代谢控制发酵第一章绪论.ppt

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1、发酵过程控制发酵过程控制绪绪 论论一、几个概念一、几个概念 新陈代谢（Metabolism）工业微生物（Inductrial Microbiology）发酵(Fermentation)代谢控制发酵(Metabolic control fermentation)第一第一节 代代谢控制控制发酵的酵的研究研究对象和任象和任务 新陈代谢（Metabolism）包括合成代谢和分解代谢，具有三大特点：包括合成代谢和分解代谢，具有三大特点：包括合成代谢和分解代谢，具有三大特点：包括合成代谢和分解代谢，具有三大特点：条件温和，酶催化；顺序性；灵敏的自动调节机条件温和，酶催化；顺序性；灵敏的自动调节机条件温和，

2、酶催化；顺序性；灵敏的自动调节机条件温和，酶催化；顺序性；灵敏的自动调节机制（内源性调节、外源性调节）。制（内源性调节、外源性调节）。制（内源性调节、外源性调节）。制（内源性调节、外源性调节）。工业微生物（Inductrial Microbiology）是指在发酵工业上已经应用或具有潜在应用价是指在发酵工业上已经应用或具有潜在应用价是指在发酵工业上已经应用或具有潜在应用价是指在发酵工业上已经应用或具有潜在应用价值的微生物，它包括细菌、放线菌、酵母菌、霉值的微生物，它包括细菌、放线菌、酵母菌、霉值的微生物，它包括细菌、放线菌、酵母菌、霉值的微生物，它包括细菌、放线菌、酵母菌、霉菌也包括藻类和病毒

3、。其范畴随科学技术的发展菌也包括藻类和病毒。其范畴随科学技术的发展菌也包括藻类和病毒。其范畴随科学技术的发展菌也包括藻类和病毒。其范畴随科学技术的发展而不断扩大。而不断扩大。而不断扩大。而不断扩大。发酵(fermentation)（1 1）早期的概念）早期的概念）早期的概念）早期的概念 微生物在无氧时的代谢进程。微生物在无氧时的代谢进程。微生物在无氧时的代谢进程。微生物在无氧时的代谢进程。有机物是通过另一个有机物还原而将自身氧化的有机物是通过另一个有机物还原而将自身氧化的有机物是通过另一个有机物还原而将自身氧化的有机物是通过另一个有机物还原而将自身氧化的生物学过程，脱氢体和受氢体均是有机物。生

4、物学过程，脱氢体和受氢体均是有机物。生物学过程，脱氢体和受氢体均是有机物。生物学过程，脱氢体和受氢体均是有机物。（2 2）利用微生物生长和代谢活动生产多种有用）利用微生物生长和代谢活动生产多种有用）利用微生物生长和代谢活动生产多种有用）利用微生物生长和代谢活动生产多种有用物质。物质。物质。物质。（3 3）利用微生物或通过细胞工程、酶工程、基）利用微生物或通过细胞工程、酶工程、基）利用微生物或通过细胞工程、酶工程、基）利用微生物或通过细胞工程、酶工程、基因工程等获得的生命体生产各种有用物质。因工程等获得的生命体生产各种有用物质。因工程等获得的生命体生产各种有用物质。因工程等获得的生命体生产各种有

5、用物质。代谢控制发酵(MetabolicControlFermentation)它是利用遗传学或其它生物化学的方法，人为地在脱氧它是利用遗传学或其它生物化学的方法，人为地在脱氧它是利用遗传学或其它生物化学的方法，人为地在脱氧它是利用遗传学或其它生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核酸（核糖核酸（核糖核酸（核糖核酸（DNADNA）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，）的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用的代谢产物大量生成、积累的发酵技术。使有用的代谢产物大量生成、积累的发酵技术。使有用的代谢产物大量生成、积累的

