发酵原理和代谢工程的基本概念

2020/11/29
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10.载流途径与载流路径 11.代谢主流的变动性和选择性 12.理想载流途径 13.微生物生物工程的难题 14.代谢网络的节点及其刚性 15.工业发酵的五字策略 16.代谢网络的刚性 17.代谢网络的刚性 18.微生物活细胞和细胞的经济性
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3.微生物细胞代谢的电子流和电子回路
工业发酵普遍使用的化能异养型微 生物靠生物氧化把化学能转化为可被微 生物直接利用的代谢能。微生物细胞的 生物氧化过程必须借助于辅酶，并且其 生物氧化过程和跨膜的主动输送过程伴 随着电子（或质子）的流动，形成微生 物代谢的跨膜的质子回路。【下续】
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呼吸链
ATP
ATP酶
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4.生物氧化和辅酶的再生
在微生物活细胞中，参与生物氧化反应 的脱氢酶的辅酶本身不能跨过膜，被局限在 其所在的细胞空间内。它们必须被再生，才 能回用，以维持能量代谢。脱氢酶的辅酶在 细胞的氧化还原反应中接受电子而被还原成 还原型辅酶，还原型辅酶把电子释放给电子 受体，从而实现脱氢酶的辅酶的再生。根据 最终电子受体的类型，可把生物氧化分成有 氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型。
等高等生物的细胞不同，微生物细胞能独 立存在，自主生活。因此每个微生物细胞 都具有能量转换机构，这种机构可把其它 形式的能量转换成能被其自身直接使用的 能量 （ 如 ATP，GTP 和储存在膜上的质 子运动势 ΔP ），暂且把它们称为代谢能。 在代谢能的直接支撑下，活细胞才能维持 其高度有序的状态。
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14.代谢的“五段式”
在工业发酵生产中，培养器中的微
生物细胞的代谢是分步进行的。胞外营
养物质（一般要经胞外酶降解后）从培
养介质跨膜进入细胞，（一般要）经过
“向心途径”、“中心途径”和“离心
途径”等三段连续的代谢途径的代谢，
才能在胞内生成目的产物，最后，目的
代谢联系。已在“网” 上或者可以“联网” 的化合物都可能被开发为工业发酵的产物或原 料。
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8.代谢流和碳架物质流
代谢物在代谢网络中流动形 成代谢流。广义的代谢流还包括 能量流和信息流。在代谢分析和 代谢工程中，代谢流往往首先是 指有机物流（碳架物质流）。
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2.细胞能量转换机构的组成
微生物细胞的能量转换机构包括： 需要代谢能来激活的代谢途径的有关的 酶和这些酶的辅酶、原核微生物的细胞 质膜和真核微生物线粒体的内膜，以及 这些膜上的电子传递链和ATP酶，还有 在能量代谢和主动输送中起辅助作用的 有关载体系统。
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11.代谢主流的变动性和选择性
微生物的代谢主流的方向、流量 甚至所流经的途径都可能发生变化。 这就是微生物代谢主流的变动性和代 谢主流对代谢网络中的途径的选择性。 这种变动和选择的根据在微生物细胞 的遗传物质，选择的原因是微生物所 处的环境条件的变化。
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19.正常代谢和竞争型细胞经济 20.异常代谢和导向型细胞经济 21.细胞经济受到严格的制约 22.信息流指导下的工业发酵 23.限制性遗传信息之谜 24.从发酵工程到代谢工程 25.代谢工程（定义） 26.代谢流及其控制的分析 ＊介绍两个网址
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1. 微生物细胞能为其自身提供代谢能 微生物细胞的生存方式与动物、植物
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7.代谢网络的联网问题
代谢中间化合物都在代谢网络上，有些有 机化合物虽然不在代谢网络上但仍有可能与代 谢网络“联网”。所谓“联网”就是用化学或 生物化学反应把指定的化合物连接到代谢网络 上去，从而使它与微生物的代谢建立联系。 “联网”可以用化学或生物学方法（ 含DNA 重组技术 ）来实现。 广义的 “联网” 包含代 谢网络细节不同的生命有机体之间接力赛式的
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5.生化反应途径和代谢途径
一系列按序进行的生物化学反 应构成生化反应途径；若这条途径 在活细胞里运行，则为代谢途径。
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6.生化反应网络和代谢网络
生化反应途径按生物化学规律 汇成生化反应网络；代谢途径与跨 膜输送系统按代谢规律汇成（物质） 代谢网络。
发酵原理和代谢工程的
基本概念
介绍 26 个基本概念：
1. 微生物细胞能为其自身提供代谢能 2. 细胞能量转换机构的组成 3. 微生物代谢中的电子流和电子回路 4. 生物氧化和辅酶的再生 5. 生化反应途径和代谢途径 6. 生化反应网络和代谢网络 7. 代谢网络的联网问题 8. 代谢流和碳架物质流 9. 代谢主流
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12.理想载流路径
为了提高产物对原料的转化率， 就要求代谢主流（根据代谢分析的结 果）经设定的载流路径流到目的产物。 因为这样的载流路径是带有主观导向 性的虚拟的载流途径，所以把它们叫 做理想载流路径。
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13.微生物生物工程的难题
既然微生物的代谢主流对网络中 的途径有自主的选择性，而工业发酵 的目标又是要微生物的代谢主流经理 想载流途径，流到目的产物，因此就 有必要去解决理想载流途径的设计问 题和对代谢主流的合理导向问题。
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9.代谢主流
在一定的培养条件下，代谢 物在代谢网络中流动，流量相对 集中的代谢流叫做该培养条件下 的代谢主流。代谢主流的流量测 定是代谢工程的重要组成部分。
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10.载流途径与载流路径
从字面上讲，有代谢物流通过的代 谢途径即载流途径。载流路径是工业发 酵领域的术语。在工业发酵的目的产物 生产阶段，碳架物质从原料到目的产物 流经的各段代谢途径（即载流途径）， 按流经的先后次序首尾衔接，组合成载 流路径。代谢工程没有必要研究所有的 载流途径，但必须研究载流路径上的代 谢流，也就是生产阶段的代谢主流。