第二章：代谢控制发酵的基本思想
• 2．平衡合成的利用
底物 A经分支合成途径生成两种终产物 E与 G，由于酶 a活 性远远大于酶b，结果优先合成E。E过量就会抑制酶a，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。
• 3．代谢互锁的利用 • 所谓代谢互锁．就是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，而且这种抑制作用是部分性的， 不完全的。
第二章：代谢控制发酵的基本思想
• 目的 了解微生物细胞的调节机制、掌握代谢 控制发酵的基本思想及微生物代谢控制 发酵的措施 • 内容 微生物细胞的调节机制、代谢控制发酵 基本思想及微生物代谢控制发酵措施 • 重点 反馈反馈抑制与反馈阻遏、反馈调 节的解除 • 难点 反馈反馈抑制与反馈阻遏 • 学时 3
• 二 酶合成的调节机制 • 1、 反馈阻遏与诱导作用的概念 • 反馈阻遏：在微生物合成体系中，代谢产物抑制 酶的生物合成。 • 诱导作用：在微生物合成体系中，代谢产物诱导 酶的生物合成。
• 2、 反馈阻遏和诱导作用理论（操纵子学说） • A 操纵子由细胞的操纵基因和结构基因组成。 • B 结构基因能转录遗传信息，合成相应的mRNA，进而 翻译合成特定的酶。 • C 操纵基因能控制结构基因作用的发挥 • D 调节基因能产生一种细胞质的阻遏物，该阻遏物与酶 促反应阻遏物（通常是终产物）结合时结构改变。和操 纵基因的亲和力变大，使有关的结构基因不能合成 mRNA，使酶的合成受到阻遏。 • E 诱导物也能和细胞质阻遏物结合，使其结构改变，减 少与操纵基因的亲和力，使操纵基因恢复自由，进而使 结构基因进行转录，合成相应的mRNA，进而翻译合成 特定的酶。
• 七、选育不生成副产物的菌株 工业上，为了选育优秀的生产菌株、除突破微生 物原来的代谢调节外,必要时还应附加如下突变. • (1)有共用前体物的其他分支途径或目的产物是其 他产物生物合成的前体物时，应附加营养缺陷型， 切断其他分支途径或目的产物向其他产物合成的 代谢流。 • (2)存在有目的产物分解途径时，应选育丧失目的 产物分解酶的突变株。 • (3)当有副生产物，持别是有不利于目的产物精制 的副生产物时，应设法切断副生产物的代谢流。 • 八、选育生产代谢拮抗物质的菌株
• 3、变构酶模型 • A：协调模型（莫诺德模型） • a.变构酶一般是具有多亚基四级结构的蛋白。亚 基中有活性中心和调节中心。 • b.变构酶存在两种构象状态，R状态和T状态，两 种状态间可逆平衡。 • c.底物、激活剂、抑制剂可使R T平衡移动。 • d.变构蛋白有对称性。酶状态改变对称性不变。 • B：顺序模型（科什兰模型）
• 一.切断支路代谢
• 切断支路代谢可通过选育营养缺陷型突变菌株或 渗漏缺陷型突变菌株来达到 • 1．营养缺陷型突变菌株的应用 营养缺陷型突变菌株是指原菌株由于基因发生突 变，致使合成途径中某一步骤发生缺陷，丧失了 合成某些物质的能力，必须添加该物质才能生长 的突变菌株。 • 2．渗漏缺陷型突变菌株的应用 渗漏缺陷型是指遗传性障碍不完全的缺陷型。渗 漏缺陷型菌株的某种酶活性下降而不完全丧失， 可少量合成代谢终产物，但不能合成过量的代谢 终产物。
• 四.去除终产物 • 改变细胞膜的渗透性，使终产物不断的排出到胞 外，因而终产物在细胞内不能大量积累
• 五、特殊调节机制的利用 • 1．多种产物控制机制的利用 在多种产物控制机制的利用，只有全部终产物过 剩，才能产生完全抑制，利用此特性可设法控制 目的产物以外的终产物的供给量，是目的产物得 以积累。
• 三.增加前体物的合成