6、发酵技术。使有用的代谢产物大量生成、积累的发酵技术。关键关键关键关键在于微生物控制机制能否被解除，能否打破微生物在于微生物控制机制能否被解除，能否打破微生物在于微生物控制机制能否被解除，能否打破微生物在于微生物控制机制能否被解除，能否打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的发展。正常的代谢调节，人为地控制微生物的发展。正常的代谢调节，人为地控制微生物的发展。正常的代谢调节，人为地控制微生物的发展。二、二、代谢控制发酵的产生与发展代谢控制发酵的产生与发展1.1.1.1.1 1、代谢控制发酵的产生代谢控制发酵的产生 理论基础理论基础技术支撑技术支撑过程控制过程控制年或年代年或年代学科发展学科发

7、展发酵技术发酵技术(生物技术生物技术)发酵工业产品发酵工业产品公元前10-30世纪传统古老的天然发酵果汁堆放生酒,发酵原始啤酒、醋、酱、奶酪等1680显微镜的发明天然酿造酒、醋、酱、奶酪等1857证明发酵是由微生物作用，是酶的作用天然酿造酒、醋、酱、奶酪等1882-1887用固体培养基分离培养微生物纯种发酵（固体）酵母、酒精、丙酮-丁醇、淀粉酶、大小曲1909-1943青霉素的发现，链霉素的生产深层液体发酵抗生素、维生素、有机酸、酶制剂20世 纪 40年代生物化学的发展，酶化学的进步微生物转换甾族化合物（可的松等多种固醇类激素）20世 纪 50年代生物化学的发展，微生物遗传学的进步发酵的代谢调

8、节发酵的代谢调节氨基酸、核苷酸发酵20世 纪 60年代石油微生物的研究应用发酵原料的更换（石油发酵）石油蛋白及其它利用正烷烃和石油化工产品的发酵生产20世 纪 70年代微生物学及微生物遗传学的发展生物工程的发展利用固定化细胞（酶）进行发酵或制成生物传感器；利用细胞融合和基因重组技术进行育种，选育工程菌20世 纪 80年代微生物学的深入和应用蛋白质工程与新的代谢工程的发展利用定位突变技术和代谢调控原理，构建新的代谢途径，生产新的产品20世 纪 90年代学科交叉渗透，计算机广泛应用进入计算机自控的现代发酵工程氨基酸、核苷酸、生理活性物质、新药等 发酵（工程）的发展沿革发酵（工程）的发展沿革2 2、

9、代谢控制发酵的发展代谢控制发酵的发展代谢工程代谢工程（Metabolic engineeringMetabolic engineering)（1）代谢工程定义代谢工程定义（2）代谢工程研究的目的代谢工程研究的目的（1）代谢工程定义代谢工程定义 采采用用重重组组DNA技技术术和和高高精精度度的的分分析析生生物物学学技技术术相相关关的的遗遗传传学学方方法法，进进行行精精确确目目标标的的基基因因操操作作，改改变变微微生生物物原原有有调调节节系系统统，实现提高目的代谢活性和目的代谢产物量。实现提高目的代谢活性和目的代谢产物量。（2 2）代谢工程研究的目的）代谢工程研究的目的 构构建建新新的的代代谢谢途

10、途径径，生生产产特特定定目目的的代代谢谢物物或或具具有有过过量量生生产产能能力力的的工工程程菌菌并并应应用用于于工工业业生产中。生产中。根据微生物的不同代谢特征，一般采用：根据微生物的不同代谢特征，一般采用：改变代谢流向改变代谢流向 扩展代谢途径流量扩展代谢途径流量 构建新的代谢途径构建新的代谢途径三、代谢控制发酵的地位与作用三、代谢控制发酵的地位与作用n n代谢控制发酵是发酵工业的基础理论，是代谢控制发酵是发酵工业的基础理论，是工业微生物育种工作的理论基础。广泛用工业微生物育种工作的理论基础。广泛用于发酵工业，使得有机酸、脂肪酸、氨基于发酵工业，使得有机酸、脂肪酸、氨基酸等发酵产品的产率比过

11、去已有较大幅度酸等发酵产品的产率比过去已有较大幅度的提高，其在生产实践和理论研究上都显的提高，其在生产实践和理论研究上都显示出巨大的作用。示出巨大的作用。第二节第二节 学习本课程的目的要求及参考书学习本课程的目的要求及参考书 n n一一、目的要求目的要求n n二、主要参考书二、主要参考书一一、目的要求目的要求 代代代代谢谢谢谢控控控控制制制制发发发发酵酵酵酵（微微微微生生生生物物物物代代代代谢谢谢谢调调调调控控控控学学学学）是是是是在在在在微微微微生生生生物物物物、微微微微生生生生物物物物生生生生理理理理学学学学、生生生生物物物物化化化化学学学学、分分分分子子子子生生生生物物物物学学学学基基基

