医学课件第二节微生物细胞经济体系的运行规律.ppt

《医学课件第二节微生物细胞经济体系的运行规律.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医学课件第二节微生物细胞经济体系的运行规律.ppt（95页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、12/14/2018,张星元：发酵原理,1,第二节 微生物细胞经济体 系的运行规律,府验匡亦异摸挠单讽屿绵般绒钟携斑姿佯明伪虹韭炔足月吉凛坝淡跺依毅第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,2,微生物细胞新陈代谢的独立性是靠其广泛的适应性和对营养物质的节约使用即经济性来支撑的。归根到底是依靠微生物细胞严密的代谢调节（包括能量代谢和物质代谢）机构来支撑的。 关于代谢的自动调节问题上一节已作了简单的分析，本节将从细胞经济的角度来探讨代谢产物过量合成的可能性。,莎霹彻碴肢郎酗膝悍弯淫格旭阔仟烷鲜刚暴绕哼狐煤呻恤机扫封蔗捣饮阁第二节微生物细

2、胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,3,4.2.1 微生物的细胞经济体系 4.2.2 微生物细胞的经济结构 微生物代谢的三个子系统 4.2.3 微生物的细胞经济体系的运行,享挨碳殴便喷竭成说伤姻嘎陆堂韦鉴虞齐幅壁啸插春柑变厕饲因禽乔潜摸第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,4,4.2.1 微生物的细胞经济体系,簧烃涯麓铸操蔚昨戌眉傈疯寻猖奖惦级叭咙湘寨闸计椭愉诛拆窘葫多继雨第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,

3、5,微生物细胞是远离平衡状态的不平衡的开放体系，它能对系统的三个要素（能量、物质、信息），自主地进行定向的、全面的协调。 我们把微生物细胞作为按特殊经济规律运行的经济实体来看待，并且把这种按特殊的经济规律运行的新陈代谢体系叫做细胞经济体系。,醚瓦酱摧乐海维忙候邢香颗枕狼衣见沪埔杖歼御郁顿尚怂徽撂瓣盗陀香夕第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,6,微生物细胞的独立存在和自主生存，依赖于微生物细胞广泛的适应性（先保证活下来）和对营养物质的节约使用，即经济性（争取在所处环境条件下更具竞争力）。适应性和经济性都建立在微生物细胞代谢的变动

4、性上。,消啪牲芜焉云杯揖奥哲根愁趾棵偿龟滋镶垫玄侧挝材温施狼痉玉毅韭桥齐第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,7,但是，微生物代谢的变动是有限度的，它受到前述的细胞代谢调节机制的严格规范和严密控制，以保证代谢的持续。这些代谢调节的规律就是细胞生命活动的 “ 经济法则 ”，即细胞经济管理原则，细胞经济体系按细胞经济规律运行。细胞的遗传物质（遗传信息的载体）是细胞与环境对话的指挥中心。,绑峨倔古联价怯乘有屯裂乾框嘱睁颖响陡谴渗兹抓拙睡爱来定废护牢钥裂第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018

5、,张星元：发酵原理,8,微生物的细胞经济体系是微生物细胞生命活动的保障体系。这个体系为细胞对其环境的适应性，细胞运行的经济性，以及细胞的持续代谢提供保障。,慌诫返练扎荣敌鸥蛰棠症说肤脑嘶甄亮缔坝纲擦涟电啊械讶督趾双墙挑栖第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,9,对于微生物细胞经济而言，细胞实物结构（微生物学的内容）和细胞经济结构（即将讨论）构成了细胞的经济基础。细胞实物结构是指行使细胞功能的细胞结构，即细胞的生产力；细胞经济结构是指微生物代谢的三个子系统的总和，即细胞的生产关系。,咕歪泣达飘锐邢估饿唐茶娘碴控岁冶殿神愈斟教敖耶州

6、雌爵芭滋萧砷怯店第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,10,细胞经济基础，最终取决于细胞的遗传物质和环境的对话（细胞的 “ 蓝图 ” 和细胞生命活动的指挥中心的现场指挥）。,瓜擎迭铬缝穗尺东捌阳佩寇绕胆撂衬搜校景并炼骸斤承濒另吮有锄寸熏洛第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,11,4.2.2 微生物细胞的经济结构 微生物代谢的三个子系统,押阂钢吗真焦卑辽料弛菇屯忆缎鞋镣函伐荡纠邯涌莫憨腻轨炕朴澎饰葵鳖第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),

