4.微生物代谢的自动调节

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发酵工程期末复习题

1. 淀粉水解糖的制备可分为( )酸解法、 ( )酶解法和酸酶结合法三种。

2. 糖酵解途径中的三个重要的关键酶是( )己糖激酶、磷酸丙糖激酶、 ( )丙酮酸激酶.3. 甘油的生物合成机制包括在酵母发酵醪中加入( )亚硫酸氢钠与乙醛起加成反应和在( )碱性条件下乙醛起歧化反应.4.微生物的吸氧量常用呼吸强度；耗氧速率两种方法来表示，二者的关系是( ) .5. 发酵热包括( )生物热；搅拌热；蒸发热和( )辐射热等几种热．6. 发酵过程中调节pH 值的方法主要有添加( )碳酸钙法；氨水流加法和尿素流加法。

7. 微生物工业上消除泡沫常用的方法有( )化学消泡和( )机械消泡两种.。

8. 一条典型的微生物群体生长曲线可分为( )迟滞期、对数期；( )稳定期;衰亡期四个生长时期．9. 常用菌种保藏方法有( )斜面保藏法、 ( )沙土管保藏法、液体石蜡保藏法;真空冷冻保藏法等。

10. 培养基应具备微生物生长所需要的五大营养要素是( )碳源、氮源；( )无机盐； ( )生长因子和水.11. 提高细胞膜的 ( )谷氨酸通透性，必须从控制磷脂的合成着手或者使细胞膜受损伤．12. 根据微生物与氧的关系,发酵可分为( )有(需)氧发酵；( )厌氧发酵两大类。

13. 工业微生物育种的基本方法包括( )自然选育、诱变育种；代谢控制育种；( )基因重组和定向育种等。

14. 肠膜明串珠菌进行异型乳酸发酵时,产物为( )乳酸;( )乙醇;C O 2。

15. ( )诱导酶指存在底物时才干产生的酶，它是转录水平上调节( )酶浓度的一种方式。

16. 发酵工业的发展经历了( ) 自然发酵,纯培养技术的建立， ( )通气搅拌的好气性发酵技术的建立,人工诱变育种 ( ) 代谢控制发酵技术的建立,开辟新型发酵原料时期，与( )基因操作技术相结合的现代发酵工程技术等六个阶段。

17. 去除代谢终产物主要是通过改变细胞的膜的( )通透性来实现。

18. 获得纯培养的方法有( )稀释法,( )划线法,单细胞挑选法，利用选择培养基分离法等方法。

微生物工程复习题

微生物工程复习题三、选择题( ) 1. 利用酵母发酵生产酒精时，投放的适宜原料和在产生酒阶段要控制的必要条件分别是( )A. 玉米粉和有氧；B. 大豆粉和有氧C. 玉米粉和无氧；D. 大豆粉和无氧( ) 2. 下列关于平菇固体培养的操作程序，正确的是A. 配制牛肉膏蛋白胨培养基，接种，高压蒸气灭菌，培养B. 配制牛肉膏蛋白胨培养基，高压蒸气灭苗，接种，培养C. 配制棉予壳培养基，按种，高压蒸气灭菌，培养D. 配制棉子壳培养基，高压蒸气灭菌，接种，培养( ) 3. 由于生物技术已渗透入了现在的化学工业中，因此，现代生物化学工程技术的发展趋势是将尽可能多的工业化学反应过程用( ) 反应器来代替。

A. 动物B. 植物C. 微生物D. 生物( ) 4. 农作物的秸秆主要由纤维素、半纤维素和木质素三大部分组成，利用生物技术，这三大物质可以再生为通用化学品，其中半纤维素可以再生为 ( )。

A. 葡萄糖B. 木糖C. 酚、苯等物质D. 蔗糖( ) 5. 下列不需要利用发酵工程的是A. 生产单细胞蛋白饲料B. 通过生物技术培育可移植的皮肤C. 燃料乙醇D. 工厂化生产青霉素( ) 6. 生物技术中的( )是最早涉及环境保护领域的工程技术。

A.基因工程B.细胞工程C.酶工程D.发酵工程( ) 7. 酶工程和发酵工程是生物技术实现( )的关键环节。

A. 产业化B. 商品化C. 社会化D. 安全化( ) 8. 在生物技术中，我们把每单位面积上的( )总量，称为生物量。

A. 微生物B. 植物C. 动物D. 生物有机体( ) 9. 现代发酵工程是( )在培养基中繁殖后代以获得产品的过程。

A.单一菌种B.两种菌种C. 多种菌种D. 混合菌种( ) 10. 随着人类人口的增长，能源日趋紧张，利用发酵工程生产的( )有可能成为新能源，能解决能源枯竭的问题。

A. 甲醇B. 乙醇C. 丙醇D. 丁醇( ) 1. 下列物质中，不能为异养生物作碳源的是（）A. 蛋白胨B. 含碳有机物无机物 D. 石油、花生饼( ) 2. 培养生产青霉素的高产青霉素菌株的方法是（）A. 细胞工程B. 基因工程 . 人工诱变 D. 人工诱变和基因工程( ) 3. 由于生物技术已渗透入了现在的化学工业中，因此，现代生物化学工程技术的发展趋势是将尽可能多的工业化学反应过程用( ) 反应器来代替。

