第二章：代谢控制发酵的基本思想

代谢控制发酵名词解释代谢控制是指通过调控细胞内多个代谢途径的活性，以达到对生物体生理状态的调节。

在发酵过程中，代谢控制是实现产物合成和细胞能量供应的关键。

下面我将针对代谢控制和发酵的相关名词进行解释。

1. 代谢（Metabolism）：代谢是指生物体内发生的一系列物质转化过程，涉及能量的产生与消耗以及有机物的合成与降解等。

代谢包括两个相互依赖的过程，即合成（Anabolism）和降解（Catabolism）。

2. 代谢途径（Metabolic pathways）：代谢途径是由一系列相互连接的酶催化反应组成的网络。

它们能够协同合作，将底物转化为产物，并产生能量或合成特定产物。

3. 代谢调节（Metabolic regulation）：代谢调节是通过对代谢途径中关键酶的活性进行调控，以适应环境条件和维持生理平衡的过程。

代谢调节能够使细胞对外部信号做出响应，从而合理分配代谢物，调节能量产生和物质合成。

4. 酶（Enzyme）：酶是催化生物体内化学反应的蛋白质。

在发酵过程中，酶能够加速底物转化的速率，从而促进产物的合成。

5. 代谢产物（Metabolites）：代谢产物是在代谢过程中生成的化学物质。

在发酵中，代谢产物可以是所需的产品（如酒精、酸类），也可以是副产物（如乳酸、CO2等）。

6. 基因调控（Gene regulation）：基因调控是通过对基因表达的调控，实现细胞代谢活动的调节。

在发酵中，通过操纵产物代谢途径上的关键基因，可以调节特定发酵产物的产生。

7. 底物浓度（Substrate concentration）：底物浓度是指代谢途径中反应底物的浓度。

底物浓度的增加或减少会影响酶催化反应的速率，进而影响代谢途径的活性和产物的合成。

8. 产物抑制（Product inhibition）：产物抑制是指在代谢过程中，产物的积累对酶的活性产生抑制作用。

产物抑制是一种重要的负反馈调控机制，可以通过抑制产物合成途径上的酶活性，调节代谢活动。

1、代谢控制发酵指利用遗传学的方法或者其它生物化学的方法（1分），人为地在脱氧核糖核酸（DNA）分子水平上改变和控制微生物的代谢，使目标产物大量生成、积累的发酵（1分）。

2、关键酶是参与代谢调节的酶的总称（1分）。

作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速作用。

常称为调节酶，主要包括变构酶、同功酶和多功能酶（1分）。

3、操纵子是指原核生物基因组的一个表达调控序列（1分），长度约1000bp左右，由若干结构基因串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控（1分）。

4、巴斯德效应在有氧的条件下（1分），由于进行呼吸作用而使酒精发酵和糖酵解作用受到抑制的现象（1分）。

5、营养缺陷型指原菌株由于发生基因突变（1分），致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养基中补加该营养物质才能生长的突变型菌株（1分）。

