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現代工業發酵調控學-第三版 版權信息
- ISBN：9787122276308
- 條形碼：9787122276308 ; 978-7-122-27630-8
- 裝幀：暫無
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>>
現代工業發酵調控學-第三版 本書特色
《現代工業發酵調控學》內容貫穿怎樣才能充分表達菌種的生產潛力和如何運用發酵調控的理論和手段來分析和解決發酵研究和生產中遇到的問題。介紹。微生物的代謝規律和發酵調控的基本知識；從各種代謝產物合成過程的共同特點和調控方式去理解，從分子、細胞和工藝工程水平去探討微生物產物合成與調節的內在機制及外在環境條件的優化，控制；重點介紹典型代謝產物的生產與調節，判斷發酵進程的各種參數，分析各參數與產物合成之間的關系，計算機在發酵工程中的應用及放大策略。《現代工業發酵調控學》修訂版刪除一些過時的內容，濃縮一般生物化學已詳述的基礎代謝，增補國內外發酵調控學的新的理論與科研生產方面的新發展與科研成果
現代工業發酵調控學-第三版 內容簡介
《現代工業發酵調控學》是一本非常經典的發酵調控學教材范本，被教育部學位管理與研究生教育司推薦為研究生教學用書，重印10次，發行量過萬，被江南大學，華東理工等高校選作指定教材。《現代工業發酵調控學》第三版，作者將新的概念和具體科研與生產經驗進行整合、精煉，極大豐富了有關微生物代謝調控、優化發酵產物合成生產的知識，為讀者提供高效、綠色、節能的生物過程產品研究技術路線和調控思路。
現代工業發酵調控學-第三版 目錄
1微生物生長與調節1
1.1微生物的生長1
1.1.1生長的形式1
1.1.1.1細菌的生長1
1.1.1.2酵母的生長2
1.1.1.3菌絲的生長3
1.1.1.4細胞群體的生長4
1.1.1.5細菌群體的生長周期5
1.1.2生長的測量6
1.1.2.1細胞數目的測量7
1.1.2.2細胞量的測量8
1.1.2.3生物量的在線測量10
1.1.3環境對生長的影響13
1.1.3.1物理環境13
1.1.3.2化學環境17
1.1.4生長的變量和約束20
1.1.4.1細胞的大分子成分20
1.1.4.2限制步驟21
1.1.4.3生長對能量的需求21
1.1.4.4微生物熱的釋放22
1.2細胞周期22
1.2.1染色體復制與細胞分裂的調節23
1.2.2染色體復制的啟動24
1.2.3細胞周期的研究方法24
1.2.3.1鏡檢法24
1.2.3.2同步培養法24
1.2.3.3同位素示蹤法24
1.2.4生長速率與細胞大小的關系26
1.2.5生長速率對細胞內DNA含量的影響27
1.2.6生長速率對細胞組分的影響28
1.3生長效率28
1.3.1得率系數28
1.3.1.1分子得率系數28
1.3.1.2碳轉化效率29
1.3.1.3電子平均數為基準的得率29
1.3.1.4基于熱的產生的得率29
1.3.1.5以氧耗為基準的得率30
1.3.1.6基于ATP消耗的得率30
1.3.2測定生長效率時應注意的實際問題31
1.3.2.1分批與恒化培養31
1.3.2.2培養基組成31
1.3.2.3流出液的控制31
1.3.2.4取樣與代謝物的分析31
1.3.3用于生物量形成的能量需求31
1.3.4呼吸效率32
1.3.5維持能與環境因素的關系33
1.3.5.1滲透壓33
1.3.5.2水活度34
1.3.5.3氧和二氧化碳分壓34
1.3.5.4溫度36
1.3.5.5pH36
1.3.5.6副產物對生長得率的影響37
1.4生長調節37
1.4.1菌絲頂端生長37
1.4.1.1菌絲頂端生長機制38
1.4.1.2泡囊如何在菌絲頂端聚集39
1.4.1.3菌絲生長過程39
1.4.2菌絲分枝規律40
1.4.2.1分枝的形成40
1.4.2.2菌絲生長單位40
1.4.2.3菌絲結團的動力學41
1.4.2.4菌球內部擴散限制的后果42
1.4.2.5游離菌絲與菌球的破碎43
1.4.3微生物生長分化的調節43
1.4.3.1極化生長的調節44
1.4.3.2菌絲分枝啟動的調節44
1.4.3.3菌絲空間分布的調節45
1.4.3.4鏈霉菌生長的調節45
1.5運輸過程46
1.5.1細胞膜的結構與功能48
1.5.2運輸器的分類系統49
1.5.3運輸機制49
1.5.3.1通道與孔51
1.5.3.2電化勢能驅動的運輸器(次級運輸過程)52
1.5.3.3初級主動運輸器54
1.5.3.4基團轉運蛋白54
1.5.3.5跨膜電子流系統57
1.5.3.6大分子的運輸57
1.5.4運輸過程動力學57
思考題59
參考文獻60
2微生物的基礎代謝62
2.1能量代謝原理62
2.1.1能量代謝的熱力學63
2.1.1.1熱力學**定律和熱焓63
2.1.1.2熱力學第二定律、第三定律和熵64
2.1.2能量的產生與偶合65
2.1.2.1能量的產生65
2.1.2.2高能化合物66
2.1.2.3能量的偶合67
2.1.3氧還電位和移動電子載體68
2.1.3.1氧還電位68
2.1.3.2移動電子載體68
2.2微生物的分解代謝69
2.2.1葡萄糖分解代謝69
2.2.1.1酵解 (EMP) 途徑70
2.2.1.2己糖單磷酸支路(HMS)70
2.2.1.3恩特納多多羅夫(ED)途徑71
2.2.1.4磷酸解酮酶(PK)途徑71
2.2.1.5各種葡萄糖分解途徑的相互關系71
2.2.1.6三羧酸(TCA)循環71
