微生物代谢工程 - 江南大学研究生院学习资料
微生物学 第五章 微生物的代谢
ED（%） — — — — — 71 100 — — 100 100 —
磷酸解酮酶途径
发酵类型
由于在各种发酵途径中均有还原性氢供体NADH+H+产生，但 产量并不多，若不及时将它们氧化再生，葡萄糖分解产能将会中断， 这样，微生物就以葡萄糖分解过程中形成的各种中间产物为氢（电 子）受体来接受NADH+H+和NADH+H+的氢（电子），于是产生 各种各样的发酵产物。
3. ED途径（Entner-Doundoroff）途径 （2-酮-3脱氧-6-磷酸葡糖酸 裂解途径）
4. 磷酸解酮酶途径
EMP途径
葡萄糖分子经转化成1，6—二
磷酸果糖后，在醛缩酶的催化下， 裂解成两个三碳化合物分子，即磷
酸二羟丙酮和3-磷酸甘油醛。 3-磷酸甘油醛被进一步氧化生 成2分子丙酮酸，
合成代谢(anabolism)
是指细胞利用简单的小分子物质合成复杂大分子的 过程，在这个过程中要消耗能量。
合成代谢所利用的小分子物质来源于分解代谢过程 中产生的中间产物或环境中的小分子营养物质。
能量与代谢的关系
分解代谢
微
物质代谢
生
物
的
代
谢
能量代谢
合成代谢 耗能代谢
产能代谢
无论是分解代谢还是合成代谢，代谢途径都是由一系列连续的酶促反应构成的
2CH3CH2OH+2CO2+2ATP
酵母菌利用葡萄糖进行三种类型的发酵
当环境中存在亚硫酸氢钠时，由于乙醛和亚硫酸盐结合生成难 溶的磺化羟基乙醛而不能作为NADH2的受氢体，所以不能形成乙 醇，迫使磷酸二羟丙酮代替乙醛作为受氢体，生成α-磷酸甘油进一 步水解脱磷酸而生成甘油，称为酵母的二型发酵；
绪论 第一章第二章
周德庆微生物教程（第二版）绪论本章主要内容：1. 微生物与微生物学 2.微生物学的发展 3.微生物的特点4.微生物学及其研究内容5.微生物与食品工业第一节微生物和微生物学一、微生物定义及其类群微生物（Microorganism，microbe ）是对所有形体微小、结构简单的（单细胞的或个体结构较为简单的多细胞的、或没有细胞结构的）低等生物的通称。
二、微生物的特点l.体积小，面积大 2.吸收多，转化快（代谢能力强） 3.生长旺，繁殖快 4.适应强，易变异 5.分布广，种类多认识微生物的四大障碍：1. 个体过于微小 2.群体外貌不显 3.种间杂居混生 4.形态与作用后果难以认识人类对微生物世界的认识过程1.史前期：感性认识阶段2.初创期：形态学发展阶段3.奠基期：生理学发展阶段4.发展期：微生物生化的研究发展阶段5.成熟期：分子生物学水平的研究发展阶段一、史前时期(8000年前-1676) （微生物学的经验时期利用微生物）8000年前——曲蘖酿酒，4000年前——酿酒普及，–埃及人-烤制面包和酿制果酒。
2500年前——酿酱、醋，麦曲治泻；公元6世纪——《齐民要术》记载了制曲、酿酒、制酱和酿醋等工艺；提倡轮作；采用盐渍、糖渍、干燥、酸化等方法——防止食物变质；在我国隆庆年间就开始用人痘预防天花。
关于人痘和牛痘接种预防天花的历史：我国11世纪开始接种人痘；18世纪后叶，Jenner 发明牛痘二、启蒙时期-形态学期（1676-1861)微生物的发现与显微镜的发明有关1590年——[荷]詹森兄弟制作了第一台显微镜。
1664年——[英]罗伯特.虎克用自制的显微镜并描述了霉菌的子实体结构。
1676年——[荷]商人列文.虎克（微生物学开山祖）第一个详细描述―微动体‖形态1680年——显微镜放大270倍三、奠基期——生理学期(1861-1897)微生物生理学的研究时期建立了一套独特的研究方法,寻找各种传染病病原菌。
江南大学微生物
江南大学微生物1997-2002 历届试题名词97 1 原生质体2 芽孢3 菌落4 诱导酶5 生长因素6 回复突变7 诱导8 拮抗9 血清学反应10 巴斯德效应98 1 芽孢2 菌落3 质粒4 回复突变5 生长因子6 诱导酶7 拮抗8 巴斯德效应9 光复活作用10 活性污泥99 1 原生质体2 菌落3 质粒4 芽孢5 诱导酶6 生长因子7 巴斯德效应8-营养缺陷型9 BOD 10 血清学反应2000 1 温和性噬菌体2 巴斯德效应3 艾姆斯试验（Ames test）4 ELISA 5 PCR 2001 1 类毒素2 暗修复作用3 巴斯德效应4 诱导酶2002 1 转化2 半抗原3 活性污泥4 回复突变5 PCR97 97 1 微生物生长的特点是： 2 微生物的学名是由_和_所组成3 革兰氏染色的主要原理是_。
影响染色的主要因素是_和_，革兰氏染色后为红色的是_ 4 酵母菌是_，其无性繁殖方式是_和_，有性繁殖是_ 5 霉菌产生的无性孢子有___ 6 噬菌体的特点是___，其生长繁殖过程包括五个步骤。
