中溶氧的可利用性和有害代謝產(chǎn)物的積累）減速器（菌對限制性基質(zhì)的親和力Ks）靜止期死亡期（前面五個時期的長度和菌的初始濃度）。分批發(fā)酵優(yōu)缺點？答：優(yōu)點：易操作、周期短、染菌機會少、產(chǎn)品質(zhì)量易掌握。缺點：不適用于測定其過程動力學(xué)；存在基質(zhì)抑制問題，出現(xiàn)二次生長現(xiàn)象；