第3章微生物代谢调节

第一章，绪论一、填空：微生物工程可分为发酵和提纯两部分，其中以发酵为主。

化学工程与发酵工程的本质区别在于化学工程利用非生物催化剂，发酵工程利用生物催化剂---酶。

二、判断：发酵产品是经微生物厌氧生物氧化过程获得的。

错三、课后思考题：1、发酵的定义：利用微生物的新陈代谢作用，把底物（有机物）转化成中间产物，从而获得某种工业产品。

（工业上定义、广义、有氧无氧均可）2、发酵流程：3、比拟放大的基本过程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产4、发酵工程的发展经历了哪几个阶段？1.）自然发酵时期2）纯培养技术建立(第一个转折期)3）通气搅拌的好气性发酵工程技术建立(第二个转折期)4）人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期)5）发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期)6）生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期)5、微生物工业发展趋势1）、几个转变分解代谢→合成代谢自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵（如工程菌）2）、化学合成与生物合成相结合3）、大型、连续化、自动化发酵发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。

4）、人工诱变育种和代谢控制发酵微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。

5）、原料范围不断扩大石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等6、举例说明微生物工业的范围酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒）食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳）有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇）抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等）有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等）酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等）氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等）维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等）生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等）名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等）微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白）微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等）生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质）微生物治金工业（微生物探矿、治金、石油脱硫等）第二章发酵基础知识1、写出生产以下产品的主要菌种：啤酒（啤酒酵母）、黄酒（霉菌（根霉、曲霉）、酵母菌、细菌）、味精（谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌）、柠檬酸（黑曲霉）、食醋（霉菌、酵母菌、醋酸菌）、酸奶（乳酸菌（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸链球菌））2、发酵工艺控制中，主要应监控温度、pH值、溶解氧、泡沫、氧化还原电位等。

第三章微生物细胞的结构与功能第一节原核微生物一大类细胞微小、细胞核无核膜包裹的原始单细胞生物。

与真核微生物的区别：基因组由无核膜包裹的双链环状DNA组成；缺乏由单位膜分割包围的细胞器；核糖体为70S。

原核微生物分为：细菌域：细菌、放线菌、蓝细菌、支原体、立克次氏体、衣原体。

共同点：细胞壁含肽聚糖；细胞膜含有由酯键连接的脂质，DNA一般无内含子。

古生菌域。

一、细胞壁位于细胞最外的一层厚实、坚韧的外被，主要由肽聚糖构成。

主要功能：固定细胞外形和提高机械强度，免受外力损伤；为细胞的生长、分裂、鞭毛运动所需；阻拦酶蛋白和某些抗生素等大分子物质进入细胞，保护细胞免受溶菌酶、消化酶和青霉素等有害物质的损伤；赋予细胞特定抗原性、致病性、对抗生素和噬菌体的敏感性。

1、革兰氏阳性菌的细胞壁厚度大、化学组分简单。

90%肽聚糖、10%磷壁酸。

（1）肽聚糖（粘肽、胞壁质、粘质复合物）由肽和聚糖两部分组成，肽有四肽尾和肽桥，聚糖由N-乙酰葡糖胺和N-乙酰胞壁酸相互间隔连接而成，呈长链骨架状。

1)双糖单位由N-乙酰葡糖胺通过β-1,4-糖苷键与N-乙酰胞壁酸相连。

β-1,4-糖苷键容易被溶菌酶水解。

2)四肽尾或四肽侧链由4个氨基酸分子按L型与D型交替方式连接而成。

L-Ala D-Glu L-Lys D-Ala3)肽桥或肽间桥肽聚糖的多样性主要变化发生在肽桥上。

（2）磷壁酸酸性多糖，主要成分甘油磷酸或核糖醇磷酸。

分类：壁磷壁酸，与肽聚糖分子间进行共价结合。

膜磷壁酸，由甘油磷酸链分子与细胞膜上的磷脂进行共价结合。

主要生理功能：其磷酸分子较多负电荷可提高周围Mg2+浓度，可保证一些需要Mg2+的合成酶提高活性；储藏磷元素；增强某些致病菌对宿主细胞的粘连、避免被白细胞吞噬和补抗体作用；特定抗原；作为噬菌体特异性吸附受体；调节自溶素的活力，借以防止细胞因自溶而死亡。

