第二十五章微生物转化(精)
25.1 发酵技术（课件ppt）
乳酸菌
酵母菌
霉菌
常见发酵食品的原料和微生物
产品
原料
发酵微生物
米酒
米
曲霉、毛霉、酵母菌
面酱
面粉
米曲霉
黄酱 面粉、黄豆
米曲霉
豆豉
黄豆
米曲霉、毛霉、黑根霉
二、沼气的生产也是发酵过程
沼气发酵又叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸秆、污水 等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条 件下，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生 沼气的过程。
沼气是一种混合气体，可以燃烧，因为这种气体最先是在 沼泽中发现的，所以称为沼气，它的主要成分是甲烷占55 ％～70％左右，二氧化碳占25％～40％左右，此外还有 少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。甲烷细菌
产生甲烷
甲烷燃烧可用于照明、发电。
沼渣是沼气发酵后残留在沼气 池底部的半固体物质,含有丰富 的机质、腐殖酸、粗蛋白、氮 、磷、钾和多种微量元素等， 是一种缓速兼备的优质有机肥 和养殖饵料。
三、工业化的发酵技术构成了生物技术的产业
工业化的发酵产品
抗生素 氨基酸 甜味剂 食用有机酸 酶制剂
总结
一、发酵食品 1. 认识发酵食品
25.1发酵技术
2. 品尝一杯自制的酸奶
乳酸菌在适宜的温度和无氧条件下将牛奶中的乳糖等分解或转化为乳酸
3. 酿一瓶醇香浓郁的米酒。
曲霉、毛霉
酵母菌
淀粉——————葡萄糖———酒精
讨论：
1.酒药对酿制米酒起什么作用？
酒药就是酒曲， 酒曲中所含的酶 制剂将谷物原料糖化发酵成酒。
2.米饭表面的绒毛是什么？
微生物转化
微生物转化微生物转化，又称菌素变异，是一个复杂的遗传学过程，用于改变某一微生物的遗传特征，包括遗传变异、表型变异和发育变异等。
在一些特定的情况下，它可以改变生物的一些基本特性。
1996年，通过微生物转化，美国哈佛大学的基因科学家甘葛尔和他的团队利用细菌和真核细胞的基因重组技术，首次创造出了基因重组菌素。
微生物转化的基本原理是以某一特定的DNA序列为起点，运用化学、物理和/或生物学手段将另一DNA序列转化（改变）后再植入目标菌种，从而改变菌种的遗传特征。
如此，通过基因重组，可以使某个特定的微生物具有某种新的或非常特殊的性质，而且更加适应于环境的需求。
此外，它也可以将许多有用的基因植入微生物中，以获得新的功能，如抗菌性、催乳或抑制酶活性等。
微生物转化有助于改进相关领域的经典科研技术开发，它为微生物的基因工程和制药产业提供了新的思路。
例如，微生物转化可以用于产生新的药物，制作蛋白质和生物反应器等。
此外，微生物转化也可以应用在自然资源保护等领域，让受污染的环境得到净化，让植物和动物得到保护。
通过微生物转化，科学家可以以更加可控的方式改变和改善生物的基因特性，这样可以更好地控制和应用复杂的遗传学过程，更好地满足社会的需求。
近年来，由于生物技术的快速发展，微生物转化技术也日益成熟，已经开始被应用于实际生产中，从而发挥出巨大的用武之地，得到了广泛的应用。
例如，为了提高食物的营养价值，微生物转化可以应用在食品加工中；为了提高蔬菜的产量和质量，微生物转化也可以应用于植物生物学中；为了提高动物的生活质量，微生物转化也可以应用在动物学研究中；为了改进环境条件，微生物转化也可以应用在环境保护领域等。
综上所述，微生物转化是一项重要的遗传工程，具有重要的意义和应用价值。
