细胞反应动力学.ppt
现在学习的是第1页，共62页现在学习的是第2页，共62页现在学习的是第3页，共62页l19世纪以前世纪以前l1857年年Pasteurl一战期间一战期间l1933年年l1945年年l1954年年Whitel自然发酵自然发酵l酒精发酵由酒精发酵由yeast引起引起l丙酮丁醇、甘油发酵丙酮丁醇、甘油发酵l摇瓶培养法摇瓶培养法l青霉素发酵青霉素发酵l补料操作补料操作现在学习的是第4页，共62页现在学习的是第5页，共62页l反应主体为细胞：反应主体为细胞：催化剂；微型反应器催化剂；微型反应器l复杂的酶催化体系复杂的酶催化体系 酶催化反应酶催化反应 细胞反应细胞反应反应式反应式机理式机理式差别差别l经验式经验式现在学习的是第6页，共62页l真实情况真实情况l多相体系（气液固）多相体系（气液固）l细胞多组分细胞多组分l细胞生长不均一细胞生长不均一l简化模型简化模型l均一化模型：细胞和基均一化模型：细胞和基质均视为液相质均视为液相l均衡生长模型：细胞各均衡生长模型：细胞各组分按相同比率增加组分按相同比率增加l确定论模型：忽略个体确定论模型：忽略个体差异，取平均值。差异，取平均值。现在学习的是第7页，共62页现在学习的是第8页，共62页l测定细胞数目测定细胞数目l测定细胞重量测定细胞重量现在学习的是第9页，共62页l比浊法l计数器计数法l活菌平板计数法现在学习的是第10页，共62页l分光光度计l菌悬液l只适用于颜色浅、悬浮颗粒极少、细胞沉降慢的发酵液。现在学习的是第11页，共62页l显微镜l血球计数器（酵母、霉菌孢子）l细菌计数器（细菌）l活菌数（亚甲基蓝）l不适用于霉菌、放线菌现在学习的是第12页，共62页l无菌生理盐水l稀释、涂布l不适用于丝状菌l慢现在学习的是第13页，共62页l细胞干重称量法l细胞堆积容积测量法l细胞组成成分分析法现在学习的是第14页，共62页lDCW（dry cell weight）l100度l适用于丝状菌l必须清除发酵液中非细胞固体物质现在学习的是第15页，共62页l锥形刻度管l离心现在学习的是第16页，共62页l蛋白质、DNA、RNAl在细胞中的含量比例不得随时间变化现在学习的是第17页，共62页l对基质的细胞得率对基质的细胞得率Yx/sl对基质的产物得率对基质的产物得率Yp/s定义式定义式微分（瞬时）得率系数微分（瞬时）得率系数宏观（总）得率系数宏观（总）得率系数现在学习的是第18页，共62页l细胞比生长速率细胞比生长速率l基质比消耗速率基质比消耗速率l产物比合成速率产物比合成速率现在学习的是第19页，共62页现在学习的是第20页，共62页l迟滞期迟滞期l指数生长期指数生长期l减速期减速期l静止期静止期l衰亡期衰亡期现在学习的是第21页，共62页l适应阶段l新酶系的合成l细胞数目基本不变，重量略有增加现在学习的是第22页，共62页l营养物质充分l达到最大比生长速率l倍增时间XXCrmax现在学习的是第23页，共62页l基质浓度降低l有害代谢产物积累XXCr现在学习的是第24页，共62页l生长速率等于死亡速率l达到最大细胞浓度l死亡速率常数0)(XdXCkdtdC现在学习的是第25页，共62页l停止生长l细胞浓度下降)exp(max,tkCCdXXXdXCkdtdC现在学习的是第26页，共62页l1、基质浓度、基质浓度Monod方程方程Logistic方程方程现在学习的是第27页，共62页l基本假设基本假设均衡生长均衡生长一种生长限制性基质一种生长限制性基质细胞得率为常数细胞得率为常数SSSCKCmax现在学习的是第28页，共62页)1(XXXCCr现在学习的是第29页，共62页l基质抑制动力学（基质抑制动力学（Andrew模型）模型）l最适