代谢控制发酵
代谢控制发酵名词解释
代谢控制发酵名词解释代谢控制是指通过调控细胞内多个代谢途径的活性，以达到对生物体生理状态的调节。
在发酵过程中，代谢控制是实现产物合成和细胞能量供应的关键。
下面我将针对代谢控制和发酵的相关名词进行解释。
1. 代谢（Metabolism）：代谢是指生物体内发生的一系列物质转化过程，涉及能量的产生与消耗以及有机物的合成与降解等。
代谢包括两个相互依赖的过程，即合成（Anabolism）和降解（Catabolism）。
2. 代谢途径（Metabolic pathways）：代谢途径是由一系列相互连接的酶催化反应组成的网络。
它们能够协同合作，将底物转化为产物，并产生能量或合成特定产物。
3. 代谢调节（Metabolic regulation）：代谢调节是通过对代谢途径中关键酶的活性进行调控，以适应环境条件和维持生理平衡的过程。
代谢调节能够使细胞对外部信号做出响应，从而合理分配代谢物，调节能量产生和物质合成。
4. 酶（Enzyme）：酶是催化生物体内化学反应的蛋白质。
在发酵过程中，酶能够加速底物转化的速率，从而促进产物的合成。
5. 代谢产物（Metabolites）：代谢产物是在代谢过程中生成的化学物质。
在发酵中，代谢产物可以是所需的产品（如酒精、酸类），也可以是副产物（如乳酸、CO2等）。
6. 基因调控（Gene regulation）：基因调控是通过对基因表达的调控，实现细胞代谢活动的调节。
在发酵中，通过操纵产物代谢途径上的关键基因，可以调节特定发酵产物的产生。
7. 底物浓度（Substrate concentration）：底物浓度是指代谢途径中反应底物的浓度。
底物浓度的增加或减少会影响酶催化反应的速率，进而影响代谢途径的活性和产物的合成。
8. 产物抑制（Product inhibition）：产物抑制是指在代谢过程中，产物的积累对酶的活性产生抑制作用。
产物抑制是一种重要的负反馈调控机制，可以通过抑制产物合成途径上的酶活性，调节代谢活动。
代谢控制发酵
第一章绪论1、代谢控制发酵：就是利用遗传学的方法或其他生物化学方法，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，使有用目的产物大量生成、积累的发酵。
P22、代谢控制发酵的关键：取决于微生物代谢控制机制是否能够被解除，能否打破微生物正常的代谢调节，人为地控制微生物的代谢。
P23、代谢工程的具体思路：P31、改变代谢流：（1）、加速速度限制反应；（2）、改变分支代谢途径的流向；（3）、构建代谢旁路；（4）、改变能量代谢途径。
2、扩展代谢途径和构建新的代谢途径：（1）、引入外源基因，延伸代谢途径；（2）、利用新的底物，构建新的生物合成途径。
第二章代谢控制发酵的基本思想1、微生物细胞的调节机制：P7-9（1）、通过控制基因的酶生物合成的控制机制：①诱导——促进酶的合成；②阻遏——抑制酶的合成，包括：1）终产物阻遏，2）分解代谢物阻遏。
（2）、酶活性的控制机制：①终产物抑制或激活，②通过辅酶水平的活性调节，③酶原的活化，④潜在酶的活化。
（3）、通过细胞渗透性的控制：（根据酶在代谢调节中作用不同分类）①调节酶：变构酶、同功酶、多功能酶。
②静态酶③潜在酶2、脱敏作用：变构酶经特定处理后，不丧失酶活性而失去对变构效应物的敏感性。
注：处理方法：①使变构酶解聚，②基因突变。
P153、反馈抑制的调节类型可以分为以下几种：P18-21 图略（1）、单功能途径中酶活性的调节类型：①前体激活，②补偿性激活。
