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1、碳源包括糖类、有机酸、脂类和蛋白质类碳源包括糖类、有机酸、脂类和蛋白质类一、发酵菌的物质需求一、发酵菌的物质需求碳源碳源糖代谢特点：糖代谢特点：细胞吸收葡萄糖后，进行糖酵解，大部分葡萄糖分细胞吸收葡萄糖后，进行糖酵解，大部分葡萄糖分解为丙酮酸，进一步被还原为乳酸，乳酸分泌到胞解为丙酮酸，进一步被还原为乳酸，乳酸分泌到胞外并在培养液中积累。外并在培养液中积累。葡萄糖代谢旺盛，会产生大量的乳酸，对细葡萄糖代谢旺盛，会产生大量的乳酸，对细胞产生毒性。胞产生毒性。丙酮酸还可转化为乙酰辅酶丙酮酸还可转化为乙酰辅酶A，进入三羧酸循环，进入三羧酸循环，彻底氧化产生彻底氧化产生CO2和水。小部分（和水。小部分
2、（48）葡）葡萄糖进入戊糖磷酸途径，把葡萄糖转化为萄糖进入戊糖磷酸途径，把葡萄糖转化为4、5、7碳糖和还原力碳糖和还原力NADPH，5碳糖用于核酸合成，其碳糖用于核酸合成，其他中间产物进入脂肪酸代谢、核酸代谢和氨基酸代他中间产物进入脂肪酸代谢、核酸代谢和氨基酸代谢。谢。酪蛋白水解产生的脂肪酸，作为碳源与能酪蛋白水解产生的脂肪酸，作为碳源与能源，是迟效碳源源，是迟效碳源不同工程菌利用碳源的能力不同。不同工程菌利用碳源的能力不同。葡萄糖优先利用会造成培养基的酸化，在葡萄糖优先利用会造成培养基的酸化，在发酵控制中是一个值得注意的问题。发酵控制中是一个值得注意的问题。氮源氮源 为工程菌生长主要提供氮素
3、来源，如氨基为工程菌生长主要提供氮素来源，如氨基酸和蛋白质、核苷和核酸及其他含氮物质。酸和蛋白质、核苷和核酸及其他含氮物质。 工程菌可直接很好地吸收利用无机氮如氨工程菌可直接很好地吸收利用无机氮如氨水、铵盐等，一般不能利用硝态氮，因为水、铵盐等，一般不能利用硝态氮，因为缺乏把缺乏把NO3转化成转化成NH4的酶体系。的酶体系。几乎都能利用有机氮源如蛋白胨、酵母粉、几乎都能利用有机氮源如蛋白胨、酵母粉、牛肉膏、黄豆饼粉、尿素等。牛肉膏、黄豆饼粉、尿素等。不同工程菌对氮源利用能力差异很大，具不同工程菌对氮源利用能力差异很大，具有很高的选择性。有很高的选择性。有机氮源的利用程度与细胞是否产生分泌有机氮
4、源的利用程度与细胞是否产生分泌相应的降解酶有关，能分泌大量的蛋白酶，相应的降解酶有关，能分泌大量的蛋白酶，降解蛋白胨等，然后吸收利用。降解蛋白胨等，然后吸收利用。 氨基酸氨基酸氨基酸是蛋白质和酶的组成单位。氨基酸是蛋白质和酶的组成单位。氨基酸还参与合成一些含氮化合物，核苷氨基酸还参与合成一些含氮化合物，核苷酸的四种嘌呤和嘧啶碱基、儿茶酚胺等含酸的四种嘌呤和嘧啶碱基、儿茶酚胺等含氮激素及神经递质等。氮激素及神经递质等。氨基酸可通过生糖或生酮途径转变为糖或氨基酸可通过生糖或生酮途径转变为糖或脂肪酸，间接提供能量。脂肪酸，间接提供能量。氨基酸代谢特点：氨基酸代谢特点：吸收谷氨酰胺后，进入氨基酸代谢途
5、径，吸收谷氨酰胺后，进入氨基酸代谢途径，通过脱氨、转氨等作用，合成其他必需和通过脱氨、转氨等作用，合成其他必需和非必需氨基酸。非必需氨基酸。大多数谷氨酰胺在脱氨酶催化下，生成谷大多数谷氨酰胺在脱氨酶催化下，生成谷氨酸，并释放氨，对细胞产生毒性。氨酸，并释放氨，对细胞产生毒性。小部分谷氨酰胺通过转氨生成其他嘌呤、小部分谷氨酰胺通过转氨生成其他嘌呤、嘧啶和氨基糖等合成代谢的前体。嘧啶和氨基糖等合成代谢的前体。谷氨酸还原酶把谷氨酸转化为中间产物谷氨酸还原酶把谷氨酸转化为中间产物-酮酮戊二酸，进入三羧酸循环，为细胞提供能戊二酸，进入三羧酸循环，为细胞提供能量。所以谷氨酰胺在细胞能量代谢中具有量。所以谷