基质浓度最适基质浓度ISSSSKCCK11max现在学习的是第30页，共62页l乙醇对酵母)1(max,maxPPICC现在学习的是第31页，共62页l动物细胞：3139度l植物细胞：2530度l最适生长温度、最适生产温度现在学习的是第32页，共62页l细菌：6.37.5l放线菌：78l霉菌、酵母：36l乳酸菌、乙酸菌l动物细胞：6.57.5l植物细胞：56lpH的控制现在学习的是第33页，共62页l灭菌方法灭菌方法化学试剂灭菌化学试剂灭菌射线灭菌射线灭菌过滤除菌过滤除菌热灭菌热灭菌现在学习的是第34页，共62页l对数死亡律（营养细胞）l非对数死亡律（芽孢）现在学习的是第35页，共62页NkdtdNdtkCCdNN0ln)exp(0tkCCdNNDkRNNR现在学习的是第36页，共62页DkSkRNNNSR)exp()exp(0tkkktkkkkCCRRSSSRRNN现在学习的是第37页，共62页现在学习的是第38页，共62页l依据：热死亡活化能依据：热死亡活化能营养物质受热分解活化能营养物质受热分解活化能现在学习的是第39页，共62页现在学习的是第40页，共62页dtdCrSSXSSSSXXSXSXXSCCKCYCYYrrmax/11现在学习的是第41页，共62页SXXXSXXSXXXSSYCrYrYCCrq/111SSSSSCKCqqmax,现在学习的是第42页，共62页l最大细胞得率（理论细胞得率）l细胞维持系数XXSXSmCrYr*/1mYqSXS*/1现在学习的是第43页，共62页mYYSXSX*/11现在学习的是第44页，共62页PSPXXSXSrYmCrYr/*/*11PSPSXqYmY/*/S*11q现在学习的是第45页，共62页l难溶气体l氧的传递的重要性l在常压和在常压和25时，空气中的氧在纯水中的饱和溶解度为时，空气中的氧在纯水中的饱和溶解度为0.25mol/m3 l工业发酵常用的微生物的比呼吸速率约为工业发酵常用的微生物的比呼吸速率约为0.10.4kg(O2)/hrkg(干细胞干细胞)现在学习的是第46页，共62页XOXOXXOXXOXOCqCYCYrYr22222/11现在学习的是第47页，共62页l初级代谢产物l次级代谢产物现在学习的是第48页，共62页l相关模型（基质的分解代谢产物，如乙醇、乳酸）l部分相关模型（柠檬酸、氨基酸）l非相关模型（抗生素、微生物毒素）现在学习的是第49页，共62页l产物的生成与细胞生长相关，保持同步。l最大值出现在同一时刻。XXPPrYr/XPPYq/现在学习的是第50页，共62页l当细胞生长达到当细胞生长达到一定程度后产物一定程度后产物开始合成。开始合成。XXPCrrPq现在学习的是第51页，共62页l产物生成与细胞生长无直产物生成与细胞生长无直接联系。接联系。l细胞生长时无产物积累。细胞生长时无产物积累。l细胞停止生长后产物开始细胞停止生长后产物开始大量合成。大量合成。XPCrPq现在学习的是第52页，共62页l呼吸熵（respiratory quotient）氧气消耗速率二氧化碳生成速率RQ现在学习的是第53页，共62页现在学习的是第54页，共62页现在学习的是第55页，共62页l细胞在消耗某一特定底物进行反应时，必定会存在某一特定的关键酶，它是细胞消耗某一特定底物进行反应的瓶颈。现在学习的是第56页，共62页现在学习的是第57页，共62页现在学习的是第58页，共62页l温度现在学习的是第59页，共62页l丝状微生物现在学习的是第60页，共62页l质粒的不稳定性现在学习的是第61页，共62页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第62页，共62页