7 培养基按用途可分为8 根据生长和O2 的关系，大多数酵母属于_，大多数霉菌属于_ 9 影响微生物生长的延滞期长短的因素有___等10 光复活作用是指四种情况11 染色体畸变是指四种情况12 大肠杆菌是指食品中大肠菌群测定的食品卫生含义是_ 13 影响微生物的抗热性的因素是14 BOD 是指_15 在空气中能较长时间的微生物类群是__特点是_ 16 培养时，培养皿倒置是为了_和_ 17 平板菌落计数法结果表达中常用的“clu”的意思是_ 98 1 微生物的特点是 2 微生物的学名有_和_所组成3 细菌革兰氏染色的主要原理是_影响染色的主要因素是_ 和_，革兰氏染色后为红色的是_菌4 霉菌产生的无性孢子是___5 微生物的培养基按用途可分为 6 根据生长和氧气的关系，大多数酵母属于_，大多数霉菌属于_ 7 影响微生物生长的延滞期长短的因素有___等8 染色体畸变有四种情况9 影响微生物的抗热性的因素是10 在空气中能较长时间的微生物类群是__特点是_ 11 培养时，培养皿倒置是为了_和_ 12 平板菌落计数法结果表达中常用的“clu”的意思是_ 132 BOD 是指_2000 1 影响革兰氏染色结果的因素是___，E.coli 属于_性菌，染色结果为_色2 生长因子是_，主要包括___ 3 影响微生物生长的延滞期的主要因素是___ 4 根据微生物生长和氧气的关系，可分为___三大类型。
江南大学97-07微生物考研题答案汇编.tmp
江南大学食品学院微生物学97-07年硕士研究生试题汇编及简答作者：babybath97硕士题1．如何使微生物合成比自身需求量更多的产物？举例说明；见练习题第19 题,周德庆二版教材P144考察知识点，代谢调控理论，周德庆二版上的内容；应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节；应用抗反馈调节菌株解除代谢调节答：为了使大量积累中间代谢产物或终产物，必须破坏或解除原有的调控关系并建立新的调节机制，使它按照人们的意愿使目的产物大量生成和积累（一）调节初生代谢途径微生物细胞的代谢调节方式很多，例如可调节营养物质透过细胞膜而进入细胞的能力，通过酶的定位以限制它与相应底物的接近，以及调节代谢流等，其中以调节代谢流的方式最为重要，它包括调节酶的合成和调节现成酶分子的催化能力，两者密切配合，以达最佳效果。
在发酵工程业中常通过三种调节初生代谢途径而提高发酵生产率(1) 应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节营养缺陷型菌株丧失了某种酶合成能力，只有在加有该酶的培养基中才能生长，在直线型的合成途径中，营养缺陷型突变株只能累积中间代谢物而不能累积最终代谢物，但在分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使某一分支途径的末端产物得到累积。
如高丝氨酸营养缺陷型菌株由于该菌株不能合成高丝氨酸脱氢酶因此不能生产高丝氨酸脱氢酶，也不能产苏氨酸和甲硫氨酸，在补给适量高丝氨酸（或苏氨酸和蛋氨酸）的条件下突变株可以在含高浓度糖和铵盐的培养基中产生出大量赖氨酸。
(2) 应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节此菌株对反馈抑制不敏感，或对阻遏有抗性，或兼而有之的组成菌株。
这类菌株其反馈抑制或阻碍已解除，故可分泌大量末端代谢产物。
抗反馈调节的突变株可从结构类似物抗性突变菌株和营养缺陷型回复突变株中获得。
结构类似物抗性突变株的末端产物合成酶系的结构基因发生了突变，故不再受末端产物的反馈抑制，于是末端产物就大量积累，利用结构类似物作筛子，可筛选其对应氨基酸的高产株以赖氨酸发酵为例,谷氨酸棒杆菌对赖氨酸的结构类似物S-(β氨乙酰基)胱氨酸(A EC)敏感,是赖氨酸毒性类似物。
《微生物学代谢》PPT课件
ED途径的特点
•葡萄糖经转化为2-酮-3-脱氧-6-磷酸葡萄糖酸后， 经脱氧酮糖酸醛缩酶催化，裂解成丙酮酸和3-磷酸 甘油醛， 3-磷酸甘油醛再经EMP途径转化成为丙酮 酸。结果是1分子葡萄糖产生2分子丙酮酸，1分子 ATP。 •ED途径的特征反应是关键中间代谢物2-酮-3-脱氧6-磷酸葡萄糖酸（KDPG）裂解为丙酮酸和3-磷酸甘 油醛。ED途径的特征酶是KDPG醛缩酶. •反应步骤简单，产能效率低. • 此途径可与EMP途径、HMP途径和TCA循环相连接， 可互相协调以满足微生物对能量、还原力和不同中 间代谢物的需要。好氧时与TCA循环相连，厌氧时进 行乙醇发酵.
