3.第三章 发酵学第二假说(2)
第三章发酵学第二假说E
Ac-P
PK途径
PK途径不同于以上已介绍的可兼 用于需氧和厌氧条件下 降解的途径，
微生物在厌氧条件下借助PK途径不但 可以利用葡萄糖， 而且可以利用D-核 糖，D-木糖和L-阿拉伯糖。 这 3 种糖 首先各自转化成 Xu-5-P，然后经 PK 途径降解成 PYR 和 Ac-P（ 高能磷酸 化合物乙酰磷酸 ）。葡萄糖经 PK 途 径降解成PYR时所生成的ATP的量只 有经EMP途径的一半。
在双歧杆菌和木醋杆菌中发现了 另一条磷酸酮解酶途径，在这条途径 中磷酸酮解酶以单磷酸己糖 F-6-P 为 底物，将 F-6-P 裂解为4-磷酸赤藓糖 ( E-4-P ) 和Ac-P，因此这个磷酸酮解 酶实际上是磷酸己糖酮解酶 ( hexose phosphoketolase )。 因这个酶而把这 条磷酸酮解酶途径命名为磷酸己糖酮 解酶途径，简称为HPK途径。
菌是目前所知的唯一能在厌氧条件下 使用 ED 途径的微生物。
从前面的 ED 途径图可见， 葡萄糖醛酸、果糖酮酸、甘露 糖醛酸等都可以先各自转化成 KDPG ，然后进入 ED 途径降 解。
如果合成代谢需要，ED 途径的 中间产物 GA-3-P 和 G-6-P 经 HMP 途径非氧化阶段的反向运转先后生 成C4P、C”5P， C7P、C3P 和 C”5P、 C5P。它们可以参与嘌呤、嘧啶、芳 香族氨基酸、His、维生素K2、CoQ、 对-氨基苯甲酸、叶酸等的合成。
根据 HMP 途径的全过程图，能够 画出 HMP 途径的氧化性磷酸戊糖循环 即PP环图式。
从全过程图的上半部分可以画出不 完全的 HMP途径的PP环图式，从整个 全过程图可以画出完全的 HMP 途径的 PP 环图式。
Glc
2C6P
初二生物发酵类型的知识点
初二生物发酵类型的知识点
，依照卫兰氏的呼吸原理，生物呼吸作用中最初期的反应就是特定的脱*酶把呼吸基质的*离子移去。
通常以发酵产物命名，下面介绍几种发酵类型：
（1）酵母酒精发酵
第一型的发酵：
酵母菌在中*或偏**、无氧条件下，利用葡萄糖经emp途径产生乙醇的代谢。
第二型的发酵：
在酵母酒精发酵中，加入亚适量nahso3，产物除了乙醇还有甘油。
第三型的发酵：
在酵母酒精发酵中，发酵液ph值控制在碱*（ph7.6），产物除了乙醇还有甘油和乙*。
（2）细菌酒精发酵
细菌例如林氏发酵单胞菌、嗜糖假单胞菌，经ed途径，降解葡萄糖生成***，然后生成乙醇的代谢。
（3）同型乳*发酵
乳*杆菌属的一些种、链球菌科的某些属，利用葡萄糖经emp途径，产生以乳*为主产物（1.8mol乳*/molg)的发酵。
（4）异型乳*发酵
肠膜状明串珠菌、双歧乳杆菌等利用葡萄糖经pk途径，产生乳*（0.8mol乳*/molg)外，还有乙醇、乙*、甘油和甘露醇等产物的发酵。
总结：发酵作用产生的能量不及有氧呼吸产生的多，但是已经足够提供营发酵作用者所需要的能量。
发酵学基本理论框架
2004.8
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代谢能支撑假说提示： 工业发酵成功的
底线是要有微生物生 命活动。Biblioteka 2004.8编辑课件
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讨论要点 ①什么是“代谢能”？ ②什么是“细胞功”？ ③什么是“自备的能量转换机 构”？ ④支撑的含义是什么？
2004.8
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5.2.1.2 发酵学第二假说 ·代谢网络假说
代谢网络假说描述了代谢网络的存 在方式和代谢的双重功能，对碳架物质 在微生物细胞内的有序流动的现象做出 了解释。
2004.8
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细胞经济假说提示： 人的主观能动性的发挥
是建立在对微生物代谢的充 分了解的基础之上的。
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讨论要点： ①什么是细胞经济体系？ ②为什么说细胞经济体系是微生物 细胞生存的保障体系？ ③为什么说细胞经济运行状况可以 改变，管理原则不会改变？
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代谢能支撑假设揭示了工业发酵的原动 力，揭示了化能异养型微生物细胞能量代谢 的氧化还原本质；代谢网络假设把代谢途径 和跨膜载体系统的有序组合作为一个整体， 称为代谢网络，以有利于从宏观上把握微生 物的代谢，为工业发酵中原料的利用和产物 的合成提供了分析的依据和实际操作的指导； 细胞经济的概念的提出，为正确处理工业发 酵中人的主观愿望与微生物生命活动的客观 规律的对立统一关系提供了理论依据。
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本章将要对发酵学基本理论框 架作一个归纳性的小结，目的不但 在于使已学过的知识系统化，更重 要的是让您沿着研究者走过的思想 之路走一遍，用自己的头脑好好想 一想，该怎样去发现发酵科学的规 律，该怎样去建立发酵科学自成系 统的理论。
发酵工程要点复习资料
