微生物的代谢和发酵课件
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《发酵工程》课件
产物分离纯化的优化
分离纯化方法
常见的分离纯化方法包括过滤、离心、萃取、蒸馏、膜分离等。
优化策略
根据产物的性质和发酵液的特点，选择合适的分离纯化方法，并优化工艺参数，以提高产物的纯度和收率。
06
未来发酵工程的发展趋势
新技术应用与设备改进
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基因组学、转录组学和蛋白质组学 进行深入研究，为发酵工程提供更精确的微生物代谢调控手段。
为防止发酵污染，应定期对菌种进行 纯化、复壮，严格控制培养基和设备 的灭菌温度和时间，加强发酵过程中 的监控和检测。
发酵效率的提高
影响因素
影响发酵效率的因素包括菌种特性、培养基成分、发酵温度、pH值、溶解氧浓度等。
优化方法
通过调整培养基成分、控制发酵温度、调节pH值、提高溶解氧浓度等方法，可以有效提高发酵效率。
合成生物学
利用合成生物学技术，设计和构建具有特定功能的微生物细胞工厂， 实现高效、定向的物质转化。
基因编辑技术
通过基因编辑技术，改造和优化微生物的代谢途径，提高发酵产物 的产量和品质。
可持续性与环保
1 2
节能减排
通过优化发酵工艺和设备，降低能源消耗和减少 废弃物排放，实现发酵工程的绿色可持续发展。
抗菌素
抗菌素是一类具有抗菌活性的物质，通过抑制或杀死病原微生物，达到防治病害 的目的。抗菌素在医疗、农业、食品工业等领域广泛应用。
其他发酵产物及其应用
柠檬酸
柠檬酸是发酵工程中重要的有机酸之一，主要用于食品、 化工、医药等领域。柠檬酸具有抗氧化、抗菌、提高口感 等作用。
氨基酸
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，通过发酵工程生产出的 各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等，在食品、饲料、医药 等领域广泛应用。
微生物学第六章微生物代谢课件PPT
（4）硝酸盐呼吸（反硝化作用）
亚硝酸还原细菌
基质-H2
辅酶
一系列酶
NO2-
NO
N2
基质
辅酶-H2
NO3硝酸盐还原细菌
脱氢酶
2NH2OH 2HNO3 2HNO2 2NOH
N2O
2NH3 N2
3、能量转换
（1）底物水平磷酸化(substrate level phosphorylation)：物质在生物氧化过程中，生成一些 含有高能键的化合物直接偶联ATP或GTP的合成；存在 与发酵过程中及呼吸过程中。 （2）氧化磷酸化（oxidative phosphorylation）： 生物氧化过程与电子传递链偶联产生ATP的过程。 （3）光合磷酸化 环式光合磷酸化：只有一个光反应系统，有光反 应和暗反应；不放氧；产生ATP不产还原剂NADH2，固 定CO2所需NADH2来自电子传递。
代谢途径（metabolic pathway）：也称（chemical pathways of metabolism）代谢的化学途径，指某一物质代 谢反应过程。 代谢物（metabolite）：指代谢反应中任一反应物、 中间物或产物。 初级代谢(Primary Metabolism)：通过分解和合成代 谢，生成维持生命活动物质和能量的过程。 次级代谢(Secondary Metabolism)：以初级代谢产物为 前体，合成一些对生命活动无明确功能的物质过程。 代谢工程（Metabolism Engineering）：通过基因工程 技术操作生物的代谢途径，提高二级代谢产物的产量和 增加品种。 代谢调控：利用遗传学方法或其它生物学方法，人 为地改变和控制生物的代谢途径，生产有用物质或进行 有益服务。
（2）呼吸作用 有氧呼吸（aerobic respiration）：以分子氧 为最终电子受体的生物氧化过程。 无氧呼吸（anaerobic respiration ）：以无机 物为最终电子受体的生物氧化过程。
第五章微生物的代谢与发酵
●肽聚糖单体合成途径
(三) 膜外的组装 ●自溶素作用
●转糖基化作用；转肽基作用
●主要反应过程回顾
●药物设计的意义 (肽聚糖合成的抑制)
----青霉素： 竞争性抑制转肽酶活性中心 ----环丝氨酸：抑制Park核苷酸5肽的合成 ----万古霉素: 抑制肽聚糖单体与细菌萜醇
的解离 ----杆菌肽：抑制肽细菌萜醇的去磷酸化
● 有 机 物 为 受 氢 体
3、发酵（fermentation）
●定义 广义：利用微生物生产有用代谢产物的 一类生产方式。
狭义：在无氧条件干，底物脱干的氢未 经呼吸链而直接交给某一内源性中间代 谢物，以实现底物水平磷酸化的生物氧 化反应。
（1）由EMP途径中丙酮酸出发的发酵 （6种类型）
（2）通过HMP 途径的发酵
一.自养微生物的CO2固定
●Calvin 循环 ●厌氧乙酰—COA途径 ●逆向TCA循环 ●羟基丙酸途径
●Calvin 循环（略）
1) 6CO2通过Calvin循环产生1 果糖6磷酸 2）核酮糖二磷酸羧化酶、磷酸核酮糖激
酶为特征性酶 3）自养菌（生物）固定CO2的主要途径
● 厌氧乙酰-辅酶A途径
●诱导酶：只有当其分解底物或有关 的诱导物存在时才会合成的酶。