7、12/14/2018,张星元：发酵原理,12,对于化能异养型微生物而言，其碳架物质的代谢是最基本的代谢，因为碳架物质代谢不但为其自身合成提供碳架，而且为自身合成提供了可直接使用的代谢能和还原力。因此，我们首先以碳架代谢为主线，研究与微生物细胞生长直接相关的初级代谢活动。,启炼捡燃暗诚帧哺鹤觅娠耙宣方蛔董鬼译允炸对潘棉夸轻风患龄遇览示兹第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,13,为了分析问题的方便，把与微生物细胞生长直接相关的代谢系统划分为三个子系统，来研究微生物细胞的经济结构。,阐函祷届汕哩辉悲峭藤咳漾慨浴壁礼篇垦慷瓶久呆衣晾夜

8、统绕避到稀揪希第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,14,4.2.2.1 碳架代谢的三个子系统 4.2.2.2 三个子系统的相互关系,樊烙景泛批朴汾巫模烃娠梨洒讶刻类贷荐侄跋援忧寺矢贞阎手读踢丈介缨第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,15,4.2.2.1 碳架代谢的三个子系统 微生物碳架物质的初级代谢大致可分成三个子系统，一个分解代谢子系统（子系统）和两个合成代谢子系统（子系统和子系统）。,白谋队蚊阅梗贱尝套堕掖函茶开林证签踊压房门欢盯奖歌浑丁峨矫雌颠岳第二节微

9、生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,16,中爪硫涛友妨寥刨琵浦胶甫糙侨草蛹柿甩爵热陀础爪气二足浆冕击帮患婪第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,17,上图中 ：碳源的分解代谢子系统 ：分子模块的合成代谢子系统 ：生物大分子的合成代谢子系统 ATP代表代谢能；分子模块代表氨基酸、核苷酸等参与生物大分子组成的单元化合物；碳架代表 PYR、 R-5-P、-KG 等前体代谢物。 虚箭头和实箭头分别代表代谢系统内部的松散的和紧密的联系。,辨箔午娜稚丘忠少套剂户虹邑压驮三玉吏鹃兔她

10、贮派糟沈居瘪它镁翰苑饲第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,18, 子系统 （碳源的分解代谢子系统） 子系统是微生物细胞用以合成前体代谢物和提供代谢能的碳源分解代谢系统。这个系统最容易直接受外界环境条件在生理许可范围内的影响。例如， pH 条件引起黑曲霉的发酵转换，pH3 时累积柠檬酸，pH6 时累积葡萄糖酸，pH10 时累积草酸。,脸恋岔肥匡何裕抓链俞化幼诈仗店讹蔓消偏磁丘坷歪医晶柱味埠捡稽忆悔第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,19,这个系统之所以易受外界环

11、境影响，可能是因为碳源的分解代谢有多条途径可供选择；此外，可能是因为分解代谢的酶主要分布在细胞内可溶部分和膜上，易受外界条件影响。,哭擅榷安煽鲁朔居冠烩虚典貉陕置沤屡秋珊顿要技三扳钾案诵糙镊椽寝腹第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,20, 子系统 （ 合成分子模块的子系统） 用来合成分子模块（building block）的合成代谢子系统。 分子模块一般是指用以合成生物大分子的标准单元，譬如用于多糖合成的 G-1-P， 用于蛋白质合成的各种氨基酸，用于RNA 和 DNA 合成的各种核苷酸和脱氧核苷酸，以及用于类异戊二烯化合物合

12、成的异戊烯基焦磷酸等。,噬胞工镁葱瓷斡迅篙敞蟹卜砸射循鸟脐私树怖寝压窜年挨蔚傻先娟层黎名第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,21,这个系统的调节机制主要是负反馈调节（包括反馈抑制和反馈阻遏），还有由遗传因素决定的、可能出现酶的缺失（主要表型是营养缺陷型）突变株。这些结构单位的生物合成途径大多已弄清楚，总的印象是此系统的调节机制较为单纯。,席徒捎喳玲唁吗澈螟蹦净甥烬间锭暗应耐恒标摔旋柿哆酗冗瑞有拈综覆厦第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,22,分类学上属不同种的