微生物的生长和代谢调控机制

微生物的生长和代谢调控机制微生物是指那些生存于我们周围环境中，不可肉眼观察的微小生物。

较为常见的微生物包括细菌、真菌、病毒等等。

它们在自然生态系统和人类社会中扮演着非常重要的角色，不仅能够为我们提供许多有益的物质，还可以协助我们处理生活中一些难以处理的问题。

因此，微生物的生长和代谢调控机制备受人们的关注。

微生物生长机制从生物化学角度来看，主要就是细胞分裂（复制），即由一个细胞分裂成两个子细胞。

在细胞分裂过程中，细胞会通过代谢反应来合成DNA、RNA、蛋白质等组成成分，并最终形成新的细胞。

其中，代谢反应是微生物生长的关键。

代谢调控机制是细胞能够从进食中提取营养物质，利用这些营养物质完成自身的分裂和增长。

在自然环境中，营养供应并不总是均衡的，所以微生物必须要有一种机制，来调节自身的代谢反应和生长速度，以应对不同的环境条件。

下面我们将分别介绍微生物的生长和代谢调控机制。

微生物的生长机制：生长需要满足细胞内各种重要物质的合成需求；这些物质包括核酸、蛋白质、细胞壁和细胞膜等。

核酸是组成细胞遗传信息的重要物质，而蛋白质则是细胞的基本组成成分；细胞壁和细胞膜则是保护和维持细胞结构的重要结构。

所有这些物质的合成都需要依赖于代谢物（营养物质），如糖类、氨基酸、核酸、脂类等，在特定的环境条件下，细胞就可以使用代谢物进行生长。

微生物的代谢调控机制：在营养物质不足的情况下，细胞的生长速度就会放缓或停止。

因此，微生物要能够感知和适应环境中营养物质的变化，从而调整自身的代谢和生长速率。

在微生物中，有许多专门的酶来协调代谢的反应，这是调节代谢反应的重要机制。

此外，微生物还可能通过对某些代谢物质的抑制和激活来实现代谢调控。

这种调节机制是通过信号通路实现的，微生物可以通过分泌不同的生物活性物质、调控细胞膜通透性和转录因子来调节代谢。

微生物的生长和代谢调控机制是一个复杂的过程，不同的微生物可能会有不同的机制。

但是，无论微生物的机制是什么，它们都需要依赖于环境中的营养物质来进行生长和繁殖。

生物反应器中的过程监控与控制

生物反应器中的过程监控与控制生物反应器是一种能够培养生物组织、细胞和微生物培养物的设备，由于其具有高效、稳定、可控的特点，被广泛应用于生物化工、药物制造、生物制品和食品生产等领域。

而对于其中过程的监控与控制则成为了关键的问题，因为它们直接影响着产品的质量和产量。

本文将介绍生物反应器中的过程监控与控制的相关技术和方法。

一、生物反应器中的过程监控1.参数监测：生物反应器中常见的参数包括温度、pH值、氧气含量和压力等。

这些参数对生化过程和微生物的生长都有着十分重要的影响，因此需要实时地对这些参数进行监测。

现代生物反应器通常都具备自动化控制系统，可以通过传感器实时地获取这些参数的值，并自动调节操作。

2.微生物生长监测：微生物的生长速率和生长阶段对反应器中过程的监测和控制也有着非常重要的作用。

一些光学技术，如荧光假膜染料和生物发光技术，可以用于实时监测微生物的生长。

此外，也可以通过取样并检测微生物数量和代谢产物等方式进行监测。

3.培养物中有害物质检测：生物反应器中存在的某些化合物或微生物，可能对产品的质量造成一定的影响，因此需要在反应器中对这些物质进行实时检测。

现代生物反应器通常都配备有气体色谱仪、液流色谱仪、光谱仪等高分辨率仪器，可以针对不同物质进行检测。

4.反应器状态监测：反应器的运行状态也是一项很重要的监测内容。

主要包括反应器内压力、温度、容积、氧气含量等的监测，通过这些信息来判断反应器是否正常运行，并作出相应的控制调整。

二、生物反应器中的过程控制1.实时反馈控制：实时反馈控制是针对反应器中的参数实时取样和分析，以实现反馈控制的方式。

通过反应釜内的传感器来反馈反应器内各个数据，包括压力、温度、气体浓度等，从而控制反应器内的物质输送，保证了反应体系内重要参数的稳定。

2.偏差误差控制：偏差误差控制是针对反应器中参数的误差，进行误差控制的方式。

读数误差、时间延迟误差、传感器响应误差等误差需要通过不同的控制方式进行补偿。

环境工程微生物学练习题

环境工程微生物学练习题一、基础理论部分1. 微生物的分类及命名原则2. 微生物的营养需求及其在环境工程中的应用3. 微生物的生长繁殖及其调控机制4. 微生物的代谢途径及其在环境治理中的作用5. 环境工程中常见的微生物种群及其功能二、水质污染控制微生物学1. 水体自净过程中微生物的作用2. 污水生物处理技术的基本原理3. 好氧生物处理工艺的操作要点4. 厌氧生物处理工艺的操作要点5. 污泥处理与处置技术三、大气污染控制微生物学1. 大气中微生物的种类及其分布2. 微生物在大气污染治理中的作用3. 生物滤池处理挥发性有机物（VOCs）的原理4. 微生物降解多环芳烃（PAHs）的途径5. 微生物脱硫技术及其应用四、固体废物处理与处置微生物学1. 垃圾填埋场中微生物的作用2. 堆肥化过程中微生物的代谢途径3. 微生物在固体废物处理中的生物转化作用4. 微生物修复重金属污染土壤的原理5. 微生物处理有机固体废物的技术五、环境生物修复技术1. 微生物修复技术的分类2. 原位生物修复与异位生物修复的区别3. 微生物在石油污染土壤修复中的应用4. 微生物在地下水污染修复中的作用5. 环境生物修复技术的优势与局限性六、环境微生物检测与监测1. 环境样品中微生物的采集与处理方法2. 微生物计数法及其应用3. 微生物生物量的测定方法4. 环境微生物活性指标的测定5. 环境微生物分子生物学检测技术七、案例分析1. 某城市污水处理厂升级改造案例分析2. 某化工企业挥发性有机物治理案例分析3. 某垃圾填埋场渗滤液处理案例分析4. 某重金属污染土壤微生物修复案例分析5. 某石油污染地下水生物修复案例分析八、环境微生物工程实践1. 微生物絮凝剂在污水处理中的应用实例2. 微生物制剂在农业环境保护中的作用3. 工业废水处理中高效菌种的筛选与应用4. 微生物发酵技术在生物质能源生产中的应用5. 环境友好型微生物农药的研究与应用九、环境微生物生态学1. 微生物群落结构与功能的相互关系2. 微生物多样性在环境工程中的应用价值3. 微生物与环境因子的相互作用4. 微生物在生态系统物质循环中的作用5. 微生物生态学在环境保护中的研究进展十、环境微生物分子生物学1. 分子生物学技术在微生物检测中的应用2. 微生物基因组学研究在环境工程中的意义3. 转录组学在解析微生物代谢途径中的作用4. 蛋白质组学在环境微生物研究中的应用5. 代谢组学在环境微生物功能研究中的价值十一、环境微生物资源与应用1. 微生物资源的开发与利用2. 环境友好型微生物制剂的研发3. 微生物在生物降解材料中的应用4. 微生物在生物传感器研发中的作用5. 微生物资源库的构建与管理十二、综合应用题1. 分析微生物在多介质环境污染物迁移转化中的作用机制2. 设计一套基于微生物技术的城市生活垃圾分类处理方案3. 探讨微生物在农业面源污染控制中的应用前景4. 阐述微生物在海洋石油泄漏事故处理中的作用5. 分析微生物技术在应对全球气候变化中的潜在贡献答案一、基础理论部分1. 微生物的分类及命名原则：微生物分类基于形态学、生理学、遗传学和生态学特征。

