發(fā)酵原理

內容概要

　　《普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材：發(fā)酵原理（第2版）》分別從能量流、物質流和信息流三個方面揭示了微生物代謝的運動本質，首次提出了發(fā)酵學關于微生物生命活動的“三個基本假說”。并把微生物育種和微生物培養(yǎng)的工藝視為一個整體，以“三個基本假說”為依據(jù)，提出了關于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵的一系列應剛性推理，將工業(yè)發(fā)酵提升到現(xiàn)代生物技術及生物工程的高度?！栋l(fā)酵原理》認定微生物是工業(yè)發(fā)酵的行為發(fā)生主體，是發(fā)酵生產線上必不可少的細胞機器，并且為典型的工業(yè)發(fā)酵的細胞機器建立了工作模型，在這個模型的基礎上提出了工業(yè)微生物代謝的“五段式”和工業(yè)發(fā)酵的“五字策略”?！镀胀ǜ叩冉逃?ldquo;十一五”國家級規(guī)劃教材：發(fā)酵原理（第2版）》示范了與微生物平等友好、合作共贏的思維方式，希望能有益于讀者在生物技術及其應用方面的開創(chuàng)性工作?！　　镀胀ǜ叩冉逃?ldquo;十一五”國家級規(guī)劃教材：發(fā)酵原理（第2版）》適合于生物工程、生物技術專業(yè)的高年級本科生使用，并可供生物工程、生物技術領域的教師、研究生和科研人員參考。