2.2.1.7乙醛酸循環72
2.2.2多糖和單糖的利用72
2.2.3厭氧代謝過程73
2.2.3.1乙醇發酵73
2.2.3.2丙酮、丁醇、乙酸、丁酸發酵74
2.2.3.3乳酸、丁二醇、甲烷發酵78
2.2.4脂肪酸、脂烴和芳香烴的氧化81
2.2.5氮的循環和氨基酸的降解82
2.2.5.1氮的循環82
2.2.5.2氨基酸的降解83
2.2.6硫的代謝83
2.2.7核苷酸的降解和有機磷的代謝84
2.2.8聚合物的氧化85
2.2.8.1淀粉86
2.2.8.2纖維素86
2.3微生物的組成代謝87
2.3.1C1的同化88
2.3.2分子氮的同化89
2.3.3硝酸鹽的同化89
2.3.4氨的同化90
2.3.5硫酸鹽的同化90
2.3.6氨基酸的生物合成91
2.3.6.1谷氨酸族的生物合成91
2.3.6.2天冬氨酸族的生物合成93
2.3.6.3芳香氨基酸族的生物合成94
2.3.6.4絲氨酸族的生物合成96
2.3.6.5丙氨酸族的生物合成97
2.3.6.6組氨酸的生物合成97
2.3.6.7經氨基酸途徑的含氮化合物的生物合成97
2.3.7核苷酸的生物合成99
2.3.7.1核糖核苷酸的生物合成99
2.3.7.2脫氧核糖核苷酸的生物合成101
2.3.7.3細菌對外源嘌呤、嘧啶堿及其核苷的利用102
2.3.8脂質的生物合成102
2.3.8.1脂肪酸的生物合成102
2.3.8.2不飽和脂肪酸的生物合成105
2.3.8.3磷脂的生物合成108
2.3.9聚類異戊二烯化合物的合成108
2.3.10甾類化合物109
2.3.11糖磷酸酯與糖核苷酸112
2.3.12多糖的生物合成113
思考題114
參考文獻115
3代謝調節與代謝工程116
3.1酶活性的調節117
3.1.1代謝調節的部位117
3.1.2共價修飾118
3.1.2.1可逆共價修飾118
3.1.2.2不可逆共價修飾118
3.1.3變構效應119
3.1.3.1協同作用119
3.1.3.2變構效應的由來121
3.1.3.3變構效應的解釋122
3.1.3.4變構調節的特征122
3.1.4其他調節方式122
3.1.4.1締合與解離122
3.1.4.2競爭性抑制123
3.2酶合成的調節123
3.2.1誘導作用123
3.2.1.1誘導作用的分子水平的機制124
3.2.1.2順序誘導作用125
3.2.1.3誘導物的種類與效率125
3.2.1.4誘導調節的克服127
3.2.1.5組成型突變株的獲得127
3.2.2分解代謝物阻遏127
3.2.2.1分解代謝物阻遏效應128
3.2.2.2分解代謝物阻遏的分子機制128
3.2.2.3分解代謝物阻遏作用的克服129
3.2.2.4耐分解代謝物阻遏的突變株的獲得130
3.2.2.5氮分解代謝物的調節131
3.2.3反饋調節131
3.2.3.1反饋阻遏在分子水平上的作用機制132
3.2.3.2反饋調節作用的消除132
3.2.3.3分離耐末端代謝產物調節的突變株的方法134
3.2.3.4反饋抑制136
3.2.4分支途徑的調節方式136
3.2.4.1分支途徑中末端產物的調節136
3.2.4.2微生物代謝調節機制的多樣性138
3.2.5避開微生物固有代謝調節，過量生產代謝產物139
3.2.5.1積累末端產物139
3.2.5.2細胞膜通透性的改變140
3.2.5.3能荷的調節141
3.2.5.4無機聚磷酸的代謝與功能142
3.3代謝系統的分子控制機制142
3.3.1真細菌轉錄的基礎143
3.3.1.1RNA聚合酶143
3.3.1.2轉錄途徑143
3.3.1.3啟動子的識別144
3.3.2DNA結合蛋白：激活劑與阻遏物146
3.3.3雙組分調節系統146
3.3.4RNA水平的調節機制：衰減器模型148
3.4代謝調節148
3.4.1糖代謝調節148
3.4.1.1巴斯德效應或氧效應148
3.4.1.2克列勃特里或葡萄糖效應151
3.4.2氨基酸合成的調節153
3.4.3核苷酸合成的調節154
3.4.3.1肌苷154
3.4.3.2鳥苷155
3.4.3.3腺苷155
3.5代謝工程155
3.5.1概論155
3.5.2代謝流 (物流、信息流) 的概念156
3.5.2.1有關術語156
3.5.2.2物流與酶的關系157
3.5.2.3物流限制作用的克服158
3.5.2.4反饋抑制與限制途徑物流的關系158
3.5.3代謝物流分析159
3.5.3.1物流分布的測量159
3.5.3.2代謝物流分析的應用160
3.5.4代謝控制分析163
3.5.4.1物流控制分析的概念164
3.5.4.2節點及其判斷166
3.5.4.3代謝流的控制167
3.5.4.4代謝控制分析在代謝產物合成方面的應用167
3.5.5代謝工程的應用168
3.5.5.1胞內代謝物的測量168
3.5.5.2基質譜的擴展169
3.5.5.3降解異型生物質的新代謝途徑170
3.5.5.4老產品產率、得率的改進和新產品的構建171
3.5.6推定代謝工程與反向代謝工程171
3.5.7重要工業微生物表型的進化工程174
3.6系統生物學與組學研究概況174
3.6.1代謝工程的組學研究176
3.6.2導致細菌表型改進的基因組改組176
思考題177
參考文獻178
4微生物次級代謝與調節181
4.1引論181
4.1.1微生物次級代謝的特征181
4.1.2次級代謝產物的類型183
4.1.2.1糖類184
4.1.2.2多肽類184
4.1.2.3聚脂酰類184