2、革兰氏阴性菌细胞壁（1）肽聚糖与革兰氏阳性菌的差别：四肽尾的第三个氨基酸不是L-Lys，而是m-DAP；没有特殊的肽桥，两个单体间只通过甲四肽尾的第四个氨基酸D-Ala的羧基与乙四肽尾的第三个氨基酸m-DAP的氨基直接相连。

第一章微生物的生长调节分化：是生物的细胞形态和功能向不同的方向发展，由一般变为特殊的现象。

细胞周期：指细胞的一系列可鉴别的周而复始的生长运动。

泡囊：是一种由单层膜包裹的细胞器，可看做是溶酶体复合物或内膜复合物的一部分，由高尔基体或内质网的特定部位释放，再输送到生长点与质膜结合。

其功能主要有：运输可将细胞壁拆开或扩建的各种酶，运输新的细胞壁成分，运输合成质膜的材料。

菌丝生长单位：可用菌丝总长度和菌丝分枝数目表示，即菌丝生长单位=菌丝总长度/菌丝分枝数目。

向自性：指一种确保同类菌丝高效覆盖固体培养基的机制，包括菌对聚集于环境中的负向化性反应，和对氧或其他营养要素的正向化性反应。

向化性：指一种以化学物质为刺激源的向性。

生长得率：假定所利用的基质与生成的细胞之间的固定化学计量关系。

第二章微生物的基础代谢发酵：广义上说，有机化合物在有氧或无氧条件下的分解代谢总称为发酵，而狭义将发酵定义为不涉及光和呼吸链，不用氧或氮作电子受体的生物化学反应。

能量偶合作用：指一种能量上可行的反应推动另一种能量上不可行的反应进行的过程。

能荷：可用ATP、ADP、AMP之间的比例表示，即能荷=（ATP+0.5ADP）/（ATP+ADP+AMP）。

水解作用（过程）：将聚合物链切成基本组分的酶促过程，称为水解作用（过程），其相应的酶称为水解酶。

补给反应/回补作用（糖代谢中的补给反应）：为了让TCA循环能够持续进行，补充因合成前体需要而从TCA循环中抽出的五碳或二碳二羧酸等中间体的反应。

第三章代谢调节和代谢工程共价修饰：指蛋白质分子的一个或多个氨基酸残基与一化学基团共价连接或解开，使其活性发生变化的作用。

变构效应：指一种小分子物质与一种蛋白质分子发生的可逆的相互作用，导致该蛋白质的构象发生变化，从而改变这种蛋白质与第三种分子的相互作用。

安慰诱导物：能引起诱导作用的化合物称为诱导物，可以是基质、可以是基质的衍生物，甚至可以是产物，酶基质的结构类似物是出色的诱导物，但其不能作为基质被酶转化，这类诱导物称为安慰诱导物。

微生物生理学南开大学生命科学学院第八章微生物的代谢调节一、酶活性的调节二、酶合成的调节三、初级代谢的调节四、次级代谢的调节五、微生物代谢的人工控制微生物代谢的原则微生物的生命活动遵循着高度有效、不浪费原材料和能量的原则，实现对代谢的精密调控。

概念微生物的代谢调节是指微生物的代谢和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。

酶合成的调节酶合成的诱导（induction）酶合成的阻遏（repression）酶活性的调节酶活性的激活（activation）酶活性的抑制（inhibition）一酶活性的调节概念：通过改变酶分子构象或分子结构来调节活性，是蛋白质翻译后的调节。