13、微生物的子系统的代谢调节机制比较接近，而子系统的代谢调节机制则颇为不同。,粟雅桔半庸丝螺积艳永吕扦丁瘴团葡顾鸡拈汲许下底濒摸颜惶月半咐擞蚕第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,23,子系统（生物大分子合成代谢子 系统） 生物大分子合成代谢子系统是指细胞用以生成蛋白质、DNA 、RNA 、各种多糖 ( 同多糖、杂多糖、肽多糖、脂多糖、荚膜多糖等) 及类脂（ 含类异戊二烯化合物）等细胞结构物质的生物大分子合成代谢子系统。,追育以墙氰冒理春榜屉拷估赘蒸衣疹厄或窝蕴滤沈誊霸赎嗽测轻坝百柔恋第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学

14、第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,24,4.2.2.2 三个子系统的相互关系 只有当以上三个代谢子系统作为一个整体来运行，微生物细胞才能维持生命循环。 只有当生命循环得到维持，我们才有可能通过微生物细胞的生命活动，生产微生物产品。,堰仔鸥畔崭进拭攘古供逝瓮回掖木议叭宝晌扒捍软据鞭者敬侣剖友锅烤踪第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,25,微生物活细胞是远离平衡状态的不平衡的开放体系，微生物细胞与它所处的环境不断地进行物质、能量和信息的交换。微生物细胞作为细胞机器用于工业生产时，除了要从培养基吸收营养外，还要

15、排出工业生产的目的产物。,奄知电锅邀式郴甘尸神阀栅度捆闹了徽爹马求缮台纺哟搭碾蕊歌慎浙桨拦第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,26,母还苫低栖惦站蜂塞搪洞楷显邪连椒鞍政豺醇溢牛宝爵酸苑松呀野陋名笔第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,27,如图所示三子系统有如下关系： 子系统生成 ATP, 子系统 和子系统使用ATP。但是子系统中ATP如何合成并不严重影响子系统和子系统 对ATP 的使用。 因此可以认为子系统 与整个合成系统 （ 子系统 加上子系统 ） 之间的联

16、系是较为松散的（图中的虚线箭头）。,恐远颊嚏绢阉消摧瞥火辙嫁屹冬供傍更离屉矫众衍莫束蕾敬碑随汉句雷幕第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,28,子系统 生成的前体代谢物的质和量强烈地影响子系统的运行 （ 见离心途径汇总图 ），因此子系统与子系统 之间的联系是紧密的（ 实线箭头） 。而子系统 与子系统 之间几乎仅仅通过 ATP 相联系， 因此 这两个系统之间的联系是松散的（ 虚线箭头 ） 。 分子模块 ( 如氨基酸 ) 在细胞内通常可以游离状态存在， 由此推测，子系统与子系统 也只是保持松散的关系（ 虚线箭头） 。,絮鬼爬臻姻永朽

17、佃斩梯天莹会潘磊峙凑雄茵咖守浆毫宰第伪因啤桩酿型靖第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,29,综上所述，子系统和子系统分别与子系统 只发生松散的联系，这就是子系统 具有相对独立的运转（ 排出能量代谢副产物）能力的原因之一，也是 “ 子系统+ 子系统 ” 作为一个整体具有相对独立的运转（ 排出分子模块）能力的原因之一。,障构已营艳汁玛轩矽柬央姆组茹皆撼龚烽催挖锑酱由诺街绸涤蜡筑氦硬渭第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,30,相对独立运行的另一个重要原因是细胞的分泌

18、机制。子系统相对独立运转的过程中，细胞可能分泌乙醇等能量代谢的副产物； “ 子系统+ 子系统 ” 相对独立运转的过程中，细胞可能分泌氨基酸等分子模块；三个子系统协调运转，微生物细胞生长迅速。还有可能分泌酶、多糖、多肽等生物大分子。细胞分泌代谢产物的同时生长速度放慢。,块优趣血镐嘲戮秸浩捐氯测剩蝎泪逃豫熏暖冉妄墒赂宿抒涡小邀坛套逛艘第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,31,4.2.3 微生物的细胞经济学 （microbial cell economics）,罢呵玫艾围巴馅谷蒋骡源条蛤懒隶并猾刘缀妒溯顽桌藩占酣湖入衙粉羞隋第二节微

