第二章生物反应动力学细胞反应

细胞中某些元素（除碳、氧、氮和 氢外）的含量，一般以磷、钾为多，其 次是钙、镁、硫、钠、氯、铁、锌、硅 等。另外，还含有微量的铝、铜、锰、 钴等。
2.1.3 生长特性 由于微生物种类各异，不同微生物的生 长特性亦有很大差别。 细菌以分裂方式进行的繁殖。在适宜的 生长条件下，某些细菌的世代时间可达 10～20min。
第二节 细胞反应过程动力学
2.1 微生物基础知识 2.2 微生物反应过程的质量与能量衡算 2.3 微生物反应动力学
第一代生物技术产品的出现
1857年法国著名生物学家巴斯德用实验证明 了酒精发酵是由活的酵母引起的，其它不同 的发酵产物则是由不同微生物的作用而形成。 后来发现是因为它们分泌了一种具有发酵能 力的物质，称为酶。其它如制造醋、酱 （油）、奶制品、面包，医学上的以霉治疡 技术。
病毒能在活细胞内繁 殖，但不能在一般培 养基中繁殖。病毒是 通过复制方式进行繁 殖，即感染细胞后 “接管”寄主细胞的 生物合成机构，按病 毒的遗传特性，合成 流行性感冒病毒 病毒的核酸和蛋白质， 并且以指数方式进行 复制，幂大于2。
2.1.4 影响微生物反应的环境因素 1 营养物质
分为碳源、氮源、无机元素、微量营养 素或生长因素等。
分类： 界（Kingdom） 门（Phylum） 纲（Class） 目（Order） 科（Family） 属（Genus） 种（Species）
种 以 下 有 ： 变 种 （ Variety ） 、 型 （Form）、品系（Strain）等。
命名：“双名法”。 属名：大写字母开头，是拉丁词的名词， 用以描述微生物的主要特征； 种名：小写字母打头，是一个拉丁词的 形容词，用以描述微生物的次要特征。
微生物工业生产的物质
(1) 发酵食品(酱、纳豆、酸奶、奶酪、乳酸饮料等) (2) 酒精饮料(白酒、啤酒、葡萄酒等) (3) 菌体(面包酵母、SCP、绿藻、螺旋藻等) (4) 有机酸(醋酸、柠檬酸、乳酸、衣康酸等) (5) 氨基酸(谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等) (6) 核酸类物质 (7) 抗生素(青霉素、头孢菌素、链霉素、氯霉素等) (8) 油脂及相关化合物(γ-亚油酸、EPA、DHA等) (9) 具有生理活性的低分子量物质(维生素类、激素等) (10) 高分子物质(酶；多糖类；生理活性蛋白） (11) 其它
用动物细胞生产的物质 红细胞生产素、白细胞介素、G-CSF、 单克隆抗体等������ 用植物细胞生产的物质 紫草素类化合物、人参、紫杉醇等
2.1 微生物基础知识
2.1.1 微生物的分类与命名
微生物是对那些肉眼不 能直接观察到、微小的、 但能维持生命并繁殖的 生物的通称，包括细菌、 酵母、霉菌、真菌、藻 类和原生动物和病毒等。
病毒是存在于动物、植物、昆虫、真菌、藻类 和细菌细胞内的专性寄生物，是最小的微生物。 病毒本身不具备或具备最低的合成和代谢能力， 只能在寄主细胞内生长繁殖，常导致寄主细胞 被破坏和死亡。寄生于细菌细胞内的病毒又称 为噬菌体。噬菌体是危害细菌发酵的重要根源。
烟草花叶病毒
噬菌体（DNA病毒）
2.1.2 微生物的化学组成 微生物菌体的80%左右是水分。 湿菌体所含水分是指菌体在100℃前 后干燥直到恒重时减少的量。除去水分的 菌体称为干菌体。 微生物菌体中除水分外，其余为蛋白 质、碳水化合物、脂肪、核酸、维生素和 无机物等化学物质。
霉菌是丝状真菌的一个通俗名称，在自然界分 布很广，其生长所要求的相对温度比细菌低。 真菌有核，呈丝状，直径一般为3～10μ m，多 分枝，有或无隔膜。
霉菌多为腐生菌，也 有少数寄生于动物或 植物体内。它们具有 广泛的降解和合成能 力，是发酵生产某些 重要物质的主力军。
酵母菌是一个通俗名称， 是典型的真核生物，多 为单细胞，有的也呈丝 状。有的酵母通过出芽 进行无性繁殖，也有的 酵母进行分裂繁殖。酵 母既可进行好氧呼吸， 又能进行厌氧呼吸。酵 母菌在酒类酿造中是不 可缺少的。
(1) 碳源 可构成微生物细胞和代谢产物中碳 架来源的营养物质。碳源的主要作用是 构成细胞物质和供给微生物生长发育所 需的能量。大多微生物以有机含碳化合 物作为碳源和能源，例如糖类、淀粉、 油脂等。光能自养微生物是利用光为能 源，二氧化碳为主要碳源。
第二代近代生物技术产品发展 40年代初，第二次世界大战爆发。医生 们急需一种比磺胺药物更为效而毒副作 用小的抗菌感染的药物来治疗伤员和平 民因创伤引起的感染及继发性疾病。于 是，1928年英国Flemingfa发现的青霉 素成为此类抗菌消炎药的首选。时至今 日，青霉素仍被认为是20世纪医学史上 最伟大的发现。
第三代现代生物技术产品 从1953年美国的Watson及Crick发现了 DNA分子的双螺旋结构，由此而来21世 界克隆等基因工程的快速发展。1953年 Grubhofer及Schleith提出了酶的固定化 技术。1956年，中国首次人工合成了结 晶牛胰岛素。到现在，干扰素、生长激 素、淋巴细胞活素、疫苗、白蛋白、心 钠素等各种DNA重组技术产品已逐渐被 广泛运用 。
例如：
Staphylococcus aureus，前一个词是
属名，是拉丁语的名 词，是“葡萄球菌” 的意思。第二个词字 是种名，是拉丁语的 形容词，意思是“金 黄色”。所以学名是 “金黄色葡萄球菌”。
细菌是单细胞微生物，有不同的形状及大小， 以典型的二分裂殖方式繁殖。 细菌具有一定的形态，形状近似圆形称作球菌； 形状近似圆柱形的成为杆菌。
然而，比较典型的世代时间为 40 ～ 60 min。当细菌分裂为二分裂时，世代时 间等于倍增时间（菌体量增加一倍所 需时间）。
酵母菌的生长方式有出芽繁殖来自百度文库裂殖和芽 裂（如同菌丝生长）三种。在最适条件下， 酵母在45 min内就可以分裂，比较典型的 分裂时间为90～120 min。
霉菌的生长特性是菌丝伸长和分枝。从 菌丝体（顶端生长）的顶端细胞间形成 隔膜进行生长，一旦形成一个细胞，它 就保持其完整性。霉菌的倍增时间可短 至60～90 min，但典型的霉菌倍增时间 为4～8 h 。