工业发酵的细胞机器

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1、第一章工业发酵的细胞机器第一节工业发酵生产线上的细胞机器第二节工业微生物细胞的工作模式2021/8/91张星元：发酵学原理请带着以下问题听课：1.什么叫做机器？工厂的机器从哪里来？它们怎样为我们工作？2.生物体能起机器的作用吗？3.微生物细胞能起机器的作用吗？4.微生物细胞机器与人们心目中的机器有什么不同？5.微生物细胞作为细胞机器意味着什么？2021/8/92张星元：发酵学原理第一节工业发酵生产线上的细胞机器1.1.1生物机器和细胞机器的概念1.1.2发酵工厂里关键的生产机器2021/8/93张星元：发酵学原理走进现代发酵工厂，最引人注意的

2、是，在排列整齐、纵横交叉的彩色管道的映衬下，一排排的银灰色的庞然大物，它们的名字叫发酵罐。在庄重而祥和的发酵罐里亿万微生物小兄弟正在为人类，也为自己的生存欢快地忙碌着。面对此情此景人们不禁要问，工业发酵生产线上关键的生产机器是发酵罐，还是微生物？2021/8/94张星元：发酵学原理百思不解：1.为什么同样的设备可以生产不同的产品？2.为什么有些发酵食品也可在家里制作？2021/8/95张星元：发酵学原理1.1.1生物机器和细胞机器的概念2021/8/96张星元：发酵学原理“机器”最初定义为由电或蒸汽甚至人力推动的、由各具一定功能的几个部分组成的用于生产的装

3、置，如纺纱机、织布机、缝纫机等。因此“机器”应该是属于工程学的概念。“动物、植物、微生物”应该是属于生物学的概念，它们的生命活动是由代谢能来驱动的。在人的组织下，如果动物、植物、微生物作为生产的“装置”使用，就可纳入“机器”的范畴，这就是生物机器。2021/8/97张星元：发酵学原理生物机器是从机器衍生的新概念，生物机器是指由代谢能驱动的机器。在这个意义上牛奶工厂的奶牛，水果原料基地的果树，发酵工厂的菌种微生物分别称作为动物生物机器、植物生物机器和微生物生物机器。微生物细胞能自主生活和独立存在，因此微生物生物机器也就是微生物细胞机器，简称细胞机器。2021/

4、8/98张星元：发酵学原理1.1.2发酵工厂里关键的生产机器2021/8/99张星元：发酵学原理多年来，我们从研究微生物的生命活动规律入手，从生物学的角度重新审视了发酵工程，形成以下关于现代发酵工程新思路：2021/8/910张星元：发酵学原理现代发酵工程依靠微生物活细胞来完成发酵工厂生产线上不可缺少的加工（或转化）步骤，在这个意义上，微生物活细胞就是工业发酵生产线上不可缺少的微生物生物机器（或称细胞机器），是发酵工厂里关键的生产机器。2021/8/911张星元：发酵学原理细胞机器与普通意义上的机器不同，它们必须由代谢能（metabolicenergy）直接

5、驱动。在发酵工厂的生产线上，微生物必须完成微生物细胞机器的“在线制造”（细胞增殖）和“生产运行”（目的产物的合成和输出）的双重任务。2021/8/912张星元：发酵学原理微生物细胞机器按其自身固有的规律运行。为了引导微生物为我们服务，必须深入研究微生物细胞机器的工作原理。要研究微生物细胞机器的工作原理，首先要建立微生物细胞机器的工作模式。2021/8/913张星元：发酵学原理第二节微生物细胞机器的工作模式1.2.1活细胞的基本性能1.2.2微生物细胞的工作模式1.2.3创新思路的理论基础2021/8/914张星元：发酵学原理微生物细胞能自主生活（free

6、-living）和独立存在。单个微生物细胞能独立地完成能量转化及其自身的生长、繁殖等生命过程，而不直接依赖于其他同一类型的或不同类型的细胞。而动植物细胞（体细胞）在自然界不能单独存活，只能作为动植物个体的一部分而存在，具有相互依赖性。2021/8/915张星元：发酵学原理细胞是微生物生命活动的基本单位。微生物细胞是一个由细胞膜（外面一般有细胞壁）包围的，包含许多化学物质和亚细胞结构的整体。细胞膜是将空间分为细胞内与细胞外的界面，也是对细胞有保护作用的屏障。2021/8/916张星元：发酵学原理细胞膜包围的部分是细胞行使功能的结构和化学物质。细胞的关键结构是核

7、（或核区）以及细胞质，前者储存着用来制造更多细胞的生物信息，后者包含实现细胞生长和细胞功能的机构。2021/8/917张星元：发酵学原理虽然每种微生物细胞都有一定的结构和大小，但微生物细胞是动态的单位，是其所在环境中的微生物细胞，它们每时每刻都在自我更新，通过与环境不断的交换，保持相对稳定的存在方式。2021/8/918张星元：发酵学原理1.2.1活细胞的基本性能2021/8/919张星元：发酵学原理活细胞的基本性能主要包括以下5条：①自我复制：自我复制是一切生物（包括非细胞生物和细胞生物）的基本性质。2021/8/920张星元：发酵学原理②代谢和代谢能

8、支撑：细胞生物的生命活性来自于组成其自身的活细胞。活