(完整word版)生物反应工程原理

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(完整word版)生化复习提纲(word文档良心出品)

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(2)谷氨酸的脱羧作用产生r-氨基丁酸。
(3)组氨酸的脱羧作用产生组胺。
12、酶的竞争性抑制剂,非竞争性抑制剂对酶的Km和Vmax有什么影响?
①竞争性抑制剂存在时,Km增大,且Km随[I]的增加而增加,Vmax的数值不变;
②非竞争性抑制剂的动力学特点为:a:当有I存在时,Km不变而Vmax减小,Km/Vmax增大;b:Vappmax随[I]的加大而减小;c:抑制程度只与[I]成正比,而与[S]无关。
12、第二信使:水溶性激素不能自由的通过细胞膜,当他们与靶细胞表面膜上相应的受体结合后形成激素和受体复合物,通过某种手段激活定位在细胞膜内侧特定的酶导致某些小分子物质的合成,被合成的小分子物质可以看成是第二信使。
第二信使有:cAMP、cGMP、IP3、二酰甘油、神经酰胺、花生四烯酸、NO等
13、级联放大:在体内的不同部位,通过一系列酶的酶促反应来传递一个信息,并且初始信息在传递到系列反应的最后时,信号得到放大,这样的一个系列叫做级联放大。
4、必需氨基酸:机体需要但机体不能合成或合成量少,不能满足要求,必须由食物供给的氨基酸
5、酮体:肝脏中一些脂肪酸氧化分解的中间产物乙酰乙酸,ß-羟丁酸及丙酮的统称。
蛋白质一级结构:构成蛋白质的氨基酸的种类、数量和排列顺序,又称共价结构或基本结构。
6、酶的活性中心:酶与底物结合并发挥其催化作用的部位。
是糖、脂肪、氨基酸三大营养素的最终代谢通路
是糖、脂肪、氨基酸代谢联系的枢纽,在提供生物合成的前提中其重要作用。
16、简述调节血糖水平的几种激素的作用机理
胰岛素:体内唯一降低血糖的激素,唯一同时促进糖原、脂肪、蛋白质合成的激素。血糖升高—>胰岛素分泌。
促进肌肉、脂肪组织等的细胞膜葡萄糖载体将葡萄糖转运入细胞

(完整word版)生物化学笔记(完整版)

(完整word版)生物化学笔记(完整版)

第一章绪论一、生物化学的的概念:生物化学(biochemistry)是利用化学的原理与方法去探讨生命的一门科学,它是介于化学、生物学及物理学之间的一门边缘学科。

二、生物化学的发展:1.叙述生物化学阶段:是生物化学发展的萌芽阶段,其主要的工作是分析和研究生物体的组成成分以及生物体的分泌物和排泄物。

2.动态生物化学阶段:是生物化学蓬勃发展的时期。

就在这一时期,人们基本上弄清了生物体内各种主要化学物质的代谢途径。

3.分子生物学阶段:这一阶段的主要研究工作就是探讨各种生物大分子的结构与其功能之间的关系。

三、生物化学研究的主要方面:1.生物体的物质组成:高等生物体主要由蛋白质、核酸、糖类、脂类以及水、无机盐等组成,此外还含有一些低分子物质。

2.物质代谢:物质代谢的基本过程主要包括三大步骤:消化、吸收→中间代谢→排泄。

其中,中间代谢过程是在细胞内进行的,最为复杂的化学变化过程,它包括合成代谢,分解代谢,物质互变,代谢调控,能量代谢几方面的内容。

3.细胞信号转导:细胞内存在多条信号转导途径,而这些途径之间通过一定的方式方式相互交织在一起,从而构成了非常复杂的信号转导网络,调控细胞的代谢、生理活动及生长分化。

4.生物分子的结构与功能:通过对生物大分子结构的理解,揭示结构与功能之间的关系。

5.遗传与繁殖:对生物体遗传与繁殖的分子机制的研究,也是现代生物化学与分子生物学研究的一个重要内容。

第二章蛋白质的结构与功能一、氨基酸:1.结构特点:氨基酸(amino acid)是蛋白质分子的基本组成单位。

构成天然蛋白质分子的氨基酸约有20种,除脯氨酸为α-亚氨基酸、甘氨酸不含手性碳原子外,其余氨基酸均为L-α-氨基酸。

2.分类:根据氨基酸的R基团的极性大小可将氨基酸分为四类:①非极性中性氨基酸(8种);②极性中性氨基酸(7种);③酸性氨基酸(Glu和Asp);④碱性氨基酸(Lys、Arg和His)。