发酵微生物培养和代谢过程发酵工程利用微生物特性和发酵理论，通过现代化的工程技术手段，进行工业化规模生产，使受培养的微生物细胞积累所需产品的一门技术学科。
特点以生命科学为基础结合先进的工程技术手段和其他自然科学原理按照预先的设计改造生物体利用微生物动物或植物体对原料进行加工生产出人类所需产品或达到某种目的的技术传统发酵概念最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
生物化学上发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式。
或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
工业上所称的发酵泛指利用微生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮、丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程微生物产物是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵工业微生物的生物转化是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合物。
发酵工业是指利用生物的生命活动产生的酶，无机或有机原料进行酶加工，获得产品的工业。
生产菌种的来源根据资料直接向有科研单位、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。
一般菌种分离纯化和筛选的步骤标本采集-标本材料的预处理-富集培养-菌种初筛-菌种复筛-性能鉴定-菌种保藏采样的注意事项1）保持相对无菌；2）样本的代表性；3）采好的样必须完整地标上样本的种类及采集日期、地点以及采集地点的地理、生态参数等；4）应充分考虑采样的季节性和时间因素，因为真正的原地菌群的出现可能是短暂的；5）采好的样应及时处理，暂不能处理的也应贮存于4℃下，但贮存时间不宜过长。
样品菌液稀释计数直接计数法比浊测定光密度法间接测量法(DNA RNA 粘度产物消耗等)稀释分离法平板涂布分离法组织分离法施加选择性压力分离法主要是利用不同种类的微生物其生长繁殖对环境和营养的要求不同，如温度、pH、渗透压、氧气、碳源、氮源等，人为控制这些条件，使之利于某些或某种微生物生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到使目的菌种占优势，而得以快速分离纯化的目的。
第二章 发酵原理02.ppt.Convertor
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。
西北农林科技大学发酵复习资料
发酵工程复习题第一章绪论1．发酵工程定义利用微生物特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或者直接应用于工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展的发酵技术。
2．发酵工程组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程（def？）（微生物反应过程）、发酵工程、下游工程（提取部分）发酵产物的分离、提取和精致是发酵工程中非常重要的环节，是指大规模发酵后直到产品形成的整个工艺过程。
称为发酵工程的后处理，也称为发酵工程的下游级数或下游工程。
3．发酵工程简史发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵）→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物第一种发酵抗生素：青霉素1929年由Fleming发现青霉素，1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究，1943年沉浸培养：5m3── 200u/ml。
当今：100m3─200m3── 5-7万u/ml第一种发酵氨基酸：谷氨酸50年代氨基酸发酵工业。
1956年，木下祝郎发明了代谢控制发酵技术，使谷氨酸发酵生产实现产业化。
第一个转折点：非食品工业第二个转折点：青霉素→抗菌素发酵工业第三个转折点：切断支路代谢:酶的活力调控,酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏),解除菌体自身的反馈调节, 突变株的应用,前体、终产物、副产物等近代转折点：基因、动植物4．什么是混合发酵。
与纯种发酵相比有什么优缺点。
混合发酵又称为混合培养物发酵，它是指多种微生物混合在一起共用一种培养基进行发酵，也称为混合培养。
特点：（1）充分利用培养基、设备、人员和时间，可以在共同的发酵容器中经过同一工艺过程，提高所需产品的质和量，或获得两种、多种产品。
即做到三少一多：生产人员少；原材料和能源消耗少；设备和器材少；生产效率高或产品种类多。
（2）混合发酵能够获得一些独特的产品，而纯种发酵很难做到。
第三章发酵学第二假说D
第一阶段：葡萄糖进入细胞，在胞内以葡萄糖、葡萄糖磷酸酯（如，G-6-P ）或葡萄糖酸的磷酸酯（如，6-P-GA ）的形式出现。
第二阶段：微生物细胞将葡萄糖或磷酸葡萄糖降解到处于3C水平的丙酮酸，其降解途径在不同的微生物往往不一样，但实际上主要经前述酵解途径之一降解。