食品微生物学第三章微生物的生理第四节微生物的代谢

微生物的生理
第三章
微生物的生理
3.1 微生物的营养 3.2 微生物的生长 3.3 微生物生长的控制 3.4 微生物的代谢
微生物的生理
3.4 微生物的代谢
代谢（metabolism）是微生物细胞与外界环境不断进行物质交换的过程，即微生物细胞不停地从外界环境中吸收适当的营养物质，在细胞内合成新的细胞物质并储存能量，这是微生物生长繁殖的物质基础，同时它又把衰老的细胞和不能利用的废物排出体外。因而它是细胞内各种生物化学反应的总和。由于代谢活动的正常进行，保证的微生物的生长繁殖，如果代谢作用停止，微生物的生命活动也就停止。因此代谢作用与微生物细胞的生存和发酵产物的形成紧密相关。微生物的代谢包括微能量代谢和物质代谢两部分。
微生物的生理
第四阶段：2-磷酸甘油酸转变为丙酮酸。这一阶段包括以下两步反应：
① 2-磷酸甘油酸在烯醇化酶的催化下生成磷酸烯醇式丙酮酸。
反应中脱去水的同时引起分子内部能量的重新分配，形成一个高能磷酸键，为下一步反应做了准备。
微生物的生理
② 磷酸烯醇式丙酮酸在丙酮酸激酶的催化下，转变为丙酮酸。
GDP+ Pi GTP 琥珀酰CoA 琥珀酸硫激酶琥珀酸 + CoASH
琥珀酰CoA在琥珀酸硫激酶的催化下，高能硫酯键被水解生成琥珀酸，并使二磷酸鸟苷（GDP）磷酸化形成三磷酸鸟苷（GTP）。这是三羧酸循环中唯一的一次底物水平磷酸化。
微生物的生理
⑥琥珀酸脱ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生成延胡索酸
FAD
FADH2
琥珀酸
NAD+
NADH +H+
苹果酸
草酰乙酸
苹果酸脱氢酶
TCA循环的总反应式如下：

江南大学微生物真题2005-2014

一、名词解释1 可赫原则2双命名法3细菌的异常形态4孢子丝5锁状联合6细菌的生长曲线7高压蒸汽灭菌法8准性生殖9转导噬菌体10活性污泥11 营养缺陷型12 组成型突变株13 MPN 14 CFU 15 BOD5二、问答题1试讨论细菌细胞壁的组成结构及与革兰式染色之间的关系2 试讨论微生物与氧之间的关系及厌氧菌的氧毒害机制3以大肠杆菌T4噬菌体为例叙述噬菌体的裂解性周期4培养大肠杆菌常用的培养基之一LB培养基，其组成为Tryptone 1% Yeast Extract 0.5% NaCl 1% 试从微生物对营养需求的角度分析为什么细菌能在培养基中生长5试讨论紫外线对DNA的损伤及修复6 资料显示某些芽孢杆菌具有分解和利用葡聚糖的能力，设计方案从自然界中筛选一产葡聚糖的菌株，并简要分析各主要步骤的依据7黄色短杆菌中有关苏氨酸生物合成的部分途径如图所示，请问应如何对野生型菌株进行遗传改造才能获得苏氨酸的高产突变株？原因如何？一、选择题1 Sacchromyces cerevisiae 的无性繁殖方式是:A.裂殖B芽殖C假菌丝繁殖D子囊包子繁殖2 菌种的分离，培养，接种和染色等研究微生物的技术的发明者是A巴斯德B科赫C列文虎克D别依林克3真核微生物中 A TCA环反应在细胞中进行，EMP途径在线粒体内进行 B TCA环反应在线粒体中进行，EMP途径在细胞内进行 C TCA环反应及EMP途径在细胞中进行 D TCA环反应及EMP途径在线粒体内进行4．下列霉菌中，哪一种属于多核单细胞结构A 红曲霉B米曲霉C产黄青霉D黑根霉5 下列微生物命名正确的是A Candida utilisB escherich coliC bacillusD Cerevisiae sacchromyces6.由菌株A＋B－和A－B＋形成的异核体菌落上所形成的分生孢子，一般情况下在（）培养基上不能萌A MMB MM+AC MM+BD MM+A+B7 组织分离法是纯种分离方法之一，适用于 A 细菌 B 放线菌C 高等真菌D酵母菌8菌苔是微生物在（）上的培养特征A 固体平板B固体斜面 C液体斜面D明胶穿刺9 下列孢子中属于真菌无性孢子的有（）二倍体有性孢子的有（）单倍体有性孢子的有（）属于真菌休眠体的有（）A节孢子B接合孢子C子囊孢子D厚垣孢子E卵孢子F担孢子G分生孢子H孢子囊孢子二、名词解释1芽孢2革兰式染色3生长因子4类囊体诱导抑制剂法6光复活作用7化能自养型8定位诱变9生物膜10移码突变11菌种退化12共生关系13 nucleiod 14 PCR 15 chemostat三、问答题1试述普遍性转导噬菌体及转导子的形成机制2 何谓微生物的营养物质？试比较微生物吸收营养物质的各种方式3试比较青霉素和溶菌霉在制备原生质体中的作用原理 4写出两种活菌体生长量的测定方法名称及基本操作过程5消毒和灭菌的概念有何不同？实验室常用的灭菌方法有那些？分别指出灭菌原理，优缺点，适用对象及注意事项一、名词解释（3*15）1.接合孢子2.局限性转导3.碳源物质4.芽孢5基团移位 6.移码突变7.生长因子 8.准性生殖 9.巴斯德灭菌 10.连续灭菌11.HFR菌株12.对数生长期13.prophage 14.prototroph 15.PCR二、问答题1.微生物菌名的命名法则是什么？并举例说明。

