2021届高中生物竞赛理论辅导课件-微生物学(发酵)3.3化能异养型微生物的生物氧化
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微生物发酵技术-PPT精选文档
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引起溶氧异常升高的原因： 1 代谢异常，菌体过早衰老； 2 污染噬菌体。 三 溶氧浓度的控制 溶氧浓度是由氧的供需平衡所决定的。 供大于需时，溶氧上升；供小于需时，溶 氧下降。 • 提高供氧的方法： • 提高氧传递动力和液相体积氧传递系数。
• 氧传递动力的提高受限，只能通过搅拌、 通气及发酵液粘度控制。 • 控制需氧的方法： • 需氧量受菌体浓度、营养基质的种类 和浓度、培养条件影响，其中重要的是 菌体浓度。菌体浓度可通过控制比生长 速率来实现，这又要通过营养基质浓度 的控制来实现。
项目2 微生物发酵技术
任务4：发酵过程控制技术
教学安排：
1. 员工培训 由老师讲解发酵过程的理论基础。 分配实操任务：发酵过程控制。
2. 学生模拟组建运营一个发酵车间，撰写 计划书(在理论教学期间完成)。 市场部：当前发酵过程控制的技术进展。 技术部：确定pH、温度、溶O2、补料等 关键参数的控制方法，撰写操作规程。 品控部：制定发酵过程控制的方案。 总经理：协调监督各部工作，最后拿出 完整的计划书。
• 一 温度对发酵的影响 • 1 影响各种酶反应的速率和蛋白质的性 质； • 菌体生长所需温度与产物合成温度不 一致(如青霉素)；温度不同还可能影响产 物合成的方向(如金霉素和四环素)。 • 2 影响发酵液的物理性质。(粘度、氧和 基质的溶解与传递、分解和吸收)
• • • • • • ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ •
二 影响发酵温度变化的因素 产热的因素： 1 生物热(Q生物) 与培养基成分和培养阶段有关。 2 搅拌热(Q搅拌) 散热的因素： 1 蒸发热(Q蒸发) 2 辐射热(Q辐射)
• 2 营养基质浓度的变化 • 随发酵时间的延长不断降低，用于菌体的 生长和产物的形成。 • 溶氧的变化规律(后面讲)。 • 3 产物浓度的变化 • (1) 与菌体浓度平行； • (2) 与培养条件有关。
2021届高中生物竞赛理论辅导课件-微生物学(基础)04生物工业菌种与种子的扩大培养(共89张PPT)
▪ ⑶ 提供良好的环境条件 ▪ 发酵生产上一般只用三代内的菌种 ▪ ⑷ 用优良的保藏方法 ▪ ⑸ 定期纯化菌种
▪ 二、菌种的复壮 ▪ ⑴ 纯种分离 ▪ 菌落纯 ▪ 细胞纯
单核细胞 枯草芽孢杆菌菌落
▪ ⑵ 通过寄主体进行复壮 ▪ 如杀螟杆菌
米曲霉菌落
▪ ⑶ 淘汰已衰退的个体 ▪ 如“5406”菌种
▪ 三、菌种的保藏
分叉中间体
青霉素
▪ (f) 筛选二价金属离子抗性突变株 ▪ (g) 筛选前体或前体结构类似物抗性突变
株 ▪ (h) 筛选自身所产的抗生素抗性突变株
▪ ㈤ 突变基因的表现 ▪ 菌种的发酵产量决定于菌种的遗传特性和
菌种的培养条件 ▪ 例如，诱变处理四环素产生菌得到的突变
株
第四节 生产菌种的改良
▪ 一、常规的杂交育种 ▪ 青霉菌的杂交过程实际上也是青霉菌准性生