几乎所有的微生物均不止使用其中之一条途径，通常用两条，某些情况下还可能诱导出第三条甚至第四条途径。
在任何一种微生物细胞中，流经并行的途径的碳架物质的相对流量因细胞的氧化还原状态、细胞所处的环境条件的不同而发生相应的变化。
这个阶段不但通过底物水平磷酸化生成ATP，而且向细胞质释放还原当量。
第三阶段：丙酮酸继续代谢和代谢产物的分泌。
这是区分葡萄糖的氧化性代谢与发酵性代谢的关键性阶段。
如果丙酮酸或由丙酮酸继续代谢而生成的可用作还原当量吸收剂的化合物（如乙醛）吸收第二阶段释放的还原当量，生成相应的还原产物（如乙醇）。
这个过程因这些还原产物的分泌而得以进行。
这时微生物细胞进行发酵性代谢。
如果遗传与环境条件许可，丙酮酸相对容易地经TCA环降解，最终可被氧化降解成二氧化碳；第二阶段（酵解）及第三阶段所释放的还原当量则在膜内侧被电子传递链吸收并传递给最终电子受体。
这时微生物细胞进行氧化性代谢。
OAA PYRPYRGlcGlc 引自ed.), 2002根据Albert G.Moat et. Al., Microbial Phsiology (4th ed.), 2002 改制。
由此可见，各种以丙酮酸为底物的酶对丙酮酸的竞争，是细胞对葡萄糖进行氧化性代谢还是还原性（发酵性）代谢的调节的关键。
大多数微生物在完成葡萄糖降解的第一阶段后，就会面临选择什么途径来完成第二阶段的降解的问题。
第二阶段一般有EMP、HMP、ED和PK等四种途径可供选择。
葡萄糖经第二阶段降解，生成丙酮酸。
下面将分别讨论第二阶段的可选择的四种途径和葡萄糖直接氧化途径，以及第三阶段的丙酮酸的氧化性代谢途径（TCA环）和发酵性（还原性）代谢途径。
第三章 发酵机制及ppt课件
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.2 微生物代谢调控机制
三、微生物发酵中的代谢调控
代谢调控：在发酵工业中，为了大量积累人们所需要的某一产物， 常人为地打破微生物细胞内的自动代谢调节机制，使代谢朝人们所希望 的方向进行。
（1）改变细胞膜的通透性
当控制物理、化学条件或者筛选细胞膜、细胞壁结构组成的突变
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.1 发酵工程微生物的基本代谢及产物
简介
一、微生物初级代谢及产物
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，生产维持生命活动所需要的物质和能量的过程，产物为 初级代谢产物，
如：糖，氨基酸，脂肪酸等。
二、微生物次级代谢及产物
次级代谢：微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前提 物质，合成一些对微生物生命活动无明确功能的物质的过程，产物 即为次级代谢产物。
如抗生素、毒素、激素、色素等。
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.2 微生物代谢调控机制
一、微生物初级代谢的调节
代谢调节是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而 改变的一种作用。
（一）酶活性的调节
指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其 催化反应的速率。
1.酶活性的激活
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第三章 发酵机制及发酵动力学
3.2 微生物代谢调控机制
一、微生物初级代谢的调节
（二）酶合成的调节 2.阻遏
凡是能阻遏酶生物合成的现象。
（1）终产物阻遏
指某代谢途径末端产物过量累积引起的阻遏。在直线反应途径中， 末端产物阻遏较为简单，即产物作用于代谢途径中的各种酶，使这些 酶不能合成。
发酵原理的三大假说
发酵原理的三大假说发酵是一种通过微生物活动产生的化学反应过程，已有大约五千多年的历史。
在发酵过程中，微生物（如细菌、酵母菌等）通过代谢产生酶，将有机物质转化为其他物质，从而产生气体、酸、醇、酯等。
有关发酵原理的解释有很多种，以下为其中三种主要的假说。
1. 传染性假说（传统观点）传染性假说是发酵原理最早的解释之一，认为发酵是由一种被传染物质引起的传染病所造成的。
传统观点认为，酒精发酵是因为空气中含有某种被传染物质，这种物质可以通过空气传播到发酵液中，引起发酵反应。
然而，这种假说并没有提供明确的实验证据，无法解释发酵液中微生物的生长和酵素活性的细节过程。
2. 确定性假说确定性假说认为，微生物是发酵过程中的主要原因。
根据这个观点，微生物通过代谢将有机物转化为其他物质。
酵母菌是最常被使用的微生物之一，在发酵液中，酵母菌通过代谢糖类产生酒精和二氧化碳。
这种假说侧重于微生物的代谢过程，并提供了对微生物的酵素活性的更深入理解。
而关于酵母菌在发酵过程中的酵素活性以及实验证据仍有待进一步研究。
3. 细胞学假说细胞学假说是对发酵原理的最新解释之一，它提出了多细胞微生物的概念。
根据这一假说，微生物不是单细胞的，而是由一群细胞组成的。
这个群体中的细胞互相合作，通过代谢产生所需的酶并参与发酵过程。
细胞学假说强调了微生物之间的相互联系和合作，并对细胞内代谢的细节有更加深入的了解。