微生物的代谢过程

微生物的代谢过程微生物是一类广泛存在于地球各个环境中的微小生物体，包括细菌、真菌、病毒等。

它们具有独特的代谢过程，通过分解和转化有机物质，维持了地球生态系统的平衡和物质循环。

本文将着重探讨微生物的代谢过程，从其能量获取、营养物质利用等方面展开，以便更好地理解微生物的生活方式。

一、微生物的能量获取微生物的能量获取主要通过两种方式：化学能和光能。

一些微生物通过化学反应来获得能量，这被称为化学合成。

比如许多细菌利用硫化氢等无机物质进行化学反应，产生能量来维持其生存。

另一些微生物则利用光合作用，将阳光转化为化学能以供自身使用。

光合作用是一种利用光能合成有机物质的过程，典型的代表就是光合细菌和光合蓝藻。

二、微生物的营养物质利用微生物对于营养物质的利用非常广泛，可以利用各种有机物质和无机物质进行代谢。

其中，碳源的利用尤为重要。

微生物可以根据对碳源的利用方式将其分为两类：自养微生物和异养微生物。

自养微生物能够利用无机碳源如二氧化碳来合成有机物质，比如细菌中的类固醇合成细菌；而异养微生物则需要从外部获取有机碳源，例如许多病原菌依赖于宿主提供的有机物质来生存。

微生物的氮源利用也非常重要，因为氮是构成蛋白质等生物大分子的关键元素。

微生物可以利用无机氮源如氨、硝酸盐等，也可以利用有机氮源如氨基酸、蛋白质等。

通过利用不同的氮源，微生物可以满足自身的生长和繁殖需求。

除了碳源和氮源，微生物还需要其他一些微量元素，如磷、硫、钾等。

这些微量元素在细胞代谢中起到重要的作用，比如作为酶的辅助因子、参与细胞信号传递等。

三、微生物的代谢途径微生物在代谢过程中通过一系列酶催化的化学反应来完成对营养物质的分解和合成。

常见的代谢途径包括糖酵解、无氧呼吸、有氧呼吸、脂肪酸合成等。

糖酵解是一种将葡萄糖分解为乳酸或乙醇等产物的过程，常见于一些厌氧微生物。

无氧呼吸则是一种在缺氧条件下，微生物将有机物质通过无氧反应代谢产生能量的方式。

有氧呼吸是一种需氧条件下进行的代谢途径，微生物通过将有机物质氧化为二氧化碳和水，释放大量能量。

微生物的代谢调节

因此，只有当两个末端产物都过量时，才能对途
径中的第一个酶起到抑制作用。

枯草芽孢杆菌合成芳香族氨基酸的代谢途径就采
取这种方式进行调节。
E D A B C
F
G
顺序反馈抑制
4.2.1.3 酶活性调节的机制 P51
变构调节理论+酶分子的化学修饰调节理论 ①酶的变构调节理论：受最终代谢产物调节的酶是一种变构酶。其分子有两个中心：与底物结合的活性中心(又称催化中心)，与末端产物结合的调节中心(即变构中心)。

典型实例：大肠杆菌天冬氨酸族氨基酸的合成有3个天冬氨酸激酶催化途径的第一个反应，分别受赖氨酸，苏氨酸，甲硫氨酸的调节。
D
E
A
B
C
F
G
H
同功酶的反馈抑制
② 协同反馈抑制

在分支代谢途径中，几种末端产物同时都过量，才对途径中的第一个酶具有抑制作用。若某一末端产物单独过量则对途径中的第一个酶无抑制作用。如，在多粘芽孢杆菌合成赖氨酸、蛋氨酸和苏氨酸的途径中，终点产物苏氨酸和赖氨酸协同抑制天冬氨酸激酶。

复杂分子
(有机物)
分解代谢酶系
简单分子+ATP+[H]
合成代谢酶系
4.1 微生物初级代谢及次级代谢P64

微生物的初级代谢：微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所必需的物质和能量的过程。
初级代谢产物：糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及它们聚合成的大分子化合物：多糖、蛋白质、酯类、核酸等