与发酵生产紧密相关（柠檬酸、苹果酸、谷氨 酸、延胡索酸、琥珀酸等）。
5、葡萄糖经不同脱氢途径后的产能效率
（二）递氢和受氢
葡萄糖经四条途径脱下的氢，通过呼吸链（电子传递链） 等方式传递，最终与氧、无机物或有机物等氢受 体结合并释放出其中的能量。 根据递氢特点尤其是氢受体性质的不同，可把生物氧化 分为：呼吸、无氧呼吸、发酵三种类型。
（Embden-Meyerhof pathway，
果糖-6-磷酸
a
糖酵解途径，己糖二磷酸途径）
ATP
果糖-1，6- 二磷A酸DP
EMP途径意义： 为细胞生命活动提
供ATP 和 NADH
a :耗能反应 b :氧化还原反应
磷酸二羟丙酮
甘油醛-3-磷酸
NAD+
NADH+H+
1，3-二磷酸甘油酸
底物水平磷酸化
• 合成代谢：简单小分子合成为复杂大分 子（同化作用）
• 二者关系
初级和次级代谢
• 依据代谢产物在微生物中作用不同，又 有初级代谢和次级代谢。
江南大学微生物考研题库
名词解释1、半知菌2、中质体（间体）3、鉴别培养基4、防腐5、致死温度6、异宗配合7、子囊孢子8、甲基红反应：9、超净工作台10、经典分类法11、化能异养微生物12、基本培养基（MM）13、间歇灭菌法14、湿热灭菌15、灭菌和消毒16、化能无机营养型（化能自养型）17、分生孢子18、细菌的生长曲线19、营养缺陷型20、光复活作用21、化能自养型22、共生关系(symbiotic system) 23、局限性转导24、原噬菌体（prophage）25、选择培养基：26、基因重组（Gene recombination）27、溶源性细菌28、孢囊孢子29、厚垣孢子（chlamydospore）30、微生物的自发突变31、平板菌落计数32、质粒（plasmid）33、分批培养（batch culture）34、接合孢子35、孢子囊孢子（sporangium spore / sporangiospore）36、细胞器（cell organelle37、芽裂38、杀伤因子（killer）39、微生物营养物质40、基团转位（Group translocation）41、恒化连续培养42、能荷43、嗜冷微生物44、兼性厌氧菌45、生物膜（biofilm）46、连续灭菌47、累积反馈抑制（cumulative feedback inhibition）48、大肠杆菌49、原核生物（prokaryote）50、世代时间（generation time）52、原生质体融合（protoplast fusion）53、诱导物（inducer）54、富集培养55、拟核（nucleoid）56、单双倍体生活史型酵母57、恒化器连续培养58、微生物分离时的增殖培养59、碱基结构类似物60、载体61、生物转盘法62、接种63、pH 值和酸度64、水活度和浓度65、碳源物质66、周质空间（periplasmic space，periplasm）67、stationary phase （稳定期）68、选择性培养基（selective medium）69、大肠菌群70、半保留复制（semiconservative replication）模型71、血球计数板72、巴斯德灭菌73、HFR菌株74、对数生长期75、细菌的芽孢76、倒位77、多克隆位点：载体DNA分子中，具有的多种限制性内切核酸酶的单一切点的部位。
微生物代谢工程ppt课件
在生物工程中通常是以生物细胞为反应器， 利用其固有的代谢网络来合成所需的产物。 由于遗传背景的限制，细胞固有的代谢网 络常常很难满足人类的需要，这就促使人 们进一步了解代谢网络，并在此基础上通 过重组DNA技术来重新设计代谢途径，调 整代谢网络，改造细胞原有特性以符合人 类需要。
代谢工程（metabolic engineering）
扩展代谢途径
通过基因工程手段引入外源基因（簇）等，使原 有代谢途径进一步向前或向后延伸，从而可利用 新的原料用于合成目标产物或产生新的末端代谢 产物。
构建新的代谢途径