4.1.2.4核酸堿基類似物類184
4.1.2.5其他類型184
4.1.3抗生素的生源學185
4.1.4初級與次級代謝途徑相互連接185
4.2次級代謝物生物合成的前體186
4.2.1前體的概況186
4.2.1.1內源前體187
4.2.1.2外源前體190
4.2.2前體的作用192
4.2.2.1起抗生素建筑材料作用192
4.2.2.2誘導抗生素生物合成的作用192
4.2.2.3前體與誘導物的區別193
4.2.2.4研究前體作用的方法193
4.2.2.5新抗生素的定向生物合成194
4.2.3前體的限制性194
4.2.3.1前體合成的調節機制194
4.2.3.2前體導向抗生素的合成194
4.2.3.3添加前體的策略195
4.3次級代謝物生物合成原理195
4.3.1把前體引入次級代謝物生物合成的專用途徑195
4.3.2前體聚合作用過程195
4.3.3次級代謝物結構的后幾步修飾196
4.3.4復合抗生素中不同部分的裝配196
4.3.5次級代謝物合成酶的專一性197
4.4抗生素的生物合成197
4.4.1短鏈脂肪酸為前體的抗生素197
4.4.1.1大環內酯類抗生素198
4.4.1.2四環類抗生素208
4.4.1.3蒽環類抗生素213
4.4.2氨基酸為前體的抗生素213
4.4.2.1青霉素簇抗生素213
4.4.2.2頭孢菌素簇抗生素217
4.4.2.3其他β-內酰胺類抗生素219
4.4.2.4肽類抗生素的生物合成221
4.4.3經修飾的糖為前體的抗生素223
4.4.3.1鏈霉素的生物合成223
4.4.3.2氨基糖苷類抗生素的調節225
4.4.3.3次要組分的調控226
4.4.3.4調節因子226
4.4.3.5突變生物合成228
4.5微生物次級代謝作用的調控229
4.5.1微生物的次級代謝與其生命活動的關系229
4.5.1.1次級代謝在微生物中所起的作用229
4.5.1.2次級代謝與生長、分化的關系229
4.5.2次級代謝產物生物合成的調節與控制230
4.5.2.1參與抗生素合成作用的酶的誘導及解除阻遏230
4.5.2.2抗生素生物合成啟動的控制231
4.5.2.3碳源分解代謝物的調節232
4.5.2.4氮源分解代謝物的調節233
4.5.2.5磷酸鹽的調節235
4.5.2.6分解代謝產物對次級代謝控制的作用部位237
4.5.2.7分解代謝產物作為次級代謝產物合成的胞內調控因子237
4.5.2.8抗生素生物合成的終止239
4.5.2.9人工克服微生物次級代謝調控作用的限制239
4.5.2.10定向抗生素生物合成240
4.5.3基因工程在提高生產性能上的應用240
4.5.3.1強化表達網絡調控機構的正向調節240
4.5.3.2改變表達體系241
4.5.3.3擴增抗生素產生菌的抗性基因242
4.5.3.4提高編碼關鍵酶的基因劑量242
4.5.3.5提高轉譯水平的表達效率243
4.5.3.6增強重組菌的生長能力244
4.5.3.7調節性啟動子244
4.5.3.8提高菌在限氧下的生長與生產能力245
4.5.3.9強化產物的分泌246
4.5.4合成生物學246
思考題246
參考文獻247
5發酵過程控制與優化250
5.1發酵過程技術原理250
5.1.1分批發酵251
5.1.1.1分批發酵的基礎理論251
5.1.1.2重要的生長參數253
5.1.1.3分批發酵的優缺點253
5.1.2補料-分批發酵254
5.1.2.1理論基礎254
5.1.2.2分批補料的優化255
5.1.3半連續發酵256
5.1.4連續發酵257
5.1.4.1單級連續發酵的理論基礎257
5.1.4.2多級連續培養258
5.1.4.3連續培養在工業生產中的應用259
5.1.4.4連續培養中存在的問題259
5.1.5與產物回收結合的培養261
5.1.5.1膜分離與發酵耦合262
5.1.5.2溶劑萃取與發酵耦合266
5.1.5.3膜固定化細胞反應器的原理和應用267
5.1.5.4揮發性產物的回收與發酵耦合267
5.1.5.5吸附發酵268
5.1.6高細胞密度培養268
5.1.6.1研究應用概況269
5.1.6.2達到高細胞密度的手段269
5.1.6.3存在問題270
5.1.6.4成功范例270
5.1.7混合或共培養系統270
5.1.8固態發酵271
5.1.9動物細胞培養271
5.2發酵條件的影響及其控制272
5.2.1培養基對發酵的影響273
5.2.1.1養分的需求273
5.2.1.2生長能量學對產物形成的影響275
5.2.1.3碳和能量限制275
5.2.1.4氮或硫限制對產物合成的影響277
5.2.1.5鉀限制對產物形成的影響278
5.2.1.6磷、鎂或鐵限制對產物形成的影響279
5.2.1.7基質濃度對發酵的影響及其控制279
5.2.1.8培養基的優化280
5.2.2滅菌情況283
5.2.3種子質量283
5.2.3.1接種菌齡283
5.2.3.2接種量283
5.2.4溫度對發酵的影響284
5.2.4.1溫度對產物合成的影響284
5.2.4.2*適溫度的選擇284
5.2.5pH的影響285
5.2.5.1發酵過程中pH變化的規律285
5.2.5.2培養基pH對初級代謝產物合成的影響285
5.2.5.3*適pH的選擇286
5.2.5.4pH的監控287
5.2.6氧的供需對發酵的影響及其控制288
5.2.6.1臨界氧289
5.2.6.2溶氧作為發酵異常的指示290
5.2.6.3溶氧的控制291
5.2.6.4溶氧參數在過程控制方面的應用293