然而，细胞学假说还需要更多的实验证据和研究以支持其理论。
无论是传染性假说、确定性假说还是细胞学假说，都试图解释发酵过程中微生物的参与和代谢活动。
然而，随着科技和研究的不断进步，对发酵原理的理解仍在不断深化，这三种假说可能只是对发酵原理的初步解释，未来还会有更多的发现和理论对其进行补充和修正。
发酵工程知识提纲--高二下学期生物人教版选择性必修3
发酵工程一、发酵与传统发酵技术1.发酵工程的概念（了解）2.发酵的概念、发酵的原理、发酵的类型？3.传统发酵的概念；传统发酵的特点、常见产品（6个）？4.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？5.传统发酵常见的菌种1）乳酸菌代谢特点、发酵原理、生产应用、主要分布、常见类型。
2）酵母菌代谢特点、重要影响因素、发酵原理（反应简式）、生产应用、主要分布3）醋酸菌代谢特点、发酵原理（反应简式）、最适生长温度、生产应用二、尝试制作传统发酵食品1.制作腐乳：参与发酵的微生物有哪些、发酵原理、制作流程？2.制作泡菜：1）参与发酵的主要微生物及来源、发酵原理、发酵条件、制作流程、实验分析与思考？2）为什么含有抗生素的牛奶不能发酵为酸奶？3）腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化？4）制作泡菜时，为什么乳酸菌会逐渐成为优势菌种？5）泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素哪些？6）第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么?7）加入“陈泡菜水”的目的是什么？3.制作果酒：参与发酵的主要微生物及来源、发酵原理（方程式重点）、发酵条件、制作流程、实验分析与思考？4.制作果醋:参与发酵的主要微生物及来源、发酵原理（方程式重点）、发酵条件、制作流程、实验分析与思考？5.果酒发酵与果醋发酵的比较？6.关于果酒发酵与果醋发酵的装置的比较？三、发酵工程的概念，发酵工程如何形成四、发酵工程的基本环节1.具体包含哪几个环节、每个环节具体内容要熟悉2.发酵工程的中心环节是哪个？3.发酵工程基本环节分析（4个问题要熟悉，P23 ）五、发酵工程的应用1.发酵工程的特点（4条）2.在食品工业上的应用（3条），具体案例要熟悉3.在医药工业上的应用（4 条），具体案例要熟悉4.在农牧业上的应用（3条），具体案例要熟悉5.在其他方面的应用（了解）。
第三章发酵学第二假说G
多糖
碳水化合物
脂质
脂肪酸
其他辅因子
异养型生物
有机化合物 CO2
G-6-P F-6-P
R-5-P α-KG
ScCoA AcCoA
E-4-P OAA
GA-3-P 3-P-GA
PEP
PYR
氨基酸 核苷酸 维生素
CO2
自养型生物
蛋白质 核酸
前面已详细介绍了葡萄糖降解途 径，这里将补充介绍与葡萄糖降解相 反的过程，也就是从其它有机物合成 葡萄糖的过程，即葡萄糖的异生成作 用 ( gluconeogenesis)。这个方向的代 谢在中心代谢中同样占有重要的地位。
以葡萄糖为碳源培养微生物，葡萄糖经 EMP等途径被降解；在微生物生长时，葡萄 糖、核糖等也参加合成代谢。
如果微生物要在苹果酸（4C）、 琥珀酸 （4C） 、 醋酸（2C） 或甘油（3C）等所谓 “不好” 的碳源上生长， 就要求微生物具有 自身合成磷酸己糖 （ 6C ） 和磷酸戊糖 （ 5C）的能力。磷酸戊糖用来合成核苷、核 苷酸、核糖核酸和脱氧核糖核酸等， 磷酸己 糖用来合成细胞壁肽聚糖及其它多糖、 包括 能量贮备化合物糖原等。
倒数第二个单向酶是磷酸果糖激
酶 ( PFK ) ，这个反应的逆转靠果糖 二磷酸酯酶 ( FDPE) 来催化。
大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌等肠
道细菌的缺失 FDPE 的突变株不能在 L-苹果酸、琥珀酸、甘油或醋酸等基 质中生长。这类基质被称为依赖葡萄 糖异生作用的基质（ gluconeogenic substrates ）。
代
谢
DHAP
GA-3-P
途
3-P-GA
径
（
PEP
两
PYR
用
第三章 (2)酵母菌
原核生物 向真核生 物的进化
•
日本科学家近日说，他们在日本岛附近的海底发现了一种 核膜不完整的微生物，它们可能是原核生物向真核生物进化 过程中出现的“中间型”生物。东京医科大学的小塚芳道等 研究人员在２０００年从１３００米深的海底采集了淤泥， 结果发现泥中的背鳞虫上附着有一种微生物，其尺寸只有几 微米。在用电子显微镜观察这些微生物时，科研人员发现其 细胞内包裹ＤＮＡ的核膜尚不完整，呈不连续状态，但有形 状近乎完整的线粒体。研究人员指出，原核生物没有核膜和 线粒体等复杂的细胞器，科学界普遍认为原始的原核生物经 进化演变为复杂的真核生物，但原核生物向真核生物进化的 具体过程目前还停留在假说阶段。 • 日本专家认为，此次发现的微生物具备“中间型”生物的特 征，如能得到确认，将为研究上述生物进化过程提供佐证。
假菌丝: 酵母菌在一定条件下培养， 产生的芽体与母细胞不分 离形成的特殊形态。
（2）酵母菌的大小
酵母菌比细菌粗约10倍，其直径一般为2— 5μm，长度为5—30μm，最长可达100μm。
例如：酿酒酵母（S.cerevisiae）的大小为2.510μm×4.5-21μm