通过选育某些营养缺陷型突变菌株或结构类似物 抗性突变菌株及克隆某些关键酶的方法，增加目 的产物的前体物的合成，有利于目的产物的积累。 • 1．在分支合成途径中，切断除目的产物外的其 他合成途径，增加目的产物的前体物的合成，使 目的产物产量提高。 • 2．目的产物的生物合成从别的终产物开始时， 设法解除目的产物合成的反馈调节和前体物合成 的反馈调节。
• • • •
3、 调节类型 A 单功能生物合成途径 B 多功能生物合成途径 Ⅰ单功能生物合成途径 A 简单的终产物阻遏
B 受阻遏酶产物的诱导作用
• 三 反馈抑制和反馈阻遏的比较
第二节：代谢控制发酵的基本思想
• 代谢控制发酵能否成功，目的产物能否大量积累， 起决于微生物细胞自我调节机制能否解除. • 解除微生物细胞自我调节机制的措施一般有： ★ 应用营养缺陷型菌株 ★ 选育抗反馈调节的突变菌株 ★ 选育细胞膜通透性的突变菌株 ★ 应用营养缺陷型回复突变菌株或条件突变菌株 ★ 应用遗传工程技术，创造工程菌株
第三节：微生物代谢控制发酵的措施 • 微生物发酵生产中的代谢控制，总的来讲 主要有两条途径，即控制培养条件和控制 遗传型。
第四节：环境条件控制
• 温度、溶氧水平、PH值、NH3的供应、营养浓度 的控制等
• 作业 • 1 解除微生物细胞自我调节机制的措施一般有 哪些? • 2 反馈抑制和反馈阻遏有哪些异同点? • 3 简述营养缺陷型突变菌株和渗漏缺陷型突变 菌株的概念
• 4．优先合成的变换
底物A经分支合成途径生成两种终产物 E与G，由于酶 a活 性远远大于酶b，结果优先合成E。E过量就会抑制酶a，使 代谢转向合成G。G合成达到一定浓度时，就会对酶c产生 抑制作用。
• 六、条件突变抹的应用 • 像温度敏感性突变、抑制性突变、链霉素依赖性 突变和低温敏感性突变等，因环境条件的不同能 显示野生型特性又能显示突变型特性的突变，称 为条件致死突变(即条件突变)
• 二. 解除菌体自身的反馈调节 • 1．选育抗类似物的突变株 类似物指的是代谢终产物的类似物，抗类似物突变株 又叫代谢拮抗物抗性突变株。 代谢拮抗物与代谢终产物结构相似。也能与阻遏蛋白 结合，且其结合是不可逆的也就是有关酶不能合成，如 果突变株具代谢拮抗物抗性，那它就解除了反馈调节机 制。 • 2．酶特性的利用 利用某种酶具有底物专一性宽的特性，用该酶对其他 底物的活性，育得代谢调节突变株 • 3．营养缺陷型回复突变菌株的应用 某营养缺陷型突变菌株经回复突变，在回复其愿有的 形状
第一节：微生物细胞的调节机制
•微生物细胞的调节主要靠两个因素：参与调 节的有关酶的活性和酶量,也就是反馈抑制和 反馈阻遏。
基质（C、N）
中间产物
细胞膜
细胞壁
遗传缺陷 蛋白质 代谢中间体
A
Ea
B
Eb
C
Ec
D
Ed
终产物 氨基酸 核苷酸
DNA RNA
分解代谢产物
氨基酸库
培养基氨基酸、核苷酸 反馈抑制
反馈阻遏
• 一.酶活性的调节机制
• 1、反馈抑制概念 • 反馈抑制：在一长系列生物合成反应中，其代谢 产物抑制途径中一个关键酶的活力的现象。
• 2、反馈抑制理论： • A ：受反馈抑制的调节酶是变构酶，酶活力的调 控实质就是变构酶的变构调节。 • B ：变构酶有与底物结合的活性中心和与终产物 结合的调节中心（变构部位）。 • C ：终产物与调节中心结合之后改变了酶的构象， 从而影响了底物与活性中心的结合。 • D：终产物与调节中心的结合是可逆的，终产物 浓度降低，终产物与酶结合随即解离，酶又恢复 原有构象。
B 合作反馈抑制
当一条代谢途径中有两个以上的终产物时，任何一个终产 物过剩时，只部分地抑制途径中第一个共同的酶反应，只 有两者同时过剩时，才能引起强烈的抑制，其抑制程度大 于各自单独存在的和。