2021届
高中生物竞赛理论辅导课件
微生物学
（基础部分）
第四章 生物工业菌种与种子的扩 大培养
第一节 工业生产常用的微生 物及要求 第二节 工业微生物菌种的衰 退、复壮与保藏
第四章 生物工业菌种与种子的扩 大培养
第三节 育 第四节 第五节
工业微生物菌种的选
生产菌种的改良 种子的扩大培养
第一节 工业生产常用的微生物 及要求
▪ ㈣ 筛选的方法 ▪ ⒈ 制定筛选方案 ▪ 整个流程可分为诱变和筛选两部分。 ▪ 筛选过程主要包括传种斜面、菌株保藏和
筛选高产菌株这三项工作。
▪ ⒉ 营养缺陷型的筛选方法 ▪ 比较：营养缺陷型（auxotroph）、原养型
（prototroph）、野生型（wild type） ▪ 比较：基本培养基（MM）、完全培养基
▪ (a) 利用营养缺陷型筛选
▪ 二、菌种的复壮 ▪ ⑴ 纯种分离 ▪ 菌落纯 ▪ 细胞纯
单核细胞 枯草芽孢杆菌菌落
▪ ⑵ 通过寄主体进行复壮 ▪ 如杀螟杆菌
米曲霉菌落
▪ ⑶ 淘汰已衰退的个体 ▪ 如“5406”菌种
▪ 三、菌种的保藏
分叉中间体
青霉素
▪ (f) 筛选二价金属离子抗性突变株 ▪ (g) 筛选前体或前体结构类似物抗性突变
株 ▪ (h) 筛选自身所产的抗生素抗性突变株
▪ ㈤ 突变基因的表现 ▪ 菌种的发酵产量决定于菌种的遗传特性和
菌种的培养条件 ▪ 例如，诱变处理四环素产生菌得到的突变
株
第四节 生产菌种的改良
▪ 一、常规的杂交育种 ▪ 青霉菌的杂交过程实际上也是青霉菌准性生
2021届
高中生物竞赛理论辅导课件
微生物学
（基础部分）
第四章 生物工业菌种与种子的扩 大培养
第一节 工业生产常用的微生 物及要求 第二节 工业微生物菌种的衰 退、复壮与保藏
第四章 生物工业菌种与种子的扩 大培养
第三节 育 第四节 第五节
工业微生物菌种的选
生产菌种的改良 种子的扩大培养
第一节 工业生产常用的微生物 及要求
▪ ㈣ 筛选的方法 ▪ ⒈ 制定筛选方案 ▪ 整个流程可分为诱变和筛选两部分。 ▪ 筛选过程主要包括传种斜面、菌株保藏和
筛选高产菌株这三项工作。
▪ ⒉ 营养缺陷型的筛选方法 ▪ 比较：营养缺陷型（auxotroph）、原养型
（prototroph）、野生型（wild type） ▪ 比较：基本培养基（MM）、完全培养基
▪ (a) 利用营养缺陷型筛选
高中生物竞赛-微生物学PPT91页
66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
高中生物竞赛-微生物学
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的鼻子 走。— —莎士 比
2021届高中生物竞赛理论辅导课件-微生物学(基础)07发酵生产染菌及其防治08发酵工程下游加工过程概论
不锈钢衬里 破裂造成 “死角”
发酵罐罐底脓疱状积垢
罐底的加强板
a
b
c
法兰的“死角”
a—垫圈内径过小；b—垫圈内径过大；c—法 兰不平造成的泄漏与“死角”
灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方 法
压力表安装不合理形成“死角”
1,6—发酵罐；2—缓冲管；3,4—压力表； 5—旋塞
▪ 五、噬菌体污染及其防治
