第二章细胞反应过程动力学
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◆植物细胞对营养要求较动物细胞简单。但由于植物细胞培养 一般要求在高密度下才能得到一定浓度的培养产物，以及 植物细胞生长较微生物要缓慢，长时间的培养对无菌要求 及反应器的设计也提出特殊的要求 。
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2019/3/26
第3章 细胞反应过程动力学>>概述
动植物、微生物细胞的培养比较
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2019/3/26
第3章 >> 3.1 细胞反应过程计量学
一、细胞反应的元素衡算方程
CH mOn+aO2+bNH3
cCH ? O?N?+dH2O+eCO 2
对 C, H,O, N 作元素衡算:
植物细胞
10-100 可以，但易结团，无 单个细胞 较复杂 慢，倍增时间24-74小 时 内部、激素 能忍受广泛范围 有 高 低
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第3章 细胞反应过程动力学>>概述
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第3章 细胞反应过程动力学>>概述
生化工程电子教案
化学与生命科学学院
第3章 细胞反应动力学>>概述
何为细胞反应过程 ? ■以细胞为反应主体的一类生化反应过程 .
包括微生物和动植物细胞培养过程
微生物过程 :酒\醋\味精\药物
动植物细胞培养过程: 指动植物细胞在体外条件下的存活 或生长,此时细胞不再形成组织。
如:红豆杉细胞培养生产紫杉醇
一、细胞反应的元素衡算方程 对无胞外产物的简单反应 :
CH mOn+aO2+bNH3
cCH ? O?N?+dH2O+ eCO 2
式中 CH mOn——element composition of carbon source
CH ? O?N?——celluar element composition
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功用：紫杉醇主Baidu Nhomakorabea适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头 颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。
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2019/3/26
第3章 细胞反应过程动力学>>概述
动、植物细胞培养与微生物培养区别
◆动物细胞无细胞壁，且大多数哺乳动物细胞 附着在固体或半 固体的表面才能生长；对营养要求严格，除氨基酸、维生素、 盐类、葡萄糖或半乳糖外，还需有 血清。动物细胞对环境敏 感，包括pH 、溶氧、温度、剪切应力都比微生物有更严的要 求，一般须严格的监测和控制。
50 20 8 14 3 1 1
element
Na Ca Mg Cl Fe others
content
1 0.5 0.5 0.5 0.2 0.3
典型的分子结构式 : CH 1.8O0.5N0.2
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第3章 >> 3.1 细胞反应过程计量学
◆ reaction metrology
Theoretical basis
◆ thermodynamics of reactions ◆ reactions kinetics
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第3章 >> 3.1 细胞反应过程计量学
3.1 细胞反应过程计量学
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第3章 >> 3.1 细胞反应过程计量学
3.1 细胞反应过程计量学 什么是反应过程计量学
Cell reaction metrology numerically study that products composition and relation between reactant and product, which together with reactions thermodynamics and reactions kinetics build the theoretical basis of reaction engineering.
细胞反应过程的特征
◆Cell is the key body of cell reaction: cell absorb the nourishment of medium and form products. A cell is a micro-reactor; ◆Cell reaction generally following the bio-reaction rule ◆ More component take part in reaction ◆Essentials of cell reaction is a serial reaction catalyzed by enzymes system; metabolism; assimilation, dissimilation ◆The differences between cell reaction and enzyme reaction is cell level & molecular level reaction
大小 悬浮生长
营养要求 生长速率
代谢调节 环境敏感 细胞分化 剪切应力敏感 细胞或产物浓度
微生物
1-10 可以
简单 快，倍增时间 0.5-5小时 内部 不敏感 无 低 较高
动物细胞
10-100 多数细胞需附着表面 才能生长 非常复杂 慢，倍增时间15-100 小时 内部、激素 非常敏感 有 非常高 低
由于参与反应组分多、代谢途径复杂、底物的消耗并非全 部用于生成产物（一部分用于什么？）
难以用系数确定由培养基组分到产物的方程式来表示。 一、细胞反应的元素衡算方程
细胞的元素组成包括： ？ C,H,O, Ｎ, P,S,K, Na 。 通常将细胞分子式定义为： CH ? O?N? 而忽略微量元素
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第3章 >> 3.1 细胞反应过程计量学
一、细胞反应的元素衡算方程 细胞的元素组成受种类、生长阶段等因素影响。
Example: Chemical composition of E. coli (dry basis %)
element
C H O N P S K
content
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第3章 细胞反应过程动力学>>概述
动植物、微生物细胞的培养比较
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一、细胞反应的元素衡算方程
CH mOn+aO2+bNH3
cCH ? O?N?+dH2O+eCO 2
对 C, H,O, N 作元素衡算:
植物细胞
10-100 可以，但易结团，无 单个细胞 较复杂 慢，倍增时间24-74小 时 内部、激素 能忍受广泛范围 有 高 低
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第3章 细胞反应动力学>>概述
何为细胞反应过程 ? ■以细胞为反应主体的一类生化反应过程 .