■代谢调控在发酵工业中的应用
●应用营养缺陷型菌株解除正常的反馈调节
●应用抗反 馈调节的 突变株解 除反馈调 节
●控制细胞 膜的透性
葡萄糖→N-乙酰葡萄糖胺-6-磷酸
↙ N-乙酰葡萄糖胺-UDP
↘ N-乙酰胞壁酸 -UDP
2）由N-乙酰胞壁酸合成 “park”核苷酸
● park”核苷酸：
即UDP-N-乙酰 胞壁酸五肽，细 菌细胞壁合成的 重要中间体，由 N-乙酰胞壁酸和 丙氨酸、谷氨酸 等在细胞质中合 成形成。
第五节 微生物的代谢调控与发酵生产
• 其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括两 个方面，一是“粗调”，即调节酶的合成量， 二是“细调”，即调节现成酶分子的催化活力， 两者往往密切配合和协调，以达到最佳调节效 果。
精选2021版课件
2
• 利用微生物代谢调控能力的自然缺损或通过人 为方法获得突破代谢调控的变异菌株，可为发 酵工业提供生产有关代谢产物的高产菌株。
• 阻遏作用有利于生物体节省有限的养料和能量。
• 阻遏的类型主要有末端代谢产物阻遏和分解代谢 物阻遏两种。
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19
（1）末端产物阻遏
• 指由某代谢途径末端产物的过量累积而引起的 阻遏。对直线式反应途径来说，末端产物阻遏 的情况较为简单，即产物作用于代谢途径中的 各种酶，使之合成受阻遏。
精选2021版课件
5
（一）反馈抑制的类型
• 1．直线式代谢途径中的反馈抑制
精选2021版课件
6
• 2．分支代谢途径中的反馈抑制。
• 在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂。
• 为避免在一个分支上的产物过多时不致同时影 响另一分支上产物的供应，微生物已发展出多 种调节方式。
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7
• （1）同功酶调节
第五节 微生物的代谢调控与发酵生产
• 微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢 调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条 不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。
精选2021版课件
1
• 微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节 营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过 酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调 节代谢流等。
• 诱导酶是细胞为适应外来底物或其结构类似物 而临时合成的一类酶。
• 能促进诱导酶产生的物质称为诱导物，它可以 是该酶的底物，也可以是难以代谢的底物类似 物或是底物的前体物质。
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2
• 利用微生物代谢调控能力的自然缺损或通过人 为方法获得突破代谢调控的变异菌株，可为发 酵工业提供生产有关代谢产物的高产菌株。
• 阻遏作用有利于生物体节省有限的养料和能量。
• 阻遏的类型主要有末端代谢产物阻遏和分解代谢 物阻遏两种。
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19
（1）末端产物阻遏
• 指由某代谢途径末端产物的过量累积而引起的 阻遏。对直线式反应途径来说，末端产物阻遏 的情况较为简单，即产物作用于代谢途径中的 各种酶，使之合成受阻遏。
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5
（一）反馈抑制的类型
• 1．直线式代谢途径中的反馈抑制
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6
• 2．分支代谢途径中的反馈抑制。
• 在分支代谢途径中，反馈抑制的情况较为复杂。
• 为避免在一个分支上的产物过多时不致同时影 响另一分支上产物的供应，微生物已发展出多 种调节方式。
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7
• （1）同功酶调节
第五节 微生物的代谢调控与发酵生产
• 微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢 调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条 不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。
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1