二、肽键与肽链:肽键(peptide bond)是指由一分子氨基酸的α-羧基与另一分子氨基酸的α-氨基经脱水而形成的共价键(-CO -NH-)。

(完整word版)高中生物知识点总结完整版

(完整word版)高中生物知识点总结完整版

衰老
死亡
S
1.18 已分化细胞的特点
形态结构特化
1.19 分化后形成的不同种类细胞的特点
基因表达不同
已分化细胞
新陈代谢改变 生理功能专一
不同种类细胞
形态结构不同 生理功能不同
分裂能力丧失
1.20 分化与细胞全能性的关系
代谢活动不同
体细胞
分化程度越低全能性越高,分化程度越高全能性越低
生殖细胞(如卵细胞、花粉)
化学通式
聚合方式
多糖
葡萄糖
C6H12O6
蛋白质
氨基酸
R NH2 C COOH
H
脱水缩合
核酸 (DNA 和 RNA)
核苷酸
多样性的原因 ①葡萄糖数目不同 ②糖链的分支不同 ③化学键的不同 ①氨基酸数目不同 ②氨基酸种类不同 ③氨基酸排列次序不同 ④肽链的空间结构
①核苷酸数目不同 ②核苷酸排列次序不同 ③核苷酸种类不同
②分化:形成根、芽
②贴壁生长
③接触抑制
新的植株或组织
细胞株或细胞系
①快速繁殖
①生产蛋白质生物制品
②培育无病毒植株
②皮肤细胞培养后移植
③提取植物提取物(药物、香料、色素等) ③检测有毒物质
④人工种子
④生理、病理、药理研究
⑤培养转基因植物
无菌、适宜的温度和 pH
1.28 植物体细胞杂交与动物细胞融合的比较



体外

培养
胚胎移植
核移植
你知道吗
动物细胞培养代数与取材有关
细胞来源
可传代数
人胎儿细胞
50 代
成人细胞
20 代
小鼠 乌龟
14—28 代 90—125 代

(完整word版)AAO+浸没式MBR课程设计

(完整word版)AAO+浸没式MBR课程设计

学校代码:10128学号:201120303009《水污染控制工程课程设计》说明书题目:生物膜—悬浮生长联合工艺处理生活污水工艺设计学生姓名:康博学院:能源与动力工程学院系别:环境科学与工程系专业:环境工程班级:环工11—2指导教师:李桂兰摘要生活污水主要是城市生活中使用的各种洗涤剂和污水、垃圾、粪便等,多为无毒的无机盐类,生活污水中含氮、磷、硫多,致病细菌多。

而且生活污水可以导致病原体污染、富营养化污染、酸、碱、盐污染。

由于家庭用水,初期雨水、洗涤等用水,使废水中的N,P严重超标,而且COD,BOD的值也在增加,为了减少这些指标的含量,我采用了A2/O工艺浸没式MBR来对废水中的N,P的去除。

膜生物反应器(MBR)是以酶、微生物或动植物细胞为催化剂进行化学反应或生物转化,同时借助膜分离技术装置不断的分离出反应产物并截留催化剂而进行反应的装置.污水处理中的MBR法是将膜分离技术中的超、微滤技术和活性污泥法有机结合的污水处理高新技术,主要有膜组件、生物反应器、物料输送三部分组成,其运行原理是利用反应器内大量的微生物有效地降解污水中各种有机物,使水质得到净化,并通过膜分离装置代替传统工艺中的二沉池,提高固液分离的效率,从而得到优质的出水,基本解决了传统的活性污泥法存在的污泥膨胀、污泥浓度低等因素造成的出水水质达不到中水回用要求的问题。

关键词:生活污水、MBR、A2/O工艺AbstractSewage is mainly used in all kinds of detergents and city life sewage, trash,waste, etc。

, are non-toxic inorganic salts, sewage containing nitrogen, phosphorus,sulfur, disease—causing bacteria。

Can lead to pathogens and sewage pollution and eutrophication pollution, acid, alkali, salt pollution。