10分，每题2分）√，如果是错误的，在其下方加以改正。

即真核细胞中功能上彼此有关的基因往往分布在不同染色体√（2分）×（1分）（1分）反馈抑制是在DNA水平上进行控制。

×（1改正：反馈阻遏是在DNA水平上进行控制，反馈抑制控制的是酶蛋白的构象变化。

分）5、渗漏型缺陷是指遗传性障碍不完全的缺陷型，仍能够在基本培养基上进行大量生长。

×（1分）改正：渗漏型缺陷是指遗传性障碍不完全的缺陷型，能够在基本培养基上进行少量生长。

（1分）三、填空题（本题满分20分，每空1分）1、乳糖操纵子中结构基因编码的三个酶分别是β—半乳糖苷酶、β-半乳糖透性酶、β-半乳糖苷转乙酰基酶。

2、微生物细胞代谢的调节机制主要有酶的活性调节和酶的生物合成（酶量）调节。

3、调节酶的催化部位与酶反应底物相结合，催化酶的反应；变构部位能与特异代谢物（变构效应物）相结合，使酶的构象发生改变，从而影响催化部位的活性。

4、变构酶的脱敏作用指该酶经过特定处理后，可使变构酶解聚，或变构酶的编码基因发生突变，失去调节功能，但一般不丧失其催化活性。

第二章发酵原理第三节发酵学第二假说——代谢网络假说第三章代谢网络假说1本节讨论化能异养型微生物细胞的代谢的问题，讨论侧重于有机化合物的代谢。

主要讨论微生物细胞初级代谢的代谢网络，这个网络是微生物细胞进行能量代谢和物质代谢的操作系统，它最基本的功能是支持生长和维持生命活动。

第三章代谢网络假说2微生物细胞的物质代谢和能量代谢，依靠代谢网络来实现。

代谢网络横跨细胞内外，没有绝对的起点，也没有绝对的终点；既是相对稳定的，又是可以变化的。

代谢网络变化的根据在于细胞的遗传物质，变化的原因在于细胞的生存的条件。

细胞生命活动过程中，有机化合物（碳架物质）在代谢网络中流动，形成代谢流。

在工业发酵生产中，微生物细胞的主要代谢流有起点和终点，其起点应该是原料，其终点应该是目的产物。

第三章代谢网络假说3代谢网络不是生化途径和跨膜输送过程的简单联接。

代谢网络这个概念的提出就是要将生物化学概念纳入细胞代谢的总体框架。

活细胞的功能由几个独立的、相互联系的反应群（reactions）来支撑，根据这些反应群在整个细胞合成过程中的主要功能和逻辑顺序，对它们作如下分类：①供能反应群，②生物合成反应群，③多聚反应群，④组装反应群。

第三章代谢网络假说4对于典型的工业发酵，讨论的重点是代谢网络中与典型的工业发酵直接相关的部分，也就是化能异养型微生物的初级代谢的代谢网络。

在详细研究供能反应和生物合成反应的同时，宏观上兼顾多聚反应和组装反应。

第三章代谢网络假说5为了分析问题的方便，将化能异养型微生物的初级代谢的代谢网络，分成“向心板块”、“中心板块”和“离心板块”三大板块来研究。

向心板块和中心板块两个板块对应于上述供能反应，离心板块对应于生物合成反应。

要分别讨论每一板块的组成，更注重讨论它们之间的衔接关系。

第三章代谢网络假说6研究微生物细胞的代谢，从研究微生物对碳源的降解开始，研究碳源的代谢从代谢网络的中心板块的中心代谢途径入手。

而中心代谢途径的研究从对葡萄糖降解途径的研究开始。

代谢控制发酵名词解释代谢控制发酵是在发酵过程中通过调控代谢途径，使得微生物产物合成提高、副产物减少或消失的一种控制策略。

代谢（Metabolism）指的是一个生物体对外界物质的摄取、吸收、转化和排泄等一系列化学反应的总和。

代谢可分为两个主要部分：合成代谢和能量代谢。

合成代谢是指生物体从较简单的物质合成复杂的有机物质，如蛋白质、核酸、多糖等。

能量代谢则是指生物体通过氧化降解有机物质释放能量。

在酿酒或发酵过程中，发酵菌通过能量代谢将碳源转化为酒精和二氧化碳，同时合成一些副产物或其他附属物质。

控制是指通过调控代谢途径和操作条件，使得发酵过程中所需产物的合成产率和选择性提高，产物分离纯化步骤简化，副产物减少或消失的手段。

代谢控制是通过操作微生物的代谢途径和条件来控制发酵过程中所需产物和副产物的产生和积累情况。

其核心目标是寻找并调控关键代谢途径，使得所需产物的合成路径得到加强、其他途径得到抑制，从而改善产物的产率和质量，减少副产物的生成。

代谢控制包括以下几个主要方面：1.反应物选择性控制：通过调节发酵中的反应物浓度、比例和添加时间，来控制产物和副产物的生成。

这一策略主要是通过供应还原剂、控制氧气浓度、碳源的选择和添加等手段来实现。

2.酶活性和基因表达的调控：通过改变酵母菌或细菌内部关键酶的活性或调节相关基因的表达，并使用遗传工程技术来调控发酵过程中的代谢途径。

例如，通过过表达某一限速酶或降低副产物相关基因的表达，从而提高所需产物的产率。

3.代谢通路调控：通过改变微生物内部代谢途径的通路结构、酶的组合或代谢流量分布，来控制产物的选择性合成。

例如，通过改变代谢通路的路线，将副产物产生的分支途径阻断，从而增加所需产物的合成。

4.发酵条件的优化：通过调节发酵过程中的温度、pH值、搅拌速度、氧气含量等操作参数，来控制发酵过程的代谢行为。

例如，通过调节温度和pH值来改变酵母菌的生长速率和代谢活性，从而影响产物的生成。

《代谢控制发酵》复习题1．名词解释代谢控制发酵：所谓代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核苷酸的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累发酵。

