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1、第五章 微生物与发酵工程,第二节 微生物的营养、代谢和生长,二、微生物的代谢,什么是微生物代谢？,微生物代谢的有何特点？,微生物细胞内所发生的全部化学反应,代谢异常旺盛,什么是新陈代谢 ？,生物体内全部有序的化学变化的总称,微生物代谢的特点,资料1.若干微生物和动物、植物组织的呼吸速率,微生物代谢的特点,相同时间、相同干重前提下微生物耗氧量高。,微生物代谢旺盛的原因：,相对表面积(表面积与体积比）大，使它们能够迅速与外界环境进行物质交换。,微生物代谢的特点,总表面积/总体积 =96/64=1.5/1,总表面积/总体积=192/64=3/1,总表面积/总体积=384/64=6/1,结论：体积越小
2、，相对表面积越大,根据代谢产物与微生物_的关系,初级代谢产物,次级代谢产物,一、微生物的代谢产物,生长繁殖,一、微生物的代谢产物,初级代谢产物 1、定义：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。 2、举例：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等 3、特征： 不同的微生物初级代谢产物基本相同； 初级代谢产物合成过程是连续不断的。,一、微生物的代谢产物,次级代谢产物 1、定义：微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。 2、举例：抗生素、毒素、激素、色素等。 3、特征：不同的微生物次级代谢产物不同；,4、分布：,细胞
3、内或细胞外,一、微生物的代谢产物,生长和繁殖所必需,无明显生理功能,一直产生,生长到一定 阶段产生,细胞内,是,否,细胞内或外,氨基酸、核苷酸 多糖、维生素等,抗生素、毒素 色素、激素等,均在微生物细胞的调节下，有步骤地产生,微生物的生命活动受什么调节?,实例1：大肠杆菌合成异亮氨酸的调节。,苏氨酸,a酮丁酸,当异亮氨酸积累过量，会抑制苏氨酸脱氢酶的活性，异亮氨酸合成停止。,实例2：亮白曲霉一般不合成蔗糖酶，所以不能利用蔗糖，但如果在培养基内只加入蔗糖，一段时间后，可以合成蔗糖酶，并利用蔗糖。,实例1，通过调节酶的_，控制代谢过程； 实例2，通过调节酶的_，控制代谢过程。,活性,合成,微生物代
4、谢调节的主要方式,酶合成的调节,酶活性的调节,二、微生物代谢的调节,酶合成的调节,微生物细胞内的酶,诱导酶：,组成酶：,细胞内一直存在的酶，合成只受遗传物质控制,合成受遗传物质的控制，环境中存在诱导物时才合成,二、微生物代谢的调节,基因有条件的表达,基因始终处于打开状态,酶合成的调节,二、微生物代谢的调节,例：大肠杆菌分解葡萄糖的酶,不论培养基中有无葡萄糖存在,大肠杆菌细胞内都有这种酶.在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基上培养大肠杆菌,开始大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖。只有当葡萄糖被消耗完毕以后,大肠杆菌才开始利用乳糖.,实验表明:大肠杆菌分解葡萄糖的酶是_ 分解乳糖的酶是_.,组成酶,诱
5、导酶,二、微生物代谢的调节,酶合成的调节,既保证了代谢的需要，又避免了细胞内物质和能量的浪费，增强了微生物对环境的适应能力。,酶合成调节的意义：,酶合成的调节,二、微生物代谢的调节,1、谷氨酸是何种代谢产物？分布在细胞内还是细胞外?,4、这种调节方式属于何种调节?调节机制是什么?这种调节与高等动物的哪种调节方式相似?,5.酶活性调节的意义是什么?,抑制,谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径,2、酶活性的调节,3、怎样解除抑制？,2、谷氨酸在细胞内积累过多时有何现象?,2、调节特点：,快速、精细,3、调节意义：,避免代谢产物积累过多,二、微生物代谢的调节,2、酶活性的调节,1、调节原理：,代谢过程中产
6、生的物质与酶可逆性结合致使酶的结构发生变化，从而使酶的活性改变。,讨 论,.微生物是否在所有场合、所有时间内都合成它们所能合成的全部酶类？这有何意义？,.组成酶、诱导酶合成的条件是什么？,.大肠杆菌乳糖代谢有何特点？,. 酶合成的调节属于哪种水平的调节方式？,.诱导酶是否接受酶活性调节？,.为什么酶活性调节比酶合成调节快速精确？,酶合成调节和酶活性调节的比较,诱导酶,所有酶（组成酶和诱导酶）,调节基因的表达,通过代谢产物与酶的 可逆性结合来调节,酶种类改变(增加或减少),酶活性发生变化,间接、较慢,快速、精细,避免物质和能量的浪费,避免代谢产物积累过多,同时存在,密切配合,协调起作用.,思考：
7、谷氨酸是味精的主要成分，如果利用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸，能否获得大量的谷氨酸？依据是什么？,如何使细胞内的谷氨酸不会抑制谷氨酸脱氢酶的活性？,如何使细胞内的谷氨酸通过细胞膜到达细胞外？,（改变细胞膜的透性）,三、微生物代谢的人工控制,目的 最大限度积累对人类有用的代谢产物 措施 改变微生物遗传特性 控制生产过程中的各种条件 实例 人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸； 人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸。,黄色短杆菌的代谢过程,抑制,思考：,3. 天冬氨酸激酶的活性在什么条件下才会被抑制？怎样解除？,5、怎样才能抑制苏氨酸的合成？,4、合成苏氨酸需要什么条件？,6、改变微生物的遗传特性可采