它可以改变微生物的遗传特征，改进物种的性状，改善食品的营养价值，改进动植物的生长发育等。
未来，微生物转化的应用将会影响着世界的生物领域，为科学研究和实际应用提供更多的可能性和新的方向和解决方案。
微生物转化
微生物转化在植物类中药研究中的应用班级：科研一班学号：2013110039姓名：杜风丽微生物转化在植物类中药研究中的应用摘要:对微生物转化在植物药成分研究中的应用取得的进展进行了综述，利用微生物对植物药成分进行转化是中药高效利用的一条新思路，可显著推动我国的植物药资源的高效开发与利用，有利于在短时间内研制出具有自主知识产权的新药。
关键词:微生物;植物药;生物转化中药是我国民族医药的瑰宝，长期以来人们一直从现有药材中寻找有效成分。
尤其植物药，从现有资源中发现新的具有生理活性作用的化合物越来越难。
另外，原有植物药成分存在着的体内代谢途径不清楚、药效不强、毒副作用大、稳定性差等缺点，影响了它们的应用。
要解决这些问题，一方面要对现有的植物药成分进行化学结构改造，获得新的化合物，开发新的药理活性;另一方面，要选择合适的手段，对植物药成分的体内药代动力学进行研究，更好地阐明植物药成分的药效，发挥中药在世界医药中的作用。
生物转化是近五十年来发展起来的一门科学，微生物转化是生物转化的一部分，而真菌种类繁多、营养要求相对较低、易于培养，是一种有效的生物转化载体。
使用真菌作为生物转化体系，以植物药成分研究为出发点，进行植物药成分的转化和体内药物代谢的研究已经初步取得了一些成果。
1.紫杉醇紫杉醇是从红豆杉属植物的树皮中分离提取到的一种二萜类化合物，亦是继阿霉素和顺铂后备受青睐的抗癌药，但其来源一直缺乏[1]。
美国施贵宝公司Patel等利用微生物转化方法进行紫杉醇的半合成，他们分别从白色类诺卡菌、藤黄类诺卡菌、莫拉菌的发酵液中分离得到c-13紫杉醇酶、C-7木糖苷酶和c-10去乙酰酶，分别将红豆杉中的几种紫杉烷如巴卡亭Ⅲ、紫杉醇C、cephalomannie、10一去乙酰基紫杉醇等的7，10，13位进行水解，得到较多而单一的10 去乙酰一巴卡亭3，该产物为紫杉醇合成的重要前体化合物，再利用化学反应，连接上13位的侧链，即可得到紫杉醇[2-3] 。
《医学微生物学》第二十五章和第二十六章复习题及答案
《医学微生物学》第二十五章和第二十六章复习题及答案第二十五章病毒感染的检查方法与防治原则一、单项选择题1.进行病毒病原学检查的标本递送要求是：A.孵箱保存B.室温保存C.加入防腐剂D.冷藏速送E.加入含抗生素和蛋白质的运输培养基中冷藏速送2.细胞病变效应不包括：A.细胞圆缩.脱落B.细胞融合C.形成包涵体D.干扰现象E.胞裂解3.可用于制备病毒灭活疫苗的的理化因素是：A.紫外线B.甲醇C.甲醛D.乙醇E.乙醛4.IFN-γ的产生细胞主要是：A.活化的T细胞B.活化的B细胞C.白细胞D.成纤维细胞E.巨噬细胞5.防病毒感染最有效的方法是A.使用抗生素B.使用抗病毒化学疗剂C.使用中草药D.使用疫苗E.使用抗菌药物6.下列关于减毒活疫苗缺点的叙述，错误的是：A.偶尔可能恢复为毒力株而致病B.进入人体偶尔引起并发症C.对人体免疫系统刺激过强而引起免疫麻痹D.可能活化其他的潜伏病毒E.偶尔可能引起持续感染7.病毒的致病因素是：A.内毒素B.外毒素C.侵袭力D.表面结构E.以上均不对8.下述药物对治疗病毒感染无效的是：A.干扰素B.抗生素C.聚肌苷酸D.黄连.黄苓E.三氮唑核苷9.灭活疫苗的缺点不包括：A.需多次注射B.免疫维持时间短C.疫苗成本高D.诱导细胞免疫反应差E.可发生干扰现象降低免疫效果10.人工被动免疫最常用的制剂是：A.转移因子B.干扰素C.免疫核糖核酸D.免疫球蛋白E.白蛋白11.