（2）、多功能途径中酶活性的调节类型：①协作反馈抑制或称多价反馈抑制，②合作反馈抑制，③积累反馈抑制，④顺序反馈抑制，⑤假反馈抑制：指结构类似物的反馈抑制，⑥同功酶4、分解代谢物阻遏：当细胞具有一优先利用的底物（通常是，但并不总是葡萄糖）时，很多其他分解反应途径受到阻遏。
P27 (注：根据葡萄糖效应理解)5、突破微生物的自我调节控制机制，使代谢产物大量积累的有效措施：P31 （1）、应用营养缺陷型菌株。
代谢控制发酵
磷酸盐调节(高于10mmol/L抑制许多抗生素合成)
A抑制酶的作用；B导致细胞能荷变化；C竞争某些金属离子的作用。
代谢工程
• 代谢网络理论：
将细胞的生化反应以网络整体来考虑，而不 是孤立地来考虑。将代谢网络分流处的代谢产物 称为节点，对终产物合成起决定作用的少数节点 称主节点。根据节点下游分支的可变程度，节点 分为柔性、半柔性和刚性三类。 1.改变代谢途径 2.扩展代谢途径 3.转移或构建新的代谢途径
1.改变代谢途径
• 改变分支途径流向，阻断其他产物合成，提高目标 产物产量。 ①加速限速反应
如：头孢霉素C的代谢工程菌的构建。青霉素N积累，下一酶克隆、导
入、产量上升25％；
②改变分支途径流向
提高目的产物支路的酶活性，占据优势、提高产量；
③构建代谢旁路
将抑制物分解或转化成影响小的其他物质；如：乙酸→乙醇（乳酸）。
3.菌种遗传特性的改变
• 抗反馈调节突变株；
抗反馈调节突变株是指一种对反馈抑制不敏 感或对阻遏有抗性的组成型菌株，或兼而有之的 菌株。如苏氨酸发酵：
• 组成型突变株； • 抗性突变株。
次级代谢与次级代谢调节
• 主要包括：抗生素、刺激素、生物碱、 维生素、色素、毒素等。 1.初级代谢和次级代谢
初级代谢：与生物生存有关的，涉及能量产生和能量消 耗的代谢类型。 生存必需；始终产；不同种，相同；环境敏感性 小；酶专一。 次级代谢：某些生物为避免某种代谢物积累造成不利作 用而产生的一类有利生存的代谢。 并非必需，但有一定价值；某一时产；不同种，不 同；受环境敏影响大；酶专一性不强。
2.次级代谢的调节类型
①酶合成的诱导调节 有些酶也是诱导酶，以底物或底物类似物（内 源、外源）为诱导剂。 ②反馈调节 次级代谢物的自身反馈抑制和反馈阻遏
代谢控制发酵
《代谢控制发酵》复习题1．名词解释代谢控制发酵：所谓代谢控制发酵就是利用遗传学的方法或其他生物化学的方法，人为地在脱氧核糖核苷酸的分子水平上，改变和控制微生物的代谢，使有用目的产物大量生成、积累发酵。
关键酶：参与代谢调节的酶的总称。
作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速作用。
变构酶：有些酶在专一性的变构效应物的诱导下，结构发生变化，使催化活性改变，称为变构酶。
诱导酶：诱导酶是在环境中有诱导物（通常是酶的底物）存在的情况下，由诱导物诱导而生成的酶。
调节子：就是指接受同一调节基因所发出信号的许多操纵子。
温度敏感突变株：通过诱变可以得到在低温下生长，而在高温下却不能生长繁殖的突变株。
碳分解代谢物阻遏：可被迅速利用的碳源抑制作用于含碳底物的酶的合成，就称为碳分解代谢阻遏。
氮分解代谢物阻遏：可被迅速利用的氮源抑制作用于含氮底物的酶的合成，就称为氮分解代谢阻遏。
营养缺陷型突变菌株：原菌株由于发生基因突变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，从而丧失了合成某些物质的能力，必须在培养基中外源补加该营养物质才能生长的突变菌株。