5.2.6.5通過溶氧的控制提高產物合成的事例294
5.2.7二氧化碳和呼吸商296
5.2.7.1CO2對發酵的影響296
5.2.7.2呼吸商與發酵的關系298
5.2.8加糖和補料對發酵的影響及其控制299
5.2.8.1補料的策略299
5.2.8.2補料的判斷和依據301
5.2.8.3補料的優化303
5.2.9比生長速率的影響與控制304
5.2.9.1程序控制器/反饋補償器系統305
5.2.9.2谷胱甘肽306
5.2.9.3釀酒酵母306
5.2.9.4其他產物306
5.2.10混合效果307
5.2.10.1斜6平葉渦輪式攪拌器及不同進料方式307
5.2.10.2柵槳式攪拌器307
5.2.10.3各種攪拌器的組合及反應器流場分布特性對產物形成的影響308
5.2.10.4流變學的測量309
5.2.10.5計算流體動力學分析在生物反應器中的應用310
5.2.11超聲波、微波、磁場、電流對發酵的影響310
5.2.11.1超聲波310
5.2.11.2微波311
5.2.11.3磁場311
5.2.11.4電流311
5.2.12氧化還原電位對發酵的影響311
5.2.13過程參數對絲狀菌形態與產物合成的影響312
5.2.13.1種子與菌球的形成313
5.2.13.2培養基組成對菌形態的影響313
5.2.13.3碳源的影響313
5.2.13.4氮源與磷酸鹽對形態與生產的影響313
5.2.13.5金屬離子與形態的關系314
5.2.13.6溶氧的影響314
5.2.13.7溶解CO2的影響314
5.2.13.8培養液pH與形態的關系315
5.2.13.9溫度的影響315
5.2.13.10機械應力的作用315
5.2.13.11真菌的形態與培養液的流變性317
5.2.13.12真菌發酵的形態特征的描述317
5.2.13.13真菌發酵中的生長與產物形成的模型318
5.2.14發酵過程參數的相關分析319
5.2.15發酵規模的縮小與放大320
5.3泡沫對發酵的影響及其控制320
5.3.1泡沫的產生及其影響320
5.3.2發酵過程中泡沫的消長規律321
5.3.3泡沫的控制321
5.3.3.1機械消泡322
5.3.3.2消泡劑消泡322
5.3.3.3消泡劑的應用322
5.4發酵終點的判斷與自溶的監測323
5.4.1發酵終點的判斷323
5.4.2補料分批培養中生產經濟上的優化324
5.4.3自溶的監測324
5.4.3.1細胞的老化與自溶324
5.4.3.2發酵后期菌自溶的監測325
5.4.4影響自溶的因素326
5.5發酵染菌的防治及處理326
5.5.1染菌的途徑分析327
5.5.2染菌的判斷和防治327
5.5.3生產技術管理對染菌防止的重要性328
5.6基因工程菌在生物工程中的應用329
5.6.1源自克隆基因的蛋白329
5.6.1.1人血清白蛋白基因的合成及其表達329
5.6.1.2胰島素329
5.6.1.3生長激素330
5.6.1.4促紅細胞生成素331
5.6.1.5人β2糖蛋白331
5.6.1.6白細胞介素331
5.6.1.7GFP融合監測法在在線優化中的應用332
5.6.1.8重組人載脂蛋白332
5.6.2干擾素332
5.6.2.1高密度細胞培養的策略332
5.6.2.2重組菌的高密度培養和α-干擾素的表達333
5.6.2.3釀酒酵母的高密度培養及人免疫干擾素的表達333
5.6.3氨基酸334
5.6.3.1基因技術在氨基酸生產方面的應用334
5.6.3.2利用重組大腸桿菌生產色氨酸335
5.6.4肌苷酸和鳥苷酸335
5.6.5微生物多糖337
5.6.6植酸酶337
5.6.7S-腺苷-L-甲硫氨酸337
思考題338
參考文獻338
6發酵過程參數檢測與計算機監控345
6.1發酵過程參數監控的研究概況345
6.1.1設定參數346
6.1.2狀態參數346
6.1.3間接參數347
6.1.4發酵樣品的離線分析348
6.2生物過程控制的特征348
6.2.1對生物過程控制規范化的要求349
6.2.2在線發酵儀器的研究進展349
6.2.3計算機在發酵監控方面的應用352
6.3用于控制的生物過程建模352
6.3.1傳統過程模型353
6.3.2線性黑箱模型354
6.3.3非線性黑箱模型354
6.3.4生產過程建模355
6.4發酵過程估算技術356
6.4.1傳統的基于模型的估算357
6.4.2基于線性黑箱模型的估算357
6.4.3基于非線性黑箱模型的估算358
6.5發酵過程的控制策略358
6.5.1發酵過程的PID控制358
6.5.2發酵過程的推理控制359
6.5.3發酵過程的適應性(預估)控制359
6.5.4發酵過程的非線性控制360
6.5.5發酵過程的優化控制360
6.5.6用于發酵監督與控制的知識庫系統360
6.5.7工業規模的發酵故障分析系統362
6.6用于發酵診斷和控制的數據分析362
6.6.1發酵測量與估算變量分類362
6.6.1.1生物過程的輸入-輸出表示法362
6.6.1.2計算關聯364
6.6.1.3動態過程代謝狀態的在線化學計量與鑒別364
6.6.2代謝速率的計算366
6.6.2.1普通平衡方程366
6.6.2.2消耗速率366
6.6.2.3生產速率369
6.6.3不能直接測量的生物過程參數的估算372
6.6.3.1概念和實例介紹372
6.6.3.2估算方法373
6.6.3.3用觀察器進行狀態估算379
6.6.3.4不同技術的評估382
6.6.4積分與平均數量的計算382