C 积累反馈抑制
每个终产物过剩时，只能单独地、部分地抑制途径中第一 个共同的酶反应，并且各终产物的抑制作用互不影响，几 个终产物同时存在时，它们的抑制作用是积累的。
4 、变构酶动力学性质
酶 活 性
浓度 变构酶酶活性底物浓度的关系 普通酶酶活性底物浓度的关系 底物浓度一定时,变构抑制剂浓度与变构酶活性关系
• 5、调节类型 • 5.1：单功能途径中酶活性的调节类型 Ⅰ 终产物抑制 生物合成的终产物是生物合 成系统中第一个酶的反馈
• D终产物抑制的补偿性回复
• Ⅱ 顺序反馈抑制
F积累，停止D→E反应，减少F的进一步合成，更多的D转 到G，再由G合成I或K；I积累，停止G→H反应；K积累， 停止G→J反应，结果造成G积累，引起G对A→B的反馈抑 制，使整个反应途径停止。
• Ⅲ具有专一性效应物的复数酶
酶 1 和酶 2 都是催化 A→B的同功酶， G 过量，酶 2 停止活动， C不能经过F到G，同时，酶1活性不受影响，A可顺利地到E， 从而使G过量，并不干扰E的合成。
A可促进终产物的生成 B 补偿性激活
H→I 必须供给定量的,H 能激活A→B的反应
• 5.2：多功能途径中酶活性的调节类
Ⅰ 具有复数效应部位的酶 A 多价反馈抑制(协作反馈抑制)
当一条代谢途径中有两个以上的终产物时，任何一个终产 物都不能单独抑制途径中第一个共同的酶反应，但当两者 同时过剩时，它们协同抑制途径中第一个共同的酶反应。
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。
第7-8周《发酵工程与设备》讲义(第二章)
[8]/Able.ACC2.Web/Template/View.aspx?courseType=0&courseId=26717&topMenuId=70716&menuType=4&action=view&type=&name=（华东理工大学，发酵工程）
[19]吴松刚．微生物工程．北京：科学出版社，2004．
[20]董胜利，徐开生．酿造调味品生产技术．北京：化学工业出版社，2003．
[21]张水华，刘耘．调味品生产工艺学．广州：华南理工大学出版社，2000．
[22]张伟国，钱和．氨基酸生产技术及应用．北京：中国轻工业出版社，1997．
[23]张克旭．氨基酸发酵工艺学．北京：中国轻工业出版社，1992．
控制育种（内因）：通过遗传变异改变正常代谢途径和方向。
控制方法
控制发酵条件（外因）：供氧、营养类型和浓度、pH、表面活性剂等。
一、营养缺陷型突变株
营养缺陷型（auxotrophic mutant）：野生型菌株经过人工诱变或者自然突变失去合成某种营养（氨基酸，维生素，核酸等）的能力，只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长，称为营养缺陷型。
[5]李阜棣，俞子牛，何绍江．农业微生物实验技术．北京：中国农业出版社，1996．
[6]W.F.Harrigan．食品微生物实验手册．北京：中国轻工业出版社，2004．
[7]何国庆．食品发酵与酿造工艺学．北京：中国农业出版社，2002．
[8]黄方一，程爱芳．发酵工程（第三版）．武汉：华中师范大学出版社，2013．
教学重点
和难点
重点：以生物化学和微生物学及工程学为基础，熟悉发酵工业一般工艺过程及原理，理解发酵过程中微生物及生物化学变化过程，掌握发酵产品工艺控制的关键点。
发发酵机制与代谢调控PPT课件
第一节 厌氧发酵机制与代谢调控
• 一、酵母菌的酒精发酵 • 二、细菌的酒精发酵 • 三、乳酸发酵（同型、异型） • 四、甘油发酵（亚硫酸盐法、碱法）
