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时间:2021-04-24
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1、工业发酵的细胞机器[精品ppt课件]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2021/10/12张星元:发酵学原理走进现代发酵工厂,最引人注意的是,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?2021/10/13张星元:发酵学原理生物机器是从机器衍生的新
2、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。2021/10/17张星元:发酵学原理1.1.2发酵工厂里关键的生产机器2021/10/18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:2021/10/19张星元:发酵学原理现代发酵工
3、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。2021/10/110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。2021/10/111张星元:发酵学原理微生物细胞机器按其自身固有的规
4、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。2021/10/112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2021/10/113张星元:发酵学原理微生物细胞能自主生活(free-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
5、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。2021/10/114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。2021/10/115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(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
6、机构。2021/10/116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。2021/10/117张星元:发酵学原理1.2.1活细胞的基本性能2021/10/118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。2021/10/119张星元:发酵学原理②代谢和代谢能支撑:细胞生物的生命活性来自于组成
7、其自身的活细胞。活细胞的生命活动,包括能源化合物被降解以前的激活和生物合成,以及细胞自身高度有序状态的维持,均需要代谢能的支撑。细胞中的所有的生化反应,包括降解代谢和合成代谢是一个整体,叫做代谢体系。细胞的代谢体系能将其他形式的能量转变成代谢能,而代谢能反过来又支撑细胞代谢体系,即支持细胞的生命活动。2021/10/120张星元:发酵学原理③进化:进化是指经自然选择而获得的遗传性变异。与无生命的化学结构不同,单细胞或多细胞有机体会进化。遗传性能的改变能以正的或负的方式影响微生物细胞的适应性,进化的结果是对最适
8、合于在该特定环境中生活的那些微生物做出选择(适者生存)。2021/10/121张星元:发酵学原理④分化:在生物体的生命循环过程的特定阶段,某些细胞类型在形式或功能方面的发生改变的现象,通称分化。细胞分化时,某些分化前不能形成的物质或结构得以形成,而某些分化前可以形成的物质或结构不能再形成。微生物细胞分化时往往生成次生代谢产物。2021/10/122张星元:发酵学原理⑤化学通讯:细胞间一般可通过化学信
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