6.6.4.1積分變量382
6.6.4.2平均變量382
6.6.5生理狀態變量的計算383
6.6.5.1生理狀態變量的分類383
6.6.5.2生理狀態細胞水平級的監測方法385
6.6.5.3生理狀態控制結構386
6.6.5.4整合轉錄輪廓與代謝物輪廓信息指導發酵生產過程387
6.7基于模式識別技術的新方法391
6.7.1模式識別的好處391
6.7.2模式識別方法與數據分析391
6.7.3用于監控的時序的量變曲線分析393
6.7.4結論397
思考題398
參考文獻398
1.1微生物的生長1
1.1.1生長的形式1
1.1.1.1細菌的生長1
1.1.1.2酵母的生長2
1.1.1.3菌絲的生長3
1.1.1.4細胞群體的生長4
1.1.1.5細菌群體的生長周期5
1.1.2生長的測量6
1.1.2.1細胞數目的測量7
1.1.2.2細胞量的測量8
1.1.2.3生物量的在線測量10
1.1.3環境對生長的影響13
1.1.3.1物理環境13
1.1.3.2化學環境17
1.1.4生長的變量和約束20
1.1.4.1細胞的大分子成分20
1.1.4.2限制步驟21
1.1.4.3生長對能量的需求21
1.1.4.4微生物熱的釋放22
1.2細胞周期22
1.2.1染色體復制與細胞分裂的調節23
1.2.2染色體復制的啟動24
1.2.3細胞周期的研究方法24
1.2.3.1鏡檢法24
1.2.3.2同步培養法24
1.2.3.3同位素示蹤法24
1.2.4生長速率與細胞大小的關系26
1.2.5生長速率對細胞內DNA含量的影響27
1.2.6生長速率對細胞組分的影響28
1.3生長效率28
1.3.1得率系數28
1.3.1.1分子得率系數28
1.3.1.2碳轉化效率29
1.3.1.3電子平均數為基準的得率29
1.3.1.4基于熱的產生的得率29
1.3.1.5以氧耗為基準的得率30
1.3.1.6基于ATP消耗的得率30
1.3.2測定生長效率時應注意的實際問題31
1.3.2.1分批與恒化培養31
1.3.2.2培養基組成31
1.3.2.3流出液的控制31
1.3.2.4取樣與代謝物的分析31
1.3.3用于生物量形成的能量需求31
1.3.4呼吸效率32
1.3.5維持能與環境因素的關系33
1.3.5.1滲透壓33
1.3.5.2水活度34
1.3.5.3氧和二氧化碳分壓34
1.3.5.4溫度36
1.3.5.5pH36
1.3.5.6副產物對生長得率的影響37
1.4生長調節37
1.4.1菌絲頂端生長37
1.4.1.1菌絲頂端生長機制38
1.4.1.2泡囊如何在菌絲頂端聚集39
1.4.1.3菌絲生長過程39
1.4.2菌絲分枝規律40
1.4.2.1分枝的形成40
1.4.2.2菌絲生長單位40
1.4.2.3菌絲結團的動力學41
1.4.2.4菌球內部擴散限制的后果42
1.4.2.5游離菌絲與菌球的破碎43
1.4.3微生物生長分化的調節43
1.4.3.1極化生長的調節44
1.4.3.2菌絲分枝啟動的調節44
1.4.3.3菌絲空間分布的調節45
1.4.3.4鏈霉菌生長的調節45
1.5運輸過程46
1.5.1細胞膜的結構與功能48
1.5.2運輸器的分類系統49
1.5.3運輸機制49
1.5.3.1通道與孔51
1.5.3.2電化勢能驅動的運輸器(次級運輸過程)52
1.5.3.3初級主動運輸器54
1.5.3.4基團轉運蛋白54
1.5.3.5跨膜電子流系統57
1.5.3.6大分子的運輸57
1.5.4運輸過程動力學57
思考題59
參考文獻60
2微生物的基礎代謝62
2.1能量代謝原理62
2.1.1能量代謝的熱力學63
2.1.1.1熱力學**定律和熱焓63
2.1.1.2熱力學第二定律、第三定律和熵64
2.1.2能量的產生與偶合65
2.1.2.1能量的產生65
2.1.2.2高能化合物66
2.1.2.3能量的偶合67
2.1.3氧還電位和移動電子載體68
2.1.3.1氧還電位68
2.1.3.2移動電子載體68
2.2微生物的分解代謝69
2.2.1葡萄糖分解代謝69
2.2.1.1酵解 (EMP) 途徑70
2.2.1.2己糖單磷酸支路(HMS)70
2.2.1.3恩特納多多羅夫(ED)途徑71
2.2.1.4磷酸解酮酶(PK)途徑71
2.2.1.5各種葡萄糖分解途徑的相互關系71
2.2.1.6三羧酸(TCA)循環71
2.2.1.7乙醛酸循環72
2.2.2多糖和單糖的利用72
2.2.3厭氧代謝過程73
2.2.3.1乙醇發酵73
2.2.3.2丙酮、丁醇、乙酸、丁酸發酵74
2.2.3.3乳酸、丁二醇、甲烷發酵78
2.2.4脂肪酸、脂烴和芳香烴的氧化81
2.2.5氮的循環和氨基酸的降解82
2.2.5.1氮的循環82
2.2.5.2氨基酸的降解83
2.2.6硫的代謝83
2.2.7核苷酸的降解和有機磷的代謝84
2.2.8聚合物的氧化85
2.2.8.1淀粉86
2.2.8.2纖維素86
2.3微生物的組成代謝87
2.3.1C1的同化88
2.3.2分子氮的同化89
2.3.3硝酸鹽的同化89
2.3.4氨的同化90
2.3.5硫酸鹽的同化90
2.3.6氨基酸的生物合成91
2.3.6.1谷氨酸族的生物合成91
2.3.6.2天冬氨酸族的生物合成93
2.3.6.3芳香氨基酸族的生物合成94
2.3.6.4絲氨酸族的生物合成96
2.3.6.5丙氨酸族的生物合成97
2.3.6.6組氨酸的生物合成97
2.3.6.7經氨基酸途徑的含氮化合物的生物合成97