次级代谢只存在于某些生物（如植物和某些微生物）中，代谢途径和代谢产物因生物不同而不同，同种生物由于培养条件不同而产物不同。

微生物代谢调节的新方法

微生物代谢调节的新方法随着微生物学研究的深入，越来越多的微生物成为了生产生物制品的目标菌株。

例如，酿造啤酒、制药、化工等领域都需要微生物参与。

传统的微生物代谢调节主要是靠介质调控，但这种方法效果有限且存在一些弊端。

近年来，随着合成生物学和系统生物学的发展，一些新的微生物代谢调节方法被提出和应用。

一、基因工程方法基因工程方法一直是微生物代谢调节的主要手段之一，其方法的优点在于切实可行，但是其改变的代谢途径有可能影响微生物的生长、繁殖及产品生成。

因此，需要针对性地调整代谢途径，以定义合适的代谢策略，提高目的产物的产量和质量。

除此之外，利用基因工程的手段，启动或关闭微生物合成途径的基因，也是一种调节方案。

例如，在甜菜中加入“甜菜素合成基因”可以使其生长过程中含有更多的甜菜素。

二、代谢工程方法代谢工程是指将一种或多种代谢物转化为另一种或多种所需要的代谢物的方法。

就是将微生物的生理代谢调整到最优状态。

人们利用氮、碳、磷等物质对微生物进行优化，促进其发酵过程中产物的生成。

在代谢提高的同时，也能减少废物的产生。

然而，代谢工程的实践操作较为困难，需要设计一系列的富有智慧的微生物工程。

三、多药靶调控方法微生物的生产代谢是一个高度复杂的过程，需要多个代谢途径和酶的共同作用。

因此，如果针对单一目标点进行调节，很难达到最优化的效果。

多药靶调控方法则是一种利用多个目标位点来控制微生物代谢和合成的新方法。

多药靶调控通过形成一个药物的与微生物相互作用的网络，对其产生影响。

这种新的调控方法较为复杂，需要全面性的数据支持。

四、人工智能驱动方法人工智能技术是近年来致力于解决人与机器的交互问题的一类新技术，其广泛应用于酿造、制药、食品等领域。

人工智能驱动方法对于微生物的代谢调节也产生了重要影响。

例如，一些研究团队利用计算机对微生物的可能代谢途径进行了分析和优化，使微生物产物特性进一步优化。

此外，人工智能技术也可以用于微生物代谢大数据的挖掘和处理，以便更好地理解微生物的代谢和作用机制。

微生物代谢调节

两种调节的对比
酶合成的调节酶活性的调节
通过酶量的变化调节对象控制代谢速率
不同点
控制酶活性，不涉及酶量变化快速、精细
代谢调节，它调节酶活性
调节效果
调节机制
相对缓慢
基因水平调节，调节控制酶合成
相同点
细胞内两种方式同时存在，密切配合，高效、准确控制代谢的正常进行。
反馈阻遏与反馈抑制的比较
适应酶又可分为诱导酶和阻遏酶
• 诱导酶只有当其分解底物或有关诱导物存在时才，会合成的酶。
• 机制
诱导物与一种调节基团编码的活性的阻遏物可逆地结合，从而解除后者对该酶结构基团的转录的阻塞。
阻遏酶及其机理
其调节基因产物是一种阻遏蛋白，无活性，仅在有辅阻遏物（终产物）存在下可转化为抑制剂（“锁”），与操纵基因结合，阻止转录进行。
1.控制营养物质透过细胞膜进入细胞 2.通过酶的定位控制酶与底物的接触 3.控制ห้องสมุดไป่ตู้谢物流向（酶活性与酶量调节）
第三节酶活性的调节
一、调节酶静态酶：一般性催化；反应可逆；速度快；调节酶：通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率的方式。是酶分子水平上的调节，属于精细的调节。限速反应；不可逆；速度慢（一）调节方式：包括两个方面： 1、酶活性的激活：在代谢途径中后面的反应可被较前面的反应产物所促进的现象；常见于分解代谢途径。 2、酶活性的抑制：包括：竞争性抑制和反馈抑制。概念：反馈：指反应链中某些中间代谢产物或终产物对该途径关键酶活性的影响。凡使反应速度加快的称正反馈；凡使反应速度减慢的称负反馈（反馈抑制）；反馈抑制——主要表现在某代谢途径的末端产物过量时可反过来直接抑制该途径中第一个酶的活性。主要表现在氨基酸、核苷酸合成途径中。特点：作用直接、效果快速、末端产物浓度降低时又可解除

微生物笔记-微生物的代谢调节

微生物的代谢新陈代谢：发生在活细胞内的所有化学反应的总称微生物的能量代谢1.新陈代谢的核心问题能量代谢的中心任务：生物体如何将环境中多种形式的最初能源转换称为对一切生命活动都能使用的通用能源。