• 微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节 营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过 酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调 节代谢流等。
• 诱导酶是细胞为适应外来底物或其结构类似物 而临时合成的一类酶。
• 能促进诱导酶产生的物质称为诱导物，它可以 是该酶的底物，也可以是难以代谢的底物类似 物或是底物的前体物质。
微生物课件--发酵代谢机制课程设计---初级代谢次级代谢及产物--发酵机制
生长刺激素
生长刺激素主要是由某些植物和某些细菌以及放线 菌、真菌等微生物合成，并能刺激植物生长的一类活性 物质。 如赤霉素，其在农业上得到广泛应用，是一种植物 生长刺激素，它是某些植物、真菌和细菌分泌的特殊物 质，可取代光照和温度，打破植物休眠，促进植物迅速 生长以致提早收获，从而增加产量。为农业服务。
联系
主要表现为：
1.初级代谢是次级代谢的基 础，初级代谢为次级代谢提 供前体或起始物。 2.初级代谢的调控影响到次 级代谢产物的生物合成。
代谢偶联发生才能满足其正常代谢。
初级代谢产物
初级代谢产物是初级代谢生成的产物。
特点： 1.由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； 2.其在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本 相同，且受生长环境影响不大； 3.初级代谢产物的合成在不停的进行着，任何一种产物的合成发生 障碍都会影响微生物正常的生命活动，甚至导致死亡。 主要产物有： 氨基酸、蛋白质、核苷酸、核酸、多糖、脂肪酸、 维生素等。 应用：具有广泛应用前景，比如由氨基酸、维生素、酶类、有机酸 等制成的各类医药产品，生物制剂等。
发酵代谢机制发酵工程次级代谢初级代谢与次级代谢微生物初级代谢及产物次级代谢剂产物初级代谢与次级代谢的联系初级代谢与次级代谢的区别微生物的基本代谢及产物初级代谢产物是初级代谢生成的产物
首先预祝尊敬的各位 老师，亲爱的各位同学：
L/O/G/O
发酵代谢机制
微生物的基本代谢及产物
发酵工程
微生物的基本代谢及产物 初 级 代 谢
次级代谢
次级代谢是与生物生长繁殖无直接关系的代谢 活动，是某些生物为了避免初级代谢中间产物的过 量积累或由于外界环境的胁迫而产生的一类有利于 其生存的代谢活动。
发酵工程 ppt课件
100%
酵母菌
单细胞真菌，具有真核细胞结构 ，有产孢子繁殖和水生、好气性 生长及醇发酵和糖发酵等类型。
80%
霉菌
丝状真菌的俗称，意即多细胞的 真菌，在自然界中广泛存在。
微生物的营养需求
水
微生物细胞的主要组成部分， 是良好的溶剂，能维持酶活性 ，参与代谢反应。
无机盐
参与细胞构成和代谢反应，对 细胞的渗透压平衡和酸碱平衡 起着重要作用。
利用发酵技术生产面包、啤酒 、酸奶等食品。
医药工业
生产抗生素、疫苗、干扰素等 生物药物。
化学工业
生产燃料、化学品、塑料等物 质。
环境治理
利用微生物处理废水、废气， 实现环境保护和治理。
02
发酵工程的基本原理
微生物的种类与特性
80%
细菌
根据形态可分为球菌、杆菌、螺 旋菌等，根据对人类的关系可分 为致病菌、条件致病菌和益生菌 。
细胞分离
通过离心、过滤等技术将菌体从发酵液中分离出 来。
产物纯化
通过一系列的分离纯化技术，如蒸馏、结晶、色 谱等，将产物纯化至所需的规格和纯度。
04
发酵工程的应用实例
酒精发酵Βιβλιοθήκη 010203
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母 菌将糖类物质转化为乙醇 的过程，广泛应用于酒精 饮料、化工等领域。
酒精发酵工艺流程
提高产物的产量与质量
代谢工程
通过代谢工程手段，对微生物的代谢途径进行优化，提高目标产 物的产量和纯度。
过程控制
采用先进的传感器和在线监测技术，实时监测发酵过程，实现精 准控制，提高产物质量。
降低生产成本与环境污染
节能减排技术
采用新型发酵设备，提高设备利用率和能源利用效率，降低能耗和碳排放。
发酵工程六PPT课件
.
24
二、人工控制微生物代谢的手段
（一）生物合成途径的遗传控制
代谢调节控制育种通过特定突变型的选育，达到改变代谢 通路、降低支路代谢总产物的产生或切断代谢途径及提高 细胞膜的透性，使代谢流向目的产物积累方向进行。
1、代谢缺陷型菌株
2、利用抗代谢类似物的突变积累氨基酸
3、产物降解酶缺失突变株
4、细胞膜组分的缺失突变
.
30
生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，生物素在低于亚适浓度之
前有，利例增于加谷1：生氨谷物酸氨素的酸有合棒利成杆于；菌丙（酮生酸物的素羧缺化陷产型生）草生酰产乙谷酸氨，酸进而
生物素是催化脂肪酸生物合成的初始酶乙酰辅酶A羧化酶的 辅酶，该酶催化乙酰辅酶A羧化生成丙二酸单酰辅酶A，再 经一系列转化合成脂肪酸，而脂肪酸又是构成细胞膜磷脂 的主P要EP成分，因P此y生r 物素可间A接cC地o影A 响细胞膜的透性。
真核微生物细胞里，各种酶系被细胞器隔离分布，使
其代谢活动只能在特定的部位上进行，如与呼吸产能有 关的酶系集中于线粒体内膜上，DNA合成的某些酶位于 细胞核里。
.