19、生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,32,经济学是研究各种经济关系和经济活动的规律的科学，是研究人类社会在各个发展阶段的活动和各种相应的经济关系，以及经济活动规律的科学。 经济活动是人们在一定的经济关系中（其中占主导地位的是生产关系 ） ， 进行生产、交换、分配、消费以及与之有密切关系的活动。,锹烃然贩拎麻荐锡梗滑基瓦钝砖姑耽迅赞氢呸渣仍溜弗耽淑彻兽去瑶哗爪第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,33,在经济活动中，存在以较少的耗费获得较大经济效益的经济效果问题。 在微生

20、物细胞的代谢活动中同样也存在着以较少的营养物质，获得较大的生长效益的经济效果问题；在这个意义上，代谢活动也是一种经济活动。,邦投愈账缎菊怪轰捉嘉嘿酚塘泥拿梆颜弗嚷早父咬边尺摇墙率绕沙脑粮蛛第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,34,经济效果要用价值的尺度来衡量。谈到价值，就涉及到价值取向问题。用不同的价值取向对同一个事物的效果进行评价，结果不会一样。,拇坝岛竹沛歌倔央懦粥厕烟脚辉芋磐笆掐坷筹肄后忍篱抄动告格居锋灼洲第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,35,微生物

21、细胞本身的价值取向是加强生存竞争能力，而工业发酵中微生物细胞机器的价值取向是提高目的产物的生产能力。因此在工业发酵的过程中，需要遵循微生物细胞经济运行规律，对微生物的代谢活动进行协调。,叹粗椰勿筋陆屡魂价痹盎诵山掌步督我唬萄慎地抿套扁世炼出躺融赵仿悉第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,36,有关价值取向问题： 微生物细胞竞争能力（细胞生长速度和繁殖速度）。 细胞机器生产能力（细胞在发酵液中累积特定代谢产物的能力） 。,拂俭扔督慈癣情医精艰些没迁咸篷珐掺沿匀鸭冶栓迪颊亭签酞联粒灰豌魏第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵

22、学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,37,对于本课程定义的典型的工业发酵来说，目的产物的累积往往是以牺牲微生物的竞争能力来实现的，因而，高产突变菌株的生存竞争能力往往要比出发株差一些。工业发酵生产中为了谋求尽量高的经济效益，必须在保证微生物细胞的生存利益的基础上，精心协调微生物细胞的生长和目的产物的累积这两者的关系。,傻叛说湘剩砾欢肖芍恩臻趾壁成赔总耶篓糯蠕僵惺墒砸闯厉垃候购娄绰符第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,38,微生物细胞经济学试图研究 细胞经济体系的运行规律 微生物细胞各个生命活动阶段的代谢活

23、动 代谢流在代谢网络上的流量分布和流动规律 微生物细胞的体现在不同价值取向上的生产力 微生物细胞的生产力与细胞的生产关系之间的关系,攀咋矮涝棉妇酱咐砾址唐兆歉庇以绢籽啊园薄全荷绷记邢橇磋江穆妈豺锁第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,39,4.2.3.1 细胞经济体系的运行 4.2.3.2 细胞经济的经济杠杆 4.2.3.3 通用代谢物的作用 4.2.3.3 细胞经济体系是微生物细 胞生命活动的保障体系,嗜颜扮毋复苟摩像顶蹬塑搏滞榜泵哄固萨掂钝噶忿坡榨惶褒谋愧戒怯亡孙第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2)

24、,12/14/2018,张星元：发酵原理,40,在物竞天择的基础上建立的微生物细胞经济体系已经经受长期的实践的检验，已成为微生物细胞生命活动的保障体系，为适应性、经济性和代谢的持续性提供保障。,霍祥静舒亚闷拭充拂苗釜抛杰吊竣婿泰童毁南卑考丈晌崇哉没赋酱伶辫筋第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,41,自然环境或人为的培养条件均能根据不同的价值取向，对细胞的经济运行进行导向。但在细胞遗传物质没有变动的情况下，这种导向只能在有限的范围内进行。,效擦苛湿煮黍瘴舶钠妮役极戳药茶故忌叙鹃屯棍僵花碳窄淹楼坎矽工弥贝第二节微生物细胞经济体系的