实质：ATP 的生成和利用能源的转化a.最初能源有机物日光无机物微生物化能异养菌光能营养菌化能自养菌通用能源ATPATP ATP生物氧化反应的三个阶段脱氢：一种失去电子或氢的过程电子供体：被氧化的物质电子受体：接受电子的物质i.递氢：电子供体氧化脱下的氢交给氢载体，并通过多个载体完成电子从供体到受体的传递一般不直接交给电子受体ii.受氢：最终电子受体接受载体上电子的过程iii.b.生物氧化的产能途径底物水平磷酸化生物氧化过程中生成的含有高能键的化合物在酶的作用下，直接将能量转给ADP(GDP)生成ATP(GTP)1)存在于呼吸和发酵过程中2)发酵过程中唯一的能量获取方式3)微生物代谢中的底物水平磷酸化4)底物水平磷酸化反应偶联形成的高能分子1,3-二磷酸甘油酸—>3-磷酸甘油酸ATP 磷酸烯醇式丙酮酸—>丙酮酸ATP 琥珀酰辅酶A —>琥珀酸GTP 乙酰磷酸—>乙酸ATP ATPi.c.微生物的能量代谢2022年4月7日21:49丙酰磷酸—>丙酸ATP 丁酰磷酸—>丁酸ATP甲酰四氢叶酸—>甲酸ATP（电子传递）氧化磷酸化生物氧化中伴随着电子传递发生的磷酸化作用1)发生在呼吸作用（有氧或无氧）中呼吸时大多数伴随ATP 的合成a)2)典型的呼吸链：3分子ATP ，2分子ATP(黄素蛋白起始)a)3)ii.光和磷酸化只发生在光合细胞中1)循环式光合磷酸化：反应产物只有ATP2)非循环式光合磷酸化：反应的产物是ATP 、氧和NADPH3)iii.生物氧化的类型发酵：没有外源的最终电子受体的生物氧化方式电子受体和供体都是有机物1)无电子传递链2)i.呼吸：有外源的最终电子受体的生物氧化方式有氧：以分子氧作为最终电子受体的呼吸方式无机物氧化脱氢a)细菌氢细菌铁细菌硫化细菌硝酸盐细菌能源物质氢气铁硫或硫化物氨或亚硝酸1)无氧：以除氧外的物质作为最终电子受体的呼吸a)2)ii.化能营养型微生物的代谢产能方式iii.产能方式有氧呼吸无氧呼吸发酵环境条件有氧无氧无氧最终电子受体来源环境，外源性环境，外源性胞内，内源性最终电子受体分子氧化合物（通常中间代谢产物d.性质为无机物）能进行该代谢产能方式的微生物专性好氧微生物、兼性厌氧微生物、微嗜氧微生物兼性厌氧微生物、专性厌氧微生物兼性厌氧微生物、耐氧厌氧微生物、专性厌氧微生物呼吸作用和发酵作用的比较相同点：氧化时，底物上脱下的氢和电子都和相同的载体结合，形成NADH 和FADH1)不同点：NADH 和FADH 上的电子和氢的去路不同2)iv. 消耗一分子葡萄糖产生的ATP 数量不同葡萄糖的分解代谢和发酵产物葡萄糖——>丙酮酸1.四种途径：EMP、HMP、ED、PK丙酮酸——>?产物进行各种发酵，一般以产物来命名乙醇发酵酵母菌乙醇发酵i.EMP途径乙醇发酵类型类型条件受氢体ATP主要产物酸性乙醛2乙醇亚硫酸氢钠磷酸二羟丙酮0甘油碱性磷酸二羟丙酮0甘油、乙醇、乙酸细菌的乙醇发酵ii.运动发酵单胞菌ED 途径a.乳酸发酵同型乳酸发酵：产物只有乳酸的乳酸发酵i.b.2.异型乳酸发酵：产物中除乳酸外还有乙醇和二氧化碳的乳酸发酵ii.混合酸发酵c.微生物将葡萄糖转变为琥珀酸、乳酸、甲酸、乙酸、氢气、二氧化碳等多种产物的生物学过程甲基红试验（MR 试验）将细菌接种至葡萄糖蛋白胨水培养基中，置37摄氏度培养48小时，然后沿管壁加入甲基红指示剂，呈红色者为阳性，不呈红色者为阴性。

微生物次级代谢与调节一

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抗生素的生源学(Biogenesis)
1)合成次级代谢物是作为储藏物。 2)作为正常代谢的无用的副产物。 3)大分子消化后残留的碎片。 4)解除体内有害代谢物的毒性。 5)支路代谢物。 6)竞争需要用于抑制其它微生物，争夺有限的养分。
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抗生素的生源学(Biogenesis)
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前体与诱导物的区别
如甲硫氨酸除了可作为头孢菌素合成的前体，提供S的作用，更为重要的作用在于诱导节孢子的形成，而后者的多寡影响头孢菌素的合成。甲硫氨酸可被亮氨酸取代。
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前体与诱导物的区别
诱导物的另一个特征是其诱导系数特别高，如给链霉素生物合成受阻的突变株1g 纯的A因子(在接种时)，可诱导1g链霉素的形成，其诱导系数为106 。
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（7）脒基和甲基
脒基的供体一般是精氨酸甲基的供体是甲硫氨酸
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（8）经修饰的嘌呤或嘧啶碱
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4.2.2前体的作用
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微生物次级代谢的特征
有人认为，次级代谢产物之所以种类繁多，就是因为酶的底物特异性不高所致。他们把次级代谢过程又称为多向代谢作用 (pleometabolism)。

第四章微生物的代谢调控与代谢

[实际上乳糖不是真正的诱导物，它必须先转化为别构乳糖才能起诱导剂的作用] �� 诱导剂也可以不是该酶的作用底物如异丙基- β-D-硫代半乳糖苷（IPTG）是β-半乳糖苷酶合成的极佳诱导剂，但不是作用底物；
�� 酶的作用底物不一定有诱导作用如对硝基苯-α-L-阿拉伯糖苷是β-半乳糖苷酶的底物，但不能诱导该酶的合成。
凡是能促进酶合成的调节称为诱导；而能阻碍酶合成的调节称为阻遏。
�� 同调节酶的活性的反馈抑制等相比，通过调节酶的合成而实现代谢调节的方式是一类较间接而缓慢的调节方式；其优点是通过阻止酶的过量合成，有利于节约生物合成的原料和能量。
一）酶合成调节的类型
诱导阻遏末端产物阻遏
三、分支生物合成途径的调节
1、同工酶（isoenzyme）调节某一分支途径中的第一步反应可由多种酶催化，但这些酶受不同的终产物的反馈调节. (酶的分子结构不同)
D
A B C F
E
G
Y
Z
如：大肠杆菌的天门冬氨酸族氨基酸的合成途径中，有三个同工酶：天门冬氨酸激酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，分别受赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸的反馈调节
�� 1指由某代谢途径末端产物过量积累而引起的阻遏。 �� 2对直线式途径来说，末端产物阻遏的情况较简单，即产物作用于代谢途径中的各种关键酶，使之合成受阻；对于分支代谢途径而言，情况较复杂，每种末端产物仅专一地阻遏合成它的那条分支途径的酶。代谢途径分支点以前的“公共酶”仅受所有分支途径末端产物的阻遏（多价阻遏作用）。 3末端产物阻遏在代谢调节中有重要作用，保证细胞内各种物质维持适当的浓度；普遍存在于氨基酸核苷酸生物合成途径中。
5、顺序反馈调节 (sequential feedback regulation)