酵母的大小、形态与菌龄、环境有关。一般成 熟的细胞大于幼龄的细胞，液体培养的细胞大 于固体培养的细胞。有些种的细胞大小、形态 极不均匀，而有些种的酵母则较为均匀。
无 有 有 无
细胞核及其它
• • • • • 由多孔核膜包裹的定形细胞核。 细胞核中有DNA等遗传物质。 线粒体和线状质粒中也有少量DNA。 DNA呈环状，比高等动物大5倍。 2μm质粒：它的复制受到基因组调控，其中又蕴 含遗传物质，所以可用于调控和优化菌种——工 程菌技术。
第三章发酵学第二假说F
EMP,HMP,ED和PK途径Ac-P HPK途径如果一种微生物没有二磷酸果糖醛缩酶（EMP途径），没有6-磷酸葡萄糖脱氢酶（HMP途径、ED途径、PK途径，那么这种微生物就不能用以上途径来降解葡萄糖；若要在厌氧条件下降解葡萄糖，则需用HPK 途径。
如果这种微生物中还存在HMP 途径非氧化阶段的转酮-转醛酶系统的话，那么这条途径的中间产物F-6-P 和E-4-P 逆向运行可生成各种磷酸戊糖( 包括C5P、C5’P和C5”P )。
3.1.1.5 葡萄糖直接氧化途径以上四种途径(EMP途径、HMP 途径、ED 途径、PK / HPK 途径) 的第一步均是在已糖激酶的催化下首先把葡萄糖激活成G-6-P ，然后才开始降解；而有些微生物如假单胞菌属和气杆菌属的某些种的细菌没有已糖激酶，只好用变通的办法。
它们首先把葡萄糖直接氧化成葡萄糖酸，后者在葡萄糖酸激酶的催化下，把葡萄糖激活成生成6-P-GA；形成葡萄糖直接氧化途径。
葡萄糖直接氧化途径在有分子氧存在的情况下运行。
葡萄糖直接氧化途径a.葡萄糖直接氧化途径b. 同不完全的HMP途径、PK途径c. 同ED途径曲霉和青霉的葡萄糖氧化酶催化葡萄糖的氧化脱氢反应，这个酶是以FAD为辅基的黄素蛋白，葡萄糖脱氢生成葡萄糖酸内酯( GL )，同时FAD 被还原成FADH2，后者直接（不经过电子传递链）被分子氧再生；同时生成H2O2，然后H2O2 被触酶分解。
进行这样的黄素蛋白水平的呼吸，并不能为细胞提供代谢能。
3.1.1.6 TCA环和丙酮酸的代谢方式的转换TCA环TCA环在供氧条件下，对需氧微生物和兼性厌（需）氧微生物来说，葡萄糖降解代谢的第二阶段生成的PYR经丙酮酸脱氢酶系统（PDH ）脱氢生成AcCoA，后者进入TCA环，CoA 所携带的乙酰基被完全氧化成CO2和水。
经TCA环的氧化过程需要NAD和FAD 等辅因子，这些辅因子的再生需要电子传递链。
因此，TCA环的运行必须具备以下条件：TCA环的全套酶及辅因子，TCA环的酶的底物，电子传递链，分子氧。
微生物发酵生理学(3)
由于活细胞中的所有生物化学过程几 乎都是在恒温、恒压条件下进行的，在研
究微生物的能量代谢时自然会对自由能的
变化ΔG 发生兴趣。
在恒温恒压条件下，各类化学反应能否 自发进行，取决于自由能的变化ΔG 的值， 但反应的ΔG 与变化的途径无关。 当ΔG＜0 时，自发过程，被称为是放能的 （exoergic）过程，它们可以用来做功； 当ΔG＝0 时，反应已达到平衡，即其正向 过程和逆向过程正好处于平衡； 当ΔG＞0 时，非自发过程，被称为吸能的 （endergonic）过程，必须注入自由能才能 驱动此类过程。
增加足以抵消系统的熵的减少。 那么用什么量来 判断自发过程好呢？
由于熵在使用上的这些困难，自发性可
由另一状态函数吉布斯自由能来确定： G = H - TS 这个状态函数是由 J. Willard Gibbs 于1878 年提出的。系统自由能的减 少等于系统在恒温、恒压可逆过程中所做的 最大有用功（不包括位移功）。在不可逆过 程中系统所做的功必然小于体系自由能的减 少。
它们形成的共价键都很稳定。单纯由C 和 H
组成的生物分子呈非极性，与水亲和力低，
使生物体与水环境之间形成一定的界面，这
是生命诞生和存在的必要条件。
O、N、S 等的参与引起有机分子电荷 分布不均匀，同时，因这些元素而形成的官 能团发生酸式或碱式解离，或使分子出现极 性，能与水分子形成氢键而表现亲水性，使 生物分子与水环境间增强相互作用。N 参加 主链结构可改善大分子的机械性能。 O、S 、P等可在有机分子间或分子内形成桥式连 接，影响分子的形状及性能。
微生物的活细胞任何时刻都离不开 它生存的环境，只有在与环境的交换中 才能维持细胞结构和生命活动。如果微 生物细胞是个封闭系统，那么根据熵增 加原理，它们及它们所处的环境组成的 孤立系统必将自发地走向混乱，其结果 必将是细胞的解体；因此微生物细胞不 是封闭系统，当然更不是孤立系统。因 此，微生物活细胞是个开放系统。
发酵学
第一章绪论(思考题）1、发酵是利用微生物或其他生物细胞（动物、植物）的培养，产生和积累人们所需产品的过程。
2、微生物转化发酵是利用生物细胞对一些化合物的某一特定部位（基团）修饰作用，使它转变成结构相关但更有经济价值的化合物的过程。
3、深层通气培养法指在纯种条件下，强制通入无菌空气到密闭发酵罐中进行培养的方式。
4、初级代谢产物指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。
5、次级代谢产物指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。
6、分批发酵指在发酵过程中，除了不断进行通气（好氧发酵）和为调节发酵液的pH 而加入酸碱溶液外，与外界没有其它物料交换的一种发酵方式。