高中生物生态工程的基本原理

高中生物生态工程的基本原理

高中生物生态工程的基本原理
生态工程是以生物学和生态学为基础,运用工程技术手段调节、修复和改善环境的一门交叉学科。

其基本原理包括生态系统的特征、工程手段的选择和应用以及生态系统的动态平衡。

首先,在生态工程中,了解和理解生态系统的特征是至关重要的。

生态系统是由生物群落和非生物环境组成的有机整体。

它包括物质和能量的循环,以及生物之间和生物与环境之间的相互作用。

生态工程师需要了解生态系统的结构、功能和相互关系,以便制定合理的工程方案。

其次,选择和应用适当的工程手段是生态工程的关键。

根据特定的问题和目标,生态工程师需要选择合适的工程手段,以达到修复、调节或改善环境的目的。

例如,植物修复是一种常用的生态工程手段,通过利用植物的生长和代谢特性,吸收和稀释有毒物质、固定土壤、保护土壤等。

此外,还可以利用人工湿地、河流修复、海岸保护等工程手段,对环境进行修复和改善。

最后,生态系统的动态平衡是生态工程的目标之一、生态系统具有稳定性和动态平衡的特点,生态工程旨在通过调节和修复,使生态系统恢复到相对稳定的状态。

为了实现这一目标,需要掌握生态系统的演替规律和调节机制。

例如,在生物多样性保护中,保护和恢复生物多样性是保持生态系统稳定的关键因素之一
总之,生态工程的基本原理涉及到生态系统的特征、工程手段的选择和应用以及生态系统的动态平衡。