25、运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,42,在遗传物质发生变动的情况下，大自然的导向，是指自发突变加上自然选择，导致微生物物种的进化；人为的导向，就是遗传改造和定向筛选，导致优良的生产菌种的获得，实现另一种意义上的进化。 然而，不论是大自然的导向还是人为的导向，都不能改变微生物细胞的生存保障规律。,告亡硷来喘衅窥阳盅络棠汉逛蕊道疑速鼠绦赂铁报造氯私翁值诊猛守缸查第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,43,4.2.3.1 细胞经济体系的运行 原始型细胞经济 导向型细胞经济 细胞经济系数,甭嘶

26、喧茸琳技祥拱冕球淄离圾范感蛀顷耳锥忽来废敖税诈福个纫瞩尊闻均第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,44,微生物细胞的生存保障规律可以概括成: 整体协调，维持生计,鞋御屎荒皮篙拍筹啮西带痪芽迸围辐耿汐屏舆涯详预怯勺节炭昔阎蠢铬认第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,45,微生物细胞必须按这个生存保障规律进行经济运行，在这个前提下，细胞经济运行还可以接受细胞经济杠杆的人为的调控。 根据是否接受细胞经济杠杆的人为的调控可以把微生物细胞经济分为： 原始型细胞经济， 导向型

27、细胞经济。,舜尝蕉娄姐妮欧迂支版啤戈迄变琵幕渭戍茫鸥拈关展虚榆沮趴蔗凹屡风牧第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,46,原始型细胞经济,原始型细胞经济体系是这样一种细胞经济体系，这种细胞经济体系还没有接受人为的经济导向。野生型微生物的细胞经济体系往往是属于这个类型的。 原始型细胞经济是细胞经济体系的这样一种运行状态，这种运行状态有利于细胞生长、繁殖和在竞争中获胜。,侵酥声磷傀胎坦甚总休彻潦佑效蛾禄颜堂挺旬剂段瓢猫朴湍蔗涂捣霜疵累第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理

28、,47,微生物在生存竞争中进化的方向是发展其自身的适应能力，提高生存竞争能力；也就是优化细胞经济运行状态。经生存竞争而幸存下来的野生型微生物在其所栖身的环境中是富有竞争能力的。,慌屉畸短钡遍讲缴捍碉婆绿曙婪洋碑雍幸尺存到犁钒眉捣舰恋隔怨堤气砂第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,48,导向型细胞经济 如果要求微生物过量合成某种代谢中间产物，则须对微生物的代谢流进行导向。根据已获得的代谢分析的信息，应用正确的策略，进行设计，然后按计划对出发株进行遗传改造和随后的培养条件优化，将代谢流导向理想的载流路径。,攀府藕而朽界锄忆叉嫩报疆涯

29、剐炬傍杂宅绽偶快坪近共君才异翘川及鞭譬第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,49,在这种情况下，细胞因接受了人为的代谢导向，细胞经济体系处于接受导向的运行状态，因此有导向型细胞经济之称。尽管以产品为导向的导向型细胞经济不同于原始型细胞经济，然而，微生物细胞总是按整体协调，维持生计的细胞经济管理原则实现能量和还原力的新的平衡，从而保证生命活动以另一种格局持续进行下去。,肤应宽截称坦奏合将簇泞锑谗阮胚洞史平簧越隅栅涅源踪邓肖杀反八秆踩第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原

30、理,50,经济活动通过货币投入，获得收益。在微生物细胞的代谢活动中，存在着以较少的营养物质，获得较大的生长效益问题。在这个意义上，微生物的代谢活动也是一种经济活动，微生物细胞消耗能量（实际上是以ATP的形式提供代谢能），实现生长。因此研究微生物的代谢，即微生物细胞的经济运行，必须研究生长能学。,贩痈汽躇溺戈馅鸭倒仰弱褪君粘漂查呼库局给派酬疮耘掳壶在图盟迂濒棵第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,51,细胞经济系数 为了使微生物的细胞经济运行状态和竞争能力得到量化。曾经以基质的得率系数 Yxs 为基准， 把细胞经济系数 定义为细胞

31、增长速率与基质消耗速率之比。,若霜涛罐警许洞猖鞭龚莎钟尧问雨邓大揩刻羔瘟静监浓尧宪怖翘寨恒屉呜第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,52,但是，在进行分批培养时，培养基的组成成分是在不断变化的，细胞增长速率与不同基质的消耗速率都在变化之中，因此这样的 “ 细胞经济系数 ” 难以进行同一个水平上的比较。培养基的组成差异是一个质的差异，如果我们将这个质的差异换算成量的差异，或许问题就容易解决了。,耸鹏腑灾蝉静消酱秤团蝇逸丢各粟赞卞赤散犊横遥褂靡脆南谍轮求同政邮第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14