第6页/共40页
第一节 厌氧发酵机制与代谢调控一、酵母菌的酒精发酵
• 1.乙醇生成机制
以丙酮酸脱羧产生的乙醛作为H受体产生乙醇。
丙酮酸脱羧酶
CH2OH
CH2OH
CH2OH
磷酸二羟丙酮
αC-磷H酸2甘O油H
OH
C6H12O6 + NaHSO3 → CHOH + C3CHOSO2Na +CO2
CH2OH
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亚硫酸盐法甘油发酵
• 1mol葡萄糖只产生1mol甘油，不产生ATP，整个过程无ATP结余，可 见在甘油发酵过程中亚硫酸氢钠不能加太多，否则会使酵母菌因得不到能 量而终止发酵，必须留一部分酒精发酵，以便获得一些能量，供生命活动 所需。
CH2OH 3C6H12O6 + H2O → 2CHOH + C2H5OH + CH3COOH + CO2
CH2OH
第24页/共40页
五、丙酸和丁酸发酵
葡萄糖（EMP途径）
丙酸发酵：先经过EMP 途径，再经WoodWerk-man途径
乳酸←丙酮酸→草酰乙酸→苹果酸→富马酸→琥珀酸→丙酸 +CO2
乙酸+CO2
③磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)羧化 酶
以下酶要弱
④顺乌头酸水合酶
⑤草酰乙酸水解酶
第28页/共40页
① ④
乙酰辅酶A
⑥ 乙醛酸 ⑦
2.柠檬酸积累的代谢调节
（1）糖酵解及丙酮酸代谢的调节
代谢控制发酵的基本思路------
教研室主任意见：
已阅。
签字：
年月日
本单元教学总结（教学的主要经验、效果、存在的问题、改进措施等）
将微生物生物合成途径的遗传控制与发酵条件的优化控制讲透彻，再讲解设计微生物代谢控制发酵科研方案可收到举一反三，事倍功半的效果。
2.发酵培养基与发酵条件优化控制——————————————--------------15分钟
教学重点及难点
教学重点：微生物生物合成途径的遗传控制；微生物发酵条件的优化控制。
难点：选育抗结构类似物突变株的设计方案的原理；微生物发酵条件的优化。
教学方法
1、温故知新方法讲授：复习酶合成和酶活性调节的分子机制基础上，为了打破微生物的生物合成途径的反馈阻遏和反馈抑制，引出微生物代谢控制发酵的思路。
教学内容提要及时间分配
一、赖氨酸的代谢控制发酵
1、L-赖氨酸生物合成途径及调节机制
（1）在霉菌和酵母中的L-赖氨酸生物合成途径及调节机制——————————20分钟
（2）在细菌、蓝、绿藻类中L-赖氨酸生物合成途径及调节机制。--——————20分钟
2、高产Y-亚麻酸菌株育种思路----------------------------------------------12分钟
四、柠檬酸的代谢控制发酵
1、黑曲霉生物合成柠檬酸等有机酸及多元醇途径——————————————8分钟
2、黑曲霉发掘柠檬酸机制—————————————————————————10分钟
二、了解和掌握微生物培养条件对发酵的影响及发酵条件的优化。
教学内容提要及时间分配
一、微生物生物合成途径的遗传控制
山东轻工业学院代谢控制发酵
1、代谢控制发酵指利用遗传学的方法或者其它生物化学的方法（1分），人为地在脱氧核糖核酸（DNA）分子水平上改变和控制微生物的代谢，使目标产物大量生成、积累的发酵（1分）。
2、关键酶是参与代谢调节的酶的总称（1分）。
作为一个反应链的限速因子，对整个反应起限速作用。
常称为调节酶，主要包括变构酶、同功酶和多功能酶（1分）。
3、操纵子是指原核生物基因组的一个表达调控序列（1分），长度约1000bp左右，由若干结构基因串联在一起，其表达受到同一调控系统的调控（1分）。
