微生物学思考题

第一章的复习思考题

1，发酵及发酵工程的定义

狭义 “发酵”的定义 在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。

广义 “发酵”的定义 工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。产品有菌体细胞、酶，细胞代谢产物，生物转化产品等。

Fermentation Engineering应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。

2，发酵工程的特点

发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。

1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。

2，发酵所用的原料简单粗放。通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这一特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。

3，发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。

4，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。

5，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。

6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。

7，工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得显著的经济效益

3，发酵的分类

1， 按发酵原料来区分 糖类物质发酵 石油发酵 废水发酵

2， 按发酵产物区分 酒精发酵 有机酸发酵 氨基酸发酵酶制剂发酵 抗生素发酵 维生

素发酵

3， 按发酵形式来区分 固态发酵 深层液体发酵

4， 按发酵工艺流程区分 分批发酵 连续发酵 流加发酵 5， 按发酵过程中对氧的不同需求来分 厌氧发酵 通风发酵

4，发酵产品的类型

菌体细胞，酶，细胞代谢产物，生物转化产品等

5，微生物代谢产物的类型及其之间的关系

代谢产物的类别

? 初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等。

? 次级代谢产物：有些微生物的稳定期培养物中所含有的化合物，并不在营养期时出

现，而且未见到对细胞代谢功能有明显的影响。例如，抗生素。

6，发酵过程的组成

?

繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份确定；

? ? ? ? ? 培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；

培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；

微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长； 产物提取和精制；

过程中排出的废弃物的处理

7，发酵生产成立的条件

? ? ? ?

某种适宜的微生物

保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧pH等） 进行微生物发酵的设备

提取菌体或代谢产物，精制成产品的方法和设备

8，发酵工业发展的阶段及大致年代

（国外）发酵工业发展的阶段：

? 天然发酵阶段（古代~1900年） ? 纯培养技术的建立（1905年~）

? 通气搅拌发酵技术的建立（1940年~） ? 开拓发酵原料时期（1960年~） ? 基因工程阶段（1979~）

9，和国际先进水平相比较，我国发酵工业的不足之处主要表现在哪些方面

1，多数工厂规模小、效益低 2，生产技术水平比较低

3，产品品种单一，结构不合理 4，应用的深度和广度不够

5，技术装备和检测手段落后，自动化水平低 6，综合利用和环境治理差

第二章的复习思考题

1， 微生物代谢调节和微生物代谢调控的概念

? 代谢调节(regulation of metablism）是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。 ? 酶量的调节 ? 酶活性的调节

? 微生物代谢的控制是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。

2， 为何要进行微生物的代谢调控

3， 微生物代谢调节的方式

? 细胞透性的调节 ? 代谢途径区域化 ? 代谢流向的调控

? 代谢速度的调控

4， 从本质上来说，微生物的代谢是通过哪两种方式来进行的

微生物代谢是通过 酶量调节 和 酶活性调节 两种方式来调节的。

5， 酶合成调节的方式及其定义、机制

? 酶合成的诱导 ? 酶合成的阻遏

6， 酶活性调节的定义、方式

酶活性调节是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率

调节方式 激活已有酶的活性 抑制已有酶的活性

7， 有分支代谢途径的调节方式有哪些

顺序反馈抑制（sequential feedback inhibition） 同工酶的反馈抑制（isoenzyme feedback inhibition） 协同反馈抑制（concerted feedback inhibition） 累积反馈抑制（cumulative feedback inhibition） 超相加反馈抑制（cooperative feedback inhibition）

8， 酶活性的调节机制可用什么理论来解释

别构调节理论(其核心是酶分子构象的改变)

酶分子的化学修饰理论(其核心是酶分子结构的改变)。

9， 初级代谢的调节有哪几种方式

? 产能代谢的调节：能荷调节(Energy Charge Regulation)

? 核蛋白体合成的调节（Regulation of Ribosome Synthesis） ? 氨基酸、核苷酸合成代谢的调节（Regulation of amino acids and nucleotide metabolism）

10， 次级代谢的调节方式

? 初级代谢对次级代谢的调节 ? 碳代谢物的调节作用 ? 氮代谢物的调节作用 ? 磷酸盐的调节作用

? 次级代谢中的诱导作用及产物的反馈作用 ? 次级代谢中细胞膜透性调节

11， 提高初级和次级代谢产物产量的方法

提高初级代谢产物产量的方法 1，使用诱导物

2，除去诱导物——选育组成型产生菌

3，降低分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生

4，解除分解代谢阻遏——筛选抗分解代谢阻遏突变株 5，解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株