关键酶：参与代谢调节的酶的总称。

作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速作用。

变构酶：有些酶在专一性的变构效应物的诱导下，结构发生变化，使催化活性改变，称为变构酶。

诱导酶：诱导酶是在环境中有诱导物（通常是酶的底物）存在的情况下，由诱导物诱导而生成的酶。

调节子：就是指接受同一调节基因所发出信号的许多操纵子。

温度敏感突变株：通过诱变可以得到在低温下生长，而在高温下却不能生长繁殖的突变株。

碳分解代谢物阻遏：可被迅速利用的碳源抑制作用于含碳底物的酶的合成，就称为碳分解代谢阻遏。

氮分解代谢物阻遏：可被迅速利用的氮源抑制作用于含氮底物的酶的合成，就称为氮分解代谢阻遏。

营养缺陷型突变菌株：原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养基中外源补加该营养物质才能生长的突变菌株。

渗漏突变株：由于遗传性障碍的不完全缺陷，使它的某一种酶的活性下降而不是完全丧失。

因此，渗漏突变菌株能少量的合成某一种代谢最终产物，能在基本培养基上进行少量的生长。

代谢互锁：从生物合成途径来看，似乎是受一种完全无关的终产物的控制，它只是在较高浓度下才发生，而受这种抑制（阻遏）作用是部分性的，不完全的。

平衡合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E与G，由于a酶活性远远大于b酶，结果优先合成E。

E过量后就会抑制a酶，使代谢转向合成G。

G过量后，就会拮抗或逆转E的反馈抑制作用，结果代谢流转向又合成E，如此循环。

（P45图）优先合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E和G，由于a酶的活性远远大于b酶的活性，结果优先合成E。

E合成达到一定浓度时，就会抑制a酶，使代谢转向合成G。

G合成达到一定浓度时就会对c酶产生抑制作用。

第二章发酵工程第一节发酵工程概况一、发酵和发酵工程1、什么是发酵（1）传统的发酵定义：发酵(fermentation)最初来自拉丁语“发泡”(fervere)，人们早期的认识，发酵是指酵母作用于果汁或谷物，进行酒精发酵产生CO2的现象，这个过程是酵母在无氧状态下的呼吸过程，是微生物获得能量的一种形式。

（2）现在定义：目前人们把借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身、或直接代谢产物或次级代谢产物的过程统称为发酵。

