华东理工大学精品课程：《发酵原理》第二讲 发酵原理和代谢工程的基本概念

发酵原理和代谢工程的 基本概念

发酵原理和代谢工程的 基 本 概 念

介绍26个基本概念: 1.微生物细胞能为其自身提供代谢能 2,细胞能量转换机构的组成 3.微生物代谢中的电子流和电子回路 4.生物氧化和辅酶的再生 5.生化反应途径和代谢途径 6.生化反应网络和代谢网终 7,代谢网络的联网问题 8.代谢流和碳架物质流 9.代谢主流 2021/221 张星元:发酵原理(讲座)

2021/2/21 张星元：发酵原理（讲座） 2 1. 微生物细胞能为其自身提供代谢能 2. 细胞能量转换机构的组成 3. 微生物代谢中的电子流和电子回路 4. 生物氧化和辅酶的再生 5. 生化反应途径和代谢途径 6. 生化反应网络和代谢网络 7. 代谢网络的联网问题 8. 代谢流和碳架物质流 9. 代谢主流 介绍 26 个基本概念：

10.载流途径与载流路径 11代谢主流的变动性和选择性 12理想载流途径 13微生物生物工程的难题 14代谢网终的节点及其刚性 15工业发酵的五字策略 16代谢网络的刚性 17代谢网终的刚性 18微生物活细胞和细胞的经济性 2021/221 张星元:发酵原理(讲座)

2021/2/21 张星元：发酵原理（讲座） 3 10.载流途径与载流路径 11.代谢主流的变动性和选择性 12.理想载流途径 13.微生物生物工程的难题 14.代谢网络的节点及其刚性 15.工业发酵的五字策略 16.代谢网络的刚性 17.代谢网络的刚性 18.微生物活细胞和细胞的经济性

19正常代谢和竞争型细胞经济 20.异常代谢和导向型细胞经济 21细胞经济受到严格的制约 22信息流指导下的工业发酵 23限制性遗传信息之谜 24从发酵工程到代谢工程 25代谢工程(定义) 26代谢流及其控制的分析 火介纽两个网址 2021/221 张星元:发酵原理(讲座)

2021/2/21 张星元：发酵原理（讲座） 4 19.正常代谢和竞争型细胞经济 20.异常代谢和导向型细胞经济 21.细胞经济受到严格的制约 22.信息流指导下的工业发酵 23.限制性遗传信息之谜 24.从发酵工程到代谢工程 25.代谢工程（定义） 26.代谢流及其控制的分析 ＊介绍两个网址

1.徼生物细胞能为其自身提供代谢能 微生物细胞的生存方式与动物、植物 等高等生物的细胞不同,微生物细胞能独 立存在,自主生活。因此每个微生物细胞 都具有能量转换机构,这种机构可把其它 形式的能量转换成能被其自身直接使用的 能量(如ATP,GTP和储存在膜上的质 子运动势AP),暂且把它们称为代谢能。 在代谢能的直接支撑下,活细胞才能维持 其高度有序的状态 2021/221 张星元:发酵原理(讲座)

2021/2/21 张星元：发酵原理（讲座） 5 1. 微生物细胞能为其自身提供代谢能 微生物细胞的生存方式与动物、植物 等高等生物的细胞不同，微生物细胞能独 立存在，自主生活。因此每个微生物细胞 都具有能量转换机构，这种机构可把其它 形式的能量转换成能被其自身直接使用的 能量 （ 如 ATP，GTP 和储存在膜上的质 子运动势 ΔP ），暂且把它们称为代谢能。 在代谢能的直接支撑下，活细胞才能维持 其高度有序的状态

2细胞能量转换机构的组成 微生物细胞的能量转换机构包括: 需要代谢能来激活的代谢途径的有关的 酶和这些酶的辅酶、原核微生物的细胞 质膜和真核微生物线粒体的内膜,以及 这些膜上的电子传递链和ATP酶,还有 在能量代谢和主动输送中起辅助作用的 有关载体系统。 2021/221 张星元:发酵原理(讲座) 6

2021/2/21 张星元：发酵原理（讲座） 6 2.细胞能量转换机构的组成 微生物细胞的能量转换机构包括： 需要代谢能来激活的代谢途径的有关的 酶和这些酶的辅酶、原核微生物的细胞 质膜和真核微生物线粒体的内膜，以及 这些膜上的电子传递链和ATP酶，还有 在能量代谢和主动输送中起辅助作用的 有关载体系统

3微生物细胞代谢的电子流和电子回路 工业发酵普遍使用的化能异养型微 生物靠生物氧化把化学能转化为可被微 生物直接利用的代谢能。微生物细胞的 生物氧化过程必须借助于辅酶,并且其 生物氧化过程和跨膜的主动输送过程伴 随着电子(或质子)的流动,形成微生 物代谢的跨膜的质子回路。【下续】 2021/221 张星元:发酵原理(讲座) 7

2021/2/21 张星元：发酵原理（讲座） 7 3.微生物细胞代谢的电子流和电子回路 工业发酵普遍使用的化能异养型微 生物靠生物氧化把化学能转化为可被微 生物直接利用的代谢能。微生物细胞的 生物氧化过程必须借助于辅酶，并且其 生物氧化过程和跨膜的主动输送过程伴 随着电子（或质子）的流动，形成微生 物代谢的跨膜的质子回路。【下续】

呼吸链 ATP ATP酶 2021/221 张星元:发酵原理(讲座)

2021/2/21 张星元：发酵原理（讲座） 8 ATP ATP酶 呼吸链

4生物氧化和辅酶的再生 在微生物活细胞中,参与生物氧化反应 的脱氢酶的辅酶本身不能跨过膜,被局限在 其所在的细胞空间内。它们必须被再生,才 能回用,以维持能量代谢。脱氢酶的辅酶在 细胞的氧化还原反应中接受电子而被还原成 还原型辅酶,还原型辅酶把电子释放给电子 受体,从而实现脱氢酶的辅酶的再生。根据 最终电子受体的类型,可把生物氧化分成有 氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型。 2021/221 张星元:发酵原理(讲座) 9

2021/2/21 张星元：发酵原理（讲座） 9 4.生物氧化和辅酶的再生 在微生物活细胞中，参与生物氧化反应 的脱氢酶的辅酶本身不能跨过膜，被局限在 其所在的细胞空间内。它们必须被再生，才 能回用，以维持能量代谢。脱氢酶的辅酶在 细胞的氧化还原反应中接受电子而被还原成 还原型辅酶，还原型辅酶把电子释放给电子 受体，从而实现脱氢酶的辅酶的再生。根据 最终电子受体的类型，可把生物氧化分成有 氧呼吸、无氧呼吸和发酵三种类型

5生化反应途径和代谢途径 系列按序进行的生物化学反 应构成生化反应途径;若这条途径 在活细胞里运行,则为代谢途径。 2021/221 张星元:发酵原理(讲座) 10

2021/2/21 张星元：发酵原理（讲座） 10 5.生化反应途径和代谢途径 一系列按序进行的生物化学反 应构成生化反应途径；若这条途径 在活细胞里运行，则为代谢途径