5
（二）代谢流向的调控
微生物在不同条件下可以通过控制各代谢途径中某个酶促反应的速 率来控制代谢物的流向，从而保持机体代谢的平衡。
1、由一个关键酶控制的可逆反应
第六章 发酵机制及发酵动力学
第一节 发酵工程微生物的基本代谢及产物代谢 第二节 微生物代谢调节机制 第三节 糖代谢产物的发酵机制 第四节 氨基酸和核苷酸发酵机制 第五节 抗生素发酵机制 第六节 微生物发酵动力学
.
1
本章要求
掌握初级与次级代谢的产物 掌握微生物代谢调节的方式 掌握酶活性被抑制的方式 了解发酵产物的发酵机制及发酵动力学抑制来自抑制DE
发酵工程PPT课件：3 微生物代谢调节(2-3)
（2）芳香中间体
A 莽草酸途径的中间体或终产物：形成许多次级代 谢物的芳香部分。 B 芳香氨基酸生物合成途径：负责大多数放线菌和 许多植物次生代谢物的生物合成。 C 聚多酮途径：大多数真菌产生的芳香代谢物是由 乙酸通过聚多酮途径合成的。
举例： ①、氯胺苯醇和棒杆菌素的生色团是由分枝酸衍生
的。 ②、利福霉素的芳香成分来自莽草酸。
例1：
在带小棒链霉菌中头霉素C的一种前体，α-氨基 己二酸是由赖氨酸合成途径来的。它与Pr合成竞争 此前体的供应。加入过量的Lys， Lys途径中间体， 二氨基庚二酸或α-氨基己二酸到发酵液中可增加头霉 素的发酵单位。
例2：
产黄青霉的青霉素酰基转移酶可转化异青霉素N， 除去青霉素N的侧链，换上天然青霉素的其他侧链。侧 链的置换取决于发酵液中含有适当的前体，如苯乙酸或 苯氧乙酸11则。故苄青霉素的发酵单位随发酵液中的限 制性苯乙酸的增加而提高
（二）、 前体的作用
（1）抗生素建筑材料
例如： 丙酮酸可用于Ala、Val、Leu等的合成，是几种
肽类抗生素（头孢菌素簇或青霉素簇）合成的重要 中间体。
次级代谢物通常由初级中间体产生，将初级中间体转 化为次级终产物有三个生化过程：
①、生物氧化和还原； ②、生物甲基化； ③、生物卤化。
其特征如下： ①、氧化还原反应：一般涉及醇的氧化或羰基的还
② 、真菌毒素和橘霉素：是由五个C2单位(Ac-CoA加 上4个丙二酰CoA)，2个甲基和由C1库来的羧基合 成的。
③ 、新生霉素：具有更为复杂的来源，它是由葡萄糖、 莽草酸、GLN、C1库、Tyr和乙酸或Leu合成的。
（2）诱导抗生素生物合成
前体具有调节抗生素生产的作用，尤其在细胞 中的特殊合成酶的活性已被激活的情况下。
微生物学 第七章 微生物的代谢(共81张PPT)
特点：
a 、不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成，
b、产大量的NADPH+H+还原力 ； c、产各种不同长度的重要的中间物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖 ） d、单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存
e、HMP途径是戊糖代谢的主要途径。
3）ED途径
——2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径 1952年 Entner-Doudoroff ：嗜糖假单胞菌
过程： （4步反应） 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖
6-磷酸-葡糖酸
6-磷酸-葡萄糖-脱水酶
特点:
a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP
KDPG KDPG醛缩酶
3--磷酸--甘油醛 + 丙酮酸
c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶
细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发酵单胞 菌等。
——严格厌氧菌进行的 唯一能大规模生产的发酵产 品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1） ——丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum)
2丙酮酸
2乙酰-CoA
缩合
乙酰-乙酰 CoA
（CoA转移酶）
丙酮 +CO2 丁醇
5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）