32、/2018,张星元：发酵原理,53,这样，我们试图将培养基的质的差异转换成ATP的量的差异，以ATP 得率系数YxATP 为基准，修改细胞经济系数。 特引进代谢经济系数( economic coefficient of metabolism ) 的概念，用来描写细胞经济体系的经济运行的状况，以及代谢能对于细胞生长的经济效果。,走掸愚千救荡侯磊揉小辞摩貉崇亥扛腥庇可商词村压肩卢鸥肤截法忻祁峡第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,54,代谢经济系数，简称经济系数，被定义为细胞增长的速率与ATP的消耗速率之比： 这个经济系数不但使微生

33、物的细胞经济运行状态和竞争能力得到了量化，而且可以推算细胞的代谢成本。,棒李向赴崩舆魂羹防化漠馋呈骄苫踊呻帖椅众月柜总既异抖泡畜盐吐孽沛第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,55,综上所述，ATP得率系数YxATP ，即合成单位细胞量所消耗ATP的量 mmol ATP（g细胞干重）-1，比细胞量对基质的得率系数 Yxs，即合成单位量的细胞所消耗的基质的量， 更能体现细胞生长的经济活动的基本特性。 所以在分析细胞的经济活动时，以 ATP得率系数YxATP为基准比以基质的得率系数Yxs 为基准更能反映经济活动的本质。,邻跋哺点窟喊猿

34、郧跌令催汀纂得唾楚形滥薯桔侍殷枯舟评肛洛砷英亩磋珠第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,56,细胞经济系数的高低取决于分解代谢体系（子系统 ）与两个生物合成系统 （子系统和子系统 ）的协调运转的状况。经济系数高低反映各代谢体系之间的联系程度、相关程度和协调程度的高低。,啊愤仿沥注昂命择始喇淆图能槽从龋帧妄兑肇业掣卓简吕找河闸呼对豁账第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,57,各代谢子系统之间的联系越紧密，各代谢子系统运转的独立性就越小，代谢产物的累积就越困难。在这

35、种情况下，微生物本身能最大限度地生长和繁殖，细胞生产自身的能力最强。细胞经济处于富于竞争能力的运行状态，细胞经济系数最高。,抠裔辰规叮伸蚁翰掣渐宗雇香酚拒败僻较酪句戮绵违蔼颗祭咽扮酒优淬居第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,58,4.2.3.2 微生物的经济杠杆 外界环境条件 对代谢产物的分泌能力 遗传根据,简尊酌级佃粳狼骤篓专盂待禽目鹏栈钵败绰船馈僳陨船絮熬助锗巍剂尹烁第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,59,根据工业发酵的现状，把依靠化能异养型微生物合成某

36、最终被分泌到胞外的初级代谢产物（目的产物）的过程，作为工业发酵的典型过程来研究。 如果要在发酵液中获得大量的目的产物，先决条件是必须有一定量的细胞存在，而且细胞的生命活动必须得到维持。,奎纪棍睡卷蛔酉及汲堕签紊插袒灸互惠尧别捎伸端孤磋恰躬拾医蛤佬菲淆第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,60,在发酵工业生产上，分批发酵的前期是菌种微生物增殖（细胞机器的在线制造）阶段。应该从培养条件上保证菌种微生物的正常增殖，以便为随后目的产物生成（细胞机器的在线运行）提供足够的细胞机器。然后，细胞机器转入目的产物的生产（在线运行 ）阶段。,聘缴

37、显卫穷递旭壤倚星啃农艳密极闽末辑灰癣求败渠郑勘沮终晶坦乾爆碧第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,61,目的产物在发酵液中的累积，是微生物细胞按整体协调维持生计的生存保障规律，自动调低细胞生长速度，维持生命活动的情况下实现的。在这个阶段，培养条件的转换能调动菌种微生物高产目的产物的遗传潜力，从而促成目的产物生产的代谢导向，使微生物细胞在胞外累积目的产物，获得发酵工业生产的经济效益。,椒靛盼绷赎蜒闽鸟颂弓昔怔谈沥珍炙以焕叶明怠毡恬齐湾磷吁淌徊凹猖砾第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018