4、巴斯德效应在有氧的条件下（1分），由于进行呼吸作用而使酒精发酵和糖酵解作用受到抑制的现象（1分）。
5、营养缺陷型指原菌株由于发生基因突变（1分），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，必须在培养基中补加该营养物质才能生长的突变型菌株（1分）。
10分，每题2分）√，如果是错误的，在其下方加以改正。
即真核细胞中功能上彼此有关的基因往往分布在不同染色体√（2分）×（1分）（1分）反馈抑制是在DNA水平上进行控制。
×（1改正：反馈阻遏是在DNA水平上进行控制，反馈抑制控制的是酶蛋白的构象变化。
分）5、渗漏型缺陷是指遗传性障碍不完全的缺陷型，仍能够在基本培养基上进行大量生长。
×（1分）改正：渗漏型缺陷是指遗传性障碍不完全的缺陷型，能够在基本培养基上进行少量生长。
（1分）三、填空题（本题满分20分，每空1分）1、乳糖操纵子中结构基因编码的三个酶分别是β—半乳糖苷酶、β-半乳糖透性酶、β-半乳糖苷转乙酰基酶。
2、微生物细胞代谢的调节机制主要有酶的活性调节和酶的生物合成（酶量）调节。
3、调节酶的催化部位与酶反应底物相结合，催化酶的反应；变构部位能与特异代谢物（变构效应物）相结合，使酶的构象发生改变，从而影响催化部位的活性。
4、变构酶的脱敏作用指该酶经过特定处理后，可使变构酶解聚，或变构酶的编码基因发生突变，失去调节功能，但一般不丧失其催化活性。
发酵过程控制
（1）避开固有的反馈调节
双突变株的概念：单一菌株内同时发生耐反馈抑制和耐反馈阻遏的突变作用。 思考题： 某一菌株对所要生产的产物的类似物有天然的耐受力，这种时候能否利用类似物筛选突变株呢？ 回复筛选：用突变除去反馈敏感的酶和用第二次突变置换它，常产生分泌终点产物的回复子。
细胞通透性的变更
细菌细胞膜通透性的增加是谷氨酸过量生产的原因之一。 能过量生产谷氨酸的细菌有两个共同特征： -酮戊二酸脱氢酶缺失：表明这类细菌的TCA上的酶受阻，保证了碳引向谷氨酸的合成歧路。 物素的营养需求：表明这类细菌的生物素的生物合成受阻，导致细胞膜通透性的改变，使细胞可以分泌出谷氨酸。
（1）避开固有的反馈调节
具体应用
积累中间产物 积累终点产物 耐反馈作用的突变株的筛选：抗结构类似物突变株
方法
限制菌在胞内积累终点产物的能力以解除负反馈调节作用 从遗传上改变酶的活性和酶的形成系统，筛选有抗反馈作用的基因突变型（对反馈作用不敏感）。
抗结构类似物突变株的筛选机制
末端产物类似物和末端产物结构类似，因而能够引起反馈作用，但是它们不能参与生物合成。在培养基中添加末端产物类似物后，未突变的细胞将由于代谢途径受阻而不能获得生物合成所需的该种末端产物，从而导致细胞死亡。那些对类似物不敏感的突变株仍能制造末端产物并长成菌落。 突变株耐结构类似物的原因： 酶的结构起了变化（指耐反馈抑制的突变株） 酶的合成系统起了变化（指耐反馈阻遏的突变株）
（2）T对B、m和μ的影响
4.温度对产物合成的影响
影响发酵过程中各种反应速率，从而影响微生物的生长代谢与产物生成。 e.g. 青霉菌发酵生产青霉素 青霉菌生长活化能E1=34kJ/mol 青霉素合成活化能E2=112kJ/mol ∴青霉素合成速率对温度较敏感
第二章 发酵原理02.ppt.Convertor
第二章发酵原理第三节发酵学第二假说——代谢网络假说第三章代谢网络假说1本节讨论化能异养型微生物细胞的代谢的问题，讨论侧重于有机化合物的代谢。
主要讨论微生物细胞初级代谢的代谢网络，这个网络是微生物细胞进行能量代谢和物质代谢的操作系统，它最基本的功能是支持生长和维持生命活动。
第三章代谢网络假说2微生物细胞的物质代谢和能量代谢，依靠代谢网络来实现。