書籍目錄

第二版前言第一版前言英文縮寫與中文全稱對照表緒論復習題第1章 工業(yè)發(fā)酵生產線上的細胞機器1.1 工業(yè)發(fā)酵生產線上的細胞機器1.1.1 生物機器和細胞機器的概念1.1.2 發(fā)酵工廠關鍵的生產機器1.2 微生物細胞機器的工作模式1.2.1 活細胞的基本性能1.2.2 微生物細胞機器的工作模式1.2.3 創(chuàng)新思路的理論基礎復習題參考文獻第2章 發(fā)酵學第一假說：代謝能支撐假說2.1 微生物細胞過程的熱力學2.1.1 生命系統(tǒng)是開放系統(tǒng)2.1.2 經典熱力學與微生物代謝2.1.3 吉布斯自由能和代謝能2.2 微生物細胞內外的物質交換2.2.1 微生物細胞與其所處環(huán)境的關系2.2.2 化學物質的跨膜過程2.3 化能異養(yǎng)型微生物的生物氧化2.3.1 氧化還原反應2.3.2 微生物進行生物氧化的細胞器及ATP合成酶2.3.3 生物氧化過程中輔酶的關鍵作用2.3.4 化能異養(yǎng)型微生物生物氧化的方式2.4 化能異養(yǎng)型微生物代謝中的能量形式轉換2.4.1 氧化還原對及其氧化還原電位2.4.2 電子載體與高能（磷酸）鍵載體2.4.3 生物學體系中的能量耦合2.4.4 與呼吸、發(fā)酵對應的代謝能轉換機制2.5 質子運動勢和活細胞的質子回路2.5.1 化學滲透假設及質子運動勢2.5.2 微生物細胞內代謝能的形式的轉換2.6 代謝能對微生物生長和維持的支撐2.6.1 微生物細胞的牛長能學2.6.2 用于維持的ATP消耗2.6.3 微生物能量的儲存2.7 微生物細胞對所處環(huán)境的自主響應（參考閱讀）2.7.1 微生物對環(huán)境做出響應的機制2.7.2 微生物活性與溶解氧的關系2.7.3 氧化還原電位2.7.4 對CO2的響應2.7.5 水活度對微生物活性的影響2.7.6 氫離子濃度（pH）對微生物活性的影響2.7.7 溫度對微生物活性的影響2.7.8 培養(yǎng)基的選擇和設計2.7.9 總體控制策略復習題參考文獻第3章 發(fā)酵學第二假說：代謝網絡假說3.1 微生物代謝網絡的中心板塊3.1.1 葡萄糖的分解代謝途徑3.1.2 葡萄糖降解途徑之間的關系3.1.3 微生物代謝網絡的中心代謝途徑3.2 微生物代謝網絡的向心板塊3.2.1 向心途徑在代謝網絡和在細胞機器工作模式中的位置3.2.2 微生物分解代謝途徑與代謝網絡中的向心途徑3.3 微生物代謝網絡的離心板塊3.3.1 離心途徑在代謝網絡和在細胞機器工作模式中的位置3.3.2 微生物的合成代謝途徑與代謝網絡的離心途徑3.4 代謝網絡及“聯(lián)網”問題3.4.1 代謝網絡3.4.2 注入式的“聯(lián)網”——發(fā)酵原料范圍的擴展3.4.3 延伸式的“聯(lián)網”——發(fā)酵產品范圍的擴展3.5 代謝網絡中代謝物流的形成3.5.1 研究代謝網絡中的代謝物流的思路3.5.2 工業(yè)發(fā)酵的理想載流路徑及其“五段式”3.5.3 微生物代謝的多樣性和生長環(huán)境對微生物代謝流的拉動3.6 代謝網絡假說的形成和發(fā)展3.6.1 從目的產物假說到代謝網絡假說3.6.2 代謝網絡假說的科學基礎與應用前景復習題參考文獻第4章 發(fā)酵學第三假說：細胞經濟假說4.1 細胞經濟假說的微生物學與分子生物學基礎4.1.1 微生物細胞中代謝調節(jié)的部位4.1.2 微牛物細胞中酶（蛋白質）的自動調節(jié)4.1.3 微牛物細胞質膜及其自動調節(jié)4.1.4 微十物代謝途徑的調節(jié)模式4.1.5 信息傳遞與信息流4.2 微生物細胞經濟體系的運行規(guī)律4.2.1 微生物的細胞經濟體系4.2.2 微生物細胞的經濟結構——微生物代澍的三個子系統(tǒng)4.2.3 微生物的細胞經濟學4.3 代謝網絡中碳架物質流的調動4.3.1 碳架物質在代謝網絡中流經的節(jié)點及其流量分配4.3.2 過量合成與微生物的異常代謝4.3.3 溢出代謝4.3.4 代謝流治理的可能性和現(xiàn)實性4.4 細胞經濟假說與細胞經濟學4.4.1 工業(yè)發(fā)酵與細胞經濟的對立和統(tǒng)一4.4.2 代謝網絡剛性理論的包容性和代謝工程的精確性4.4.3 細胞經濟假說與細胞經濟學的萌芽4.5 遺傳學與生理學相結合優(yōu)化氨基酸的生產（參考閱讀）4.5.1 氨基酸生產的代謝基礎4.5.2 氨基酸生物合成的代謝流的流量分析4.5.3 基質的跨膜吸收與氨基酸的跨膜輸出4.5.4 過量合成氨基酸的代謝設計策略4.5.5 小結與展望4.6 抗生素的設計育種（參考閱讀）4.6.1 次級代謝產物（抗生素）菌種改良的基本看法4.6.2 用遺傳工程的手段改良次級代謝產物（抗生素）菌種復習題參考文獻第5章 發(fā)酵學基本理論框架5.1 科學研究與科學方法5.1.1 觀察5.1.2 設問5.1.3 多方求索5.1.4 似說的構建5.1.5 對假說的檢驗5.1.6 理論和定律的導出5.1.7 交流5.1.8 有關概念5.1.9 討論（參考閱讀）5.2 發(fā)酵工程的基本理論5.2.1 自然規(guī)律：微生物生命的3個基本假說5.2.2 應用性推理：發(fā)酵工程的8個預測5.2.3 創(chuàng)新思路5.3 “五字策略”氨基酸設計在育種巾的應用（參考閱瀆）5.3.1 基質吸收的問題5.3.2 回補反應的問題5.3.3 引入生長限制的問題：L-Lys5.3.4 酶活力的問題5.3.5 表達水平的問題：L-Thr5.3.6 分支點的問題：L-Trp5.3.7 供氮問題5.3.8 供硫問題：L-Cys5.3.9 代謝流量的協(xié)同增長的問題：L-Ile5.3.10 產物的選擇性跨膜問題：輸出5.3.11 前景5.4 生物學與經濟學的哲學思考（建議閱讀）5.4.1 生物體和經濟實體都是有機體5.4.2 生物學與經濟學是相通的5.4.3 從細菌細胞入手研究生命活動5.4.4 細菌細胞是典型的耗散結構5.4.5 細菌細胞是復雜系統(tǒng)中的耗散結構5.4.6 微生物生命活動的基本假說的提出5.4.7 經濟、細胞經濟與細胞經濟假說5.4.8 復雜系統(tǒng)中的自主調節(jié)的框架5.4.9 細胞經濟體系只是維護其發(fā)生主體的利益5.4.10 細胞經濟學說正在發(fā)酵界萌芽復習題后記