发酵菌体：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双 酶梭环（TCA 循环支路）
乙酸
乙酰-CoA
（乙酰--CoA合成酶）
异柠檬酸
（异柠檬酸裂合酶）
苹果酸 （苹果酸合成酶） 琥珀酸 + 乙醛酸
Ii 丙酮酸 、PEP等化合物固定CO2的方法 Iii 厌氧、兼性厌氧微生物获得TCA 中间产物方式
------通过TCA的逆过程
a 、不经EMP途径和TCA循环而得到彻底氧化，无ATP生成，
b、产大量的NADPH+H+还原力 ； c、产各种不同长度的重要的中间物（5-磷酸核糖、4-磷酸-赤藓糖 ） d、单独HMP途径较少，一般与EMP途径同存
e、HMP途径是戊糖代谢的主要途径。
3）ED途径
——2-酮-3-脱氧-6-磷酸-葡萄糖酸裂解途径 1952年 Entner-Doudoroff ：嗜糖假单胞菌
过程： （4步反应） 1 葡萄糖 6-磷酸-葡萄糖
6-磷酸-葡糖酸
6-磷酸-葡萄糖-脱水酶
特点:
a、步骤简单 b、产能效率低：1 ATP
KDPG KDPG醛缩酶
3--磷酸--甘油醛 + 丙酮酸
c、关键中间产物 KDPG，特征酶：KDPG醛缩酶
细菌：铜绿、荧光假单胞菌,根瘤菌,固氮菌,农杆菌,运动发酵单胞 菌等。
——严格厌氧菌进行的 唯一能大规模生产的发酵产 品。（丙酮、丁醇、乙醇混合物，其比例3：6：1） ——丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutyricum)
2丙酮酸
2乙酰-CoA
缩合
乙酰-乙酰 CoA
（CoA转移酶）
丙酮 +CO2 丁醇
5）氨基酸的发酵产能（stickland反应）
发酵菌体：生孢梭菌、肉毒梭菌、斯氏梭菌、双 酶梭环（TCA 循环支路）
乙酸
乙酰-CoA
（乙酰--CoA合成酶）
异柠檬酸
（异柠檬酸裂合酶）
苹果酸 （苹果酸合成酶） 琥珀酸 + 乙醛酸
Ii 丙酮酸 、PEP等化合物固定CO2的方法 Iii 厌氧、兼性厌氧微生物获得TCA 中间产物方式
------通过TCA的逆过程
微生物的代谢与发酵
生产酸奶、面包、酒类等食品。
食品保存
02
通过控制微生物生长环境，如降低水分活性、增加酸度等，延
长食品保质期。
食品添加剂
03
利用微生物代谢产物，如味精、维生素等，作为食品添加剂，
改善食品口感和营养价值。
在医药工业中的应用产生的抗 生素，如青霉素、头孢菌 素等，用于治疗细菌感染。
感谢观看
THANKS
微生物代谢的类型与过程
有氧呼吸
通过氧化磷酸化过程产生ATP， 同时释放出二氧化碳和水。
无氧呼吸
在没有氧气的条件下，通过发酵 或无氧呼吸产生ATP，同时释放 出酒精、乳酸等副产物。
光合作用
在光照条件下，通过光合磷酸 化过程将光能转化为化学能， 合成有机物质。
发酵
在没有氧气的条件下，通过糖酵 解过程产生ATP，同时产生酒精
03
微生物的氮代谢
氨基酸的合成与分解
氨基酸的合成
微生物通过氨基酸合成途径，利用简单的前体物质如氨、酮酸等，合成自身所需 的氨基酸。这些合成途径通常由一系列酶促反应组成，调控着微生物的氨基酸合 成。
氨基酸的分解
微生物对氨基酸的分解通常涉及到脱氨基作用和转氨基作用。脱氨基作用将氨基 酸中的氨基去除，生成相应的酮酸和氨。转氨基作用则将氨基酸中的氨基转移至 酮酸上，生成新的氨基酸和酮酸。
发酵微生物的种类与特性
乳酸菌
能够将葡萄糖转化为乳酸，如乳酸乳球菌和乳酸杆菌。
酵母菌
能够将葡萄糖通过糖酵解途径转化为乙醇和二氧化碳， 如酿酒酵母。
霉菌
能够将葡萄糖通过多条途径转化为多种有机酸、酯等 产物，如根霉、毛霉等。
发酵过程的控制与优化
温度
根据微生物的种类和发酵类型，控制适当的 温度以获得最佳发酵效果。
《微生物发酵技术》课件
越来越多的行业将采用微生物发酵技术来
现代微生物学技术的快速发展将为微生物
Hale Waihona Puke 生产高附加值的产品，推动其发展和应用。
发酵技术带来更多创新和突破。
选择适合的发酵模式和优化 培养条件，以提高产物产量 和品质。
成分控制
控制培养基的成分，包括碳 源、氮源和微量元素等，以 满足微生物生长需求。
反应过程控制
通过控制发酵过程中的温度、 氧气供应和搅拌等参数，优 化产物的生产。
微生物发酵技术的未来发展
1 现代微生物学技术在微生物发酵
技术中的应用
2 微生物发酵技术的未来趋势
《微生物发酵技术》PPT课件
微生物发酵技术
什么是微生物发酵技术？
