代谢控制发酵-PPT课件

1、代谢控制发酵绪 论第一节 代谢控制发酵的研究对象和任务 代谢控制发酵是发酵生理学的重要部分，是生物工程的重要专业基础课。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（DNA）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。 一、几个概念 生理学（Physiology） 工业微生物（Inductrial Microbiology） 微生物生理学（Microbiol Physiology） 发酵生理学 (Fermentation Physiology)发酵 (Fermentation)代谢调节控制（调控）(Metabolic control)代谢控制发酵

2、 (Metabolic control fermentation)生理学（Physiology） 研究生物的功能的科学。按生物类别分为：人体生理学、动物生理学、植物生理学、微生物生理学等分科。按生理学研究的观点和水平分有：比较生理学、器官生理学、细胞生理学和分子生理学。 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。其范畴随科学技术的发展而不断扩大。 微生物生理学（Microbiol Physiology） 是微生物学的一个分支，是从生理生化的角度研究微生物细胞的形态、结构和功

3、能以及微生物生命活动（及代谢）规律的学科。 发酵生理学 (Fermentation Physiology) 是微生物生理学和生物工艺学（发酵工艺）的交叉分支，它是从生理、生化及发酵工艺角度研究工业微生物细胞的形态、结构和功能以及微生物生命活动（主要是代谢活动）规律的学科。 发酵(fermentation) （1）早期的概念 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生物学过程，脱氢体和受氢体均是有机物。 （2）利用微生物生长和代谢活动生产多种有用物质。 （3）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。代谢调节控制（调控） 是研究生物体内

4、生命物质相互制约、彼此协调及控制规律的科学。它的主要内容是揭示各类调节的分子基础，并阐明调节过程与机能相联系的机制。代谢控制发酵(Metabolic ControlFermentation) 它是采用分子生物学、（基因重组技术）或其它生物化学的方法，人为地在DNA水平上，改变和控制微生物的特性，使有用的代谢产物生成和积累的发酵技术。 二、 代谢控制发酵的发展代谢工程 （Metabolic engineering )1. 代谢工程定义 2. 代谢工程研究的内容 3. 代谢工程研究的任务 1. 代谢工程定义 采用重组DNA技术和高精度的分析生物学技术相关的遗传学方法，进行精确目标的基因操作，改变微

5、生物原由调节系统，实现提高目的代谢活性和目的代谢产物量。2. 代谢工程研究的内容（1）在微生物体内建立新的微生物途径以获得新的代谢物（如链霉菌的聚乙酮）。（2）生产异源蛋白（如人体胰岛素，人血清白蛋白）（3）改变已存在的途径（如抗生素、工业酶、氨基酸、有机酸等的生产） 3. 代谢工程研究的任务 对已知途径而言，是了解生物过程环境变化时对代谢流及其分布的影响，确定流向终产物的比例；对未知途径而言，是鉴别主要途径，了解副产物途径，以便指导遗传操作来克服微生物自身的遗传机制，去除副途径等。 代谢工程研究的目的 构建新的代谢途径，生产特定目的代谢物或具有过量生产能力的工程菌并应用于工业生产中。 根据微

6、生物的不同代谢特征，一般采用：（1）改变代谢流向（2）扩展代谢途径流量（3）构建新的代谢途径第二节 发酵（工程）的发展和学习本课程的目的要求及参考书 一、发酵（工程）的发展沿革 二、研究对象 三、研究任务 四、目的要求五、主要参考书年或年代学科发展发酵技术(生物技术)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

7、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

8、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、新药等一、发酵（工程）的发展沿革二、研究对象 研究的主要对象是为人类生产大量的抗生素、酶、氨基酸、有机酸、溶剂、醇类、多糖、维生素、蛋白质、生理活性物质、色素等有用产物的工业微生物及培养技术，主要是细菌、放线菌、酵母、霉菌等，当然现在又扩大到藻类、病毒、植物、动物等的培养技术。三、研究任务及内容 主要研究的微生物的生长、繁殖、发育、分化、代谢等生命活动的规律，以及和周围环境之间关系，从而控制工业微生物的生命活动（代谢途径），为提高发酵过程的生产、效率和创立新的发酵过程奠定理论

9、基础。 本课程讲授的主要内容： 1.微生物代谢 2.微生物代谢调节机制的分子基础 3.微生物代谢调节的模式 4.代谢调控理论在工业发酵上的应用代谢控制发酵的实例 四、目的要求 代谢控制发酵（微生物代谢调控学）是在微生物、微生物生理学、生物化学、分子生物学基础上开设的一门专业必（限）修课，它是复习巩固微生物、生物化学所学过的知识，加于深化提高。着重从代谢及代谢控制理论出发，有目的、人为地改造控制微生物的发酵过程，达到提高发酵水平和质量之目的。 要求学生通过本课程学习，会灵活、巧妙地应用微生物生理及代谢控制的理论，去定向选育或改造原有菌种，选育优良性状微生物的科学思维的能力。具体要求，若选了这门课，希望能坚持下来，认真听课作好笔记，认真完成作业。主要参考书：1.张克旭等代谢控制发酵中国轻工业出版社 19982