2.3.7核苷酸的生物合成99
2.3.7.1核糖核苷酸的生物合成99
2.3.7.2脫氧核糖核苷酸的生物合成101
2.3.7.3細菌對外源嘌呤、嘧啶堿及其核苷的利用102
2.3.8脂質的生物合成102
2.3.8.1脂肪酸的生物合成102
2.3.8.2不飽和脂肪酸的生物合成105
2.3.8.3磷脂的生物合成108
2.3.9聚類異戊二烯化合物的合成108
2.3.10甾類化合物109
2.3.11糖磷酸酯與糖核苷酸112
2.3.12多糖的生物合成113
思考題114
參考文獻115
3代謝調節與代謝工程116
3.1酶活性的調節117
3.1.1代謝調節的部位117
3.1.2共價修飾118
3.1.2.1可逆共價修飾118
3.1.2.2不可逆共價修飾118
3.1.3變構效應119
3.1.3.1協同作用119
3.1.3.2變構效應的由來121
3.1.3.3變構效應的解釋122
3.1.3.4變構調節的特征122
3.1.4其他調節方式122
3.1.4.1締合與解離122
3.1.4.2競爭性抑制123
3.2酶合成的調節123
3.2.1誘導作用123
3.2.1.1誘導作用的分子水平的機制124
3.2.1.2順序誘導作用125
3.2.1.3誘導物的種類與效率125
3.2.1.4誘導調節的克服127
3.2.1.5組成型突變株的獲得127
3.2.2分解代謝物阻遏127
3.2.2.1分解代謝物阻遏效應128
3.2.2.2分解代謝物阻遏的分子機制128
3.2.2.3分解代謝物阻遏作用的克服129
3.2.2.4耐分解代謝物阻遏的突變株的獲得130
3.2.2.5氮分解代謝物的調節131
3.2.3反饋調節131
3.2.3.1反饋阻遏在分子水平上的作用機制132
3.2.3.2反饋調節作用的消除132
3.2.3.3分離耐末端代謝產物調節的突變株的方法134
3.2.3.4反饋抑制136
3.2.4分支途徑的調節方式136
3.2.4.1分支途徑中末端產物的調節136
3.2.4.2微生物代謝調節機制的多樣性138
3.2.5避開微生物固有代謝調節，過量生產代謝產物139
3.2.5.1積累末端產物139
3.2.5.2細胞膜通透性的改變140
3.2.5.3能荷的調節141
3.2.5.4無機聚磷酸的代謝與功能142
3.3代謝系統的分子控制機制142
3.3.1真細菌轉錄的基礎143
3.3.1.1RNA聚合酶143
3.3.1.2轉錄途徑143
3.3.1.3啟動子的識別144
3.3.2DNA結合蛋白：激活劑與阻遏物146
3.3.3雙組分調節系統146
3.3.4RNA水平的調節機制：衰減器模型148
3.4代謝調節148
3.4.1糖代謝調節148
3.4.1.1巴斯德效應或氧效應148
3.4.1.2克列勃特里或葡萄糖效應151
3.4.2氨基酸合成的調節153
3.4.3核苷酸合成的調節154
3.4.3.1肌苷154
3.4.3.2鳥苷155
3.4.3.3腺苷155
3.5代謝工程155
3.5.1概論155
3.5.2代謝流 (物流、信息流) 的概念156
3.5.2.1有關術語156
3.5.2.2物流與酶的關系157
3.5.2.3物流限制作用的克服158
3.5.2.4反饋抑制與限制途徑物流的關系158
3.5.3代謝物流分析159
3.5.3.1物流分布的測量159
3.5.3.2代謝物流分析的應用160
3.5.4代謝控制分析163
3.5.4.1物流控制分析的概念164
3.5.4.2節點及其判斷166
3.5.4.3代謝流的控制167
3.5.4.4代謝控制分析在代謝產物合成方面的應用167
3.5.5代謝工程的應用168
3.5.5.1胞內代謝物的測量168
3.5.5.2基質譜的擴展169
3.5.5.3降解異型生物質的新代謝途徑170
3.5.5.4老產品產率、得率的改進和新產品的構建171
3.5.6推定代謝工程與反向代謝工程171
3.5.7重要工業微生物表型的進化工程174
3.6系統生物學與組學研究概況174
3.6.1代謝工程的組學研究176
3.6.2導致細菌表型改進的基因組改組176
思考題177
參考文獻178
4微生物次級代謝與調節181
4.1引論181
4.1.1微生物次級代謝的特征181
4.1.2次級代謝產物的類型183
4.1.2.1糖類184
4.1.2.2多肽類184
4.1.2.3聚脂酰類184
4.1.2.4核酸堿基類似物類184
4.1.2.5其他類型184
4.1.3抗生素的生源學185
4.1.4初級與次級代謝途徑相互連接185
4.2次級代謝物生物合成的前體186
4.2.1前體的概況186
4.2.1.1內源前體187
4.2.1.2外源前體190
4.2.2前體的作用192
4.2.2.1起抗生素建筑材料作用192
4.2.2.2誘導抗生素生物合成的作用192
4.2.2.3前體與誘導物的區別193
4.2.2.4研究前體作用的方法193
4.2.2.5新抗生素的定向生物合成194
4.2.3前體的限制性194
4.2.3.1前體合成的調節機制194
4.2.3.2前體導向抗生素的合成194
4.2.3.3添加前體的策略195
4.3次級代謝物生物合成原理195
4.3.1把前體引入次級代謝物生物合成的專用途徑195
4.3.2前體聚合作用過程195
4.3.3次級代謝物結構的后幾步修飾196
4.3.4復合抗生素中不同部分的裝配196
4.3.5次級代謝物合成酶的專一性197
4.4抗生素的生物合成197
4.4.1短鏈脂肪酸為前體的抗生素197