▪ 二、染菌发生的不同时间对发酵的影响 ▪ 不同的染菌时期对发酵所产生的影响也是
有区别的。
▪ ⑴ 种子培养期染菌 ▪ ⑵ 发酵前期染菌 ▪ ⑶ 发酵中期染菌 ▪ ⑷ 发酵后期染菌
▪ 三、染菌程度对发酵的影响
▪ 染菌程度愈严重，即进入发酵罐内的杂菌 数量愈多，对发酵的危害也就愈大。
▪ 当生产菌在发酵过程已有大量的繁殖，并 已在发酵液中占优势，污染极少量的杂菌， 对发酵不会带来太大的影响
▪ 高度纯化即精制常采用对产品有高度选择 性的分离技术，以除去与产物化学和物理 性质相近的杂质。典型的纯化方法有层析 、电泳、离子交换等
▪ 成品加工是为了最终获得质量合格的产品 ，浓缩、结晶和干燥是重要的技术
思考题
▪ ⒈ 简述发酵工程下游加工过程的特点。 ▪ ⒉ 简述各种主要的分离纯化方法的操作原
梭状芽孢杆菌
▪ ㈡ 发酵染菌的规模分析 ▪ ① 大批量发酵罐染菌 ▪ ② 部分发酵罐染菌 ▪ ③ 个别发酵罐连续染菌 ▪ ㈢ 不同污染时间分析 ▪ ① 染菌发生在种子培养阶段，或称种子培
养基染菌 ▪ ② 在发酵过程的初始阶段发生染菌，或称
发酵前期染菌 ▪ ③ 发酵后期染菌
第三节 杂菌污染的途径和防治
▪ 六、杂菌污染的挽救与 处理
▪ ⑴ 种子培养期染菌的 处理
发酵罐罐底脓疱状积垢
罐底的加强板
a
b
c
法兰的“死角”
a—垫圈内径过小；b—垫圈内径过大；c—法 兰不平造成的泄漏与“死角”
灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方 法
压力表安装不合理形成“死角”
1,6—发酵罐；2—缓冲管；3,4—压力表； 5—旋塞
▪ 五、噬菌体污染及其防治
▪ 二、染菌发生的不同时间对发酵的影响 ▪ 不同的染菌时期对发酵所产生的影响也是
有区别的。
▪ ⑴ 种子培养期染菌 ▪ ⑵ 发酵前期染菌 ▪ ⑶ 发酵中期染菌 ▪ ⑷ 发酵后期染菌
▪ 三、染菌程度对发酵的影响
▪ 染菌程度愈严重，即进入发酵罐内的杂菌 数量愈多，对发酵的危害也就愈大。
▪ 当生产菌在发酵过程已有大量的繁殖，并 已在发酵液中占优势，污染极少量的杂菌， 对发酵不会带来太大的影响
▪ 高度纯化即精制常采用对产品有高度选择 性的分离技术，以除去与产物化学和物理 性质相近的杂质。典型的纯化方法有层析 、电泳、离子交换等
▪ 成品加工是为了最终获得质量合格的产品 ，浓缩、结晶和干燥是重要的技术
思考题
▪ ⒈ 简述发酵工程下游加工过程的特点。 ▪ ⒉ 简述各种主要的分离纯化方法的操作原
梭状芽孢杆菌
▪ ㈡ 发酵染菌的规模分析 ▪ ① 大批量发酵罐染菌 ▪ ② 部分发酵罐染菌 ▪ ③ 个别发酵罐连续染菌 ▪ ㈢ 不同污染时间分析 ▪ ① 染菌发生在种子培养阶段，或称种子培
养基染菌 ▪ ② 在发酵过程的初始阶段发生染菌，或称
发酵前期染菌 ▪ ③ 发酵后期染菌
第三节 杂菌污染的途径和防治
▪ 六、杂菌污染的挽救与 处理
▪ ⑴ 种子培养期染菌的 处理
2021届高中生物竞赛理论辅导课件-微生物学(进阶)09微生物生态学
然界最丰富的微生物资源库。
2020/9/24
5
1.营养丰富 2.水分满足 3.酸碱度, 渗透压 4.氧气 5.温度
土壤微生物通过其代谢活动可改变土壤的理化性质,
进行物质转化,因此,土壤微生物是构成土壤肥力的
重要因素.
