發(fā)酵原理

內(nèi)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(zhì)流和信息流三個方面揭示了微生物代謝的運動本質(zhì)，首次提出了發(fā)酵學(xué)關(guān)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(guān)于現(xiàn)代工業(yè)發(fā)酵的一系列應(yīng)剛性推理，將工業(yè)發(fā)酵提升到現(xiàn)代生物技術(shù)及生物工程的高度?！栋l(fā)酵原理》認(rèn)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(chǎn)線上必不可少的細(xì)胞機器，并且為典型的工業(yè)發(fā)酵的細(xì)胞機器建立了工作模型，在這個模型的基礎(chǔ)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”。《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）》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(shù)及其應(yīng)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(shù)專業(yè)的高年級本科生使用，并可供生物工程、生物技術(shù)領(lǐng)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(fù)習(xí)題第1章 工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)線上的細(xì)胞機器1.1 工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)線上的細(xì)胞機器1.1.1 生物機器和細(xì)胞機器的概念1.1.2 發(fā)酵工廠關(guān)鍵的生產(chǎn)機器1.2 微生物細(xì)胞機器的工作模式1.2.1 活細(xì)胞的基本性能1.2.2 微生物細(xì)胞機器的工作模式1.2.3 創(chuàng)新思路的理論基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題參考文獻第2章 發(fā)酵學(xué)第一假說：代謝能支撐假說2.1 微生物細(xì)胞過程的熱力學(xué)2.1.1 生命系統(tǒng)是開放系統(tǒng)2.1.2 經(jīng)典熱力學(xué)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(xì)胞內(nèi)外的物質(zhì)交換2.2.1 微生物細(xì)胞與其所處環(huán)境的關(guān)系2.2.2 化學(xué)物質(zhì)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(yīng)2.3.2 微生物進行生物氧化的細(xì)胞器及ATP合成酶2.3.3 生物氧化過程中輔酶的關(guān)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(zhuǎn)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(xué)體系中的能量耦合2.4.4 與呼吸、發(fā)酵對應(yīng)的代謝能轉(zhuǎn)換機制2.5 質(zhì)子運動勢和活細(xì)胞的質(zhì)子回路2.5.1 化學(xué)滲透假設(shè)及質(zhì)子運動勢2.5.2 微生物細(xì)胞內(nèi)代謝能的形式的轉(zhuǎn)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(xì)胞的牛長能學(xué)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(xì)胞對所處環(huán)境的自主響應(yīng)（參考閱讀）2.7.1 微生物對環(huán)境做出響應(yīng)的機制2.7.2 微生物活性與溶解氧的關(guān)系2.7.3 氧化還原電位2.7.4 對CO2的響應(yīng)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(shè)計2.7.9 總體控制策略復(fù)習(xí)題參考文獻第3章 發(fā)酵學(xué)第二假說：代謝網(wǎng)絡(luò)假說3.1 微生物代謝網(wǎng)絡(luò)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(guān)系3.1.3 微生物代謝網(wǎng)絡(luò)的中心代謝途徑3.2 微生物代謝網(wǎng)絡(luò)的向心板塊3.2.1 向心途徑在代謝網(wǎng)絡(luò)和在細(xì)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(wǎng)絡(luò)中的向心途徑3.3 微生物代謝網(wǎng)絡(luò)的離心板塊3.3.1 離心途徑在代謝網(wǎng)絡(luò)和在細(xì)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(wǎng)絡(luò)的離心途徑3.4 代謝網(wǎng)絡(luò)及“聯(lián)網(wǎng)”問題3.4.1 代謝網(wǎng)絡(luò)3.4.2 注入式的“聯(lián)網(wǎng)”——發(fā)酵原料范圍的擴展3.4.3 延伸式的“聯(lián)網(wǎng)”——發(fā)酵產(chǎn)品范圍的擴展3.5 代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物流的形成3.5.1 研究代謝網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)假說的形成和發(fā)展3.6.1 從目的產(chǎn)物假說到代謝網(wǎng)絡(luò)假說3.6.2 代謝網(wǎng)絡(luò)假說的科學(xué)基礎(chǔ)與應(yīng)用前景復(fù)習(xí)題參考文獻第4章 發(fā)酵學(xué)第三假說：細(xì)胞經(jīng)濟假說4.1 細(xì)胞經(jīng)濟假說的微生物學(xué)與分子生物學(xué)基礎(chǔ)4.1.1 微生物細(xì)胞中代謝調(diào)節(jié)的部位4.1.2 微牛物細(xì)胞中酶（蛋白質(zhì)）的自動調(diào)節(jié)4.1.3 微牛物細(xì)胞質(zhì)膜及其自動調(diào)節(jié)4.1.4 微十物代謝途徑的調(diào)節(jié)模式4.1.5 信息傳遞與信息流4.2 