• 概念：微生物发酵技术利用微生物的生物转化能力进行产物的生产与改良的技术。 • 历史：微生物发酵技术源远流长，可以追溯到数千年前的古代文明。
微生物发酵技术的应用
食品工业
微生物发酵技术在食品生产中起到重要作用，如酸奶、酒精、面包等食品的生产。
3 环保可持续
微生物发酵技术对环境友好，减少了化学合成过程中的排放和废弃物处理。
微生物发酵技术的基本原理
1 微生物代谢路径
微生物发酵过程中产生多种物质，通过微生物的代谢途径合成所需产物。
2 微生物生长环境要求
微生物的生长需要适宜的温度、pH值和营养物质等环境条件。
微生物发酵技术中的关键技术
模式选择、培养条 件控制
化学工业
微生物发酵技术被广泛应用于化工产品的生产，如酶、有机酸和溶剂等。
药品工业
制药工业依赖微生物发酵技术来合成抗生素、激素和疫苗等药物。
微生物发酵技术的特点
1 产物纯度高
微生物发酵技术可以获得高纯度的产物，满足不同行业对产品纯度的要求。
现代微生物学技术的快速发展将为微生物
Hale Waihona Puke 生产高附加值的产品，推动其发展和应用。
发酵技术带来更多创新和突破。
选择适合的发酵模式和优化 培养条件，以提高产物产量 和品质。
成分控制
控制培养基的成分，包括碳 源、氮源和微量元素等，以 满足微生物生长需求。
反应过程控制
通过控制发酵过程中的温度、 氧气供应和搅拌等参数，优 化产物的生产。
微生物发酵技术的未来发展
1 现代微生物学技术在微生物发酵
技术中的应用
2 微生物发酵技术的未来趋势
《微生物发酵技术》PPT课件
微生物发酵技术
什么是微生物发酵技术？
• 概念：微生物发酵技术利用微生物的生物转化能力进行产物的生产与改良的技术。 • 历史：微生物发酵技术源远流长，可以追溯到数千年前的古代文明。
微生物发酵技术的应用
食品工业
微生物发酵技术在食品生产中起到重要作用，如酸奶、酒精、面包等食品的生产。
3 环保可持续
微生物发酵技术对环境友好，减少了化学合成过程中的排放和废弃物处理。
微生物发酵技术的基本原理
1 微生物代谢路径
微生物发酵过程中产生多种物质，通过微生物的代谢途径合成所需产物。
2 微生物生长环境要求
微生物的生长需要适宜的温度、pH值和营养物质等环境条件。
微生物发酵技术中的关键技术
模式选择、培养条 件控制
化学工业
微生物发酵技术被广泛应用于化工产品的生产，如酶、有机酸和溶剂等。
药品工业
制药工业依赖微生物发酵技术来合成抗生素、激素和疫苗等药物。
微生物发酵技术的特点
1 产物纯度高
微生物发酵技术可以获得高纯度的产物，满足不同行业对产品纯度的要求。
微生物的代谢ppt课件
酶制剂发酵
利用微生物产生各种酶类的代谢过程 ，将酶提取后广泛应用于食品加工、 洗涤剂等领域。
微生物代谢在环境保护中应用
废水处理
利用微生物降解有机污染物的代 谢能力，将废水中的有害物质转 化为无害物质，达到废水处理的
目的。
生物脱硫脱氮
利用微生物分解有机垃圾的代谢 过程，将有机垃圾转化为稳定的 腐殖质，实现有机垃圾的资源化
也最快。
酸碱度对微生物代谢影响
酸碱度（pH值）对微生物的生长和 代谢有很大影响。
pH值通过影响微生物细胞膜的通透 性、酶的活性以及营养物质的吸收等 方式来影响微生物的代谢。
不同微生物对pH值的适应性不同， 有些微生物只能在酸性或碱性环境中 生长。
微生物在适宜的pH值范围内，其代 谢活动才能正常进行。
医疗健康
微生物代谢与人类健康密切相 关，研究微生物代谢有助于了 解疾病的发生机制并开发新的 治疗方法。
农业领域
微生物代谢在农业领域也有重 要作用，如生物肥料、生物农
药的研制和应用等。
02
微生物能量代谢
能量代谢基本概念
能量代谢
指生物体内能量的转移和转换过程， 包括能量的释放、传递、储存和利用 。
氧化还原反应
通过改变酶分子的数量来调节代谢速率，如酶合成和降解的速
率控制。
基因表达调控机制
转录水平调控
通过控制基因转录的速率来调节基因表达，如启动子和转录因子的 相互作用。
翻译水平调控
通过控制mRNA的翻译速率来调节基因表达，如核糖体结合位点和 翻译起始因子的作用。
转录后和翻译后调控
通过控制mRNA和蛋白质的修饰、加工和降解来调节基因表达，如 RNA剪接和蛋白质磷酸化。
微生物的代谢ppt课件
微生物的代谢和发酵
•
磷酸核酮糖激酶和核酮糖羧化酶是本循环的特有酶。
•
如，以产生1个葡萄糖分子来计算，则Calvin循环的总式
为：
•
6CO2+18ATP+12NAD(P)H2
•
C6H12O6 +18ADP+18Pi+12NAD(P)