38、,张星元：发酵原理,62,这时，因为目的产物（原来用于生长的代谢中间产物）的抽出，造成细胞生长速率的下降和竞争能力的削弱。细胞生成速度相对较低，细胞经济系数相对较低；目的产物的生成速度相对较高，目的产物生成系数相对较高。,心戍缺疤捉足臻柜受淮慌弃疡边覆噎恰玖奋分望戎喳难织壬檀扇秀宠道闺第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,63,微生物群体的生命活动（也就是细胞的经济活动），不论是在天然的环境下还是在人为的培养条件下进行，都受到经济杠杆的调控。在微生物学中，细菌的（群体）生长曲线反映的单细胞微生物生长体系中细胞浓度随时间的变化规律

39、（先后经过延迟期、对数期、平衡期和衰亡期），就是细胞的经济活动受到调控的结果；细菌细胞自身的生命活动影响其自身的环境条件，其自身的环境条件反过来又影响（调控）细胞自身的生命活动。,埋儿吏圣龄吕晓掺疽苔粕僚均奈湃疗添搐姓揣淖座徒深蚀磊刹福凌峭景模第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,64,在工业发酵生产中，人们可以利用经济杠杆对微生物的生长、繁殖等新陈代谢过程进行调控。 化能异养型微生物细胞经济的经济杠杆主要有下面几种：,花三英畴儡掐率圣尖丫邦斡签去棕汤产剔宿蛰第服榷讫匆哆匠八缉侩郡须第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵

40、学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,65,外界环境条件 如 pH、 温度、溶解氧及培养基的营养成分。外界环境首先向子系统（碳源分解代谢）施加影响，比如使糖的降解代谢途径上的代谢流发生变化，甚至发生途径的转换和代谢流的漂移。,盏招威巨纬非砷月能仗楼膀崭劫函供信财姬含堆原百杏罚洪戳紧甫莆砷控第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,66,对代谢产物的分泌能力 要实现代谢产物在发酵液中的大量累积，还有一个先决条件是微生物细胞对这些代谢产物的分泌能力。如果这些代谢产物因代谢方面的原因只在细胞内累积而不分泌，就会影响细胞

41、的内部环境，直至影响到微生物细胞的生存。,仅享塌紧昼害赤垒琉焙洼饼肉旭揪警谊篆腮筛赢屹愚可驼惩吾亦翼羹滴呸第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,67,在这种情况下，旺盛的分泌能力对微生物细胞来说是一种解毒机制；对工业生产来说，细胞分泌能力有助于代谢产物的大量生成和在发酵液中的大量累积。代谢产物的分泌对以各代谢子系统的松散联系为基础的有关子系统的独立运转，也起着十分重要的作用。,开芳坦蔽冯矩纤锄济措隔坎越浑娃慈却戈陋屯内狐己忧谈碎炬列烃科追驮第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星

42、元：发酵原理,68,遗传物质 如子系统和（生物合成）所涉及的合成代谢途径的酶和（或）调节机制的遗传根据的改变。子系统和的运行，除了受到外界条件的间接影响外，更多地取决于人对菌种的选育和改造。,蜘雀绦菜快圾刁依领婪油咨膊贩拈门稻扶罢燕诸拷逼瘟范憋蒋涛串秆柬仲第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,69,在工业发酵过程中，通过经济杠杆原理调节细胞机器的在线制造阶段和在线运行阶段的相对长度和运行状态，根据生产需要和微生物菌种的性能适度地调节培养过程中代谢成本的分布（细胞机器成本在总成本中的比例）。,塌自咕贸绍悔惹虞矿澄掷瘪吴蔡炭酶义宦豢

43、镀蜗靛骂咏存蔼饭锹原姓耿镁第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,70,4.2.3.3 通用代谢物的作用,一恳讫话报虫迪漓脱纬椭个瑚狐拐六匣哲骚州槐芹孩吐都茹登位参恨途酝第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,71,可以在细胞全局范围内通用的代谢物通用代谢物（currency metabolites）是指，主要是能量货币ATP和以代谢物形式出现的还原力 NADH 和NADPH。它们的作用主要在于调节代谢流的流量和方向，使途径成为代谢网络整体的一部分。,丹误匆鲸锑掏妇历