微生物細(xì)胞經(jīng)濟體系的運行規(guī)律4.2.1 微生物的細(xì)胞經(jīng)濟體系4.2.2 微生物細(xì)胞的經(jīng)濟結(jié)構(gòu)——微生物代澍的三個子系統(tǒng)4.2.3 微生物的細(xì)胞經(jīng)濟學(xué)4.3 代謝網(wǎng)絡(luò)中碳架物質(zhì)流的調(diào)動4.3.1 碳架物質(zhì)在代謝網(wǎng)絡(luò)中流經(jīng)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(xì)胞經(jīng)濟假說與細(xì)胞經(jīng)濟學(xué)4.4.1 工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟的對立和統(tǒng)一4.4.2 代謝網(wǎng)絡(luò)剛性理論的包容性和代謝工程的精確性4.4.3 細(xì)胞經(jīng)濟假說與細(xì)胞經(jīng)濟學(xué)的萌芽4.5 遺傳學(xué)與生理學(xué)相結(jié)合優(yōu)化氨基酸的生產(chǎn)（參考閱讀）4.5.1 氨基酸生產(chǎn)的代謝基礎(chǔ)4.5.2 氨基酸生物合成的代謝流的流量分析4.5.3 基質(zhì)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(shè)計策略4.5.5 小結(jié)與展望4.6 抗生素的設(shè)計育種（參考閱讀）4.6.1 次級代謝產(chǎn)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(chǎn)物（抗生素）菌種復(fù)習(xí)題參考文獻第5章 發(fā)酵學(xué)基本理論框架5.1 科學(xué)研究與科學(xué)方法5.1.1 觀察5.1.2 設(shè)問5.1.3 多方求索5.1.4 似說的構(gòu)建5.1.5 對假說的檢驗5.1.6 理論和定律的導(dǎo)出5.1.7 交流5.1.8 有關(guān)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(yīng)用性推理：發(fā)酵工程的8個預(yù)測5.2.3 創(chuàng)新思路5.3 “五字策略”氨基酸設(shè)計在育種巾的應(yīng)用（參考閱瀆）5.3.1 基質(zhì)吸收的問題5.3.2 回補反應(yīng)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(dá)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(chǎn)物的選擇性跨膜問題：輸出5.3.11 前景5.4 生物學(xué)與經(jīng)濟學(xué)的哲學(xué)思考（建議閱讀）5.4.1 生物體和經(jīng)濟實體都是有機體5.4.2 生物學(xué)與經(jīng)濟學(xué)是相通的5.4.3 從細(xì)菌細(xì)胞入手研究生命活動5.4.4 細(xì)菌細(xì)胞是典型的耗散結(jié)構(gòu)5.4.5 細(xì)菌細(xì)胞是復(fù)雜系統(tǒng)中的耗散結(jié)構(gòu)5.4.6 微生物生命活動的基本假說的提出5.4.7 經(jīng)濟、細(xì)胞經(jīng)濟與細(xì)胞經(jīng)濟假說5.4.8 復(fù)雜系統(tǒng)中的自主調(diào)節(jié)的框架5.4.9 細(xì)胞經(jīng)濟體系只是維護其發(fā)生主體的利益5.4.10 細(xì)胞經(jīng)濟學(xué)說正在發(fā)酵界萌芽復(fù)習(xí)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(jié)構(gòu)中心。碳原子可彼此反應(yīng)并形成穩(wěn)定的“c-c”共價結(jié)合的化合物，可形成鏈?zhǔn)交颦h(huán)式的結(jié)構(gòu)，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(gòu)型產(chǎn)生了大量的同分異構(gòu)體。碳原子如此多樣而穩(wěn)定的結(jié)合方式，是導(dǎo)致生物分子種類繁多的原因之一。　　微生物細(xì)胞及其代謝產(chǎn)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(xué)能源營養(yǎng)。凡可構(gòu)成微生物細(xì)胞及其代謝產(chǎn)物碳架來源的營養(yǎng)物質(zhì)，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(fù)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(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)和各種代謝產(chǎn)物的碳架；二是提供細(xì)胞活動所需的能量。有機碳化合物經(jīng)分解代謝，產(chǎn)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。　　本章討論代謝能對細(xì)胞生命活動的支撐，這與含磷化合物的關(guān)系密切。磷在細(xì)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(xì)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(jié)構(gòu)）；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(zhì)（酶）的結(jié)合或解離，實現(xiàn)酶或載體蛋白的活性的共價調(diào)節(jié)。磷酸的一個重要生物學(xué)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(xì)胞的生命活動非常重要，是細(xì)胞能量代謝中一個主要的調(diào)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(zhuǎn)的分子形式，細(xì)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(xué)功。幾乎所有微生物都可利用無機磷酸鹽。有機磷化合物經(jīng)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(zhì)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(yīng)。 　  ……

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