2020/9/24
6
(二)土壤中微生物分布特点 1）土壤微生物的数量和分布主要受到
2020/9/24
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(六）生物体内外的正常菌群
1、人体的正常菌群
在正常人体皮肤、粘膜及外界相通的各种腔道 （如口腔、鼻咽腔、肠道和泌尿道）等部位，存在着 对人体无害的微生物群，包括细菌、真菌、螺旋体、 支原体等。
在长期进化过程中，微生物群的内部及其与宿主 之间互相依存、互相制约，形成一个能进行物质、能 量等交流的动态平衡的微生态系统，常称之为正常菌 群
2020/9/24
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三、空气中的微生物
1）无原生的微生物区系，主要以气溶胶形式存在； 2）来源于土壤、水体及人类的生产、生活活动； 3）种类主要为真菌和细菌，一般与其所在环境的微 生物种类有关； 4）数量取决于尘埃数量； 5）停留时间和尘埃大小、空气流速、湿度、光照等 因素有关； 6）与人类的关系： 传播动、植物疾病，造成食品及发酵生产中的污染
3、嗜酸微生物：只能上生活在低pH（<4）的条件下 耐酸微生物：也可在中性环境中生长最适生长温度低 于15℃
4、嗜碱微生物：专性生活在pH10-11的碱性条件下
5、嗜盐微生物：在高盐浓度下才能生长
6、嗜压微生物：在高静水压环境中生长 7、抗辐射微生物：对辐射具有抗性或耐受性。
2020/9/24
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研究意义： (1)开发利用新的微生物资源，包括特异性的基因资 源； (2)为微生物生理、遗传和分类乃至生命科学及相关 学科许多领域，如：功能基因组学、生物电子器材 等的研究提供新的课题和材料； (3)为生物进化、生命起源的研究提供新的材料。
微生物学课件ppt完整版
医院感染
分为内源性感染（由体内正常菌 群引起的感染）和外源性感染（ 由外界环境中的微生物引起的感
染）。
感染类型
局部感染局限于某一部位，而全 身感染则涉及多个器官和系统。
局部感染与全身感染
在医院等医疗机构内获得的感染 ，多由耐药菌引起，治疗难度较 大。
微生物感染的预防与治疗
预防措施
包括个人卫生、环境卫生、疫苗接种等，以 降低感染风险。
无菌操作
进行微生物实验时，要保 持无菌操作环境，避免杂 菌污染。
实验记录
详细记录实验过程和结果 ，包括培养基的配制、接 种方法、培养条件、观察 结果等。
实验后处理
实验结束后，要对实验器 材进行清洗和消毒处理， 保持实验室的整洁和卫生 。
2023
REPORTING
THANKS
感谢观看
食品工业
利用微生物发酵技术生产酒类、面 包、酸奶等食品。
03
02
农业应用
利用微生物制剂防治植物病害、促 进作物生长等。
生物能源
利用微生物发酵产生沼气、生物柴 油等可再生能源。
04
2023
PART 05
微生物的免疫与感染
REPORTING
微生物的免疫机制与特点
先天性免疫
通过遗传获得的非特异性免疫，包括皮肤、黏膜 屏障、吞噬细胞等。
病原学检查
通过直接涂片镜检、分离培养等方法确定病 原微生物种类。
免疫学检查
利用抗原抗体反应等免疫学原理检测病原微 生物及其产物。
2023
PART 06
微生物学实验技术与方法
REPORTING
微生物学实验室常用设备与器材
培养箱
提供适宜的温度和湿度条件， 用于培养微生物。
分为内源性感染（由体内正常菌 群引起的感染）和外源性感染（ 由外界环境中的微生物引起的感
染）。
感染类型
局部感染局限于某一部位，而全 身感染则涉及多个器官和系统。
局部感染与全身感染
在医院等医疗机构内获得的感染 ，多由耐药菌引起，治疗难度较 大。
微生物感染的预防与治疗
预防措施
包括个人卫生、环境卫生、疫苗接种等，以 降低感染风险。
无菌操作
进行微生物实验时，要保 持无菌操作环境，避免杂 菌污染。
实验记录
详细记录实验过程和结果 ，包括培养基的配制、接 种方法、培养条件、观察 结果等。
实验后处理
实验结束后，要对实验器 材进行清洗和消毒处理， 保持实验室的整洁和卫生 。
2023
REPORTING
THANKS
感谢观看
食品工业
利用微生物发酵技术生产酒类、面 包、酸奶等食品。
03
02
农业应用
利用微生物制剂防治植物病害、促 进作物生长等。
生物能源
利用微生物发酵产生沼气、生物柴 油等可再生能源。
04
2023
PART 05
微生物的免疫与感染
REPORTING
微生物的免疫机制与特点
先天性免疫
通过遗传获得的非特异性免疫，包括皮肤、黏膜 屏障、吞噬细胞等。
病原学检查
通过直接涂片镜检、分离培养等方法确定病 原微生物种类。
免疫学检查
利用抗原抗体反应等免疫学原理检测病原微 生物及其产物。
2023
PART 06
微生物学实验技术与方法
REPORTING
微生物学实验室常用设备与器材
培养箱
提供适宜的温度和湿度条件， 用于培养微生物。
2021届高中生物竞赛理论辅导课件-微生物学(发酵)5.3代谢网络中碳架物质流的调动
2020/9/24
