第二篇 生物反应动力学 2 细胞反应.ppt

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，1928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 。 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。 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：Staphylococcus aureus，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，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。 2.1.2 微生物的化学组成 微生物菌体的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 霉菌的生长特性是菌丝伸长和分枝。从菌丝体（顶端生长）的顶端细胞间形成隔膜进行生长，一旦形成一个细胞，它就保持其完整性。霉菌的倍增时间可短至60～90 min，但典型的霉菌倍增时间为4～8 h。 病毒能在活细胞内繁殖，但不能在一般培养基中繁殖。病毒是通过复制方式进行繁殖，即感染细胞后“接管”寄主细胞的生物合成机构，按病毒的遗传特性，合成病毒的核酸和蛋白质，并且以指数方式进行复制，幂大于2。 分为碳源、氮源、无机元素、微量营养素或生长因素等。 可构成微生物细胞和代谢产物中碳架来源的营养物质。碳源的主要作用是构成细胞物质和供给微生物生长发育所需的能量。大多微生物以有机含碳化合物作为碳源和能源，例如糖类、淀粉、油脂等。光能自养微生物是利用光为能源，二氧化碳为主要碳源。 氮源主要是提供合成原生质和细胞其它结构的原料，一般不提供能量。在微生物工业中，硫氨、尿素、豆饼和玉米浆等是较为常用的氮源。 无机元素的主要功能是：构成细胞的组成成分；作为酶的组成成分；维持酶的作用；调节细胞渗透压、氢离子浓度和氧化还原电位等。需要量较大的无机元素是磷、硫、镁、铁、钾、钙等，还需要几种微量的金属元素，如锰，钴，铜，锌等。 微生物维持正常生活所不可缺少的，但其需要量又不大。