构建新的代谢途径一般指引入外源基因（簇）来 改造和修饰代谢网络，使细胞从不能合成某种代 谢产物转变为能合成此代谢产物。 常用手段： （1）转移代谢途径，即将多个特定代谢途径中 的相关基因簇转移到无这些基因的菌株中，从而 达到使其能合成新的目标产物的目的； （2）将无关的代谢途径相连，形成新的代谢途 径，从而合成新的目标产物。
UDPGAL r25 U D P G A LA r26 p o ly G A L A N A D H (N A D P H ) + O2 ADP r35(r36)
r24
UDPG r23 G 1P r22
G LC r1 G 6P r2 F 6P r3 G A 3P r4 r20
r16 r21
r18 X 5P
代谢工程的本质
应用重组DNA技术对细胞的酶反应、物质 运输及调控功能进行遗传操作，从而改良 细胞功能的技术。
代谢工程涉及的主要内容
生物合成相关代谢调控和代谢网络理论 代谢流的定量分析 代谢网络的重新设计 中心代谢作用机理及相关代谢分析； 基因操作
江南大学微生物(发酵)笔记
江南大学微生物(发酵)笔记本科笔记绪论第一节：微生物学的研究对象与任务一、“微生物”的含义（什么是微生物）非分类学上名词，来自法语“Microbe”一词。
是形体微小、单细胞或个体结构简单的多细胞、甚或无细胞结构的低等生物的通称。
（插入）二、生物分界（微生物在生物界的位置）1、两界系统（亚里斯多德）动物界 Animalia：不具细胞壁，可运动，不行光合作用。
植物界 Plantae：具有细胞壁，不运动，可行光合作用。
三界：原生生物界 Protista：（E. H. Haeckel, 1866年提出）2、五界系统R. H. Whitakker, Science, 163: 150-160, 1969原核生物界 Monera：细菌、放线菌等原生生物界 Protista：藻类、原生动物、粘菌等真菌界 Fungi：酵母、霉菌动物界 Animalia：植物界 Plantae：五界系统是以细胞结构分化的等级以及和光合、吸收、摄食这三种主要营养方式有关的组织类型为基础的。
六界：加上病毒界。
3、三界（域）系统Woese用寡核苷酸序列编目分析法对60多株细菌的16SrRNA序列进行比较后，惊奇地发现：产甲烷细菌完全没有作为细菌特征的那些序列，于是提出了生命的第三种形式--古细菌(archaebacteria)。
随后他又对包括某些真核生物在内的大量菌株进行了16Sr RNA(18SrRNA)序列的分析比较，又发现极端嗜盐菌和极端嗜酸嗜热菌也和产甲烷细菌一样，具有既不同其他细菌也不同于其核生物的序列特征，而它们之间则具有许多共同的序列特征。
于是提出将生物分成为三界(Kingdom)(后来改称三个域)：古细菌、真细菌( Eubacteria)和真核生物(Eukaryotes)。
1990年，他为了避免把古细菌也看作是细菌的一类，他又把三界(域)改称为：Bacteria(细菌)、Archaea(古生菌)和Eukarya(真核生物)。
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微生物代谢工程-江南大学研究生院
生工学院
课程编号：020302
课程名称：生命科学与生物技术进展（Advances on Life Science and Biotechnology）
总学时：50
学分：3.0
主讲教师：陶文沂(教授)、陈坚（教授）、王武（教授）、诸葛健（教授）、金坚（教授）
主要内容：使得相关专业的博士研究生了解并掌握植物细胞和组织培养技术和植物生物技术；蛋白质分子水平的研究进展以及蛋白质设计与改造；环境科学；发酵工业的近期发展和转基因食品的近期及发展趋势和基因方面的研究进展及最新技术。
课程编号：021001
课程名称：现代水污染控制理论与技术（Advanced Theory and Technology of Water Pollution Control）
总学时：36
学分：2.0
主讲教师：李秀芬(副教授)、华兆哲（副教授）
主要内容：膜分离技术与水处理、膜生物反应器、光催化、Fenteon反应。
通过学习使学生了解环境技术状况，掌握环境污染控制技术与方法，跟踪国内外环境技术前沿。
课程编号：021003