培养基的量一次性加入，产品一次性收获的一种发酵方式。
7、连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。
8.发酵工业经历了哪几个阶段，每个阶段的主要特点是什么1.天然发酵阶段2.纯培养阶段3.深层发酵阶段4.开拓发酵原料阶段5.基因工程阶段9.发酵工业的研究范畴包括哪几方面1.微生物菌体细胞2.微生物代谢产物3.酶制剂4.微生物转化发酵5.微生物废水处理10.请绘出发酵工业的工艺流程示意图第二章、工业微生物的菌种选育1、自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程。
2、诱变育种：通过诱变剂处理提高菌种的突变频率，扩大变异幅度，从中选出具有优良特性的变异菌株的方法。
3、自发突变：就是指某些微生物在没有人工参与下所发生的那些突变。
4、异核现象：5、异核体：6、回复突变：突变基因再次发生突变又恢复原来的基因，这类突变称为回复突变。
7、前突变：诱变剂所造成的DNA分子的某一位置的结构改变称为前突变。
8、表形迟延：表型的改变落后于基因型的改变9、杂交育种：一般是指两个不同基因型的菌株通过接合或原生质体融合使遗传物质重新组合，再从中分离和筛选出具有新性状的菌株。
发酵学三假说
发酵学三假说
发酵学三假说是针对发酵工程领域提出的三个假说，也就是微生物生命活动的三个基本假设。
发酵学三假说如下：
假说一代谢能支撑假说：
能直接推动生命活动（做细胞功）的能量形式叫做代谢能。
微生物细胞依靠其自备的能量转换机构，把化学能或光能持续的转化成代谢能，并直接用来支撑其自身的生命活动。
假说二代谢网络假说：
代谢途径和输送系统在代谢物分子水平上整合、在辅因子水平上协调，形成横跨微生物或细胞内外的代谢网络。
代谢网络是细胞自主调节的无尺度网络，它作为一个整体来承担微生物细胞的物质代谢和能量代谢。
假说三细胞经济假说：
微生物细胞是个远离平衡状态的不平衡的开放体系，是在物竞天择的基础上形成的细胞经济体系。
细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系，它为细胞的适应性、经济性和代谢的持续性提供保障。
发酵学第三假说
4.1.1.3 真核微生物细胞的代谢调 节部位
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微生物的代谢调节是由微生物细 胞决定的，是通过微生物细胞本身来 实现的，环境条件的变化，必须通过 微生物细胞本身来影响微生物的代谢。 归根结蒂，微生物的代谢调节是发生 在微生物细胞中的生物化学现象，是 对发生在微生物细胞内的生物化学过 程的调节，属于微生物生理学问题。
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4.1.1.2 原核生物细胞的代谢调节部位
图中：1，可溶性营养物质或代谢产物的跨膜输送；2，代谢途径的 酶的催化作用；3，酶和载体蛋白的合成
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⑴与细胞质膜密切相关的调节 细胞质膜是溶质进出细胞的主要
屏障。营养物质主动或被动输送进入 细胞的过程，以及代谢产物（某种代 谢产物或能量代谢副产物）排出细胞 的过程，都要受到膜的组成、结构和 功能的影响。
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真核微生物细胞同样存在前述原 核生物细胞的 3 个代谢调节部位。唯 有第三个调节部位，即酶与底物的相 对位置，则因分隔小室而增加了不少 调节的内容。小室是使合成代谢和分 解代谢能够分开进行和分开调节的重 要辅助手段。其中，细胞质与线粒体 之间的分工协作，可从 表 4-2 得到反 映。
4.1.5 信息传递与信息流
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细胞经济假设的微生物学基础是
微生物代谢的自动调节。微生物代谢 的自动调节最终借助于酶与膜来实现。 而微生物酶的结构与功能，膜的结构、 组成与功能，以及它们的自动调节机 制的信息都存在于DNA中；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，从而对环境做出适当的响应。
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微生物通过一定的机制从培养基 中吸收有机化合物，进入细胞的有机 化合物再经过一段代谢途径的代谢作 用，将碳架物质注入中心代谢途径。 这些有机化合物可以是碳水化合物、 烃类化合物、含氮有机化合物或其他 有机化合物。
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⑴二糖的吸收和降解 关于二糖的吸收和降解，研究得 最清楚的要数乳糖。大肠杆菌若要在 以乳糖为碳源的培养基中生长，首先 要诱导出 3 种酶：乳糖透性酶、β半乳糖苷酶和 β- 半乳糖苷乙酰基转 移酶。
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戊糖，如核糖、木糖和阿拉伯糖，虽 然可以被不少微生物利用，但常有适应现 象。即它们或以自己独立的途径降解，或 经转化后进入葡萄糖降解途径。 如核糖 在激酶催化下生成R-5-P，即可进入HMP 和PK途径。 阿拉伯糖在异构酶的催化下 生成核酮糖，然后再磷酸化生成 Ru-5-P， 即可进入HMP或PK途径。