代谢网络横跨细胞内外，没有绝对的起点，也没有绝对的终点；既是相对稳定的，又是可以变化的。
代谢网络变化的根据在于细胞的遗传物质，变化的原因在于细胞的生存的条件。
细胞生命活动过程中，有机化合物（碳架物质）在代谢网络中流动，形成代谢流。
在工业发酵生产中，微生物细胞的主要代谢流有起点和终点，其起点应该是原料，其终点应该是目的产物。
第三章代谢网络假说3代谢网络不是生化途径和跨膜输送过程的简单联接。
代谢网络这个概念的提出就是要将生物化学概念纳入细胞代谢的总体框架。
活细胞的功能由几个独立的、相互联系的反应群（reactions）来支撑，根据这些反应群在整个细胞合成过程中的主要功能和逻辑顺序，对它们作如下分类：①供能反应群，②生物合成反应群，③多聚反应群，④组装反应群。
第三章代谢网络假说4对于典型的工业发酵，讨论的重点是代谢网络中与典型的工业发酵直接相关的部分，也就是化能异养型微生物的初级代谢的代谢网络。
在详细研究供能反应和生物合成反应的同时，宏观上兼顾多聚反应和组装反应。
第三章代谢网络假说5为了分析问题的方便，将化能异养型微生物的初级代谢的代谢网络，分成“向心板块”、“中心板块”和“离心板块”三大板块来研究。
向心板块和中心板块两个板块对应于上述供能反应，离心板块对应于生物合成反应。
要分别讨论每一板块的组成，更注重讨论它们之间的衔接关系。
第三章代谢网络假说6研究微生物细胞的代谢，从研究微生物对碳源的降解开始，研究碳源的代谢从代谢网络的中心板块的中心代谢途径入手。
而中心代谢途径的研究从对葡萄糖降解途径的研究开始。
第二章微生物的代谢调节及控制应用
直线式代谢途径的反馈控制 大肠杆菌的异亮氨酸合成途径（首先发现）
苏氨酸是合成异亮氨酸的前体 给苏氨酸缺陷型大肠杆菌补充苏氨酸时，该菌株 可以合成异亮氨酸， 若同时添加异亮氨酸，就不能利用苏氨酸合成异 亮氨酸了。 原因：异亮氨酸抑制了由苏氨酸转化为异亮氨酸途 径的第一个酶，即L-苏氨酸脱氨酶.
18
提高磷酸盐竞争某些必需金属离子的作用
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3 细胞膜透性的调节
在青霉素发酵中，产生菌细胞 膜输入硫化物能力的大小影响青霉 素发酵单位的高低。若输入硫化物 能力增大，硫源供应充足，合成青 霉素的量就增多。
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第二节 代谢的人工控制及应用
工业发酵的目的就是大量地积累人们所需 要的微生物代谢产物。在正常生理条件下, 微生 物总是通过其代谢调节系统最经济地吸收利用 营养物质用于合成细胞结构，进行生长和繁殖， 它们通常不浪费原料和能量，也不积累中间代 谢产物。 人为地打破微生物的代谢控制体系，就有可 能使代谢朝着人们希望的方向进行，这就是所 谓代谢的人工控制。 • 主要是通过遗传学和生物化学方法来实现的
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一. 遗传学的方法
通过改变微生物遗传物质可以 从根本上打破微生物原有的代谢控 制机制，具体包括应用特定的营养 缺陷型突变株、渗漏突变菌株、抗 反馈调节的突变株、抗分解代谢突 变株以及组成型突变菌株。
31
1.营养缺陷型突变株的应用 对于直线式代谢途径，选育末端代谢产物营养 缺陷型的突变株只能积累中间代谢产物。
23
六. 次级代谢与次级代谢调节
次级代谢是某些生物为了避免代谢过程中， 某种代谢产物的积累造成的不利作用，而产 生的一类有利于生存的代谢类型，其生产能 力常受金属离子的影响。