8、用哪些方法？,2.黄色短杆菌合成赖氨酸的代谢调节属于哪种调节方式？,1、 赖氨酸是必需氨基酸吗？有什么用途？,人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸,高丝氨酸 脱氢酶,不能合成,可以大量积累,人工诱变的 菌种不能产生,人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸,在谷氨酸的生产过程中，可采用一定的手段改变谷氨酸棒状杆菌 _ _，使谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除了谷氨酸对 _ _的抑制作用，提高谷氨酸的产量。,细胞膜的透性,谷氨酸脱氢酶,发酵,概念,种类,培养基的物理状态,液体发酵固体发酵,所生成的产物,抗生素发酵 维生素发酵 氨基酸发酵等,发酵过程对氧需求,厌氧发酵,需氧发酵,酒精发酵乳酸发酵,抗生
9、素发酵氨基酸发酵,培养微生物，大量生产各种代谢产物的过程,二、微生物的代谢,（一.）微生物代谢的特点：,（二.）微生物的代谢产物：,1.初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、维生素等,2.次级代谢产物：抗生素、毒素、激素、色素,（三.）微生物代谢的调节：,1.酶合成调节：主要为酶合成的诱导,2.酶活性调节：主要为酶活性的抑制,（四.）微生物代谢的人工控制：,1.目的,2.措施,3.实例,课堂小结,练习：,【1】下列关于初级代谢产物和次级代谢产物的比较，其中正确的是 ( )A、初级代谢产物只是在微生物生长初期产 生，次级代谢产物在生长到一定阶段才产生B、两者都自始至终产生C、初级代谢产物始终
10、产生，次级代谢产物 在生长一定阶段产生D、两者都是微生物生长和繁殖所必需的,C,【2】下列关于组成酶的说法错误的是 A组成酶是微生物细胞内一直存在的酶B只在遗传物质的控制下合成的酶C在环境中存在某种物质时才合成的酶D它的合成不受环境的影响,c,【3】对细菌抗生素的合成有控制作用的基因存在于 A质粒 B核区 C核糖体 D贮藏性颗粒,A,4.微生物的次级代谢产物是 ( ) A.氨基酸、多糖、抗生素、脂类； B.核苷酸、多糖、脂类 、激素； C.抗生素、脂类、色素、毒素； D.抗生素、毒素、激素、色素,D,C,5.关于组成酶的叙述正确的是-（ ）A.既有胞内酶，又有胞外酶；B.同时受遗传物质和营养物
11、质的控制；C.是微生物细胞内经常存在的酶；D.大肠杆菌的半乳糖苷酶是一种组成酶；,6.初级代谢产物和次级代谢产物的比较中正确的是-（ ）A.初级代谢产物和次级代谢产物合成的起始时间不同B.初级代谢产物具有菌种特异性C.次级代谢产物对微生物的生命活动有重要作用D. .初级代谢产物和次级代谢产物不能同时合成,A,7.关于微生物代谢的调节，正确的一项是（ ）A.环境中存在某种物质时，微生物才能合成分解此物质的酶， 该酶一定是组成酶；B.某种代谢产物在细胞内的积累，将直接导致形成此物质的酶活性下降；C.只有改变微生物的遗传特性，才能实现对微生物代谢的人工控制；D.一般情况下，增大细胞膜的通透性，可解除
12、代谢产物对酶活性的抑制；,D,8.下列关于微生物代谢的叙述正确的是（ ） A.次级代谢产物是微生物生长和繁殖所必需的 B.将大肠杆菌从只用乳糖作碳源的培养基上转移到只用葡萄糖作碳源的培养基上，其细胞内半乳糖苷酶的合成就会停止； C.诱导酶一旦产生，其活性就一直保持下去； D.与酶合成调节相比，酶活性的调节是一种快速的调节方式；,B D,酶,酶,9.右图是黄色短杆菌合成赖氨酸的途径，请判断该途径的调节方式是-（ ）,A. 酶合成的调节,B. 酶活性的调节,C. 既有酶合成的调节，又有酶活性的调节,D . 既有组成酶的合成调节，又有诱导酶的合成调节,C,7.右图是黄色短杆菌合成赖氨酸途径示意图，请
13、据图回答： （1）图中黄色短杆菌利用 合成赖氨酸、苏氨酸和。（2）当和都积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，该过程属于调节。（3）赖氨酸是人和动物的氨基酸，利用黄色短杆菌大量生产赖氨酸就必须抑制形成。（4）科学家对黄色短杆菌进行处理，选育出不能合成的菌种，提高了赖氨酸的产量。该过程属于（5）黄色短杆菌合成的赖氨酸是代谢产物，它合成后存在的部位是在。,天冬氨酸,甲硫氨酸,苏氨酸,赖氨酸,酶活性,必需,苏氨酸,诱变,高丝氨酸脱氢酶,微生物代谢的人工控制,初级,细胞内,结束！,对需氧型微生物提供适宜的氧，以通气量和搅拌速度控制溶解氧量；厌氧微生物控制氧。,诱变处理，选择符合生产要求的菌种,过程加入酸、碱性物质，或在培养基调整适宜PH值后加入缓冲对；,使温度控制在适宜的范围,注意排除代谢产物，补充营养物质，一般采用连续培养技术；,乳糖代谢基因,乳糖代谢基因,