特点：速度快而灵敏。

激活：激活剂（activator）大多是金属阳离子。

抑制：反馈抑制。

抑制与激活的协调作用。

反馈抑制概念：反馈抑制是指代谢的末端产物对酶活性的抑制。

线形代谢途径的反馈抑制1协同反馈抑制累积反馈抑制超相加反馈抑制顺序反馈抑制同工酶和多功能酶反馈抑制分支代谢途径的反馈抑制2酶活性调节的分子机制调节酶：酶的活性可以被调节的酶，多是限速酶。

（酶分子构象的改变）（酶分子包括催化中心和调节中心）别构调节理论1（酶分子结构的改变）酶分子的化学修饰理论2分子机制酶的共价修饰磷酸化/脱磷酸化对酶活性的调节腺苷酰化/脱腺苷酰化对酶活性的调节乙酰化/脱乙酰化对酶活性的调节ADP-核糖基化/脱ADP-核糖基化对酶活性的调节酶的共价修饰是蛋白翻译后的调节二酶合成的调节在基因表达水平调控酶的合成。

例：大肠杆菌中乳糖和半乳糖的诱导表达协同诱导（coordinated induction ）1顺序诱导（sequential induction ）2酶合成的诱导组成酶诱导酶多顺反子概念IPTG 和X-gal酶合成的阻遏阻止酶合成的现象称作酶合成的阻遏。

阻止酶合成的物质为阻遏物。

（feed back repression ）终点产物反馈阻遏1（catabolic repression ）分解代谢物阻遏2酶合成调节的遗传机制操纵子（operon）学说，1961年Jacob和Monod提出，获得了1965年诺贝尔生理奖。

第1章绪论1、微生物的特点是：（1）繁殖快，长不大（2）体积微小，分布广泛（3）观察和研究的手段特殊（4）物种多，食谱杂（5）适应性强，易变异2、（1）列文虎克：首次发现微生物，最早记录肌纤维、微血管中的血流。

（2）路易斯·巴斯德：“巴氏杀菌法”（Pasteurization），62-65℃，30min,75-90℃，15-16s。

[UHT=ultra high temperature，130-150℃，1-4s，常用在牛奶的杀菌。

]（3）罗伯特·柯赫食品微生物发展大事记：1680年，列文虎克发现了酵母细胞1861年，巴斯德的曲颈瓶实验，推翻了“自然发生说”1867年，炭疽菌（属于芽孢杆菌属，革兰氏阳性菌）1890年，巴斯德杀菌工艺1922年，肉毒梭状芽孢杆菌的芽孢在磷酸盐缓冲液中的Z值为18F（Z值：加热至死曲线中，时间降低一个对数周期所需升高的温度D值：指在一定的处境和一定的热力致死温度条件下，某细菌数群中90％的原有残活菌被杀死所需的时间F值：在基准温度中杀死一定数量对象菌所需要热处理的时间）1988年，在美国，乳酸链球菌肽被列为“一般公认安全”（GRAS）1990年，HACCP体系1996年，O157：菌体的抗原，H7:鞭毛的抗原3、GMP：Good Manufactureing Practice（良好生产操作规范），GMP标准规定了在加工。

贮藏和食品分配等各个工序中所要求的操作、管理和控制规范。

HACCP：Hazard Analysis and Critical Control Points（有害分析和关键控制点）栅栏技术（Hurdle techonology）：利用食品当中各种有效因子（温度、pH、Aw、OR电度包装、辐照、防腐剂）交互作用控制腐败菌生长，提高食品安全。

4、ISO22000 食品安全管理；ISO9001 食品质量管理。

第2章微生物的基本形态与结构1、细菌基本形态分为三种：球状，如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）（阳性菌）杆状，如大肠杆菌（Escherichia coli）（阴性菌）螺旋状，如霍乱弧菌（Vibrio cholarae）2、细菌的形态受环境影响的因素：培养温度，培养时间，培养基的成分与浓度，pH等。

