发酵学基本理论框架知识讲解

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代谢网络假说： 代谢途径与输送系统在蛋白质水
平上整合、在辅因子水平上协调而形 成的横跨微生物活细胞内外的代谢网 络，是可调节的、无尺度的网络，代 谢网络作为一个整体来承担微生物细 胞的物质代谢和能量代谢。
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由生化反应网络和跨膜输送系统组
成的代谢网络既没有绝对的起点，也没 有绝对的终点，可以认为代谢网络是类 似于互联网的无尺度网络。对于工业发 酵来说，代谢网络假设把代谢形象化为 一个虚拟的网络——新原料和新产品开 发的蓝图。
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。
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细胞经济假说是建立在代谢能支
撑假说和代谢网络假说基础上，又是 为代谢能支撑假说和代谢网络假说服 务的。细胞经济假说为代谢能的开支、 代谢网络中各种代谢物库的大小，以 及代谢流中碳架物质的流量大小和分 支处的流量分配提供了解释的依据。
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细胞经济假说提示： 人的主观能动性的发挥
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地转化成代谢 能，并直接用来支撑其自身的生命 活动。
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因为微生物细胞独立存在自主生 存，微生物细胞的生命活动需要的代 谢能要靠微生物细胞自己解决，其解 决的办法就是用它自备的能量转换机 构把其他形式的能量转化成代谢能。 工业发酵的过程是依靠微生物细胞生 命活动获得目的产物的过程，从根本 上区别于化学合成工业和生化工业。
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5.2.1 自然规律： 微生物生命活动的三个基本假说
5.2.2 应用性推理： 工业发酵的八个预测
5.2.3 创新思路
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5.2.1 自然规律：微生物生命 活动的三个基本假说
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在上个世纪70年代形成的现代 生物学关于物质流动、能量流动、 以及信息流动这三种流动的观点的 启发下，跨出了认真研究工业发酵 复杂系统的第一步。
第五章
发酵学基本理论框架
本章提示：
1. 对于学科来说，其基本理论的建立往往
是其走向成熟的标志吗？能不能说《发酵
原理》课程是发酵学科向生物工程学科系
统升级的关键课程？
2. 发酵工程的基本理论的组成。
3. 试述自然规律（the order of nature）
的含义，并比较自然规律与假说这两个概
念。
4. 什么叫创新？什么叫创新思路？
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工业发酵是微生物群体活动的 动态过程。此过程靠如下三种流动 来维系，即伴随能量形式的转换而 发生的电子流动、伴随异化和同化 作用而发生的物质流动以及伴随不 同水平上的代谢调节而发生的信息 流动。
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关于微生物生命活动的三个基
本假说，是在分析自然现象（微生 物的初级代谢）的基础上，发现的 关于微生物初级代谢的自然规律。 因为这三个基本假说以工业发酵为 切入点，在工业发酵领域应用，所 以把它们称为发酵学假说。
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第一节 科学研究与科学方法
另有课前讲座《科学 研究和科学方法》，紧接 在《绪论》后面讲。
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第二节 发酵工程的基本理论
发酵工程的基本理论由自然规律、应 用性预测和创新思路等部分组成，目前已 形成以下框架结构： ①自然规律：微生物生命活动的三个基本 假说（分析自然现象，发现自然规律）； ②应用性预测：工业发酵的八个预测（出 于人类功利，预测未来生产）； ③创新思路：细胞机器的工作模式；微生 物代谢的五段式；工业发酵的五字策略。
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代谢网络假说提示： 工业发酵是可以操作的，
开拓新产品和新原料是有理论 根据的。
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讨论要点：
①什么是代谢网络？它有什么特点？ ②为什么代谢网络是一个整体？ ③代谢网络承担什么任务？
④明确概念：代谢途径，载流途径、 载流路径、网络板块、亚网络。
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5. 试述真理的含义，并比较相对真理和绝
对真理这两个概念。
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对于学科来说，其基
本理论的建立，往往是其 走向成熟的标志。
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上个世纪下半叶，有关发酵工程的科学研
究已经显示了发酵学科与其相关学科的相互交 叉和融合；21世纪这种交叉和融合将更加突出。 发酵科学研究中，生物化学、分子生物学、微 生物代谢生理学、细胞学等生物学分支学科的 相互交叉和融合，发酵学、化学、生物学的相 互交叉和融合，以及自然科学、社会科学和哲 学的相互交叉和融合，正在推动发酵科学理论 和方法的发展。这样的相互交叉和融合催生了 发酵学基本理论框架，并正在促进发酵学科的 成熟和发酵学的形成。
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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。
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源自文库
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？
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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。
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5.2.1.3发酵学第三假说 ·细胞经济假说
细胞经济假说阐述了微生物细胞为
了生存和竞争而进行自身调整的保障机 制。微生物是自然界长期进化的产物， 它之所以能生存至今，自然有它的独特 的优越性。在我们对微生物改造之前， 它们自身已经形成了完整的细胞经济体 系。
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细胞经济假说： 微生物细胞是个远离平衡状态的
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5.2.1.1 发酵学第一假说 ·代谢能支撑假说
微生物是工业发酵的灵魂，没有微生 物就没有工业发酵；微生物细胞的生命活 动必须由代谢能来支撑（持续地供应代谢 能），工业发酵必须由活的微生物细胞来 支撑。因此，代谢能支撑假说确定了工业 发酵的生物学属性。
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