6，防止回复突变的产生和筛选负变菌株的回复突变株 7，改变细胞膜的通透性 8，筛选抗生素抗性突变株 9，选育条件抗性突变株 10，调节生长速率

11， 加入酶的竞争性抑制剂 提高次级代谢产物产量的方法 1，补加前体类似物 2，加入诱导物

3，防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生 4，防止氮代谢阻遏的发生

5，筛选耐前体或前体类似物的突变株 6，选育抗抗生素突变株

7，筛选营养缺陷型的回复突变株 8，抗毒性突变株的选育

12， 高浓度细胞培养的目的、原理、优点、方法及存在的问题

目的

微生物液体发酵大都采用分批培养，这种培养方式的缺点是：发酵液中最终细胞浓度不高。如果通过改进工艺技术，使发酵液中微生物细胞增殖很高的浓度，那么，高浓度的细胞将会产生高浓度的发酵产物，便于下游操作，提高发酵设备的利用率，节约能源，降低生产成本。基于这种目的，人们开始研究微生物高细胞浓度的培养技术。采用高细胞浓度培养技术，发酵液中菌体浓度比分批式培养可高10倍以上。例如用高细胞浓度连续培养技术，培养大肠杆菌HBl01(pPAKS2)，可得到95g／L的菌体。用同样的方法培养酒精酵母可得到219g／L的菌体。而一般用分批法培养酵母和细菌，得到的菌体浓度仅为10g／L左右。

原理

采用一定的工艺技术，保证微生物生长的适宜条件，延长微生物的指数增殖过程，从而得到高浓度的细胞。

优点

便于下游操作，提高发酵设备的利用率、节省能源 方法

流加培养、连续培养 存在的问题

受（培养基流加控制与其他条件控制、菌体分离装置的效能、菌种退化）的影响

第三章的复习思考题

1， 次级代谢和次级代谢产物的概念

次级代谢：是指微生物在一定的生长时期(一般是稳定生长期)，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动没有明确功能的物质的过程。微生物在这一过程产生的产物即为次级代谢产物

2， 次级代谢产物的分类

? 根据产物合成途径，我们可将次级代谢分为 与糖代谢有关的类型、与脂肪酸代谢有关的类型、与氨基酸代谢有关的类型、与萜烯和甾体化合物有关的类型、与TCA环有关的类型五种类型。2，根据产物的作用区分类型抗生素 激素 生物碱 毒素 维生素 色素

3， 次级代谢产物的生物合成模式

次级代谢产物的合成是以初级代谢产物为前体，进入次级代谢产物合成途径后，大约经过三个步骤，合成次级代谢产物。 ? 前体聚合：前体单元在合成酶催化下进行聚合。

? 结构修饰：聚合后的产物再经过修饰反应如环化、氧化、甲基化、氯化等。 ? 不同组分的装配

4， 在微生物的氢代谢过程中，关键的酶是什么酶，它有哪些类型

? ? ?

氢化酶是氢细菌进行无机化能营养方式生长的关键酶，在多数氢细菌中，有两种氢化酶，其结构和功能各不相同

颗粒状氢化酶(particulate hydrogenase 可溶性氢化酶(so1uble hydrogenase)

5， 氢效应的概念及产生的原因

当氢细菌以无机化能营养方式生长时，H2的存在能阻抑菌体对有机物(如对果糖)的利用，这种现象称为氢效应。其原因有两方面：

– 果糖的利用是通过ED途径进行的。当有氢存在时，分子氢使ED途径中酶合

成的诱导受到抑制，因而不能利用ED途径分解有机物，包括果糖。

– 果糖经ED途径分解的关键是进行脱氢氧化。在氢细菌体内NAD(P)+是有限

的，当有O2和H2时，氢化酶催化生成NAD(P)H，菌体内NAD(P)+减少。由于果糖分解脱下的氢不能交给NAD(P)+(因消耗于环境中氢的还原)故在这种情况下不能利用果糖等有机物。其实质是氢细菌中的氢化酶与ED途径的关键酶，脱氢酶争夺体内有限的NAD(P)+，而使生长停止。

6， 二氧化碳固定的概念、方式、生理意义

将空气中的CO2同化成细胞物质的过程称为CO2固定作用。 CO2的固定方式有自养型和异养型两种。

自养微生物（包括光能自养和化能自养）固定CO2的途径

异养型CO2固定 异养型C02的固定主要是合成TCA环的中间产物

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