6、氨酰胺在细胞能量代谢中具有重要作用。重要作用。谷氨酰胺与丙酮酸和草酰乙酸发生转氨作谷氨酰胺与丙酮酸和草酰乙酸发生转氨作用，生成丙氨酸和天门冬氨酸，丙氨酸可用，生成丙氨酸和天门冬氨酸，丙氨酸可进入培养液并积累。在快速生长的动物细进入培养液并积累。在快速生长的动物细胞培养体系，转氨作用是主要的代谢途径。胞培养体系，转氨作用是主要的代谢途径。 维生素维生素维生素是一类微量的小分子有机生物活性维生素是一类微量的小分子有机生物活性物质，对代谢和生长起调节和控制作用。物质，对代谢和生长起调节和控制作用。水溶性维生素包括水溶性维生素包括B族维生素和维生素族维生素和维生素C。B族维生素以辅酶或辅基形式参与酶反
7、应，族维生素以辅酶或辅基形式参与酶反应，主要调节酶活性和代谢活性。主要调节酶活性和代谢活性。维生素维生素C，抗坏血酸，在体内参与还原反应、，抗坏血酸，在体内参与还原反应、羟化反应，促进胶原蛋白合成和粘多糖合羟化反应，促进胶原蛋白合成和粘多糖合成，抗氧化作用。成，抗氧化作用。脂溶性维生素包括维生素脂溶性维生素包括维生素A、D、E、K四种。四种。维生素维生素A维持正常视觉和上皮组织。维持正常视觉和上皮组织。维生素维生素D为视固醇类化合物，主要是调节钙为视固醇类化合物，主要是调节钙磷代谢。磷代谢。维生素维生素E即生育酚，是抗氧化剂，防止生物即生育酚，是抗氧化剂，防止生物膜中磷脂的不饱和脂肪酸被氧化。
8、膜中磷脂的不饱和脂肪酸被氧化。维生素维生素K，促进合成凝血酶原，促进血液凝，促进合成凝血酶原，促进血液凝固。固。无机盐无机盐磷、硫、钾、钙、镁、钠等大量元素和铁、磷、硫、钾、钙、镁、钠等大量元素和铁、铜、锌、锰、钼等微量元素的盐离子，为铜、锌、锰、钼等微量元素的盐离子，为工程菌生长提供必需的矿物质。工程菌生长提供必需的矿物质。无机盐是细胞代谢所需的酶的辅基，同时无机盐是细胞代谢所需的酶的辅基，同时保持细胞的渗透压和缓冲保持细胞的渗透压和缓冲pH的变化。的变化。磷是核苷酸和核酸的组成元素，磷脂等的磷是核苷酸和核酸的组成元素，磷脂等的组成成分。组成成分。硫是氨基酸和蛋白质组成元素，硫是氨基酸和蛋白
9、质组成元素，钙参与细胞的信号传导过程。钙参与细胞的信号传导过程。矿物质还参与细胞结构的组成、酶的构成矿物质还参与细胞结构的组成、酶的构成和活性、调节细胞渗透压、胞内氧化还原和活性、调节细胞渗透压、胞内氧化还原电势，具有重要的生理功能。电势，具有重要的生理功能。Na和和Cl参与生理电活动，维持水平衡、参与生理电活动，维持水平衡、保持渗透压和酸碱平衡。离体培养为细胞保持渗透压和酸碱平衡。离体培养为细胞提供足够的提供足够的Na和和Cl离子是基本条件，离子是基本条件，Ca2、Mg2，对细胞间的互黏稳定起重，对细胞间的互黏稳定起重要作用。在离体培养时，螯合细胞间的要作用。在离体培养时，螯合细胞间的Ca2
10、和和Mg2，可以达到分散细胞的目的。，可以达到分散细胞的目的。K、Cl等在维持酸碱平衡具有重要作用。等在维持酸碱平衡具有重要作用。生长因子生长因子指维持细胞生长所必需的微量有机物，不指维持细胞生长所必需的微量有机物，不起碳源和氮源作用。生长因子包括维生素、起碳源和氮源作用。生长因子包括维生素、氨基酸、嘌呤或嘧啶及其衍生物、脂肪酸氨基酸、嘌呤或嘧啶及其衍生物、脂肪酸等。由于蛋白胨等天然成分含有各种生长等。由于蛋白胨等天然成分含有各种生长因子，一般在工程菌的培养基中不单独添因子，一般在工程菌的培养基中不单独添加。加。细胞因子有表皮生长因子、成纤维细胞生细胞因子有表皮生长因子、成纤维细胞生长因子和神经细胞生长因子，根据不同细长因子和神经细胞生长因子，根据不同细胞添加。胞添加。