OAA
MLA FMA 氨基酸 （Tyr,Phe,Asp） 芳香族化合物,氨基酸 （Ile,Met,Thr,Val）
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GOA SCA ScCoA
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3.2.2.1 胞外降解途径：胞外酶催化多 聚物的水解 3.2.2.2 有载体蛋白参与的跨膜系统 3.2.2.3 化能异养型微生物对各种有机 化合物的利用 3.2.2.4 细胞内源化合物的氧化降解 3.2.2.5 关于质粒编码的降解代谢活性
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⑷甘露（糖）醇的降解 在不同的微生物中，可 能经不同的途径将甘露醇转 化为 EMP 途径的中间产物
F-6-P。
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⑸丙酸的降解 在需氧条件下， 大肠杆菌的丙酸降解 至今未有明确的结论， 其丙酸代谢的第一 步是生成丙酰 CoA，后者与乙醛酸缩合成 α-羟基戊二酸，然后又裂解成乳酸和乙酸。 乙酸经AcCoA进入TCA环或（和）DCA环。 而乳酸经乳酰 CoA、丙酮酰 CoA，转化成 羟基丙酮醛， 此化合物的进一步代谢情况 尚待研究， 但已知当丙酸浓度较高时， 丙 酸主要经乙酸代谢。
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乳糖水解生成的葡萄糖被磷 酸化而进入酵解途径；水解生成 的半乳糖又在细胞中诱导出参与 半乳糖进一步代谢的 3 种酶，在 这 3 种酶的协同作用下，使半乳 糖转化成 G-6-P， 即可注入酵解 途径。
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二糖的降解一般在细胞内发生，有如下 两种降解方式：一种是被相应的二糖水解酶 水解成单糖，如蔗糖酶将蔗糖水解成葡萄糖 和果糖，乳糖酶（ β- 半乳糖苷酶 ）将乳糖 水解成葡萄糖和半乳糖，麦芽糖酶将麦芽糖 水解成两份葡萄糖。另一种分解方式是在相 应的磷酸化酶的作用下，使二糖经磷酸化裂 解（phosphorylytic cleavage），得到 1分子 单糖和1分子磷酸葡萄糖。
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各种有机营养物质（包括经水 解酶降解形成的有机营养物质）大 多以主动输送的方式进入原核生物 的细胞，以促进扩散和主动输送的 方式进入真核微生物的细胞，这几 种输送方式均需借助于细胞的蛋白 质（载体蛋白或酶）。
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进入细胞的营养物质若是中心 代谢途径的起始物或中间产物，即 可纳入中心代谢途径进行代谢；进 入细胞的营养物质若不是中心代谢 途径的起始物或中间产物，则需经 向心途径的胞内部分，转化成中心 代谢途径的起始物或中间产物，才 可纳入中心代谢途径进行代谢。
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⑺山梨（糖）醇的降解 山梨（糖）醇先被转化成果糖，然后 生成F-6-P而进入EMP途径。 ⑻苹果酸的降解 在需氧情况下，苹果酸按TCA环氧化 方向生成OAA，然后OAA脱羧生成PYR， 然后按需氧途径降解。在弱氧化醋酸杆菌 中，苹果酸经草酰苹果酸生成α-KG而进入 TCA环，以便用于氨基酸合成。
络的向心途径
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3.2.1 向心途径在代谢网络和细胞
机器工作模式中的位置
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碳架物质从向心板块注入中心板块 （前述中心代谢途径上的12个前体代谢 物的大平台）时所流经的代谢途径统称 向心途径。与整个代谢网络一样，向心 途径的变化也取决于遗传与环境条件， 本课程讨论的内容建立在微生物细胞相 对稳定的代谢基础上。 在工业发酵的细胞机器工作模式中， 向心途径首当其冲，是工业发酵载流路 径的一部分。
羟基乙酸,草酸,Gly PEP PYR AcCoA
酒石酸、乳酸、氨基酸 (Ala,Gly,Cys,Ser,Thr) 乙酸,醋酸,脂肪酸,类脂,烃, 油脂,氨基酸(Ile,Leu,Trp) AcAcCoA CTA ICA α-KG PHB, 氨基 酸 (Leu, Lys, Phe,T yr） 氨基酸 （Glu,Gln,His,Pro,Arg）
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甘露糖在甘露糖激酶的催化下，
生成 6-磷酸甘露糖，再由 6- 磷酸甘
露糖异构酶催化，生成F-6-P，进入
EMP 途径。也有例外，如果没有甘
露糖激酶， 也可以以另外的方式实 现甘露糖的磷酸化。