包括微生物和动植物细胞培养过程
微生物过程 :酒\醋\味精\药物
动植物细胞培养过程: 指动植物细胞在体外条件下的存活 或生长,此时细胞不再形成组织。
如:红豆杉细胞培养生产紫杉醇
一、细胞反应的元素衡算方程 对无胞外产物的简单反应 :
CH mOn+aO2+bNH3
cCH ? O?N?+dH2O+ eCO 2
式中 CH mOn——element composition of carbon source
CH ? O?N?——celluar element composition
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功用：紫杉醇主Baidu Nhomakorabea适用于卵巢癌和乳腺癌，对肺癌、大肠癌、黑色素瘤、头 颈部癌、淋巴瘤、脑瘤也都有一定疗效。
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第3章 细胞反应过程动力学>>概述
动、植物细胞培养与微生物培养区别
◆动物细胞无细胞壁，且大多数哺乳动物细胞 附着在固体或半 固体的表面才能生长；对营养要求严格，除氨基酸、维生素、 盐类、葡萄糖或半乳糖外，还需有 血清。动物细胞对环境敏 感，包括pH 、溶氧、温度、剪切应力都比微生物有更严的要 求，一般须严格的监测和控制。
50 20 8 14 3 1 1
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Na Ca Mg Cl Fe others
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1 0.5 0.5 0.5 0.2 0.3
典型的分子结构式 : CH 1.8O0.5N0.2
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◆ reaction metrology
Theoretical basis
◆ thermodynamics of reactions ◆ reactions kinetics
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3.1 细胞反应过程计量学 什么是反应过程计量学
Cell reaction metrology numerically study that products composition and relation between reactant and product, which together with reactions thermodynamics and reactions kinetics build the theoretical basis of reaction engineering.
细胞反应过程的特征
◆Cell is the key body of cell reaction: cell absorb the nourishment of medium and form products. A cell is a micro-reactor; ◆Cell reaction generally following the bio-reaction rule ◆ More component take part in reaction ◆Essentials of cell reaction is a serial reaction catalyzed by enzymes system; metabolism; assimilation, dissimilation ◆The differences between cell reaction and enzyme reaction is cell level & molecular level reaction
大小 悬浮生长
营养要求 生长速率
代谢调节 环境敏感 细胞分化 剪切应力敏感 细胞或产物浓度
微生物
1-10 可以
简单 快，倍增时间 0.5-5小时 内部 不敏感 无 低 较高
动物细胞
10-100 多数细胞需附着表面 才能生长 非常复杂 慢，倍增时间15-100 小时 内部、激素 非常敏感 有 非常高 低
由于参与反应组分多、代谢途径复杂、底物的消耗并非全 部用于生成产物（一部分用于什么？）
难以用系数确定由培养基组分到产物的方程式来表示。 一、细胞反应的元素衡算方程
细胞的元素组成包括： ？ C,H,O, Ｎ, P,S,K, Na 。 通常将细胞分子式定义为： CH ? O?N? 而忽略微量元素
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第3章 >> 3.1 细胞反应过程计量学
一、细胞反应的元素衡算方程 细胞的元素组成受种类、生长阶段等因素影响。
Example: Chemical composition of E. coli (dry basis %)
element
C H O N P S K
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