通过深入理解这些原理,生态工程师可以更好地解决环境问题,并为实现可持续发展做出贡献。

(完整word版)生物化学部分总结

(完整word版)生物化学部分总结

第19章代谢总论1、分解代谢: 有机营养物, 不管是从环境获得的, 还是自身储存的, 通过一系列反应步骤变为较小的, 较简单的物质的过程称为分解代谢。

2、合成代谢: 又称生物合成, 是生物体利用小分子或大分子的结构原件建造成自身大分子的过程。

3、ATP储存自由能为生物体的一切生命活动提供能量。

满足以下四方面的需要: ①生物合成、②肌肉收缩、③营养物逆浓度梯度跨膜运送、④在DNA、RNA、蛋白质能生物合成中, 以特殊方式起递能作用。

4、能够直接提供自由能推动生物体多种化学反应的核苷酸类分子除ATP外, 还有GTP, UTP, CTP。

GTP对G蛋白的活化, 蛋白质的生物合成, 蛋白质的寻靶作用, 蛋白质的转运等等都作为推动力提供自由能。

5、FMN, 黄素腺嘌呤单核苷酸, FAD, 黄素腺嘌呤二核苷酸, 它们是另一类在传递电子和氢原子中起作用的载体。

FMN和FAD都能接受两个电子和两个氢原子, 它们在氧化还原反应中, 特别是在氧化呼吸链中起着传递电子和氢原子的作用。

6、辅酶A, 简写为CoA, 分子中含有腺嘌呤、D-核糖、磷酸、焦磷酸、泛酸和巯基乙胺。

在水解时释放出大量的自由能。

第20章遗传缺欠症缺乏尿黑酸氧化酶, 导致酪氨酸的代谢中间物尿黑酸不能氧化而随尿排出体外, 在空气中使尿变成黑色。

苯丙酮尿症, 是苯丙氨酸发生异常代谢的结果, 这是尿中出现苯丙氨酸。

但酪氨酸的代谢仍然正常。

通过以上两种不正常的代谢现象, 是苯丙氨酸的代谢途径得到了阐明。

第21章生物能学1、高能磷酸化合物的类型.碳氧键..氮磷键型-如胍基磷酸化合物。

1.磷酸肌酸。

2.磷酸精氨酸..硫酯键型-活性硫酸基.1.3’-腺苷磷酸5’-磷酰硫酸.2.酰基辅酶A..甲硫键型-活性甲硫氨.2、ATP水解释放的自由能收到许多因素的影响。

当ph升高时ATP释放的自由能明显升高。

还受到Mg2+等其他一些2价阳离子的复杂的影响。

3、ATP在磷酸基团转移中作为中间递体而起作用。

(完整word版)黑曲霉发酵柠檬酸

(完整word版)黑曲霉发酵柠檬酸

黑曲霉发酵生产柠檬酸(中北)生物技术18083108 陈园园摘要:黑曲霉,半知菌亚门,丝孢纲,丝孢目,丛梗孢科,曲霉属真菌中的一个常见种。

广泛分布于世界各地的粮食、植物性产品和土壤中,是重要的发酵工业菌种。

大多数曲霉菌如泡盛曲霉、米曲霉、温氏曲霉、绿色木霉和黑曲霉都具有产柠檬酸的能力,而黑曲霉的产酸能力更强。

黑曲霉从土壤中分离培养,土壤来源有要求。

黑曲霉和黑根霉菌种用于发酵产柠檬酸,了解产物发酵生产的机理,柠檬酸发酵的发酵条件,掌握发酵过程步骤,了解产物提取的几种方法,学习利用沉淀法提取柠檬酸的原理,掌握沉淀法提取柠檬酸的方法是本次实验的目的要求。

关键词:黑曲霉、黑根霉、柠檬酸实验材料和试剂:样品:新鲜土壤样品(来源于食堂垃圾堆处)培养基:查氏培养基、马铃薯培养基无菌水:带有玻璃珠装有20mL无菌水三角瓶试剂:400U/mL庆大霉素液、10%苯酚、酚酞指示剂、碳酸钙、0。

1M NaOH 、0.1M H2SO4实验器材:无菌培养皿、培养箱、无菌吸管、无菌离心管、电子天平、记号笔、玻璃涂棒、酒精灯、火柴、圆底烧瓶、抽滤瓶、玻璃棒、抽滤设备、冰箱实验步骤一.黑曲霉、黑根霉菌种的分离和培养1。

黑曲霉的分离培养①土壤样品的采集用取样铲,将表层5cm左右的浮土除去,取5~25cm处的土样10~25g,装入事先准备好灭菌容器内扎好。

编号并记录地点、土壤质地、植被名称、时间及其他环境条件。

一般样品取回后应马上分离,以免微生物死亡。

②制平板:在融化好的查氏培养基中加入链霉素0。

2mL/瓶制3块PDA培养基、3块查氏培养基平板。

③制备土壤稀释液:1。

称取土壤2g,放入18mL带有玻璃珠的无菌水三角瓶中,同时加入3滴10%苯酚溶液,振荡5min,即为稀释10-1的土壤悬液。

2。

另取无菌离心管2支,用记号笔编上10-2、10-3、10-4,再加入0.9mL无菌水.取10-1的土壤稀释液,吸取0。

1mL加入第一只离心管中,并在试管内轻轻吹吸数次,使之充分混匀,即成10-2土壤稀释液。

(完整word版)高中生物选修三专题二细胞工程知识点

(完整word版)高中生物选修三专题二细胞工程知识点

专题二细胞工程(一)植物细胞工程概念:在无菌和人工控制的条件下,将离体的植物器官、组织、细胞培养在人工配制的培养基上,给予适宜的培养条件,诱导其产生愈伤组织、丛芽,最终形成完整的植株。

1.理论基础(原理):细胞全能性全能性表达的难易程度:受精卵>生殖细胞>干细胞>体细胞;植物细胞>动物细胞2.植物组织培养技术(1)原理:植物细胞的全能性,即具有某种生物全部遗传信息的任何一个细胞,都具有发育成完整个体的潜能。

(2)过程:(3)用途:微型繁殖、作物脱毒、制造人工种子、单倍体育种、细胞产物的工厂化生产。

(4)地位:是培育转基因植物、植物体细胞杂交培育植物新品种的最后一道工序。

3.植物体细胞杂交技术(1)概念:将不同植物的体细胞,在一定条件下融合成杂种细胞,培育成新的植物体的技术。

细胞融合的生物学原理:细胞膜的流动性。

(2)过程:(3)诱导融合的方法:①物理法:离心、振动、电刺激等。

②化学法:一般用乙二醇(PEG)作为诱导剂诱导原生质体融合。

③融合成功的标志:杂种细胞再生出细胞壁。

(4)植物体细胞杂交的终点是培育成杂种植株,而不是形成杂种细胞就结束。

杂种植株特征:具备两种植物的遗传特征。

原因是杂种植株中含有两种植物的遗传物质。

(5)意义:克服了远缘杂交不亲和的障碍。

4.植物细胞工程的实际应用(1)植物繁殖的新途径:微型繁殖(快速繁殖)、作物脱毒、人工种子(2)作物新品种的培育:单倍体育种、突变体的利用、细胞产物的工厂化生产。