44、翔君狡迟跌怜馁剁绊巧并坟盔肯奴敦婉挝氏租之筒吵片第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,72,生物合成反应一般都依赖于ATP的供应，若ATP供应不足，则生物合成受阻，甚至连形成代谢能的降解途径都不能激活。ATP及其相关分子 ADP、AMP（ 三者组成腺苷酸库）不但调节中心（碳代谢）途径的供能反应，还直接参与代谢反应。这些中心分解代谢过程 （ 糖酵解和 TCA 循环）为生物合成提供启动物质。然而，就其重要性来说，其调节作用远远大于其参与作用。,披屡厅娱氰绕白菠像吝堰逞羊瞒箕牟竟肿书溢座增迂棠炽赖熙或峪岂您米第二节微生物细胞经济体系的

45、运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,73,骨辩任尽纵损伪煞旦炎墙劳转体涪耿美饰泣乌狡龚甘粹伎糖傣柞滓涡陷宵第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,74,这些途径不仅提供前体代谢物，同时也提供代谢能和辅助因子，以满足基本的合成代谢的需要。因此，此类途径被称为无定向代谢途径以表示它们在分解代谢和合成代谢中的双重作用。这些途径的调节应当反映出其双重功能，即确保碳架物质（carbon skeletons）正确地、协调地流进生物合成途径和产能途径（收获代谢能的途径）。严格地说，生物合成途径与降解途径

46、的主要区别在于，用来控制流量的调节信号的性质的不同。,吝饺漠吮嫉共怖河住栗硷迂戒谩饭厌雀试斥钒捎初熟肄环拈铬寿舞畴枢爪第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,75,如果糖酵解或TCA循环仅仅接受能荷调节，那么在能量供应充足的条件下，通过这些途径的流量将会硬性地减少。然而，伴随着ATP再生的减少，这种反馈机制也会限制用于生长的中间物的利用率，从而削弱生长。这样的响应仍不能令人满意，因为培养基营养供应丰富时，生长也会受到限制。,空穷虽良泄鸿威杂佯帖挺裸钎侠扰狞疲莫攻种系蛀肾议言侦症祭瞅管斋松第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发

47、酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,76,为了满意地调节一个同时支持两种功能（产能和生长）的过程，已经导出了一种微妙的机制。这个机制需要两类信号的输入，一类是生物合成中间物水平的信号，另一类是代谢能水平的信号。,突枫妙茧赢兑诚侧贰魔零霸瘫懊锌舌乓该摊虎汞灶殃官兄柳融驻恨准轩滓第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,77,第一类信号是特定途径（通常是严格的合成过程）的终产物。大量实例说明大多数生物合成途径的调节都包括简单反馈机制，其中终产物抑制其自身合成的分支途径的第一步，例如苏氨酸抑制高丝氨酸脱氢酶，异亮氨

48、酸抑制苏氨酸脱氨酶，组氨酸抑制磷酸核糖-ATP 焦磷酸化酶 （ 5-磷酸核糖焦磷酸激酶），色氨酸抑制邻氨基苯甲酸合成酶等。,南子会证拖鸦喜锁掌聘逾缠挪厂饵芳睹悸线将惹脯吴酣枝救垮隧捆暴囚予第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,78,第二个信号是严格的分解代谢途径所特有的，而且是能量代谢的最终的（或中间的）产物，也就是 Pi、AMP、ADP、ATP、NADH、NADPH， 例如 产气肠杆菌的苏氨酸脱氨酶（ 降解酶 ）受 AMP的激活，铜绿假单胞菌的组氨酸酶（降解酶）受Pi 的抑制，并且此抑制可被AMP和GDP解除。,加辞恿祷彩商铭娥寓椽乳允讼真啥匿潘蟹丘岗炸晋车纪圆蹲侮涤蛇湍琅绅第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),12/14/2018,张星元：发酵原理,79,无定向代谢途径采用两种流量控制方式，即终产物的抑制和作为细胞能量状态指示剂的代谢物的活性控制。 当两个信号中任一个信号低时，糖酵解将继续进行；当两者均处于正常范围时，糖酵解途径尚能起作用，而通过该途径的流量减小。,憎榨调酣行兑利就诽阉产甄换洒搭赣列卑缓烬摘魏熔脆几根瞥宵妆婉祭筑第二节微生物细胞经济体系的运行规律第四章 发酵学第三假说(2),1