渗漏突变株：由于遗传性障碍的不完全缺陷，使它的某一种酶的活性下降而不是完全丧失。
因此，渗漏突变菌株能少量的合成某一种代谢最终产物，能在基本培养基上进行少量的生长。
代谢互锁：从生物合成途径来看，似乎是受一种完全无关的终产物的控制，它只是在较高浓度下才发生，而受这种抑制（阻遏）作用是部分性的，不完全的。
平衡合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E与G，由于a酶活性远远大于b 酶，结果优先合成E。
E过量后就会抑制a酶，使代谢转向合成G。
G过量后，就会拮抗或逆转E的反馈抑制作用，结果代谢流转向又合成E，如此循环。
（P45图）优先合成：底物A经分支合成途径生成两种终产物E和G，由于a酶的活性远远大于b酶的活性，结果优先合成E。
E合成达到一定浓度时，就会抑制a酶，使代谢转向合成G。
G合成达到一定浓度时就会对c酶产生抑制作用。
代谢控制发酵知识点
15、抗生素法：有青霉素法和制霉菌素法等素种。青霉素法适用于细菌，青霉素的抑制细菌细胞壁的生物合成，杀死正在繁殖的野生型细菌，但无法杀死正处于休止状态的营养缺陷型细菌。制霉菌素法则适用于真菌，制霉菌素可与真菌细胞膜上的甾醇作用，从而引起膜的损伤，也是只能杀死生长繁殖着的酵母菌或霉菌。在基本培养基中加入抗生素，野生型生长被杀死，营养缺陷型不能再基本培养基中生长而被保留下来得以浓缩。
41、磷酸盐的作用：①提供某些蛋白质、核酸、ADP、ATP所需磷元素；②缓冲作用。
42、复合反应是可逆的，影响复合反应的条件有：①葡萄糖浓度；②淀粉乳浓度（生产中一般采用10~12°Be18~21％ 这时糖化液纯度90~92％，复合糖7％左右）③酸度和酸的种类。
43、无机酸的选择和用量：目前国内普遍采用催化效能最高的盐酸进行淀粉水解。
4、代谢控制发酵技术：是指应用动态生物化学的知识和遗传学的理论选育微生物突变株，从DNA分子水平上，控制微生物的代谢途径，进行最合理的代谢，积累大量有用发酵产物的技术。
5、发酵工程技术的发展趋势：①利用基因工程等先进技术，人工选育和改良菌种，实现发酵产品产量和质量的提升；②采用发酵技术进行高等动植物细胞培养，具有诱人的的前景；③随着酶工程的发展，固定化技术被广泛应用；④不断开发和采用大型节能高效的发酵装置，计算机自动控制将成为发酵生产控制的主要手段；⑤发酵法生产单细胞蛋白，将是产量最大、最具广阔前景的产业，寄希望于解决人类未来粮食问题；⑥应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸、核苷酸；⑦将生物技术更广泛的用于环境工程。
1、生物材料：包括来自自然界的微生物，基因重组微生物，各种来源的动植物细胞，因此，发酵工程是生物工程的主要基础和支柱。
2、初级代谢产物：是指微生物产生的，生长和繁殖所必须的物质。如蛋白质，核酸等。
代谢控制发酵1(1)
从微生物发酵的历史角度看，最早的微生物发酵是一个自然 发酵过程，如古代的酿酒技术、酱油、食醋酿造技术等；现代微 生物工业通常是指微生物的代谢控制发酵，如有机酸发酵工业、 酶制剂工业、生物医药工业等