12、基础础础础上上上上开开开开设设设设的的的的一一一一门门门门专专专专业业业业必必必必（限限限限）修修修修课课课课，它它它它是是是是复复复复习习习习巩巩巩巩固固固固微微微微生生生生物物物物、生生生生物物物物化化化化学学学学所所所所学学学学过过过过的的的的知知知知识识识识，加加加加于于于于深深深深化化化化提提提提高高高高。着着着着重重重重从从从从代代代代谢谢谢谢及及及及代代代代谢谢谢谢控控控控制制制制理理理理论论论论出出出出发发发发，有有有有目目目目的的的的、人人人人为为为为地地地地改改改改造造造造控控控控制制制制微微微微生生生生物物物物的的的的发发发发酵酵酵酵过过过过程程程程，达达达达到到到到提提

13、提提高高高高发发发发酵酵酵酵水水水水平平平平和和和和质质质质量之目的。量之目的。量之目的。量之目的。要要要要求求求求学学学学生生生生通通通通过过过过本本本本课课课课程程程程学学学学习习习习，会会会会灵灵灵灵活活活活、巧巧巧巧妙妙妙妙地地地地应应应应用用用用微微微微生生生生物物物物生生生生理理理理及及及及代代代代谢谢谢谢控控控控制制制制的的的的理理理理论论论论，去去去去定定定定向向向向选选选选育育育育或或或或改改改改造造造造原原原原有有有有菌菌菌菌种种种种，选选选选育育育育优优优优良良良良性性性性状状状状微微微微生生生生物物物物的的的的科科科科学学学学思思思思维维维维的的的的能能能能力力力力。具

14、具具具体体体体要要要要求求求求，若若若若选选选选了了了了这这这这门门门门课课课课，希望能坚持下来，认真听课作好笔记，认真完成作业。希望能坚持下来，认真听课作好笔记，认真完成作业。希望能坚持下来，认真听课作好笔记，认真完成作业。希望能坚持下来，认真听课作好笔记，认真完成作业。二、主要参考书二、主要参考书1.1.张克旭等代谢控制发酵中国轻工业出版社张克旭等代谢控制发酵中国轻工业出版社张克旭等代谢控制发酵中国轻工业出版社张克旭等代谢控制发酵中国轻工业出版社 1998 19982.2.储炬等现代工业发酵调控学化学工业出版社储炬等现代工业发酵调控学化学工业出版社储炬等现代工业发酵调控学化学工业出版社储炬

15、等现代工业发酵调控学化学工业出版社 2002 20023.3.李季伦李季伦李季伦李季伦 微生物生理学北京农业大学出版社微生物生理学北京农业大学出版社微生物生理学北京农业大学出版社微生物生理学北京农业大学出版社 1993 19934.4.朱玉贤现代分子生物学高等教育出版社朱玉贤现代分子生物学高等教育出版社朱玉贤现代分子生物学高等教育出版社朱玉贤现代分子生物学高等教育出版社 1997 19975.5.孙乃思等分子遗传学南京大学出版社孙乃思等分子遗传学南京大学出版社孙乃思等分子遗传学南京大学出版社孙乃思等分子遗传学南京大学出版社 1990 19906.6.周德庆微生物学教程（第二版）高等教育出版社周德庆微生物学教程（第二版）高等教育出版社周德庆微生物学教程（第二版）高等教育出版社周德庆微生物学教程（第二版）高等教育出版社 2009 20097.7.陶文沂等工业微生物生理与遗传育种学中国轻工业出陶文沂等工业微生物生理与遗传育种学中国轻工业出陶文沂等工业微生物生理与遗传育种学中国轻工业出陶文沂等工业微生物生理与遗传育种学中国轻工业出版社版社版社版社 1996 1996