2、发酵工程（1）定义：它是一门将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。

由于它以培养微生物为主，所以又称微生物工程。

（2）分类：发酵工程分为：食品发酵工程和非食品发酵工程两大类。

食品发酵工程又叫酿造工业，如啤酒、白酒、黄酒、葡萄酒、酱油、食醋、酱、豆豉、腐乳。

这些产品成分复杂，对风味有较高的要求。

非食品发酵工程，如酒精、抗生素、柠檬酸、氨基酸、酶制剂、核苷酸、单细胞蛋白等。

这些产品成分单一，无风味要求。

二、发酵工程的发展历程1、天然发酵阶段19世纪前，人们对发酵的本质并不了解，但已经在利用自然发酵现象制成各种发酵产品，如酱油、米酒、面包、奶酪、啤酒、白酒等。

菌种是天然的，而非纯种培养，凭经验传授技术、带徒弟，产品质量不稳定，常常受到杂菌的污染而使人们感到困惑。

2、纯培养技术的建立1680年，发明了显微镜（270倍），人类历史上第一次看到了大量的活的微生物。

1859年，巴斯德证明了发酵原理，随后发明了低温杀菌法（巴氏杀菌），挽救了法国的葡萄酒。

1881年，柯赫建立了细菌纯粹培养技术，并获1905年的诺贝尔奖。

确立了单种微生物的分离和纯粹培养技术，使发酵技术从天然发酵转变为纯粹培养发酵，实现了第一次发酵技术进步（第一个转折期）。

从此，人类开始了人为地控制微生物的发酵过程，产品质量的稳定性得到大大地提高。

代谢控制发酵课程设计1. 概述在本次课程设计中，我们将探索代谢控制发酵过程中的关键参数，以及如何通过调节这些参数来优化发酵生产。

代谢控制发酵是一种基于生物体的代谢特点来控制发酵生产的方法。

其中，掌握适宜的控制方法并优化调整参数，可以提高发酵的效率和纯度。

本次课程设计将包括以下内容：•代谢反应的基本概念•代谢物作为调节因素的作用•代谢监测和控制方法2. 代谢反应的基本概念代谢反应是生物体内化学反应的总称。

代谢反应分为两大类：异化和同化反应。

异化反应是将有机物质通过代谢将其转化为无机物或有机酸、酮，而同化反应是将有机物与无机物进行结合，即生物体合成新的有机物的化学反应。

在发酵过程中，分解代谢物——即异化作用——是产生最终产物的前提。

因此，了解代谢物的结构和分解途径，可以有效地提升发酵产量和产物纯度。

3. 代谢物作为调节因素的作用发酵过程中，代谢物的含量及其比例对发酵的特性有非常大的影响。

代谢物既可以影响发酵产物的种类和数量，也可以影响发酵细胞的生长和代谢。

因此，在发酵过程中，合理控制代谢物含量和比例，可以提高发酵效率和产物纯度。

在代谢物中，氮源、碳源和磷源是三个最重要的成分。

其中，氮源对于细胞代谢、细胞结构和产物形成都有重要影响；碳源则是发酵产物的主要成分，对于产物的纯度和数量也有巨大的影响；磷源在细胞质膜和核酸合成中扮演着重要角色，在代谢调控中也举足轻重。

4. 代谢监测和控制方法如何监测和控制代谢物含量和比例，是优化发酵生产的重要手段。

目前，常见的发酵监测方法有：•发酵过程中产物浓度的测定•细胞生长状态监测•关键代谢物质浓度的测定这些监测手段可以在发酵过程中实时监测关键参数，及时调整反应条件，保证发酵过程的高效率和稳定性。

关于监测手段的具体使用方法，则需要根据不同的发酵工艺和需求进行调整。

例如，在制酸发酵过程中，可采用光学密度、pH值、酸度和细胞干重等参数进行监测。

另外，在发酵过程中，控制发酵瓶内环境的温度、pH值和氧气含量也有重要作用。

代谢控制发酵名词解释
代谢控制发酵是一种生物工程技术，旨在通过调控微生物的代谢过程，使其能够高效地生产目标化合物。

在传统的发酵过程中，微生物通常在一定的培养基中生长并产生代谢产物。

然而，由于微生物的代谢途径是非常复杂的，导致产物的产量和质量难以得到有效控制。

代谢控制发酵的目标是通过对微生物代谢过程的调控，实现产物的高产和高纯度。

这一技术的核心在于通过对微生物的基因组进行工程改造，调节关键酶的表达水平，从而改变代谢途径，提高目标产物的产量。

在代谢控制发酵中，首先需要对微生物的代谢途径进行深入的研究和了解，包括代谢产物的合成途径、限速酶等。

然后，通过基因工程技术对微生物基因组进行改造，例如通过插入外源基因或删除某些基因，从而改变微生物的代谢途径和产物的合成过程。

此外，还可以通过优化培养条件，如调整pH值、温度和培养基组分等，来进一步提高产物的产量和质量。

代谢控制发酵在生物制药、食品工业和能源生产等领域有着广泛的应用。

通过该技术，可以有效提高目标产物的产量和质量，降低生产成本，减少对环境的影响。

同时，代谢控制发酵也为新型生物材料和生物能源的开发提供了新的途径。

总之，代谢控制发酵是一种利用基因工程技术来调控微生物代谢过程的生物工程方法。

它可以通过改变微生物的基因组，调节代谢途径和培养条件，实现高效生
产目标产物的目标。

这一技术的应用前景广阔，对于提高生产效率、降低成本、保护环境等方面都具有重要的意义。