抗生素发酵也属于代谢控制发酵的范畴，但目前许多发酵试 验还具有很大的盲目性，大部分试验都是靠经验及推测来设计， 通过结果来进行验证。主要原因是由于抗生素属于次级代谢产物， 生物合成途径比较复杂，代谢机理有的目前还没有搞清楚；其次 是由于中间代谢产物种类繁多且时刻处于动态变化之中，而且每 种物质的流向不止一条，这就使得微生物的即时代谢状态很难被 把握，即检测手段缺乏的问题。 如目前我们在头孢菌素C的发酵试验及生产中，常用的一些 检测指标如：PH、总糖、氨氮、溶氧、菌浓、还原糖、空气流 量、罐压、转速等，都与头C的生产速率及最终产量没有直接的 关联，只能作为一种参考指标，不到发酵结束很难准确预测发酵 结果的好坏。例如有些批次效价很低，但各种消耗并不低，各项 检测指标也正常，发酵失败的原因就很难分析（营养物质没有用 于产物的合成）。
代谢控制发酵
1.关于代谢控制发酵的几个概念 2.研究代谢控制发酵的意义 3.主要代谢底物的代谢途径及其联系 4.自然发酵实例 5.代谢控制发酵实例
一.代谢控制发酵的几个概念 1.代谢
代谢也叫新陈代谢，是细胞内发生的各种化学反应的总称， 包括合成代谢和分解代谢两大方面。分解代谢又称异化作用，是指 由复杂的营养物质分解成简单化合物的过程；合成代谢也称同化作 用，是指由简单化合物合成复杂的细胞物质的过程。
利用丙酮丁醇梭菌(Clostridium aceto-butylicum)在严格嫌气 条件下进行发酵时，其生成途径由葡萄糖发酵生成乙酸、丁酸、 二氧化碳和氢气，当pH值下降至4-4.5时，还原生成丙酮、正丁 醇和乙醇。通常以玉米为原料，利用生产菌分泌的淀粉酶进行边 糖化边发酵。溶剂比例因菌种、原料、发酵条件不同而异。正常 情况下丙酮、丁醇和乙醇的比例为3:6:1。近年来选出的菌种，可 使丁醇产量提高至70%。按发酵方法可分为间隙发酵和连续发酵，
代谢控制发酵
第一章：微生物代谢小结：1、能量代谢是生物新陈代谢的核心2、化能异养微生物的生物氧化必须经历脱氢、递氢和受氢3个阶段，依据受体的不同将生物氧化分为三种：呼吸、无氧呼吸和发酵3、化能自养微生物利用无机氧化获得ATP，产能少，生长得率极低4、字样微生物通过光和磷酸化获得ATP，包括循环光合酸化、分循环光和磷酸化和紫膜光合磷酸化三种5、微生物具有固氮作用复习题：1、名词解释：生物氧化：在生物体内，从代谢物脱下的氢及电子﹐通过一系列酶促反应与氧化合成水﹐并释放能量的过程。
有氧呼吸：微生物在降解底物过程中，将释放出电子传给NAD（P）+、FAD或FMN等电子载体，在经电子传递系统传给外源电子受体，以分子氧作为最终电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程无氧呼吸：微生物在降解底物过程中，将释放出电子传给NAD（P）+、FAD或FMN等电子载体，在经电子传递系统传给外源电子受体，以氧化型化合物作为最终电子受体，从而生成水或其它还原型产物并释放出能量的过程发酵：是指微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给底物本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。
电子传递链（呼吸链）：多种递电子体或递氢体按次序排列的连接情况。
生物氧化过程中各物质氧化脱下的氢，大多由辅酶接受，这些还原性辅酶的氢在线粒体内膜上经一系列递电子体(或递氢体)形成的连锁链，逐步传送到氧分子而生成水。
此种连锁过程与细胞内呼吸过程密切相关。
植物的叶绿体中则存在光合电子传递链以传递电子，完成光合作用中水分解出氧，形成NADPH的过程。
光和磷酸化（循环/非循环）：一种存在于厌氧光合细菌中的利用光能产生ATP的磷酸化反应，由于它是一种在光驱动下通过电子的循环式传递而完成的磷酸化，故称循环光合磷酸化。
生物固氮：生物固氮是指分子氮通过固氮微生物固氮酶系的催化而形成氨的过程。