4.4.1.1大環內酯類抗生素198
4.4.1.2四環類抗生素208
4.4.1.3蒽環類抗生素213
4.4.2氨基酸為前體的抗生素213
4.4.2.1青霉素簇抗生素213
4.4.2.2頭孢菌素簇抗生素217
4.4.2.3其他β-內酰胺類抗生素219
4.4.2.4肽類抗生素的生物合成221
4.4.3經修飾的糖為前體的抗生素223
4.4.3.1鏈霉素的生物合成223
4.4.3.2氨基糖苷類抗生素的調節225
4.4.3.3次要組分的調控226
4.4.3.4調節因子226
4.4.3.5突變生物合成228
4.5微生物次級代謝作用的調控229
4.5.1微生物的次級代謝與其生命活動的關系229
4.5.1.1次級代謝在微生物中所起的作用229
4.5.1.2次級代謝與生長、分化的關系229
4.5.2次級代謝產物生物合成的調節與控制230
4.5.2.1參與抗生素合成作用的酶的誘導及解除阻遏230
4.5.2.2抗生素生物合成啟動的控制231
4.5.2.3碳源分解代謝物的調節232
4.5.2.4氮源分解代謝物的調節233
4.5.2.5磷酸鹽的調節235
4.5.2.6分解代謝產物對次級代謝控制的作用部位237
4.5.2.7分解代謝產物作為次級代謝產物合成的胞內調控因子237
4.5.2.8抗生素生物合成的終止239
4.5.2.9人工克服微生物次級代謝調控作用的限制239
4.5.2.10定向抗生素生物合成240
4.5.3基因工程在提高生產性能上的應用240
4.5.3.1強化表達網絡調控機構的正向調節240
4.5.3.2改變表達體系241
4.5.3.3擴增抗生素產生菌的抗性基因242
4.5.3.4提高編碼關鍵酶的基因劑量242
4.5.3.5提高轉譯水平的表達效率243
4.5.3.6增強重組菌的生長能力244
4.5.3.7調節性啟動子244
4.5.3.8提高菌在限氧下的生長與生產能力245
4.5.3.9強化產物的分泌246
4.5.4合成生物學246
思考題246
參考文獻247
5發酵過程控制與優化250
5.1發酵過程技術原理250
5.1.1分批發酵251
5.1.1.1分批發酵的基礎理論251
5.1.1.2重要的生長參數253
5.1.1.3分批發酵的優缺點253
5.1.2補料-分批發酵254
5.1.2.1理論基礎254
5.1.2.2分批補料的優化255
5.1.3半連續發酵256
5.1.4連續發酵257
5.1.4.1單級連續發酵的理論基礎257
5.1.4.2多級連續培養258
5.1.4.3連續培養在工業生產中的應用259
5.1.4.4連續培養中存在的問題259
5.1.5與產物回收結合的培養261
5.1.5.1膜分離與發酵耦合262
5.1.5.2溶劑萃取與發酵耦合266
5.1.5.3膜固定化細胞反應器的原理和應用267
5.1.5.4揮發性產物的回收與發酵耦合267
5.1.5.5吸附發酵268
5.1.6高細胞密度培養268
5.1.6.1研究應用概況269
5.1.6.2達到高細胞密度的手段269
5.1.6.3存在問題270
5.1.6.4成功范例270
5.1.7混合或共培養系統270
5.1.8固態發酵271
5.1.9動物細胞培養271
5.2發酵條件的影響及其控制272
5.2.1培養基對發酵的影響273
5.2.1.1養分的需求273
5.2.1.2生長能量學對產物形成的影響275
5.2.1.3碳和能量限制275
5.2.1.4氮或硫限制對產物合成的影響277
5.2.1.5鉀限制對產物形成的影響278
5.2.1.6磷、鎂或鐵限制對產物形成的影響279
5.2.1.7基質濃度對發酵的影響及其控制279
5.2.1.8培養基的優化280
5.2.2滅菌情況283
5.2.3種子質量283
5.2.3.1接種菌齡283
5.2.3.2接種量283
5.2.4溫度對發酵的影響284
5.2.4.1溫度對產物合成的影響284
5.2.4.2*適溫度的選擇284
5.2.5pH的影響285
5.2.5.1發酵過程中pH變化的規律285
5.2.5.2培養基pH對初級代謝產物合成的影響285
5.2.5.3*適pH的選擇286
5.2.5.4pH的監控287
5.2.6氧的供需對發酵的影響及其控制288
5.2.6.1臨界氧289
5.2.6.2溶氧作為發酵異常的指示290
5.2.6.3溶氧的控制291
5.2.6.4溶氧參數在過程控制方面的應用293
5.2.6.5通過溶氧的控制提高產物合成的事例294
5.2.7二氧化碳和呼吸商296
5.2.7.1CO2對發酵的影響296
5.2.7.2呼吸商與發酵的關系298
5.2.8加糖和補料對發酵的影響及其控制299
5.2.8.1補料的策略299
5.2.8.2補料的判斷和依據301
5.2.8.3補料的優化303
5.2.9比生長速率的影響與控制304
5.2.9.1程序控制器/反饋補償器系統305
5.2.9.2谷胱甘肽306
5.2.9.3釀酒酵母306
5.2.9.4其他產物306
5.2.10混合效果307
5.2.10.1斜6平葉渦輪式攪拌器及不同進料方式307
5.2.10.2柵槳式攪拌器307
5.2.10.3各種攪拌器的組合及反應器流場分布特性對產物形成的影響308
5.2.10.4流變學的測量309
5.2.10.5計算流體動力學分析在生物反應器中的應用310
5.2.11超聲波、微波、磁場、電流對發酵的影響310
5.2.11.1超聲波310
5.2.11.2微波311
5.2.11.3磁場311
5.2.11.4電流311