机体在抗病毒感染中起主要作用的是：A.干扰素B.中性粒细胞C.致敏T细胞D.中和抗体E.抗毒素二、多项选择题1.病毒在细胞内增殖的指标有：A.CPEB.干扰现象C.红细胞吸附D.细胞培养液浑浊E.免疫荧光法可检测到病毒抗原2.细胞病变包括：A.变圆B.坏死C.溶解D.脱落E.融合3.送检标本分离病毒应做到：A.冷藏.速送B.加入石碳酸防治污染C.60℃加热灭菌D.置50%甘油盐水保存运送E.加入青霉素.链霉素抗菌4.能抑制病毒核酸合成的药物是：A.金刚烷胺B.阿糖腺苷C.阿糖胞苷D.无环鸟苷E.三氮唑核苷5.临床上常取粪便标本作为检测材料的病毒是：A.甲型肝炎病毒B.狂犬病病毒C.脊髓灰质炎病毒D.乙型肝炎病毒E.EB病毒6.干扰素抗病毒作用的特点包括：A.有种属特异性B.间接作用C.发挥效应早D.广谱抗病毒作用E.低毒性三、名词解释1.CPE2.减毒活疫苗3.亚单位疫苗4.IFN四、简答题1.比较减毒活疫苗和灭活疫苗的异同？2.目前可用疫苗预防的病毒性疾病有哪些？3.其抗原性不同，人类IFN分为几种？各自有何特点？答案一、单项选择题1.E2.D3.C4.A5.D6.C7.E8.B9.E 10.D 11.C二、多项选择题1.ABCE2.ABCDE3.ABD4.BCDE5.AC6.ABCDE三、名词解释1. CPE（细胞病变效应）：在体外实验中，通过细胞培养和接种杀细胞性病毒经过一定时间后，可用显微镜观察到细胞变圆.坏死，从瓶壁脱落等现象，称细胞病变效应。
微生物对污染物的分解与转化ppt课件
l第一节 氧循环 l第二节 碳循环 l第三节 氮循环 l第四节 硫循环 l第五节 磷循环 l第六节 铁、锰循环
第一节氧循环
大气中氧含量丰富，占空气21%。人和动物呼吸、微生物 分解有机物都需要氧。
人、动物和 微生物呼吸
植物及藻类 光合作用
第二节碳循环
主要含碳的物质：二氧化碳、碳水化合物、脂肪、蛋白质等
木质素是构成植物细胞壁的成分之一，具有使细胞相连 的作用。
在自然界中 ，木质素的储量仅次于纤维素 ，而且每年都 以500 亿吨的速度再生。制浆造纸工业每年要从植物中分离出 大约 1.4 亿吨纤维素 ，同时得到 5000万吨左右的木质素副产 品,但迄今为止 ，超过95 %的木质素仍以“黑液”直接排入江河 或浓缩后烧掉 ，很少得到有效利用。
1moL FADH2经呼吸链氧化产生
2 molATP
1moL NADH2经呼吸链氧化产生
3molATP
开始激活硬脂酸消耗
- 1molATP
总的ATP=16+17×7+12=147molATP
16molATP
六、木质素的转化
木质素是由四种醇单体(对香豆醇、松柏醇、 5-羟基松 柏醇、芥子醇)形成的一种复杂酚类聚合物。
(2)许多放线菌能够分解纤维素。土壤放线菌有 2.0%~4.4% 能分解纤维素，其中包括白色链霉菌、灰色链霉菌、红色链霉 菌等。放线菌的纤维素分解能力较弱，不及细菌和真菌。
三、果胶质的转化
果胶质是构成高等植物细胞质的物质并使相邻近的细 胞壁相连。天然的果胶质又称为原果胶。天然果胶质的主 要组成是由D-半乳糖醛酸以d- 1.4糖苷键相连形成的直链高 分子化合物，其中大部分羧基已形成甲基酯，而不含甲基 酯的称为果胶酸。
《医学免疫学与医学微生物学》课件第二十五章-病毒学概述
类病毒Viroid和 朊病毒Prion
病毒与其他微生物的比较
特性
病毒
通过细菌滤器 (0.45μm)
结构
+ 非细胞
有无细胞壁
-
细菌 -
原核细胞 +
支原体 +
原核细胞 -
立克次体 -
原核细胞 +
衣原体 +
这种以病毒核酸分子为模板进行复制的方式称为自我复制（self replication).