(二)动物细胞工程1. 动物细胞培养(1)概念:动物细胞培养就是从动物机体中取出相关的组织,将它分散成单个细胞,然后放在适宜的培养基中,让这些细胞生长和繁殖。

(2)动物细胞培养的流程:取动物组织块(动物胚胎或幼龄动物的器官或组织)→剪碎→用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞→制成细胞悬液→转入培养瓶中进行原代培养→贴满瓶壁的细胞重新用胰蛋白酶或胶原蛋白酶处理分散成单个细胞继续传代培养。

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1.微生物反应与酶促反应的主要区别?答:微生物反应与酶促反应的最主要区别在于,微生物反应是自催化反应,而酶促反应不是。

此外,二者还有以下区别:(1)酶促反应由于其专一性,没有或少有副产物,有利于提取操作,对于微生物反应而言,基质不可能全部转化为目的产物,副产物的产生不可避免,给后期的提取和精制带来困难,这正是造成目前发酵行业下游操作复杂的原因之一。

(2)对于微生物反应,除产生产物外,菌体自身也可是一种产物,如果其富含维生素或蛋白质或酶等有用产物时,可用于提取这些物质。

(3)与微生物反应相比,酶促反应体系较简单,反应过程的最适条件易于控制。

微生物反应是利用活的生物体进行目的产物的生产,因此,产物的获得除受环境因素影响外,也受细胞因素的影响,并且微生物会发生遗传变异,因此,实际控制有一定难度。

(4)酶促反应多限于一步或几步较简单的生化反应过程,与微生物反应相比,在经济上有时并不理想。

微生物反应是生物化学反应,通常是在常温、常压下进行;原料多为农产品,来源丰富。

(5)微生物反应产前准备工作量大,相对化学反应器而言,反应器效率低。

对于好氧反应,需氧,故增加了生产成本,且氧的利用率不高。

(6)相对于酶反应,微生物反应废水有较高BOD值。

2. 何为连续培养的稳定状态?当时,一定是微生物连续培养的稳定状态吗?答:连续培养是将细胞接种于一定体积的培养基后,为了防止衰退期的出现,在细胞达最大密度之前,以一定速度向生物反应器连续添加新鲜培养基;与此同时,含有细胞的培养物以相同的速度连续从反应器流出,以保持培养体积的恒定。

连续培养的稳定状态时,此时反应器的培养状态可以达到恒定,细胞在稳定状态下生长。

在稳定状态下细胞所处的环境条件如营养物质浓度、产物浓度、pH值可保持恒定,细胞浓度以及细胞比生长速率可维持不变。

稳定状态可有效的延长分批培养中的对数生长期。

理论上讲,该过程可无限延续下去。

细胞很少受到培养环境变化带来的生理影响,特别是生物反应器的主要营养物质葡萄糖和谷氨酰胺,维持在一个较低的水平,从而使他们的利用效率提高,有害产物积累有所减少。

当时,不一定是连续培养的稳定状态。

最主要的是菌种易于退化。

可以设想,处于如此长期高速繁殖下的微生物,即使其自发突变几率极低,也无法避免变异的发生,尤其发生比原生产菌株生长速率高、营养要求低和代谢产物少的负变类型。

其次是易遭杂菌污染。

可以想象,在长期运转中,要保持各种设备无渗漏,尤其是通气系统不出任何故障,是极其困难的。

在高的稀释率下,虽然死细胞和细胞碎片及时清除,细胞活性高,最终细胞密度得到提高;可是产物却不断在稀释,因而产物浓度并未提高;尤其是细胞和产物不断的稀释,营养物质利用率、细胞增长速率和产物生产速率低下。