4
张星元：发酵原理
化能异养型微生物以有机 化合物为碳源和能源。因此， 在讨论化能异养型微生物代谢 流动时，首先抓住碳元素代谢 这个主要矛盾，研究微生物细 胞的碳架物质流。
2020/9/24
5
张星元：发酵原理
4.3.1 碳架物质在代谢途径（代 谢网络）中的流动
4.3.2 微生物的代谢流及其治理
张星元：发酵原理
4.3.2.1
4.3.2.2 4.3.2.3 4.3.2.4 4.3.2.5
碳架物质在代谢网络中流经的 分支处及各分支的流量分配 过量合成与微生物的异常代谢 溢出代谢 代谢流治理的可能性和现实性 代谢网络的刚性
2020/9/24
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张星元：发酵原理
4.3.2.1 碳架物质在代谢网络中流经的 分支处及各分支的流量分配
因此我们要启用一种新的代谢调节图图
例，用来标记代谢网络图。这种标记方法有 四个要点：
2020/9/24
21
张星元：发酵原理
① 标明调节方式 用“I”表示抑制（inhibition），用
“A”表示激活（ activation ），用 “R” 表示阻遏（repression）； ②标明效应物
一般用三个字母标示效应物（ 调节特 定的酶的水平或活性的化合物 叫做这种酶 的效应物） ；
得微生物的代谢产物，也就是要让原 料有机化合物在微生物细胞的有关的 代谢途径（载流路径）中流动的过程 中，转化成工业发酵的目的产物，最 后目的产物分泌出细胞。
2020/9/24
10
张星元：发酵原理
工业发酵细胞机器的工作模式
Working pattern of cell-machine in Industrial Fermentation
2021届高中生物竞赛理论辅导课件-微生物学(发酵)5.2微生物细胞经济体系的运行规律
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。
2021/2/19
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张星元：发酵原理
① 子系统 Ⅰ（碳源的分解代谢子系统） 子系统Ⅰ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。
4.2.1 微生物的细胞经济体系
2021/2/19
5
张星元：发酵原理
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（①能量、②物质、③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。
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。
2021/2/19
3
张星元：发酵原理
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
2021/2/19
4
张星元：发酵原理
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。
2021/2/19
13
张星元：发酵原理
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。
2021/2/19
18
张星元：发酵原理
① 子系统 Ⅰ（碳源的分解代谢子系统） 子系统Ⅰ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。
4.2.1 微生物的细胞经济体系
2021/2/19
5
张星元：发酵原理
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（①能量、②物质、③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。
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。
2021/2/19
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张星元：发酵原理
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
2021/2/19
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张星元：发酵原理
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。
2021/2/19
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张星元：发酵原理
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。
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2021届
高中生物竞赛理论辅导课件