章節(jié)摘錄

　　碳是有機物的特有元素，是生物分子的結構中心。碳原子可彼此反應并形成穩(wěn)定的“c-c”共價結合的化合物，可形成鏈式或環(huán)式的結構，其長度和大小幾乎是無限度的，成為各種有機分子的骨架。碳原子可與許多元素如H、（）、N、S、P等形成穩(wěn)定的共價鍵。碳原子的四面體構型產生了大量的同分異構體。碳原子如此多樣而穩(wěn)定的結合方式，是導致生物分子種類繁多的原因之一?！　∥⑸锛毎捌浯x產物中包含了無數(shù)有機化合物。所有有機化合物都有碳架。本課程現(xiàn)階段主要研究有機化合物的代謝。有的有機化合物既屬元素營養(yǎng)又屬能源營養(yǎng)，如對化能異養(yǎng)型微生物來說，葡萄糖既可作為碳元素營養(yǎng)，又作為化學能源營養(yǎng)。凡可構成微生物細胞及其代謝產物碳架來源的營養(yǎng)物質，均稱為碳源。微生物對碳源的需要極其廣泛，從簡單的無機碳化物，如COz、CO（對自養(yǎng)型微生物），到復雜的天然有機含碳物，如糖類、醇類、有機酸、脂肪、烴類等（對異養(yǎng)型微生物）都可被不同種類的微生物利用。對化能異養(yǎng)型微生物來說，碳源的生理功能可總括為兩點：一是構成細胞物質和各種代謝產物的碳架；二是提供細胞活動所需的能量。有機碳化合物經分解代謝，產生生物可以直接利用的能量形式的能量（以ATP為代表的代謝能）和一系列重要的中間代謝物，供合成代謝所需?！　”菊掠懻摯x能對細胞生命活動的支撐，這與含磷化合物的關系密切。磷在細胞中的磷酸并非呈游離態(tài)存在，主要是與各種有機化合物通過酯鍵連接而成為細胞中的有機組分。例如，與脂類分子以磷酯鍵連接，形成各種磷脂化合物（參與膜的結構）；與糖類分子形成酯鍵，使其成為活化態(tài)的代謝物，如糖核苷酸、糖磷酸酯，它們能活躍地參與合成、分解代謝，還能活躍地參與輸送；與蛋白質（酶）的結合或解離，實現(xiàn)酶或載體蛋白的活性的共價調節(jié)。磷酸的一個重要生物學作用是架橋，除上述磷脂類化合物外，最重要的是借磷酸的架橋作用將各種核苷酸連成長鏈，組成DNA和RNA。磷酸可自我架橋成為多聚體，如焦磷酸、三磷酸和多聚偏磷酸等，多磷酸化合物對細胞的生命活動非常重要，是細胞能量代謝中一個主要的調節(jié)物。所有生物都依靠三磷酸及二磷酸化合物，如ATP和ADP作為代謝能（生物可以直接利用的能量形式）周轉的分子形式，細胞直接利用這些多磷酸化合物所含的能量做各式各樣的生物學功。幾乎所有微生物都可利用無機磷酸鹽。有機磷化合物經磷酸酶作用后也可作為磷源。幾乎所有生物體都有磷酸酶（按其作用最適pH分為酸性磷酸酶和堿性磷酸酶），通常位于周質區(qū)域，處于這一位置使它們更易與外界含磷化合物發(fā)生反應。 　  ……

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