4微生物反应动力学

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1、4微生物反应动力学教学基本内容：微生物反应的特点；微生物反应的质量衡算，包括碳素衡算、碳源衡算、氧衡算；微生物反应的能量衡算。微生物反应动力学，包括生长动力学、基质消耗动力学和产物生成动力学4.1微生物反应的特点4.2微生物反应过程的质量与能量衡算4.2.1碳素衡算4.2.2碳源衡算4.2.3氧衡算4.2.3能量衡算4.3微生物反应动力学4.3.1生长动力学4.3.2基质消耗动力学4.3.3产物生成动力学授课重点：1.微生物反应与酶促反应的比较。2.微生物反应式及微生物反应平衡式的概念。3.菌体实验化学式的

2、概念与测定方法。4.微生物反应中的动力学变量。5.微生物反应的得率系数的概念。6.微生物反应的维持常数的概念。7.碳素衡算。8.碳源衡算。9.氧衡算。10.能量衡算。11.莫诺方程。12.产物的Gaden模型。难点：1.微生物反应涉及到的动力学变量和参数远多于酶促反应。2．微生物反应过程中碳源衡算、氧衡算和能量衡算间的关系。3.自由能消耗对菌体得率YKJ的计算。本章主要教学要求：1.理解微生物反应与酶促反应的区别。2.掌握菌体实验化学式的测定方法。3.掌握微生物反应式中系数的确定方法。4.掌握微生物反应中动

3、力学变量及参数的数学定义。5.理解碳素衡算式。6.理解碳源衡算式。7理解氧衡算式。8.理解碳源衡算与氧衡算、能量衡算之间的内在联系。9.掌握有效电子转移的概念，掌握YKJ的计算方法。10.了解生长模型的分类。11.理解莫诺方程与米氏方程的区别。掌握莫诺方程中动力学参数的测定方法。12.理解产物的Gaden模型。4微生物反应动力学19世纪生物学家巴斯德坚持由糖变为酒精的发酵过程是由细胞产生的，而毕希纳却发现磨碎了的酵母仍能使糖发酵产生酒精，认为发酵是由活细胞产生的非生命物质引起的，称为酶。可见微生物反应与酶促

4、反应在催化作用的实质看是一致的。区别在于微生物反应过程是自催化过程，生物反应过程中出现菌体增殖；酶促反应过程中，酶只可能失活，不可能增多。4.1微生物反应的质量能量衡算4.1.1微生物反应式在微生物细胞中，包含的酶促反应成百上千，产物是否也是这样多呢？并非如此。这是由于一个反应的产物，又是另一个反应的基质，这样就形成了一条条代谢途径，如糖类代谢、脂类代谢、蛋白质代谢。由于存在精巧的代谢调控，如正反馈、副反馈，中间产物不会大量积累，最终大量积累的只是少数几种终产物。可见，我们不仅没有可能一个一个研究微生物细胞

5、中的酶反应，也没这个必要。我们可采用黑箱的研究方法，只考虑其与外界环境的物质交换。因此，微生物反应过程可以用微生物反应式表示：碳源+氮源+O2菌体+CO2+H2O+产物与普通化学反应及酶促反应不同的是，在微生物反应式中，出现了菌体项。菌体可以用实验化学式来表示。我们来看微生物细胞的化学成分（见教材P49表3－2）。在微生物细胞中，C、H、O、N四种元素含量占菌体干重的90%左右，因此可用实验化学式表示：CαHβNγOδ，通常令a＝1。例1：细菌的化学元素测定结果是：碳元素含量(干重)53%，氢元素7.3%，

6、氮元素12.0%，氧元素19.%，确定其化学式。解：α=1细菌的化学式：CH1.65N0.2O0.27表4-1微生物的元素组成[1]微生物限制性基质稀释率D（h-1）成分（重量百分数）实验化学式CHNOP灰分（只计C、H、O、N）Bacteria53.07.312.019.0CH1.66N0.2O0.27Bacteria474.913.731.3CH2N0.25O0.5Aerobacteraerogenes48.77.313.921.1CH1.78N0.24O0.33Klebsiellaaerogenes甘

7、油0.150.67.313.029.0CH1.74N0.22O0.43K.aerogenes甘油0.8550.17.314.028.7CH1.73N0.24O0.43Yeast476.57.531.0CH1.66N0.13O0.49Yeast50.37.48.833.5CH1.75N0.15O0.5Yeast44.76.28.531.21.080.6CH1.64N0.16O0.52Candidautilis葡萄糖0.0850.07.611.131.3CH1.82N0.19O0.47C.utilis葡萄糖0.

8、4546.97.210.935.0CH1.84N0.2O0.56C.utilis酒精0.0650.37.711.030.8CH1.82N0.19O0.46C.utilis酒精0.4347.27.311.034.6CH1.84N0.2O0.56微生物反应式中各项系数的确定，部分通过实验测定，部分根据元素平衡计算确定。例2：乙醇为基质，好氧培养酵母，反应式为呼吸商。求系数a、b、c、d、e。解：已知(1)根据元素平衡