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1、绪论1. 微生物工程的定义微生物工程是研究微生物生长、繁殖及代谢活动、代谢产物合成及其控 制规律的科学。2. 发酵（fermentation）是任何通过扩大规模培养生物细胞（含动、植物细胞和微生物细胞）来生 产产品的过程。3. 微生物工程的特征：a发酵过程既是复杂的生物化学反应，又与微生物活细胞息息相关b发 酵醪包括固相、液相、汽相，还含有活细胞及菌丝体c微生物工程可分为发酵和提纯两个部 分d微生物产物大部分为热敏性物质,因此应避免过热及添加保护剂等。e微生物工程应采取： 实验室小型试验一中间试验规模一大型生产规模的工艺过程。4. 微生物发酵的宏观分类a以微生物菌体细胞为产物的发酵工业b以微生
2、物酶（含蛋白质）为 产品的发酵工业c以微生物代谢产物（含初级代谢和次级代谢产物）为产品的发酵工业d利用 微生物酶修饰作用的微生物转化发酵工业e微生物废水处理和其它（清洁工程）.5. 发酵工艺基本过程;发酵原料的预处理菌种斜面培养 种子扩大培养微生物发酵 和控制发酵产物的分离提取或菌体利用6. 发酵必须具备的条件（问答（1）需进行发酵原料的选择（培养基组成）及预处理（2）要有某种适宜的微生物,需进行微生物 菌种的选育及扩大培养。（3）要有进行微生物发酵的设备。（4）要有保证或控制微生物进行代 谢的各种条件（包括温度、溶氧浓度及适宜酸碱度）。（5）要有将菌体或代谢产物提取出来，精 制成产品的方法和
3、设备。（6）需进行发酵废物的回收和利用。第一章1. 野生菌株指直接从自然界筛选得到的菌株2. 、营养缺陷型突变株营养缺陷型突变株（auxotrophic mutant）:指在微生物生长过程中，因产 品合成途径中某种酶缺陷,而不能生成终产物,只能生成中间代谢物，必须添加终产物,微生物 才能生长的突变株。3. 调节突变株调节突变株（adjustable mutant）:指菌株因受外界条件影响，而产生不受终产物 及其结构类似物反馈抑制或阻遏的突变株，此时终产物能够大量积累。4静置培养法:又称厌气培养，即将培养基盛于发酵罐中，在接种后,不通空气进行培养；5. 通气培养法的定义又称好气性发酵,这种发酵在
4、培养过程中必须通入空气，以维持一定的溶 氧水平，菌体才能迅速进行生长发酵。6. 菌种保藏的目的及原理;（1）菌种保藏的目的:尽可能长时间保持原有菌株优良的生产性能、 提高菌种的存活率，减少菌种的变异，以及不被杂菌污染以利于生产上长期使用。（2）保藏原理:根据菌种的生理、生化特点，人为地创造条件，使菌种的代谢活动处于不活泼状 态。7. 防止菌种衰退的措施：提供良好的环境条件;用优良的保藏方法;定期纯化菌种8. 菌种复壮的方法:纯种分离改变培养条件，以达到复壮的目的淘汰已衰退的个体9. 种子扩大培养的任务。种子的要求:（1）个体与群体生理性状稳定;（2）活力强，移种至发酵后,能够迅速生长;（3）无
5、杂菌 污染;（4）目的产物产量高。种子扩大培养的任务获得纯而壮的、活力旺盛的、接种量足够的 培养物，为每次发酵罐的投料,提供相当数量的代谢旺盛的种子。10. 影响种子质量的主要因素1、培养基2、种龄与接种量3、温度4、pH值5、通气和搅拌 6、泡沫7、染菌的控制8、种子级数的确定11. 发酵工业对微生物菌种的要求（问答）1、菌种能在廉价原料制成的培养基上迅速生长和大量合成目的产物2、菌种能在要求不高、 易控制的培养条件下迅速生长和发酵，以缩短发酵周期;3、根据代谢调控要求，选择高产的野 生菌株、营养缺陷型突变株或调节突变株;4、菌株抗噬菌体能力强，以防止感染噬菌体而造成 “倒灌”现象的发生。5