增殖方式——自我复制(selfreplication)
复制周期： 1、吸附(absorption) 2、穿入(penetration) 3、脱壳(uncoating) 4、生物合成(biosynthesis) 5、装配与释放(assembly and release)
1、吸附 (absorption) ① 病毒与细胞的静电结合介导可逆的非特性吸附； ② 宿主细胞表面受体与病毒包膜或衣壳表面的配体结合，
介导不可逆的特异性吸附； 特点：高度特异性，决定病毒的宿主范围和组织嗜性
吸附
2、穿入penetration) 通过吞饮或融合方式穿入细胞膜。
① 吞饮(endocytosis)：细胞膜内陷似吞噬泡，无包膜病毒 ② 融合(fusion)：在融合蛋白的作用下，病毒包膜与细胞膜
根据基因组的指令在细胞内复制病毒核酸、 合成结构蛋白和非结构蛋白
根据基因组转录mRNA及转译蛋白质的不同， 生物合成可分六大类：
双链DNA病毒（多数） DNA病毒
单链DNA病毒（很少）
单正链RNA病毒
单负链RNA病毒 RNA病毒
微生物转化
5、应用固定化细胞进行生物转化
• 固定化细胞在适宜的转化条件下进行生物 转化能保持细胞相对活的状态，它的最大 优点是可以长期反复使用，有的能维持有 效催化达数月之久。 • 另外使用固定化细胞还使得产物提取简单， 便于自动化和大规模的工业化生产。 • 目前常用的固定化方法有聚丙烯酰胺聚合 法和卡拉胶包埋法。
应用于脱氢反应的主要是细菌
(2)羟基化反应
应用于羟基化反府的主要是放线菌
2、应用于水解反应
• 应用于水解反应的主要是细菌、酵母菌和霉菌
3、应用于还原反应
• 应用于还原反应的主要是酵母菌和霉菌。
4、应用于酰基化反应
• 应用于酰基化反应的主要是细菌
5、应用于降解反应
• 应用于降解反应的主要是细菌
2. 制备培养基 • 按微生物转化菌种的培养特征和转化反应 需要配制培养基；一般要求培养基的成分 能使菌丝生长丰满和富含需要的酶。
3 加转他底物 • 加底物时有两个同等重要的影响因素： 选择合适的菌种生长期加底物；选择加底 物的方法和方式。 4 添加刺激剂或抑制剂 • 添加抑制剂是抑制酶副反应或抑制其他 反应不良酶的生长；添加刺激剂是提高酶 活力和增加酶生长量。
第四节 微生物转化反应的特点
• 微生物转化反应，可以用静止地按洗涤 细胞进行研究．也可以用发酵方式进行转 化以及应用固定化细胞进行生产等。
它跟酶法转化和有机化学转化比较有以下 特点
•
1、反应条件温和、公害少、设备简单且反应速度 快 • ① 在微生物转化的反应中一般无需高压、强热 等比较苛刻的条件，只需在常温和pH为7左右的 环境下进行反应即可； • ② 原料除了普通的培养基和底物外没有其他化 学品，一般普遍认为公害比较少； • ③ 设备简单，反应条件比较温和，生产安全。 • ④ 微生物转化反应是酶催化的反应。在最合适 条件下，一秒内酶能催化底物转化成产物的分子 个数数量级是102～lO6
北师大版八年级下生物(春使用)《第二十五章第一节发酵技术》课件3
风味豆豉
豆豉创始于我国，是大豆经 过蒸煮发酵制成的一种美味 食品，原名“幽菽”。
优质的豆豉不仅是家常菜肴、 调味佐料，而且也是对人体 健康有益的营养佳品。
我国早在2200年前的西汉 初年，豆豉便像肉禽蛋鱼一 样成为畅销美食了。
风味豆豉的制作
1．原料：黄豆。 2．泡豆：将已除杂的黄豆洗净后加水浸泡约1～2天，
细胞工程
细胞工程是指从细胞水平上对生命的遗传 物质进行重装，从而达到改造生物体的目 的。
酶工程