微生物第四章

第四章微生物的代谢代谢（metabolism）：也称新陈代谢，指生物体内进行的全部化学反应的总和。

（一）分解代谢：细胞将大分子物质降解成小分子物质，并在此过程中产生能量的过程。

不同营养类型的微生物进行分解代谢所利用的物质不同，异氧微生物利用的是有机物，自养微生物利用的是无机物。

（二）合成代谢：细胞利用简单的小分子物质合成复杂的大分子物质，并在此过程中贮藏能量的过程。

（三）物质代谢：物质在体内进行转化的过程。

（四）能量代谢：伴随物质转化而发生的能量形式相互转化的过程。

（五）初级代谢：能使营养物转化为结构物质、具生理活性物质或提供生长能量的一类代谢。

产物有小分子前体物、单体、多聚体等生命必需物质。

（六）次级代谢：某些微生物进行的非细胞结构物质和维持其正常生命活动的非必须物质的代谢。

产物有抗生素、酶抑制剂、毒素、甾体化合物等，与生命活动无关，不参与细胞结构，也不是酶活性必需，但对人类有用。

合成代谢和分解代谢的关系1.分解代谢为合成代谢提供能量和原料，保证正常合成代谢的进行，合成代谢又为分解代谢创造更好的条件。

2.合成代谢和分解代谢都是由一系列连续的酶促反应构成的，前一步反映的产物是后续反应的底物。

微生物代谢的特点1.代谢旺盛（代谢强度高、转化能力强）2.代谢类型多样化（导致营养类型的多样化）3.某些微生物在代谢过程中除产生其生命活动必须的初级代谢产物和能量外，还会产生一些次级代谢产物，次级代谢产物与人类生产与生活密切相关，是微生物学的重要研究领域。

4.微生物的代谢作用使得微生物在自然界的物质循环中起着极其重要的作用。

第一节微生物的能量代谢第二节微生物的物质代谢第三节微生物代谢的调节第四节微生物次级代谢与次级代谢产物第一节微生物的能量代谢微生物能量代谢是指微生物把环境提供的能源或本身储存的能源转变为微生物生命活动所需能源的过程。

微生物的产能代谢是指生物体内经过一系列连续的氧化还原反应，逐步分解并释放能量的过程，又称生物氧化。

生产菌种的选育培养—微生物代谢控制育种的措施

第三节微生物代谢控制育种的措施
代谢的人工控制：人为地打破微生物细胞内代谢的制发酵：
利用生物化学和遗传学的原理，控制培养条件，使微生物代谢朝向人们希望的方向进行，过量积累代谢产物。
2. 代谢控制育种：
通过遗传变异来改变微生物的正常代谢，使某种代谢产物形成和积累。
结构类似物（抗代谢物antimetabolite）是一种与初级代谢产物结构类似但缺乏生理功能的化合物
筛选突变株中常用的几种结构类似物
结构类似物突变株的应用的典型例子
三、其他类型突变株
组成型突变株:操纵基因或调节基因突变引起的酶合成诱导机制失灵的突变株（如在无诱导物存在的条件下能正常地合成诱导酶）。应用：可用一些廉价的原料生产诱导酶。
代谢调控育种的措施
人工育种控制措施针对细胞正常代谢时的自动调节机制
营养缺陷型突变
条件解除反馈调节条件控制膜透性
渗漏营养缺陷突变
解除反馈调节
营养缺陷回复突变
解除反馈调节
结构类似物抗性突变
解除反馈调节
一、营养缺陷型突变株
营养缺陷型：因某种突变的结果而失去合成某种生长及代谢所需物质（生长因子）的能力的突变菌株。必须在培养基中补加该物质，否则不能生长。
（解除反馈调节的营养缺陷型突变菌株）
控制细胞膜通透性的营养缺陷型突变菌株
生物素生物素是乙酰-CoA 羧化酶的辅基乙酰-CoA 羧化酶脂肪酸生物素磷脂膜透性调节
青霉素
二、代谢终产物的结构类似物抗性突变株
抗反馈调节突变株：是指一种对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型突变株，或兼而有之的突变株。
温度敏感突变株：经过诱变后只能在低温下生长而不能在高温下生长繁殖的突变株。应用：控制细胞壁合成的酶在高温条件下失活，从而解除了反馈抑制。

微生物代谢途径的调节与应用

微生物代谢途径的调节与应用微生物代谢途径是微生物生长生命周期中最基础的过程之一，也是影响微生物生长与发展的关键因素。

微生物代谢途径涉及多个方面，包括了微生物的能量转换与物质代谢等。

通过调节微生物代谢途径，可以达到促进微生物的生长、提高物质转换效率、生产各种有用的代谢产物等目的。

本文将从微生物代谢途径的基础知识、代谢途径的调节与应用等方面进行探讨。

一、微生物代谢途径的基础知识1.1 微生物细胞代谢的分类微生物代谢可以分为两个方面，即细胞有关的代谢和非细胞有关的代谢。

其中细胞有关的代谢又有两种不同的类型：异养代谢和自养代谢。

异养代谢是微生物利用优势生长基质进行生长的过程，包括呼吸代谢和发酵代谢两种形式；自养代谢是指微生物通过光合合成或化学合成等方式自主合成细胞所需的营养物质。

1.2 微生物代谢途径的基本类型微生物的代谢途径涉及各种类型的代谢途径，这些代谢途径是由微生物个体内的酶协同作用而实现的。

常见的代谢途径包括糖类代谢、脂肪代谢、氨基酸代谢、核酸代谢等。

在代谢过程中，微生物的分子内的分解和合成过程是重要的，这些过程包括葡萄糖内出发的分解过程、α-酮酸循环过程、丙酮酸循环过程等。

1.3 微生物代谢途径的分类微生物代谢途径可以分为利用无机氧化剂的代谢途径和利用有机氧化剂的代谢途径两种基本类型。

利用无机氧化剂的代谢途径包括好氧氧化代谢和厌氧氧化代谢两种类型。

在好氧氧化过程中，微生物利用氧气进行能量的释放和产生ATP的过程；厌氧氧化代谢通过利用非氧化的无机物质产生能量，包括甲烷发酵、硫酸盐邪恶、磷酸盐邪恶等方式。

利用有机物质进行代谢途径包括发酵代谢和好氧氧化代谢两种类型，其中发酵代谢为微生物在没有氧气的情况下进行能量代谢的过程，而好氧氧化代谢则是在氧气供应充足的情况下通过利用有机物质进行代谢过程。