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半乳糖诱导 3 种酶的合成：半乳糖激 酶、葡萄糖∶1- 磷酸半乳糖尿苷酰转移酶 和 UDP-Glc差向异构酶。半乳糖在这些酶 的顺序催化下，先生成 1-磷酸半乳糖，然 后再生成 G-1-P。G-1-P 经G-6-P磷酸葡萄 糖变位酶作用生成 G-6-P， 即可进入酵解 途径。在嗜糖假单胞菌中，半乳糖可被直 接氧化成半乳糖酸内酯，然后进入与 ED 途径类似的途径，最终产物与 ED 途径相 同。
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3.2.2.2 有载体蛋白参与的跨膜系统（第
二章 2.2.2 已有叙述。）
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3.2.2.3 化能异养型微生物对各种有机化 合物的利用 微生物通过一定的机制从培养基中 吸收有机化合物，进入细胞的有机化合 物再经过一段代谢途径的代谢作用，将 碳架物质注入中心代谢途径。这些有机 化合物可以是碳水化合物、烃类化合物、 含氮有机化合物或其他有机化合物。
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这种方式的裂解比起第一种方式 更为经济，由这种方式产生磷酸葡萄 糖即可以糖的磷酸酯的形式进入中心 代谢途径，而且，此过程不消耗ATP， 而游离的单糖大多需经激活（消耗高
能键而被磷酸化）后才能进入葡萄糖
的降解途径。
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⑵己糖和戊糖的降解 作为化能异养型微生物的碳源与 能源，果糖像葡萄糖一样，受己糖激 酶催化而被 ATP 激活，生成 F-6-P； 或者借助由PEP参加的磷酸转移酶系 统进入细胞，生成 F-1-P。 然后又在 1-磷酸果糖激酶（该酶受果糖诱导） 的催化下形成 F-1,6-2P。 F-6-P和 F1,6-2P 均为 EMP 途径中间产物，可 按EMP途径进一步降解。
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可作为营养的多聚物包括：淀粉、纤 维素、果胶类物质（果胶酸、果胶、原果 胶质 ）、 几丁质（ 甲壳质 ）、半纤维素 (hemi cellulose)、木质素(1ignin)、蛋白质 和多肽、核酸等等种类。 化能异养型微生物能分泌一系列胞外 酶将外源性多聚有机化合物降解。还有些 有机化合物虽然不是多聚物，也需要首先 被微生物的胞外酶水解以后才能被微生物 吸收。例如许多微生物能分泌脂肪酶，它 能将甘油三脂水解成脂肪酸和甘油。
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化能异养型微生物细胞借助于 微生物的向心途径将有机化合物降 解或转化成中心途径上对应的的化 合物，从而使这两种途径衔接起来。 微生物的向心途径一般依次包括三 个部分： （1）胞外降解途径（胞外酶催化） （2）跨膜系统（有载体蛋白参与） （3）胞内向心途径
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⑹葡萄糖酸的降解 某些微生物能利用葡萄糖酸作为唯 一碳源，葡萄糖酸可经 6-磷酸葡萄糖酸 脱羧，生成 5- 磷酸核酮糖而进入 HMP 途径；也可以经 2,5 -二酮葡萄糖酸，继 续代谢生成α-KG而进入TCA环。在假 单胞菌中，葡萄糖酸经 6-磷酸葡萄糖酸 进入ED途径。
RNA
油脂
3-P-GA GOA （甘油酸途径） PEP (PK) (PEPS) (PyPiDK) PYR 酒石酸、乳酸、氨基酸 (Ala,Gly,Cys,Ser,Thr) (PD) (PFL) (PS) AcCoA
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Gly、羟基乙 酸、草酸
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待 续
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氨基酸 （Asp, Asn）
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3.2.2.1 胞外降解途径：胞外酶对多聚物 的水解 微生物可以分泌胞外酶，大多数情 况下是水解酶，把多聚物水解成可以进 入细胞的分子。这些胞外酶游离于微生 物细胞外，有些仍与细胞相联。细胞还 会分泌一些附着物，使某些疏水化合物 结合到细胞表面，以便于降解。多聚物 水解不会产生可被生物利用的能量，但 多聚物水解是向心途径的第一步。
第二节
微生物代谢网络 的向心板块
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代谢网络中，胞外碳架 物质跨膜并注入中心板块所 流经的途径统称向心途径， 向心途径群组成代谢网络的 向心板块。
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3.2.1 向心途径在代谢网络及其在细胞
机器工作模式中的位置
3.2.2 微生物的分解代谢途径和代谢网