酶工程是指利用酶催化作用进行物质转化， 生产人们所需产品的技术。
发酵工程
发酵工程是指采用现代工程技术手段，利 用微生物的某些特定功能，为人类生产有 用的产品，或直接把微生物应用于工业生 产过程的一种新技术。
固体物质,含有丰富的机质、腐殖酸、粗蛋 白、氮、磷、钾和多种微量元素等，是一 种缓速兼备的优质有机肥和养殖饵料。
二、工业化的发酵产品
抗生素 氨基酸 甜味剂 食用有机酸 酶制剂
6．晒制：开春后，将半成品豆豉料取出，摊开、压薄， 置于阳光下曝晒7～10天，再用木杵捣烂，拌和，最后捏团 （每团0.5～1公斤）在阳光下晾晒几日即为成品。用食品袋 密封包装，一般可贮藏1～2年不会变质。
中国泡菜
中国泡菜所取的原料都是 新鲜的各种蔬菜，含有丰 富的维生素和钙、磷等无 机物，既能为人体提供充 足的营养，又能预防动脉 硬化等疾病，所以自古以 来，泡菜成了中国上自国 宴，下至千家万户饮食中 不可缺少的菜肴。
沼气是一种混合气体，可以燃烧，因为这种气体 最先是在沼泽中发现的，所以称为沼气，它的主 要成分是甲烷占55％～70％左右，二氧化碳占25 ％～40％左右，此外还有少量氢气、硫化氢、一 氧化碳、氮和氨等。
沼气发酵技术
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微生物转化的发展
早在2500年前的春秋战国时期，人们就已经知道制酱和醋。 在宋代，采用老的曲子进行接种酿酒。不过当时人们并没有认识到 可以利用微生物来合成化学物质。
1864年巴斯德利用乙酸杆菌将乙醇氧化为乙酸。 工业化的里程碑是50年代美国普强药厂利用微生物黑根霉的羟化 酶将黄体酮转化为11α-羟基黄体酮，即对甾体化合物的结构改造。
静态菌体悬浮方式：菌体充分生长后，离心得到的菌体悬浮在水或适当
的缓冲液中，再加入甾体进行转化。
混合培养方式：以A出发转化成B，需要两种以上的酶参与，单独转化费
时费力，所以常采用混合培养的方法，可以一步得到B 省略了中间过滤步骤。 固定化方式：一次制成的菌液反复用于转化是可行的，为了避免溶菌， 需要将其固定在水不溶载体上进行转化。
分广泛，解热镇痛，消炎杀菌等。
甾体合成技术的演进
1950年Kendall, Reichstein与Hench因发现类固醇的消炎作用而获得诺 贝尔奖。
1952年以化学方法以牛胆汁中的脱氧胆酸为原料合成肾上皮质激素， 反应共需31个步骤，产品售价每克$200；
1952年利用Peterson利用黑根霉产生的羟化酶将反应过程缩短为3个步
分析
转化过程中需要实时监测残余底物及生成产物的量及比例，以确 定转化终点。常用紫外分光光度法，HPLC等。
第四节 中 应用
新技术在微生物转化的
随着现代生物科学和生物技术的迅速发展， 以及一些分析测试技术的应用，微生物转 化也得到了进一步的发展。 基因工程技术、固定化细胞转化技术、双 水相转化技术、超声波技术、有机介质微 生物转化以及生物反应器等综合应用于微 生物转化反应体系，不仅可使转化的效率 成倍增长，而且还有可能使整个反应过程 连续、自动化。 同时，一些分析测试技术如核磁共振、质 谱等已经应用于微生物转化的在线检测。
烷烃双端氧化 6
碳链氧化降解
氧化反应
最为常见的生物转化反应，在甾体药物合成上应用较多。 环氧化反应是生物转化中的一个重要类型，C=C经氧化可形成环氧化 合物，可生产磷霉素。
还原反应
许多醛类，无论式脂肪族，还是芳香族，饱和或不饱和，羟基或卤素 取代都能被微生物还原成醇。
缩合反应
麻黄碱：利用微生物将苯甲醛和乙醛缩合成1-苯基-1-羟基丙酮，再与
甲胺缩合，用活性铅还原，得麻黄碱。