微生物学
（发酵部分）
第三节 化能异养型微生物 的生物氧化
张星元：发酵原理
2020/9/24
2
2.3.1 氧化还原反应 2.3.2 微生物进行生物氧化的细胞器
及ATP合成酶 2.3.3 生物氧化过程中辅酶的关键作
用
2.3.4 化能异养型微生物生物氧化的 方式
张星元：发酵原理
2020/9/24
18
与呼吸关系最密切的细胞器 是线粒体，对于原核细胞则是细 胞质膜。线粒体内膜和原核细胞 的质膜包含电子传递链、ATP酶， 以及与呼吸有关的输送蛋白。
张星元：发酵原理
2020/9/24
19
根据Neil A Campbell & Jane B Reece,Essential Biology,2001改制
张星元：发酵原理
2020/9/24
10
在活细胞内进行的涉及电子从一
个分子到另一个分子转移的产能反应， 总称为生物氧化。在一般的氧化还原 反应中，还原剂将电子直接交给氧化 剂并放出能量；在生物氧化过程中， 还原剂首先将电子交给一级电子载体， 再由一级电子载体将电子转交给氧化 剂，并把化学能转化成生物可以直接 利用的能量形式——代谢能。
张星元：发酵原理
2020/9/24
20
根据Neil A Campbell & Jane B Reece,Essential Biology,2001改制
张星元：发酵原理
2020/9/24
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张星元：发酵原理
2020/9/24
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真核微生物才有线粒体，前 图大致描绘了其结构和功能。线 粒体的外膜上镶嵌着一些起非特 异性孔道作用的蛋白质，它们允 许相对分子质量小于10 000道尔 顿的溶质通过，但像细胞色素那 样大的分子是不能通过的。
张星元：发酵原理
2020/9/24
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线粒体内膜含有较多的蛋 白质，它不但对溶质的通过具 有选择性，而且具有不同形式 的能量之间的转换功能。它实 际上依靠载体让离子和分子通 过，是控制各种生理物质进出 线粒体的屏障。
张星元：发酵原理
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内膜中的蛋白质包括电子传递 链的多肽成员、各种输送蛋白质和 ATP合成酶等。还有一些酶（如以 FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶）与内 膜内侧相连，而已经观察到的内膜 内侧的球状突起物则是ATP合成酶 的具催化功能的亚单位。
张星元：发酵原理
2020/9/24
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在生物氧化过程中，尽管还原剂 释放的电子并不直接交给氧化剂，但 是最终还是转交给氧化剂，同样完成 了氧化和还原这两个“半反应”。因 此生物氧化本质上还是氧化还原反应。 因为细胞内的这些氧化还原反应向着 能源化合物氧化降解和放能的方向进 行，因而有生物氧化之称。
张星元：发酵原理
2020/9/24
5
2.3.1 氧化还原反应
张星元：发酵原理
2020/9/24
6
反应物之间有电子得失的反应， 总称为氧化还原反应。在这类反应 中必有一种原子失去电子而被氧化， 同时另一种原子得到电子而被还原， 它们分别作为氧化还原反应的两个 半反应，合在一起就是一个氧化还 原反应。
2020/9/24
3
化能异养型微生物将有机营养 物质储存的化学能，转化成可以被 自身直接利用的能量形式（ATP或 质子运动势Δp 等 ）的代谢过程， 叫做化能异养型微生物的产代谢能 的代谢，一般称产能代谢。
张星元：发酵原理
2020/9/24
4
化能异养型微生物产能代谢， 始于能源化合物（还原性有机化 合物 ） 的生物氧化（ 即能源化 合物释放电子）。生物氧化归根 到底属于氧化还原反应。
张星元：发酵原理
2020/9/24
7
通常把在氧化还原反应中失 去电子而被氧化的物质称为还原 剂，把得到电子而被还原的物质 称为氧化剂。在一个氧化还原反 应中，氧化剂获得的电子总数必 然等于还原剂失去的电子总数。
张星元：发酵原理
2020/9/24
8
对于组成和结构比较复杂的化
合物，特别是有机化合物，可以采 用 “ 氧化数 ” 这个概念来讨论氧
张星元：发酵原理
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线粒体基质中包含线粒体的DNA 和核糖体，以及与蛋白质合成、氨基 酸分解代谢、 脂肪酸 β- 氧化有关的 酶和TCA环的酶（其中琥珀酸脱氢酶 与内膜相联）。线粒体内外膜之间的 膜间腔内也含有特殊的酶，如腺苷酸 激酶。
化还原反应。用氧化数来表示物质 中元素的表观电荷数，这样就可以 把氧化和还原分别定义为反应物质 中元素的氧化数的升高和下降。元 素的氧化数升高，说明它已被氧化 了；元素的氧化数下降，说明它已 被还原了。