此时,即使满足公式条件,也不再是连续培养的稳定状态了。

因此,不能完全以此来观测连续培养的稳定状态。

3.葡萄糖为碳源进行酿酒酵母培养,呼吸商为 1.04,氨为氮源。

消耗 100mol 葡萄糖和 48mol 氨,生成菌体 48mol 、二氧化碳 312mol 和水 432mol 。

求氧的消耗量和酵母菌体的化学组成。

解:根据题意,可假定反应的质量平衡式为:解得, 300 = b ,即氧的消耗量为300mol 。

微生物反应过程反应方程式:碳源+氮源+氧=菌体+有机产物+CO 2+H 2O为了表示出微生物反应过程中各物质和各组分之间的数量关系,最常用的方法是对各元素进行原子衡算。

如果碳源由C 、H 、O 组成,氮源为NH 3,细胞的分子式定义为CHxOyNz ,忽略其他微量元素P 、S 和灰分等,此时用碳的定量关系式表示微生物反应的计量关系是可行的。

2232fCO O eH N O dCH N O cCH bNH aO O CH w v u z y x n m +++→++式中CHmOn 为碳源的元素组成,CHxOyNz 是细胞的元素组成,CHuOvNw 为产物的元素组成。

下标m 、n 、u 、v 、w 、x 、y 、z 分别代表与一碳原子相对应的氢、氧、氮的原子数。

对各元素做元素平衡,得到如下方程:wdzc b N fe vd yc a n O eud xc b m H fd c C +=+++=+++=+++=:22:23:1: O 2的消耗速率与CO 2的生成速率可用来定义好氧培养中微生物生物代谢机能的重要指标之一的呼吸商(respiratory quotient ),其定义式为: 22O CO RQ =平衡生长条件下微生物细胞的生长速率r x 的定义式为式中X 为微生物的浓度,μ为微生物的比生长速率,其除受细胞自身遗传信息支配外,还受环境因素所影响。

由上式可知,μ与倍增时间(doubling time) t d 的关系为:dd t t 693.02ln ==μ4. 提高好氧发酵供氧能力的手段有机械搅拌,通风等方法,这俩种方法那种更有利于提高供氧?为什么?答:两种供氧方式各有长处和不足,适当选取供氧方式能提高供氧效率。

影响发酵罐中氧气传递的因素有三个:(1)操作条件(搅拌转速,通气量);(2) 发酵罐的结构和几何参数;(3) 物料的物化性质。

机械搅拌可以从下列几个方面改善溶氧速率:(1)把大的空气气泡打成微小气泡,增加了接触面积,而且小气泡的上升速度要比大气泡慢,因此接触时间就增长。

(2)使液体作涡流运动,气泡作螺旋运动上升,延长了气泡的运动路线,即增加了气泡的接触时间。

(3)使发酵液呈湍流运动,从而减少气泡周围液膜的厚度,减少液膜阻力,因而增大KLa 值。

(4)使菌体分散,避免结团,有利于固液传递中的接触面积的增加,使推动力均一。

同时,也减少菌体表面液膜的厚度,有利于氧的传递。

优点: 搅拌功率高,具有良好的气液分散功能,因而溶氧速度高。

缺点: 过度强烈的搅拌,产生的剪切作用大,对细胞损伤,特别对丝状菌的发酵类型,更应考虑到剪切力对菌体细胞的损伤。

对于单细胞生物如球状或杆状的细菌、酵母、等耐受剪切力比较强,宜采用机械搅拌供氧; 通气供氧:把无菌的空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中,通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎,同时由于形成的气液混合物密度较低故向上运动,而上部的发酵液则下沉,形成循环流动,实现混合和传质。

优点:反应溶液分布均匀,综合循环速率高;较高的溶氧速率和溶氧效率 较高的气含量和比气液接触面积;剪切力小没有机械搅拌叶轮,故剪切力小。

缺点:通风的增加也是有限的;蒸发量大;中间挥发性代谢产物带走对于丝状菌的耐受能力弱;动物细胞对剪切特别敏感。

所以宜采用通气供氧。

5.水-有机溶剂构成的双液相生物反应体系在生物反应体系中占有重要位置,具有广泛的应用领域。

双液相生物反应体系中除酶促反应体系外,还有微生物反应体系。

以C11β-羟基化反应的研究为例,该反应中不仅需要C11β-羟基化酶,还需要辅酶和细胞膜的磷脂双分子层的协同作用。

这样的生物转化反应是不能通过将酶提纯后再进行的。

因此,直接利用微生物反应体系更具优势。

因此,此时采用温和压力技术进行C11β-羟基化反应是否可行?答:温和压力技术是根据微生物本身特性,通过在生物反应的一定阶段施加温和压力(0.1~1.0Mpa),使细胞代谢通量沿着目的产物方向加强,或者提高特定酶促反应效率的一种新的生物加工方法。