6、、菌种纯，不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的稳定性。6、 菌种不是病原菌,不产生任何有害的生物活性物质和毒素,以保证产品的安全。地*第一章1. 培养基：是指供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的、按一定比例配制的、 多种营养物质的混合物。2. 前体：在产物的生物合成过程中，被菌体直接用于产物合成而自身结构无显著变化的物质。3. 消毒：用物理或化学的方法杀死物料、容器器皿内外病原微生物的过程，一般只能杀死营养 细胞而不能杀死细菌芽抱。4. 灭菌(s terilization):用物理或化学的方法杀死物料或设备中所有有生命的有机体的技术或工 艺过程;它既能杀死营养细胞又能杀死细菌芽抱
7、。5.oBx,DE(术语解释);工业上用DE值表示淀粉糖的糖组成。6. 培养基的种类和用途;a按营养物质的来源分(组成培养基)有自然培养基、合成培养基、半 合成培养基。b按培养基制成的形式分:固体培养基、半固体培养基、液体培养基。c按培养 基的主要成分或使用目的分基础培养基(MM)、选择培养基、鉴定培养基、完全培养基(CM)d 按生产工艺要求分(生产培养基)抱子培养基、种子培养基、发酵培养基。培养基的用途:筛选 菌种、保藏菌种、检验杂菌、培养种子、发酵生产等。7. 影响葡萄糖酸解反应速度常数的因素有哪些；8. 影响葡萄糖复合反应和分解反应的因素有哪些；9. 前体物质的作用;1、避免合成途径的反
8、馈抑制作用;2、控制生产菌合成方向，获得较高产率。10. 促进剂和抑制剂提高产物产量的原因:改变了细胞膜的渗透性，增加了氧的传递速度，改变 了菌体对氧的有效利用。11. 灭菌的方法：干热灭菌法、湿热灭菌法、射线灭菌法、化学试剂灭菌法、介质过滤灭菌 法。要求:既要达到灭菌目的，又要使培养基中培养基成分的破坏尽可能减少到最低限度。12. 对数残留定律的内容：微生物活菌数的减少速率(或称死亡速率)与任一瞬间残存的菌数 成正比。13. 加热灭菌的原理：根据微生物在温度超过最高温度时,细胞中原生质体和酶的基本成分一 蛋白质发生不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内死亡这一特性进行的。14. 影响培养基灭
9、菌的因素：培养基成分、培养基pH、培养基颗粒的大小、泡沫。15. 分批灭菌与连续灭菌的选用：当培养基中含有较多固体颗粒或较多泡沫时,以分批灭菌较 好，因为在这种情况下，连续灭菌不彻底;对于容积小的发酵罐，连续灭菌的优点不明显,采用分 批灭菌比较方便;对于大型液体发酵，培养基固体颗粒少，泡沫少时采用连续灭菌较好。16. 促进剂和抑制剂的作用是什么？(1)起生长因子的作用；(2)推迟菌体的自溶;(3)抑制了合 成某些其他产物的途径而使向所需产物的途径转化;(4)降低了产生菌的呼吸,使之有利于合 成;(5 )改变发酵液的物理性质，改善了通气效果;(6 )与产物形成复盐，降低了发酵液中产物浓度, 避免
10、了反馈抑制，有利于促进产物合成。17. 湿热灭菌方法的计算；第三章1. 发酵机制:是指微生物通过其代谢活动，利用基质合成人们所需要的产物的内在规律。2. 同功酶是指能催化相同的生化反应,但酶蛋白分子结构有差异的一类酶3. 调节组成酶是指酶的合成不依赖于环境中的物质存在而存在的一类酶4. 调节诱导酶是细胞为适应外来底物或其结构类似物而临时合成的一类酶5. 初级代谢是指微生物合成它们在生长和繁殖过程中所必须的物质(如糖、氨基酸、脂肪、 核苷酸及其聚合物)的过程;所合成的物质称为初级代谢产物。6. 次级代谢产物是指微生物在生长和繁殖过程中合成对微生物的生长、繁殖无关或功能不明 确的化合物的过程;这些
11、化合物称为次级代谢产物。7. 糖酵解途径的几个关键调控酶及其调控；培养基中的葡萄糖类物质进入细胞质以后，经糖酵解途径生成丙酮酸，其中1,6一二磷酸果糖 激酶是调控酶；丙酮酸进入线粒体脱羧生成乙酰CoA，部分羧化生成草酰乙酸,二者缩合生成 柠檬酸，进入TCA循环;线粒体内顺乌头酸水合酶受柠檬酸诱导，一部分柠檬酸生成异柠檬酸, 另一部分柠檬酸经细胞质(细胞质内顺乌头酸水合酶阻遏，柠檬酸不能分解)到达细胞外;线粒 体内对NADP+专一的异柠檬酸脱氢酶受柠檬酸阻遏后异柠檬酸不能分解而进入细胞质内， 对NAD+专一的异柠檬酸脱氢酶受柠檬酸激活，催化异柠檬酸水解生成a -酮戊二酸,a -酮 戊二酸进入线粒
