生物反应动力学2细胞反应

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1、第二节细胞反应过程动力学2.1微生物基础知识2.2微生物反应过程的质量与能量衡算2.3微生物反应动力学第一代生物技术产品的出现1857年法国著名生物学家巴斯德用实验证明了酒精发酵是由活的酵母引起的，其它不同的发酵产物则是由不同微生物的作用而形成。后来发现是因为它们分泌了一种具有发酵能力的物质，称为酶。其它如制造醋、酱（油）、奶制品、面包，医学上的以霉治疡技术。第二代近代生物技术产品发展40年代初，第二次世界大战爆发。医生们急需一种比磺胺药物更为效而毒副作用小的抗菌感染的药物来治疗伤员和平民因创伤引起的感染及继发性疾病。于是，1

2、928年英国Flemingfa发现的青霉素成为此类抗菌消炎药的首选。时至今日，青霉素仍被认为是20世纪医学史上最伟大的发现。第三代现代生物技术产品从1953年美国的Watson及Crick发现了DNA分子的双螺旋结构，由此而来21世界克隆等基因工程的快速发展。1953年Grubhofer及Schleith提出了酶的固定化技术。1956年，中国首次人工合成了结晶牛胰岛素。到现在，干扰素、生长激素、淋巴细胞活素、疫苗、白蛋白、心钠素等各种DNA重组技术产品已逐渐被广泛运用。(1)发酵食品(酱、纳豆、酸奶、奶酪、乳酸饮料等)(2)酒

3、精饮料(白酒、啤酒、葡萄酒等)(3)菌体(面包酵母、SCP、绿藻、螺旋藻等)(4)有机酸(醋酸、柠檬酸、乳酸、衣康酸等)(5)氨基酸(谷氨酸、赖氨酸、色氨酸等)(6)核酸类物质(7)抗生素(青霉素、头孢菌素、链霉素、氯霉素等)(8)油脂及相关化合物(γ-亚油酸、EPA、DHA等)(9)具有生理活性的低分子量物质(维生素类、激素等)(10)高分子物质(酶；多糖类；生理活性蛋白）(11)其它微生物工业生产的物质红细胞生产素、白细胞介素、G-CSF、单克隆抗体等?用动物细胞生产的物质用植物细胞生产的物质紫草素类化合物、人参、紫杉醇等

4、微生物是对那些肉眼不能直接观察到、微小的、但能维持生命并繁殖的生物的通称，包括细菌、酵母、霉菌、真菌、藻类和原生动物和病毒等。2.1微生物基础知识2.1.1微生物的分类与命名分类：界（Kingdom）门（Phylum）纲（Class）目（Order）科（Family）属（Genus）种（Species）种以下有：变种（Variety）、型（Form）、品系（Strain）等。命名：“双名法”。属名：大写字母开头，是拉丁词的名词，用以描述微生物的主要特征；种名：小写字母打头，是一个拉丁词的形容词，用以描述微生物的次要特征。例如：

5、Staphylococcusaureus，前一个词是属名，是拉丁语的名词，是“葡萄球菌”的意思。第二个词字是种名，是拉丁语的形容词，意思是“金黄色”。所以学名是“金黄色葡萄球菌”。细菌是单细胞微生物，有不同的形状及大小，以典型的二分裂殖方式繁殖。细菌具有一定的形态，形状近似圆形称作球菌；形状近似圆柱形的成为杆菌。霉菌是丝状真菌的一个通俗名称，在自然界分布很广，其生长所要求的相对温度比细菌低。真菌有核，呈丝状，直径一般为3～10μm，多分枝，有或无隔膜。霉菌多为腐生菌，也有少数寄生于动物或植物体内。它们具有广泛的降解和合成能力，

6、是发酵生产某些重要物质的主力军。酵母菌是一个通俗名称，是典型的真核生物，多为单细胞，有的也呈丝状。有的酵母通过出芽进行无性繁殖，也有的酵母进行分裂繁殖。酵母既可进行好氧呼吸，又能进行厌氧呼吸。酵母菌在酒类酿造中是不可缺少的。病毒是存在于动物、植物、昆虫、真菌、藻类和细菌细胞内的专性寄生物，是最小的微生物。病毒本身不具备或具备最低的合成和代谢能力，只能在寄主细胞内生长繁殖，常导致寄主细胞被破坏和死亡。寄生于细菌细胞内的病毒又称为噬菌体。噬菌体是危害细菌发酵的重要根源。烟草花叶病毒噬菌体（DNA病毒）2.1.2微生物的化学组成微生

7、物菌体的80%左右是水分。湿菌体所含水分是指菌体在100℃前后干燥直到恒重时减少的量。除去水分的菌体称为干菌体。微生物菌体中除水分外，其余为蛋白质、碳水化合物、脂肪、核酸、维生素和无机物等化学物质。细胞中某些元素（除碳、氧、氮和氢外）的含量，一般以磷、钾为多，其次是钙、镁、硫、钠、氯、铁、锌、硅等。另外，还含有微量的铝、铜、锰、钴等。2.1.3生长特性由于微生物种类各异，不同微生物的生长特性亦有很大差别。细菌以分裂方式进行的繁殖。在适宜的生长条件下，某些细菌的世代时间可达10～20min。然而，比较典型的世代时间为40～60m

8、in。当细菌分裂为二分裂时，世代时间等于倍增时间（菌体量增加一倍所需时间）。酵母菌的生长方式有出芽繁殖、裂殖和芽裂（如同菌丝生长）三种。在最适条件下，酵母在45min内就可以分裂，比较典型的分裂时间为90～120min。霉菌的生长特性是菌丝伸长和分枝。从菌丝体（顶端生长）的顶