脱氢反应
可的松脱氢后苯环形成双键，具有较高的抗炎活性。
碳链氧化降解
该法是降解甾体物质侧链的重要反应。采用链霉菌转化阿魏酸制 备香草醛为例。
第三节 微生物转化在药物中应用
甾体微生物转化
甾体指的是固醇或皮质类激素，由于这类激素都含有相 同的结构，所以统称 为甾体类激素。甾体在临床上应用十
选择需要的菌株
选择合适的转化方式 浮液转化
培养成熟菌丝或孢子
转化培养或转化菌丝及孢子悬 产品纯化
转化液的分离提取
微生物转化的特点
由有活性中心都和特殊空间结构的酶作为催化剂； 酶催化作用的速度极快； 在常温常压和中性条件下进行高效转化反应，简化设备，降低成本； 生物转化的专一性，故底物不要求很纯（Ex. 粗淀粉）
影响甾体生物转化的因素
物理因素
搅拌：增加搅拌速度，可以增加溶氧使基质均匀，提高转化率。 通气：增加氧的溶解，促进菌体生长及生物转化。
培养基的组成
碳源：常用的有葡萄糖，蔗糖，麦芽糖，糊精。 氮源：（有机，无机 金属离子：增加对转化有益的离子，去除负向影响的离子。
产物的分析与分离方法
纯化
需要用适当的与水不溶的有机溶剂将甾体从转化液种提取出来。 常用的有氯仿，乙酸乙酯，二氯甲烷等。溶剂的用量需根据产物在转化 液于提取液中的分配系数而定。提取时防止乳化。浓缩后利用各种色谱 法得到较纯的甾体转化物。
的产物。在这一过程中为获得较多的转化酶，我们需要确保菌体产酶的
最佳条件，诱导所需要物，由于其不溶于但能溶于可 与水按一定比例混溶的有机溶剂，再加入培养液中转化。
根据转化时微生物的状态可分为4种转化方式：
生长培养方式：在微生物培养的中后期加入底物，一边培养，一遍转化。
第二阶段：
微生物转化阶段，一般在生长阶段结束时加入底物溶
液，有些还需加入诱导剂。
常用的转化方法
分批培养转化法 利用酶进行生物转化
应用渗透细胞进行生物转化
应用孢子进行生物转化 应用固定化细胞进行生物转化 应用干燥细胞进行生物转化 静息细胞转化法
微生物转化的过程
微生物转化实验概要过程如下：
固定化细胞，基因重组等技术的发展，能将几种不同合成基因构 建到同一个工程菌中使得一次培养同时进行几步转化反应，使微 生物转化在天然药物修饰中发挥更重要的作用。
微生物转化的不同阶段 第一阶段：
菌体生长阶段，在该阶段中主要是供给菌体丰富的营
养，使其充分繁殖发育。（温度，pH，通气条件，培养及 成分。）
第二十五章
药物生物转化
张驰 副教授
第一节 微生物转化反应概述
生物转化
是指外来化合物在体内，细胞或酶的作用经过一系列化学变化形
成其衍生物或分解产物的过程，也成为代谢转化。
生物转化常利用生长中的菌体，休止的菌体，酶，固定化酶以及 固定化菌体作为母体进行药物的转化。主要的优点有反应的区域专一 性和立体专一性。
骤，产品售价每克$6；
1980年使用突变的分支杆菌分解植物油中的固醇以作为原料，产品价 格每克$0.46。
甾体生物转化的类型
羟化反应 环氧化反应 脱氢反应 A环芳构化 还原反应 水解反应
羟化反应
孕酮
皮质激素
环氧化反应
A环芳构化
脱氢
甾体生物转化的原理和方法
甾体生物转化的原理不同于氨基酸，抗生素，蛋白质等的发酵。 而是利用微生物中特殊的酶对甾体的某一部位进行特定的化学反应获得
转化过程容易调节（简单的用酸，碱，温度，离子调节）
转化过程产生杂质少，过程无毒，无臭，无味，可用于食品，医疗。 把含酶细胞或酶本身固定在载体上，可使转化过程连续化。 酶来源广泛。 可以实现化学反应无法做到的转化。
第二节 生物转化反应类型
1 2
氧化反应 还原反应 3 4 5 缩合反应 脱氢反应