12、体，经TCA循环生成草酰乙酸，提供柠檬酸合成的原料来源；8. 糖酵解中间产物(丙酮酸)的不同去路a、在有氧条件下，丙酮酸进入线粒体,脱氢和脱羧生成乙酰CoA,在TCA循环中脱氢,并氧化 形成CO2和H2O,糖酵解生成的NADH+H+经呼吸链将氢传递给氧生成H2O。b、在无氧条件下，丙酮酸有三种去向：(1) 在乳酸菌中受乳酸脱氢酶作用，丙酮酸作为受氢体被还原为乳酸；(2)在酵母菌中受丙酮酸 脱羧酶作用丙酮酸脱羧生成乙醛,再在乙醇脱氢酶作用下，乙醛为受氢体生成乙醇;(3)在梭状 杆菌中，丙酮酸脱羧生成乙酰CoA,然后经一系列变化生成丁酰CoA、乙酰乙酰CoA,再进一 步被还原为丙酮、丁醇。9. 柠
13、檬酸发酵必须具备哪些条件；合成条件:(1)菌体有活性很强的柠檬酸合成酶;(2)有足够的底物来源(要有活性很强的丙酮酸脱羧酶和催化CO2固定的酶)(3)顺乌头酸水合酶阻遏失活或很微弱。10. 柠檬酸积累的生物调节；a、第一个调节位点-磷酸果糖激酶(PFK);反馈抑制剂:柠檬酸、长链脂肪酸、ATP、Ala、NADH+H+;激活剂:无机磷化合物、ADP、AMP、 NH4+、Mg2+、NAD+;当黑曲霉在缺Mn2+的培养基中培养时,可提高细胞内NH4+浓度,PFK 不受柠檬酸的抑制,柠檬酸增产；b、第二个调节位点-柠檬酸合成酶;菌种为革兰氏阴性菌:柠檬酸合成酶由四个亚单位组成, 受NADH+H+抑制;
14、菌种为革兰氏阳性菌:柠檬酸合成酶由两个亚单位组成，受ATP反馈抑制;c、第三个调节位点-异柠檬酸脱氢酶:在线粒体内,异柠檬酸脱氢酶的辅酶是NADP+,柠檬酸 浓度增加,脱氢酶受抑制,异柠檬酸不能分解;在细胞质内,异柠檬酸脱氢酶的辅酶是NAD+,脱 氢酶受柠檬酸、AMP、ADP激活,ATP抑制，柠檬酸浓度增加,脱氢酶激活，异柠檬酸能分解；d、第四个调节位点-顺乌头酸水合酶：细胞质内顺乌头酸水合酶受Glu和a -酮戊二酸阻遏；柠檬酸对线粒体内顺乌头酸水合酶的合成有诱导作用。11. 酶活性的调节类型,酶活性调节的方式；酶活性的调节是指在酶分子水平上的一种代谢调节，它是通过改变现成的酶分子活性来调节
15、新陈代谢的速率,包括酶活性的激活和抑制;A同功酶调节B协同反馈抑制C累积反馈 抑制D 增效反馈抑制E顺序反馈抑制12. 酶诱导的类型，酶阻遏的类型；能促进调节诱导酶产生的物质称为诱导物，它可以是该酶的底物,也可以是难以代谢的底物类 似物或底物的前体物质。阻遏的类型主要有末端代谢产物阻遏和分解代谢产物阻遏两种。13. 谷氨酸族氨基酸生物合成途径及其发酵机制；由三羧酸循环中产生的a -酮戊二酸,在谷氨酸脱氢酶和氢供体存在下进行还原性氨化作用 而得到。1、EMP途径和HMP途径与谷氨酸发酵的关系:EMP途径和HMP途径为谷氨酸 合成提供原料草酰乙酸和乙酰CoA。2、TCA、DCA循环、CO2固定与谷
16、氨酸发酵的关系(1) TCA循环:TCA循环中a 一酮戊二酸脱氢酶的欠缺，使TCA循环阻塞,a 一酮戊二酸积累, 在NH4+作用下，受谷氨酸脱氢酶作用发生氨基还原化生成谷氨酸。异柠檬酸脱氢酶不仅催化 a 一酮戊二酸的合成，而且提供a 一酮戊二酸还原氨基化生成谷氨酸所必须的NADPH+H+;(2) DCA循环:异柠檬酸受异柠檬酸分解酶作用生成琥珀酸和乙醛酸后者与乙酰CoA作用生 成苹果酸，作为TCA循环阻塞后苹果酸的回补反应;异柠檬酸分解酶的生成受生物素控制:一 方面,生物素欠缺,异柠檬酸分解酶丧失，使DCA循环关闭，不能提供原料,因此生物素不可缺; 另一方面，生物素浓度过高,琥珀酸脱氢生成延胡索酸，琥珀酸浓度减小,异柠檬酸分解酶活性 增强，使D