1)羧化反应
还原反应
CO2受体的再生
厌氧乙酰-辅酶A途径：（活性乙酸途径）。
生物化学中将具有一个碳原子的基团称为“一碳单位”或“一碳 基团”。 ○ 生物体内的一碳单位有多种形式，如：
亚氨甲基 –CH=NH 甲酰基 CHO羟甲基-CH2OH 亚甲基（甲叉基）-CH2次甲基（甲川基）-CH= 甲基-CH3
逆向TCA循环：
羟基丙酸途径
第三节 微生物的次级代谢
几个概 念：
A
初级代谢：将微生物与外界吸 收各种营养物质，通过分解代 谢和合成代谢，生成维持生命 活动所需的物质和能量的过程。
特点： ① 电子的传递途径属非循环式； ② 在有氧条件下进行； ③ 两个光合系统，其中色素系统Ⅰ（含叶绿素a）可利用 红光，色素系统Ⅱ（含叶绿素b）可利用蓝光； ④ 反应同时有ATP（产自系统Ⅱ）、还原力[H]（产自系 统Ⅰ）和O2； ⑤ 还原力NADPH2中的[H]来自H2O分子光解后的H+和 e-。
CH3CHOHCOOH+C2H5OH+CO2+ATP （3）通过ED途径进行的发酵
通过EMP途径的酵母酒精发酵 酒精发酵三个类型 通过HMP途径的细菌酒精发酵(异型
乳酸发酵) 通过ED途径的细菌酒精发酵
①酵母的“同型酒精发酵”：酿酒酵母(EMP途径)
C6H12O6+2ADP+2Pi
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N3 H O 2 2 H 2 e 氨 单 加 N 氧 2 O H 酶 H H 2 O N2 O H H H 2 O 羟 氨 氧 H 化还 N 3 4 原 O H 酶 4 11 e
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2）硝化细菌（亚
硝酸氧化细菌）
可将
NO
2
氧化为
NO
特点： ① 电子的传递途径属非循环式； ② 在有氧条件下进行； ③ 两个光合系统，其中色素系统Ⅰ（含叶绿素a）可利用 红光，色素系统Ⅱ（含叶绿素b）可利用蓝光； ④ 反应同时有ATP（产自系统Ⅱ）、还原力[H]（产自 系统Ⅰ）和O2； ⑤ 还原力NADPH2中的[H]来自H2O分子光解后的H+ 和e-。
（3）通过ED途径进行的发酵 通过EMP途径的酵母酒精发酵
酒精发酵三个类型 通过HMP途径的细菌酒精发酵(异型 乳酸发酵) 通过ED途径的细菌酒精发酵
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①酵母的“同型酒精发酵”：酿酒酵母(EMP途径)
C6H12O6+2ADP+2Pi 2C2H5OH+2CO2+2ATP
②细菌的“同型酒精发酵”：运动发酵单胞菌（ED途径）
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（3）嗜盐菌紫膜的光合作用 只有嗜盐菌才有的无叶绿素或菌绿素参与的独特光合作用。
代表菌有盐生盐杆菌（Halobacterium Halobium）和 红皮盐杆菌（H.cutirbrum）。
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第二节 微生物的耗能代谢
一、自养微生物的CO2固定 自养微生物在生物氧化所取得的能量主要用于的CO2的固定。 Calvin循环
特点：
① 在光能驱动下，电子从菌绿素分子上逐出后，通过类似呼吸链 的
循环，又回到菌绿素，其间产生ATP；
② 产ATP；
③ 不产生氧。 21
22
光合细菌主要通过环式光合磷酸化作用产生ATP
电子传递的过程中造成了质子的跨膜 移动，为ATP的合成提供了能量。 通过电子的逆向传递产生还原力；
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（2）非循环式光合磷酸化：高等植物和蓝细菌与光合细 菌不同，他们可以裂解水，以提供细胞合成的还原力。
1.化能自养型
化能自养菌为还原CO2而需要的ATP和还原力[H]是通过氧化无 机底物（NH4+、NO2-、H2S、S0、H2和Fe2+等）实现。 其产能的途径借助于经过呼吸链的氧化磷酸化反应得到。
绝大多数化能自养菌为好氧菌。
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化能自养微生物的能量代谢特点： 1）无机底物的氧化直接与呼吸链发生联系，即由脱氢酶
C6H12O6+ADP+Pi
2C2H5OH+2CO2+ATP
③细菌的“异型酒精发酵”：肠膜明串珠菌（HMP途径）