张星元：发酵原理
2020/9/24
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在有机体生命活动中，参与氧化
还原反应的往往是有机化合物，或者 反应的一方是有机化合物，采用氧化 数这个概念来讨论氧化还原反应比较 方便。在有机体生命活动中，氢元素 不论是以氢离子的形式存在于细胞内 外的溶液中，还是与其他原子共价相 连的形式，存在于组成细胞的有机化 合物分子中，其氧化数均规定为+1。
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2020/9/24
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生物氧化与一般的氧化还原反应
相比较，氧化还原的本质是一样的， 但进行的过程和结果大不一样。生物 氧化是按一定顺序进行的、酶催化的、 受到严密控制的逐级释放能量的过程， 以这种方式释放的能量中的一部分可 直接用来支撑生命活动。因此，没有 生物氧化就没有代谢能，没有代谢能 的支撑就没有生命活动。
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2.3.2 微生物进行生物氧化的 细胞器及ATP合成酶
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2.3.2.1 线粒体的膜与原核细胞的质膜 2.3.2.2 ATP合成酶
张星元：
微生物细胞可直接利用的 能量供体（以ATP为代表）的 生成依赖于微生物细胞内进行 的生物氧化（呼吸和发酵）。 而经生物氧化生成的ATP又为 一切生物学过程及时、准确地 提供代谢能。
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微生物的呼吸和发酵作用在细 胞特定部位或特定的细胞器里进行。 在这些细胞部位和细胞器里包含着 各种氧化还原酶（包括它们的辅酶 和辅基）、电子传递链、输送蛋白 和ATP合成酶。
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2.3.2.1 线粒体的膜与原核细胞的质膜
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高中生物竞赛理论辅导课件
微生物学
（发酵部分）
第三节 化能异养型微生物 的生物氧化
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2.3.1 氧化还原反应 2.3.2 微生物进行生物氧化的细胞器
及ATP合成酶 2.3.3 生物氧化过程中辅酶的关键作
用
2.3.4 化能异养型微生物生物氧化的 方式
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与呼吸关系最密切的细胞器 是线粒体，对于原核细胞则是细 胞质膜。线粒体内膜和原核细胞 的质膜包含电子传递链、ATP酶， 以及与呼吸有关的输送蛋白。
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根据Neil A Campbell & Jane B Reece,Essential Biology,2001改制
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在活细胞内进行的涉及电子从一
个分子到另一个分子转移的产能反应， 总称为生物氧化。在一般的氧化还原 反应中，还原剂将电子直接交给氧化 剂并放出能量；在生物氧化过程中， 还原剂首先将电子交给一级电子载体， 再由一级电子载体将电子转交给氧化 剂，并把化学能转化成生物可以直接 利用的能量形式——代谢能。
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根据Neil A Campbell & Jane B Reece,Essential Biology,2001改制
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真核微生物才有线粒体，前 图大致描绘了其结构和功能。线 粒体的外膜上镶嵌着一些起非特 异性孔道作用的蛋白质，它们允 许相对分子质量小于10 000道尔 顿的溶质通过，但像细胞色素那 样大的分子是不能通过的。
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线粒体内膜含有较多的蛋 白质，它不但对溶质的通过具 有选择性，而且具有不同形式 的能量之间的转换功能。它实 际上依靠载体让离子和分子通 过，是控制各种生理物质进出 线粒体的屏障。
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内膜中的蛋白质包括电子传递 链的多肽成员、各种输送蛋白质和 ATP合成酶等。还有一些酶（如以 FAD为辅基的琥珀酸脱氢酶）与内 膜内侧相连，而已经观察到的内膜 内侧的球状突起物则是ATP合成酶 的具催化功能的亚单位。