通过次级代谢合成的产物称为次级代谢产物， 如抗生素、毒素、色素、激素等。目前由微 生物产生的抗生素大约有6000多中，其中有 4500种产生由放线菌。
发酵工程原理与技术第二章
在发酵工程的学习中，我们首先介绍了生物反应器的概念和作用，然后深入 研究了发酵过程的基础知识，包括发酵微生物学、发酵动力学和传质过程与 气液质传。最后，我们将着眼于发酵工艺的调控以及不同类型的发酵反应器。
生物反应器概述
定义
生物反应器是一种用于批次、连续或半连续生物过程的设备，用于培养微生物和其他生物体。
发酵动力学
1
生长期
微生物数量迅速增加，生长速率最快。
代谢期
2
微生物产生代谢产物，如酒精、酸等，
达到高峰。
3
死亡期
微生物数量逐渐减少，死亡速率逐渐增 加。
传质过程与气液质传
在发酵过程中，传质过程与气液质传发挥着重要作用。它们影响着底物和产 物的转移速率和效率，直接影响发酵过程的效果。
发酵工艺调控
3 条件
发酵过程需要适宜的温度、pH值、营养物质等条件，以保证微生物的生长和代谢。
发酵微生物学
酵母菌
酿酒和面包制作中常用的发酵微 生物，能够将糖转化为酒精和二 氧化碳。
细菌
产酸和产乳的发酵微生物，用于 制作酸奶、醋等食品，并参与乳 酸发酵和乳制品工业。
霉菌
用于制作黴菌干酪和发酵面包的 发酵微生物，产生特殊的风味和 气味。
温度调控
通过调节反应器内的温度，控 制微生物的生长和代谢速率。
pH值调控
保持适宜的pH值可以维持微生 物生长环境的稳定性和产物品 质。
营养物质供应调控
供应足够和平衡的营养物质， 满足微生物的生长和代谢需求。
不同类型的发酵反应器
批次发酵反ห้องสมุดไป่ตู้器
适用于小规模和多品种的发酵过 程，容易控制和操作。
连续发酵反应器
代谢控制发酵名词解释
代谢控制发酵名词解释代谢控制发酵是在发酵过程中通过调控代谢途径，使得微生物产物合成提高、副产物减少或消失的一种控制策略。
代谢（Metabolism）指的是一个生物体对外界物质的摄取、吸收、转化和排泄等一系列化学反应的总和。
代谢可分为两个主要部分：合成代谢和能量代谢。
合成代谢是指生物体从较简单的物质合成复杂的有机物质，如蛋白质、核酸、多糖等。
能量代谢则是指生物体通过氧化降解有机物质释放能量。
在酿酒或发酵过程中，发酵菌通过能量代谢将碳源转化为酒精和二氧化碳，同时合成一些副产物或其他附属物质。
控制是指通过调控代谢途径和操作条件，使得发酵过程中所需产物的合成产率和选择性提高，产物分离纯化步骤简化，副产物减少或消失的手段。
代谢控制是通过操作微生物的代谢途径和条件来控制发酵过程中所需产物和副产物的产生和积累情况。
其核心目标是寻找并调控关键代谢途径，使得所需产物的合成路径得到加强、其他途径得到抑制，从而改善产物的产率和质量，减少副产物的生成。
代谢控制包括以下几个主要方面：1.反应物选择性控制：通过调节发酵中的反应物浓度、比例和添加时间，来控制产物和副产物的生成。
这一策略主要是通过供应还原剂、控制氧气浓度、碳源的选择和添加等手段来实现。
2.酶活性和基因表达的调控：通过改变酵母菌或细菌内部关键酶的活性或调节相关基因的表达，并使用遗传工程技术来调控发酵过程中的代谢途径。
例如，通过过表达某一限速酶或降低副产物相关基因的表达，从而提高所需产物的产率。
3.代谢通路调控：通过改变微生物内部代谢途径的通路结构、酶的组合或代谢流量分布，来控制产物的选择性合成。
例如，通过改变代谢通路的路线，将副产物产生的分支途径阻断，从而增加所需产物的合成。
4.发酵条件的优化：通过调节发酵过程中的温度、pH值、搅拌速度、氧气含量等操作参数，来控制发酵过程的代谢行为。
例如，通过调节温度和pH值来改变酵母菌的生长速率和代谢活性，从而影响产物的生成。