C6H12O6+ADP+Pi CH3CHOHCOOH+C2H5OH+CO2+ATP
（4）氨基酸发酵产能—Stickland反应
Stickland反应：少数梭菌能在厌氧条件下，进行 氨基酸对的发酵。即一个氨基酸作为底物脱氢（即氢供
一些异型乳酸发酵杆菌如肠膜明串珠菌，乳脂 明串珠菌等，因缺乏EMP途径中的若干重要酶— —醛缩酶和异构酶，其葡萄糖的降解完全依赖 HMP途径。
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4
同型乳酸发酵反应试：
C6H12O6+2ADP+2Pi 2CH3CHOHCOOH+2ATP 异型乳酸发酵反应试：
C6H12O6+ADP+Pi CH3CHOHCOOH+C2H5OH+CO2+ATP
化。
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2.氧化磷酸化 定义：物质在生 物氧化过程中形 成的NADH和 FADH2可通过 位于线粒体内膜 或细胞质膜上的 电子传递给氧或 其他氧化型物 质，在这个过程 中偶联着ATP的 合成，这种产生 ATP的方式称氧 化磷酸化。
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ATP的产生： 化学渗透偶联假说：电子传递过程中，导致膜内外出现质子浓度差， 从而将能量蕴藏在质子势中，质子势推动质子由膜外进入胞质，在 这个过程中通过存在于膜上的F1-F0ATPase偶联ATP的形成。
V-P（Vogos Prouskauer test）反应：区分大肠杆 菌与产气杆菌
1
（2）通过HMP途径的发酵——异型乳酸发酵 异型乳酸发酵（heterolactic fermentation）： 凡葡萄糖发酵后产生乳酸、乙醇（或乙酸）和CO2 等多种产物的发酵。 同型乳酸发酵（homolactic fermentation）： 只产生2分子乳酸的发酵。
CO2固定的途径 厌氧乙酰-CoA途径 逆向TCA循环
羟基丙酸途径
1. Calvin循环（Calvin cycle）：也称Calvin-Benson循环、
核酮糖二磷酸途径或还原性戊糖循环。是光能自养生物和化能
自养生物固定CO2的主要途径。
2.
利用此循环的生物除了绿色植物、蓝细菌和绝大多数光合
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分子马达
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3.光合磷酸化
产氧 真核生物：藻类及其他绿色植物
光能营养型微生物
原核生物：蓝细菌
不产氧(仅原核生物有)：光合细菌(红螺菌目)
定义：指光能转变为化学能的过程。
1）循环式光合磷酸化：光合细菌主要通过环式光合磷酸化作用产 生ATP，这类细菌包括紫色硫细菌、绿色硫细菌、紫色非硫细 菌、绿色非硫细菌。
或氧化还原酶催化的无机底物脱氢或脱电子后，可直接 进入呼吸链传递。 2）呼吸链的组成更为多样化，氢或电子可以从任一组分 直接进入呼吸链 3）产能效率即P/O比一般低于化能异养微生物。 P/O比：每消耗1mol的氧原子产生ATP的mol数。
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以亚硝化细菌为例：
亚硝化细菌
硝化细菌 硝化细菌
1）亚硝化细菌（氨氧
体），另一个氨基酸作为氢受体。
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二、自养微生物的生物氧化、产能
化能无机营养型微生物：所需能量ATP通过还原态无
机物经过生物氧化产生，还原力[H]通过消耗ATP
自养微生物
和无机氢（H++e）的逆呼吸传递而产生。
光能自养型微生物：ATP和[H]通过循环光合磷酸化、
非循环光合磷酸化或通过紫膜的光合磷酸化来获得
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(三）ATP的产生
底物水平磷酸化：发酵作用取得能量的唯一
方式
ATP的产生 氧化磷酸化 ：好氧呼吸和厌氧呼吸的微生物
光合磷酸化：光合细菌、藻类、绿色植物、
蓝细菌等
1.底物水平磷酸化:
定义：物质在生物氧化过程中。常生成一些含有高能
键的化合物，这些化合物可直接偶联ATP或GTP的合
成，这种产生ATP等高能分子的方式称为底物水平磷酸