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在生物氧化过程中，尽管还原剂 释放的电子并不直接交给氧化剂，但 是最终还是转交给氧化剂，同样完成 了氧化和还原这两个“半反应”。因 此生物氧化本质上还是氧化还原反应。 因为细胞内的这些氧化还原反应向着 能源化合物氧化降解和放能的方向进 行，因而有生物氧化之称。
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2.3.1 氧化还原反应
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反应物之间有电子得失的反应， 总称为氧化还原反应。在这类反应 中必有一种原子失去电子而被氧化， 同时另一种原子得到电子而被还原， 它们分别作为氧化还原反应的两个 半反应，合在一起就是一个氧化还 原反应。
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化能异养型微生物将有机营养 物质储存的化学能，转化成可以被 自身直接利用的能量形式（ATP或 质子运动势Δp 等 ）的代谢过程， 叫做化能异养型微生物的产代谢能 的代谢，一般称产能代谢。
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化能异养型微生物产能代谢， 始于能源化合物（还原性有机化 合物 ） 的生物氧化（ 即能源化 合物释放电子）。生物氧化归根 到底属于氧化还原反应。
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通常把在氧化还原反应中失 去电子而被氧化的物质称为还原 剂，把得到电子而被还原的物质 称为氧化剂。在一个氧化还原反 应中，氧化剂获得的电子总数必 然等于还原剂失去的电子总数。
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对于组成和结构比较复杂的化
合物，特别是有机化合物，可以采 用 “ 氧化数 ” 这个概念来讨论氧
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线粒体基质中包含线粒体的DNA 和核糖体，以及与蛋白质合成、氨基 酸分解代谢、 脂肪酸 β- 氧化有关的 酶和TCA环的酶（其中琥珀酸脱氢酶 与内膜相联）。线粒体内外膜之间的 膜间腔内也含有特殊的酶，如腺苷酸 激酶。
化还原反应。用氧化数来表示物质 中元素的表观电荷数，这样就可以 把氧化和还原分别定义为反应物质 中元素的氧化数的升高和下降。元 素的氧化数升高，说明它已被氧化 了；元素的氧化数下降，说明它已 被还原了。
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在有机体生命活动中，参与氧化
还原反应的往往是有机化合物，或者 反应的一方是有机化合物，采用氧化 数这个概念来讨论氧化还原反应比较 方便。在有机体生命活动中，氢元素 不论是以氢离子的形式存在于细胞内 外的溶液中，还是与其他原子共价相 连的形式，存在于组成细胞的有机化 合物分子中，其氧化数均规定为+1。
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生物氧化与一般的氧化还原反应
相比较，氧化还原的本质是一样的， 但进行的过程和结果大不一样。生物 氧化是按一定顺序进行的、酶催化的、 受到严密控制的逐级释放能量的过程， 以这种方式释放的能量中的一部分可 直接用来支撑生命活动。因此，没有 生物氧化就没有代谢能，没有代谢能 的支撑就没有生命活动。
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2.3.2 微生物进行生物氧化的 细胞器及ATP合成酶
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2.3.2.1 线粒体的膜与原核细胞的质膜 2.3.2.2 ATP合成酶
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微生物细胞可直接利用的 能量供体（以ATP为代表）的 生成依赖于微生物细胞内进行 的生物氧化（呼吸和发酵）。 而经生物氧化生成的ATP又为 一切生物学过程及时、准确地 提供代谢能。
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微生物的呼吸和发酵作用在细 胞特定部位或特定的细胞器里进行。 在这些细胞部位和细胞器里包含着 各种氧化还原酶（包括它们的辅酶 和辅基）、电子传递链、输送蛋白 和ATP合成酶。
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2.3.2.1 线粒体的膜与原核细胞的质膜
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