课程名称：环境工程进展（Progress of Environmental Engineering）
总学时：36
学分：2.0
主讲教师：陈坚（教授）
主要内容：环境微生物学进展、废水生物处理工程进展、废水物化处理技术进展、废物资源化技术研究进展、污染事故的生物补救和污染场地生物修复研究进展。
本课程旨在追踪国内外环境科学与工程前沿，以利于学生及时掌握该领域的最新发展动态。
课程编号：021004
课程名称：生化工程进展（Advances in Biochemical Engineering）
总学时：36
学分：2.0
主讲教师：陈坚（教授）
主要内容：绪论、发酵过程优化原理、发酵过程的系统优化技术、赖氨酸发酵过程优化、丙酮酸发酵过程优化、透明质酸发酵过程优化、谷氨酰胺转胺酶发酵过程优化、聚羟基烷酸(酯)发酵过程优化。
通过本课程学习，使研究生了解和掌握生化过程的一些最新研究进展情况，以及生化过程优化控制中的一些先进手段和具体应用实例，为今后从事这方面的研究开拓视野并能由此打下扎实的基础。
课程编号：021006
课程名称：现代环境生物技术（Advanced Environmental Biotechnology）
总学时：36
学分：2.0
主讲教师：陈坚(教授)
主要内容：环境生物水处理技术的理论基础、废水好氧生物处理工程、废水厌氧生物处理工程、废水生物脱氮除膦技术、废水资源化工程、危害性化合物的微生物降解、污染事故的生物补救和污染场地生物修复、生物可降解塑料的生物合成。
通过对该课程的学习，要求学生掌握有关环境生物水处理技术领域的一些最新研究进展情况和污染物处理方法，并通过一些废水、废物具体处理工程实例的讲解，加深对该课程的深刻理解。
课程编号：021007
课程名称：环境友好材料的研究与进展（Process of Environmental Friendly Materials）
总学时：36
学分：2.0
主讲教师：堵国成(教授)
主要内容：聚乳酸的研究与进展、光降解塑料的研究与进展、淀粉塑料的研究与进展、聚β-羟基烷酸（PHAs）的研究与进展、环境友好的重要酶制剂的研究与进展、生物农药的微生物生产研究与进展、环境质量控制的生物制品的研究与进展、通过学习，可望提高学生掌握有关先进热门的环境友好材料的研究、发酵生产及应用方面的知识和能力。
课程编号：021102
课程名称：污染生态学（Pollution Ecology）
总学时：40
学分：2.0
主讲教师：周青（教授）
主要内容：绪论、污染物在生物体内的迁移规律、生物富集、污染物的毒害作用及机理、生物对环境污染物的抗性、生物对长期污染的生态效应与适应进化、环境污染的生物监测、水体污染及生物防治、大气污染及生物防治、土壤污染及生物防治。
通过课程学习使研究生了解、掌握污染生态学的学科体系，研究进展，发展动向，研究方法等，为今后从事环境工程与环境科学研究打下深厚的理论基础。
课程编号：021402
课程名称：高级环境微生物学与分子生物学（Advanced environmental microbiology and molecular
biology）
总学时：36
学分：2.0
主讲教师：李华钟(教授)、刘和（副教授）
主要内容：现代环境微生物学引言、土壤与水环境中的微生物、空气中的微生物、环境微生物的检测新方法、环境微生物的生物地球化学循环、微生物与有机污染物的生物降解、微生物与重金属污染、生活废弃物的微生物处理、分子生物学方法在环境微生物学研究中的应用。
通过本课程的学习，学生能够掌握现代环境微生物学的基础理论知识及其新的检测技术。
课程编号：021504
课程名称：免疫学原理及进展（Trend of theoretical Immunology Study）
总学时：40
学分：2.0
主讲教师：金坚(教授)
主要内容：现代免疫学概论、免疫系统的研究进展、免疫应答的研究进展、免疫化学分析的研究进展、抗体工程设计与药物、疫苗技术基础与应用、免疫药物及其药理学研究。
本课程旨在通过授课，
在掌握免疫学的基础理论和方法学的基础上，让学生了解免疫学研究的前沿性工作，扩大学生的知识面，培养学生的自我创新能力。