二、微生物代谢途径的调节微生物代谢途径的调节是利用外界的诱导剂来调整微生物代谢途径的过程，这对于微生物的发酵生产和环境污染治理有着重要的意义。

发酵工程_题库及答案知识分享

发酵工程_题库及答案知识分享发酵工程部分题库及答案1、举出几例微生物大规模表达的产品, 及其产生菌的特点？A.蛋白酶表达产物一般分泌至胞外，能利用廉价的氮源，生长温度较高，生长速度快,纯化、分离及分析快速；安全性高，得到FDA的批准的菌种。

B.单细胞蛋白生长迅速，营养要求不高，易培养，能利用廉价的培养基或生产废物。

适合大规模工业化生产，产量高，质量好。

安全性高，得到FDA的批准的菌种。

C. 不饱和脂肪酸生长温度较低，安全性高，能利用廉价的碳源，不饱和脂肪酸含量高，D.抗生素生产性能稳定，产量高，不产色素，，能利用廉价原料F. 氨基酸代谢途径比较清楚，代谢途径比较简单2、工业化菌种的要求？A能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物B有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强C. 遗传性能要相对稳定D. 不易感染它种微生物或噬菌体E. 产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）F. 生产特性要符合工艺要求4、讨论：微生物（包括动、植物）可以生产我们所需的一切产品，但是涉及到工业化生产，对于某一种特定的产品，为何只有特定的微生物才具有大量表达的潜力？在不同的环境条件下，微生物细胞对遗传信息作选择性的表达，实现代谢的自动调节。

代谢的协调能保证在任何特定时刻、特定的细胞空间，只合成必要的酶系（参与代谢的多种酶）和刚够用的酶量。

一旦特定物质的合成达到足够的量，与这些物质合成有关的酶就不再合成了。

并且，已合成的酶的活力受到许多调节机制的控制，以确保新陈代谢全面协调，、为细胞的经济运行提供保证。

因此，细胞固有的生产关系支持细胞自身的增殖（生产细胞），不支持（人的）目的产物的过量生产（生产特定的初级代谢产物）。

而工业化生产要求特定表达某种或某类物质，只有正常代谢被打破，代谢协调失常的微生物才能达到要求5、自然界分离微生物的一般操作步骤？样品的采取→预处理→培养→菌落的选择→初筛→复筛→性能的鉴定→菌种保藏6、从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集培养？自然界中目的微生物含量很少，非目的微生物种类繁多，进行富集培养，使目的微生物在最适的环境下迅速地生长繁殖，数量增加，由原来自然条件下的劣势种变成人工环境下的优势种，使筛选变得可能。

微生物代谢工程答案

1.微生物代谢工程定义、研究内容和研究手段。

定义：通过某些特定生化反应的修饰来定向改善细胞的特性功能，运用重组DNA技术来创造新的化合物。

研究内容:生物合成相关代谢调控和代谢网络理论;代谢流的定量分析；代谢网络的重新设计；中心代谢作用机理及相关代谢分析；基因操作。

研究手段：代谢工程综合了基因工程、微生物学、生化工程等领域的最新成果。

因此,在研究方法和技术方面主要有下列三大常用手段：(1)检测技术：常规的化学和生物化学检测手段都可用于代谢工程的研究,如物料平衡、同位素标记示踪法、酶促反应动力学分析法、光谱学法、生物传感器技术。

(2）分析技术：采用化学计量学、分子反应动力学和化学工程学的研究方法并结计算机技术，阐明细胞代谢网络的动态特征与控制机理,如稳态法、扰动法、组合法和代谢网络优化等。

（3）基因操作技术:在代谢工程中，代谢网络的操作实质上可以归结为基因水平上的操作：涉及几乎所有的分子生物学和分子遗传学实验技术,如基因和基因簇的克隆、表达、调控，DNA 的杂交检测与序列分析，外源DNA的转化，基因的体内同源重组与敲除，整合型重组DNA 在细胞内的稳定维持等。

2.代谢改造思路和代谢设计原理.代谢改造思路：根据微生物的不同代谢特性，常采用改变代谢流、扩展代谢途径和构建新的代谢途径三种方法。

（1）改变代谢途径的方法：加速限速反应，增加限速酶的表达量，来提高产物产率.改变分支代谢途径流向,提高代谢分支点某一分支代谢途径酶活力，使其在与其它的分支代谢途径的竞争中占据优势,从而提高目的代谢产物的产量。

（2)扩展代谢途径的方法：在宿主菌中克隆和表达特定外源基因,从而延伸代谢途径，以生产新的代谢产物和提高产率。

扩展代谢途径还可使宿主菌能够利用自身的酶或酶系消耗原来不消耗的底物。

（3）转移或构建新的代谢途径：通过转移代谢途径、构建新的代谢途径等方法来实现。

代谢设计原理:现存代谢途径中改变增加目的产物代谢流：增加限速酶编码基因的拷贝数;强化关键基因的表达系统；提高目标途径激活因子的合成速率;灭活目标途径抑制因子的编码基因；阻断与目标途径相竟争的代谢途径;改变分支代谢途径流向；构建代谢旁路;改变能量代谢途径；在现存途径中改变物流的性质:利用酶对前体库分子结构的宽容性；通过修饰酶分子以拓展底物识别范围；在现存途径基础上扩展代谢途径:在宿主菌中克隆、表达特定外源基因可以延伸代谢途径，从而生产新的代谢产物、提高产率。