温和压力催化改变了传统微生物发酵和生物催化过程中压力作为常量的做法。

由于该技术整合了高压技术与生物催化两项技术的优点,从而提高生物催化效率。

通过选择适宜的加压介质和加压方式,可以使微生物活性基本不受影响。

压力可以改善难溶底物在水相中的溶解性,增进微生物细胞膜的通透性,提高基质、产物的传质速率,改变微生物胞内代谢流,最终达到提高产物发酵水平的目的。

目前,开展温和压力生物催化的报道甚少。

天津科技大学生化工程研究室在国家自然基金及天津市自然科学重点基金的资助下完成的相关研究结果表明:温和压力生物催化在理论和技术上是可行的,其中利用温和压力提高生物产物——海藻糖的专利已获得授权;在0.1~1.0MPa温和压力条件下氢化可的松的转化率较常压提高了15%左右(发明专利),并且能够有效降低副产品的生成。

这些为温和压力的商业化提供了必要的技术保证。

蓝色犁头霉是生物法转化生产氢化可的松的常用菌种之一,由于甾体生物转化过程中甾体底物与犁头霉生物酶系分别位于油-水两相,从而大大降低了氢化可的松的转化效率。

氢化可的松的生产是一种典型的生物催化反应,该反应不但涉及反应底物溶解性低的问题,而且还涉及到高耗氧、辅酶再生等问题,在微生物法转化生产氢化可的松的过程中,除了微生物自身的转化能力外,氧气的供给、底物在水中的溶解性以及辅酶的再生是限制转化反应的主要因素,如何有效地解决或缓解以上问题便成了在现有生产菌株基础上提高氢化可的松转化率的关键。

目前常采用的添加有机溶剂的方法、β环状糊精包埋及添加表面活性剂等方法,提高底物在水中的溶解性。

采用温和压力技术,其优势在于:(1)温和压力技术可以提高底物的溶解速率主要体现在两方面:一压力对底物的影响,物理学上,压力是独立于温度、化学组分的重要参量。

压力可以有效地使物质的原子间距离缩短、相邻电子的轨道重叠增加,进而改变物质的晶体结构、电子结构和原(分)子间的相互作用,达到温和压平衡态,形成全新的物质状态。

二压力对细胞膜的影响,使细胞膜通透性增加,从而使一些酶更容易的从胞内流向胞外,加快了与底物的融合和反应。

(2)改善了菌丝团结构常压条件下菌丝球形态完整、致密,菌丝球边缘菌丝较短,菌球边缘较平整,几乎无游离的菌丝。

而在加压条件下菌丝球形态比较松散,菌球外边缘的菌丝较长,菌球相对比较独立,有少量菌丝互相连接,发酵液中有少量游离的菌丝。

以上变化说明温和压力可以改变蓝色犁头霉的菌丝形态。

考虑到氢化可的松前体R.S.A的难溶性,菌丝球之间保持一定的孔隙会增大R.S.A与菌丝球间的有效接触面积,有助于提高底物与细胞的传质效率。

只要在保证菌丝活力的前提下,温和压力处理通过改变菌丝球形态,促进培养基中基质的传递效率,进而影响菌丝球的氢化可的松转化能力。

(3)增加生产菌株的细胞膜通透性细胞膜主要由磷脂和蛋白质分子组成,通过氢键和疏水键维持其结构,在压力的作用下,细胞膜双层结构的容积随着每一磷脂分子横切面积的缩小而收缩,使通透性增大。

菌丝球在温和压力的作用下,胞内电解液、内容物(蛋白质、核酸)不断外渗,从而导致细胞悬浮液的电导率、A260,和A280随压力变化而变化,在0.5MPa 压力下,细胞膜通透性显著增强,各指标均高于常压对照。

而此时菌丝球仍保持很高的生物活力(相对生物活力为97.8%)。

这就说明,0.5MPa的压力处理可以在保证菌丝球生物活力的前提下,显著提高了细胞膜的通透性。

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