自生/共生/联合固氮菌：自生固氮菌：独立进行固氮，但并不将氨释放到环境中，而是合成氨基酸；固氮效率较低。
代谢控制发酵
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代谢控制发酵的未来发展趋势
代谢控制发酵的研究热点和难点
代谢调控机制的研究 微生物代谢网络的研究 代谢工程的应用研究 微生物发酵过程的优化和控制
代谢控制发酵的研究趋势和发展方向
代谢控制发酵技术的深入研究：通过基因工程、蛋白质工程等手段，对代谢途径进行精确调 控，提高发酵产物的产量和纯度。
智能化和自动化技术的应用：利用人工智能、大数据等技术手段，实现代谢控制发酵过程的 智能化和自动化，提高生产效率和产品质量。
代谢控制发酵
汇报人：PPT
代谢控制发酵的基本概念 代谢控制发酵的研究进展
代谢控制发酵的基本概念
代谢控制发酵的定义
代谢途径：控制微生物生长繁殖的过程 发酵过程：利用微生物生产产品的过程 代谢控制发酵：通过控制代谢途径来优化发酵过程 目的：提高产品产量、质量或降低成本等
代谢控制发酵的目的和意义
目的：通过控制代谢过程，提高微生物产品的产量和收率
生物能源和生物材料的研究：利用代谢控制发酵技术，生产生物能源和生物材料，降低对传 统能源和材料的依赖，促进可持续发展。
拓展应用领域：将代谢控制发酵技术应用于医疗、环保等领域，开发新型药物、生物催化剂 等，推动相关领域的发展。
THANK YOU
汇报人：PPT
意义：实现微生物发酵过程的优化和控制，提高生产效率和产品质量 与传统发酵相比的优势：能够更好地控制发酵过程，提高产品纯度和稳 定性 应用领域：医药、食品、化工等领域
代谢控制发酵的研究进展
代谢控制发酵的研究现状
代谢控制发酵的原理介绍
代谢控制发酵的应用案例
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第一章
1、
2、
3、研究任务：随机发酵~人为控制发酵
依赖分解代谢的发酵~依赖合成代谢的发酵
盲目育种~定向育种
4、五字策略：进、通、节、堵、出
5、代谢工程的概念：利用分子生物学原理系统分析代谢途径，设计合理的遗传修饰战略，从而优化
细胞生物学特征
第二章
6、代谢体系组成（及之间联系）：
7、辅酶（及辅酶再生）：
8、重要的辅酶：NAD——电子受体NADPH——提供还原力
FMN、FAD——电子传递泛酸、辅酶A——促乙酰化硫胺素（VB1）——脱羧吡哆醛（VB6）——转氨、脱羧、消旋生物素（VH）——羧化、CO2固定叶酸——转移一碳基团
9、发酵呼吸的区别：
10、途径（生理功能及在发酵上的作用）：
（1）EMP：
（2）HMP:
（3）ED：
？？？？？？？？？？？
11、呼吸作用和发酵作用（概念、区别）：
12、发酵（狭义）概念：↑
13、能量转换：
（1）底物水平磷酸化
（2）氧化磷酸化
13、呼吸链概念：
（氧化磷酸化中的计算？？？？？？？）14、耗能代谢：
（1）
（2）TCA
15、回补途径：
16、氨基酸合成（及前体）：
第三章
17、代谢调节概念：？？？？？
18、原核生物代谢调节位点：？？？？？
19、酶、细胞水平调节包括：
（1）酶合成的调节的概念、实质：（2）包括3种：
（3）操纵子概念：（4）正、负调控概念（了解）：
（5）正、负调控例子：
负调控：乳糖操纵子
正调控：麦芽糖操纵子
正、负调控：阿拉伯糖操纵子
（6）组合型突变株概念及筛选：
（7）分解代谢物阻遏概念、实质及如何克服：
20、弱化子概念：
21、酶活性调节概念：变构（别构）调节：。