微生物工程试卷题型分配:名词解释： 15题共45分简答题： 7题共35分论述题： 2题共20分第一章概论1.微生物工程:即是指发酵工程，指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术.2.简述微生物工程发展简史（四个阶段特征）:天然发酵,纯培养技术,深层培养技术,微生物工程.3.简述微生物工程组成及研究内容:从广义上讲，由三部分组成：上游工程,发酵工程，下游工程。

微生物工程研究内容：无菌生长技术，计算机控制技术，种子培养和生产培养工艺技术，小试中试动力学模型，发酵工程工艺放大。

第二章生产菌种的来源1.试述生产菌种的来源及其分离思路来源：根据资料直接向科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。

分离思路：依照生产要求、产物性质、菌种特性（分类地位及生态环境），设计各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来2.试述生物物质产生菌的分离纯化和筛选步骤定方案：查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。

标本采集：有针对性地采集样品增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。

分离：利用分离技术得到纯种。

性能鉴定发酵性能测定：进行生产性能测定。

这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适 pH值、提取工艺等。

第三章微生物代谢调节及代谢工程1.新陈代谢（分解代谢、合成代谢）：是指发生在活细胞中的各种分解代谢和合成代谢的总和。

分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力（或称还原当量，一般用[H]来表示）的作用。

合成代谢：与分解代谢正好相反，是指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起合成复杂大分子的过程。

2.酶活性调节：酶分子水平上的一种代谢调节，通过改变酶分子活性来调节新陈代谢的速率，包括：酶活性的激活和抑制两个方面。

目　录第一部分　考研真题精选一、选择题二、填空题三、名词解释四、简答题五、论述题第二部分　章节题库第1章　绪　论第2章　微生物的纯培养和显微技术第3章　微生物细胞的结构与功能第4章　微生物的营养第5章　微生物的代谢第6章　微生物的生长繁殖及其控制第7章　病毒第8章　微生物遗传第9章　微生物基因表达的调控第10章　微生物与基因工程第11章　微生物的生态第12章　微生物的进化、系统发育和分类鉴定第13章　微生物物种的多样性第14章　感染与免疫第15章　微生物生物技术第一部分　考研真题精选一、选择题1柯赫提出的证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则是（ ）。

[武汉科技大学2019研]A．巴斯德原则B．柯赫定律C．菌种原则D．免疫原理【答案】B【解析】柯赫在对病原细菌的研究中取得了突出的成就：①证实了炭疽病菌是炭疽病的病原菌；②发现了肺结核病的病原菌；③提出了证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则——柯赫原则；④配制培养基及创建了分离、纯化微生物的技术等。

2菌种的分离、培养、接种、染色等研究微生物的技术发明者是（ ）。

[中国计量大学2019研]A．巴斯德B．柯赫C．列文虎克D．别依林克【答案】B3用牛肉膏作培养基能为微生物提供（ ）。

[中国计量大学2019研]A．C源B．N源C．生长因素D．A，B，C都提供【答案】D【解析】牛肉膏富含水溶性糖类、有机氮化合物、维生素、盐等，可以为微生物提供C源、N源和生长因子。

4某种生物通过产生特殊代谢产物或改变环境条件来抑制或杀死另一种微生物的现象称为（ ）。

[沈阳农业大学2019研]A．拮抗B．共生C．寄生D．捕食【答案】AB项，共生指相互作用的两个种群相互有利，二者之间是一种专【解析】性的和紧密的结合，是协同作用的进一步延伸。

C项，寄生指一个种群对另一种群的直接侵入，寄生者从寄主生活细胞或生活组织获得营养，而对寄主产生不利影响。

D项，捕食指一个种群被另一个种群完全吞食，捕食者种群从被食者种群得到营养，而对被食者种群产生不利影响。