5.2.12氧化還原電位對發酵的影響311
5.2.13過程參數對絲狀菌形態與產物合成的影響312
5.2.13.1種子與菌球的形成313
5.2.13.2培養基組成對菌形態的影響313
5.2.13.3碳源的影響313
5.2.13.4氮源與磷酸鹽對形態與生產的影響313
5.2.13.5金屬離子與形態的關系314
5.2.13.6溶氧的影響314
5.2.13.7溶解CO2的影響314
5.2.13.8培養液pH與形態的關系315
5.2.13.9溫度的影響315
5.2.13.10機械應力的作用315
5.2.13.11真菌的形態與培養液的流變性317
5.2.13.12真菌發酵的形態特征的描述317
5.2.13.13真菌發酵中的生長與產物形成的模型318
5.2.14發酵過程參數的相關分析319
5.2.15發酵規模的縮小與放大320
5.3泡沫對發酵的影響及其控制320
5.3.1泡沫的產生及其影響320
5.3.2發酵過程中泡沫的消長規律321
5.3.3泡沫的控制321
5.3.3.1機械消泡322
5.3.3.2消泡劑消泡322
5.3.3.3消泡劑的應用322
5.4發酵終點的判斷與自溶的監測323
5.4.1發酵終點的判斷323
5.4.2補料分批培養中生產經濟上的優化324
5.4.3自溶的監測324
5.4.3.1細胞的老化與自溶324
5.4.3.2發酵后期菌自溶的監測325
5.4.4影響自溶的因素326
5.5發酵染菌的防治及處理326
5.5.1染菌的途徑分析327
5.5.2染菌的判斷和防治327
5.5.3生產技術管理對染菌防止的重要性328
5.6基因工程菌在生物工程中的應用329
5.6.1源自克隆基因的蛋白329
5.6.1.1人血清白蛋白基因的合成及其表達329
5.6.1.2胰島素329
5.6.1.3生長激素330
5.6.1.4促紅細胞生成素331
5.6.1.5人β2糖蛋白331
5.6.1.6白細胞介素331
5.6.1.7GFP融合監測法在在線優化中的應用332
5.6.1.8重組人載脂蛋白332
5.6.2干擾素332
5.6.2.1高密度細胞培養的策略332
5.6.2.2重組菌的高密度培養和α-干擾素的表達333
5.6.2.3釀酒酵母的高密度培養及人免疫干擾素的表達333
5.6.3氨基酸334
5.6.3.1基因技術在氨基酸生產方面的應用334
5.6.3.2利用重組大腸桿菌生產色氨酸335
5.6.4肌苷酸和鳥苷酸335
5.6.5微生物多糖337
5.6.6植酸酶337
5.6.7S-腺苷-L-甲硫氨酸337
思考題338
參考文獻338
6發酵過程參數檢測與計算機監控345
6.1發酵過程參數監控的研究概況345
6.1.1設定參數346
6.1.2狀態參數346
6.1.3間接參數347
6.1.4發酵樣品的離線分析348
6.2生物過程控制的特征348
6.2.1對生物過程控制規范化的要求349
6.2.2在線發酵儀器的研究進展349
6.2.3計算機在發酵監控方面的應用352
6.3用于控制的生物過程建模352
6.3.1傳統過程模型353
6.3.2線性黑箱模型354
6.3.3非線性黑箱模型354
6.3.4生產過程建模355
6.4發酵過程估算技術356
6.4.1傳統的基于模型的估算357
6.4.2基于線性黑箱模型的估算357
6.4.3基于非線性黑箱模型的估算358
6.5發酵過程的控制策略358
6.5.1發酵過程的PID控制358
6.5.2發酵過程的推理控制359
6.5.3發酵過程的適應性(預估)控制359
6.5.4發酵過程的非線性控制360
6.5.5發酵過程的優化控制360
6.5.6用于發酵監督與控制的知識庫系統360
6.5.7工業規模的發酵故障分析系統362
6.6用于發酵診斷和控制的數據分析362
6.6.1發酵測量與估算變量分類362
6.6.1.1生物過程的輸入-輸出表示法362
6.6.1.2計算關聯364
6.6.1.3動態過程代謝狀態的在線化學計量與鑒別364
6.6.2代謝速率的計算366
6.6.2.1普通平衡方程366
6.6.2.2消耗速率366
6.6.2.3生產速率369
6.6.3不能直接測量的生物過程參數的估算372
6.6.3.1概念和實例介紹372
6.6.3.2估算方法373
6.6.3.3用觀察器進行狀態估算379
6.6.3.4不同技術的評估382
6.6.4積分與平均數量的計算382
6.6.4.1積分變量382
6.6.4.2平均變量382
6.6.5生理狀態變量的計算383
6.6.5.1生理狀態變量的分類383
6.6.5.2生理狀態細胞水平級的監測方法385
6.6.5.3生理狀態控制結構386
6.6.5.4整合轉錄輪廓與代謝物輪廓信息指導發酵生產過程387
6.7基于模式識別技術的新方法391
6.7.1模式識別的好處391
6.7.2模式識別方法與數據分析391
6.7.3用于監控的時序的量變曲線分析393
6.7.4結論397
思考題398
參考文獻398
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現代工業發酵調控學-第三版 作者簡介
儲炬，華東理工大學，教授，博導， 國家生化工程技術研究中心（上海）副主任。從事發酵調控教學科研二十余年，承擔華東理工大學本科生《發酵生理學》（36學時/年）的主講教師，承擔碩士生《發酵調控學》(36學時/年)主講教授。
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