微生物工程复习样本.doc

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名词解释
1. 巴斯德效应: 有氧条件下, 发酵作用受抑制的现象( 或氧对发酵的抑制现象) 。
2. 酵母Ⅰ型发酵: 酵母菌将葡萄糖经EMP途径降解生成2分子终端产物丙酮酸, 后丙酮酸脱羧生成乙醛, 乙醛作为氢受体使NADH氧化生成NAD+, 同时乙醛被还原生成乙醇(乙醇脱氢酶活性强, 乙醛为氢受体, 生成乙醇)。
3. 酵母Ⅱ型发酵: 当环境中存在亚硫酸氢钠时, 亚硫酸氢钠可与乙醛反应, 生成难溶的磺化羟基乙醛, 该化合物失去了作为受氢体使NADH脱氢氧化的性能, 而不能形成乙醇, 转而使磷酸二羟丙酮替代乙醛作为受氢体, 生成a -磷酸甘油, a -磷酸甘油进一步水解脱磷酸生成甘油。( 磷酸二羟丙酮为氢受体, 生成甘油 ) 。
4. 酵母Ⅲ型发酵: 葡萄糖经EMP途径生成丙酮酸, 后脱羧生成乙醛, 如处于弱碱性环境条件下( pH 7.6) , 乙醛因得不到足够的氢而积累, 2个乙醛分子间发生歧化反应, 1分子乙醛作为氧化剂被还原成乙醇, 另1个则作为还原剂被氧化为乙酸。而磷酸二羟丙酮作为NADH的氢受体, 使NAD+再生, 产物为乙醇、 乙酸和甘油( 碱性条件, 歧化反应, 生成甘油、 乙醇、 乙酸和CO2) 。
5. 分批培养: 在一个密闭系统内一次性加入有限数量的营养物质进行培养的方法。
6. 补料分批培养: 补料分批培养又称半连续培养或半连续发酵, 是指在分批培养过程中, 间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。
7. 连续培养: 又称连续发酵, 是在开放系统中进行的, 指以一定的速率向发酵罐内添加新鲜培养基, 同时以相同的速度流出培养液, 从而使发酵罐内的液量维持恒定, 使培养物再近似恒定的状态下生长的培养方法。
8. 标准呼吸链: 一种氧化时能产生ATP积累, 会抑制PFK的呼气链。
9. 侧呼吸链: 对水杨酰异羟肟酸( SHAM) 敏感, 不产生ATP, 不抑制PFK; 缺氧导致侧呼吸链不可逆失活, 柠檬酸产率急剧下降。
10. 协同反馈抑制: 在分支代谢途径中, 几种末端产物同时都过量, 才对途径中的第一个酶具有抑制作用。若某一末端产物单独过量则对途径中的第一个酶无抑制作用。
11. 代谢互锁: 是指从生物合成途径分析,一种氨基酸的合成受到另一种完全无关的氨基酸的控制,而且只有当该氨基酸浓度大大高于生理浓度时才能显示抑制作用。
12. 优先合成途径: 在菌体内某种氨基酸合成分支途径中, 由于各种酶的活性不同, 导致合成途径优先向酶活性较高的方向进行的代谢途径。
13. 营养缺陷型: 因丧失合成某些生活必须物质的能力, 不能在基本培养基上生长的, 突变型菌株。营养缺陷型auxotroph 指微生物等不能在无机盐类和碳源组成的合成培养基中增殖, 必须补充一种或一种以上的营养物质才能生长。
14. 代谢渗漏型: 一类在菌体内合成分支途径中, 由于关键酶活性的下降, 而切弱了优先合成途径, 并使代谢优先向另外的合成方向发生转换的突变型。
15. 抗结构类似物突变型:
16. 合作终产物抑制: 同时添加多种属于同类型的嘌呤核苷酸, 其抑制作用不超过同类核苷酸单独抑制的总和; 但同时添加不同类型的核苷酸, 其抑制作用则以几何倍数提高。
17. 临界氧浓度: 微生物的好氧速率受发酵液中氧的浓度的影响, 各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求, 这一溶氧浓度叫做～。
18. 氧饱和度＝发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度; 因此对于微生物生长, 只要控制发酵过程中氧饱和度>1。
19. 供氧阻力: 空气中的氧气从空气泡里经过气膜、 气液界面和液膜扩散到液体主流中。
氧膜阻力1/k1。气液界面阻力1/k2。液膜阻力1/k3。液流阻力1/k4。
20. 耗氧阻力: 指氧分子自液体主流经过液膜、 菌丝丛、 细胞膜扩散到细胞内。
细胞周围液膜阻力 1/k5。菌丝丛或团内的扩散阻力1/k6。细胞膜的阻力1/k7。细胞内反应阻力1/k8。

填空
选择判断
a) 由葡萄糖( C6H12O6) 生成柠檬酸( C6H8O7) 的途径中, 柠檬酸发酵对糖的理论转化率为: C
A．50 % B。100% C。106.7% D。都不对
( 理论转化率: 酒精＝100％, 乳酸<100％, 柠檬酸>100％)

b) 哪些属于糖嫌气性发酵产物积累机制
酒精; 甘油; 乳酸

c) 柠檬酸合成中黑曲霉对Mn2＋要求是: 缺乏时柠檬酸多
A、 过量 B、 适量 C、 亚适量 D、 无关

d) 核苷酸合成中, 嘌呤核苷酸的前体物是: B
A、 XMP B、 IMP C、 AMP D、 GMP

e) 用营养缺陷型菌株生产赖氨酸, 培养基中苏氨酸Thr含量过高会导致: A
A、 天冬氨酸激酶( AK) 被协同反馈抑制
B、 高丝氨酸脱氢酶受反馈抑制
C、 赖氨酸合成的相关酶系受抑制
D、 苏氨酸合成的相关酶系被抑制

当黑曲霉在缺Mn2+的产柠檬酸培养基中, 菌体的组成代谢( 戊糖磷酸途径、 生成葡萄糖途径) 酶和三羧酸循环的脱氢酶的活力显著降低。
缺Mn2＋时HMP和TCA循环酶水平低, 生长期菌丝体的蛋白质、 核算和脂肪含量明显减少, 氨基酸和NH4+水平升高, 丙酮酸和草酰乙酸水平升高。
Mn2＋的效应时经过NH4+水平升高而减少柠檬酸对PFK的抑制, NH4+水平升高是因为Mn2＋缺乏使蛋白质和核算合成受阻。
正常生理浓度范围的柠檬酸和ATP对调节酶( PFK) 有抑制作用。

综合题
1. 简述黄色短杆菌赖氨酸生物合成的调节机制。
赖氨酸生物合成的调节机制:
( 1) 只有一种天冬氨酸激酶( AK) , 而不是三种同功酶。
( 2) 协同反馈抑制
① AK是变构酶, 具有两个变构部位, 能够与终产物结合, 受终产物影响;
② 当只有一种终产物( 赖氨酸或苏氨酸) 与酶变构部位结合时, 酶活性不受影响;
③ 当有两种终产物( 赖氨酸和苏氨酸) 同时过量存在, 即两种终产物同时与酶两个变构部位结合时, 酶的活性受到抑制,
( 3) 分支点处的代谢调节
①第一个分支点:
由于高丝氨酸脱氢酶活性比DDP合成酶约高15倍, 因此代谢优先向合成高丝氨酸方向进行。分支途径第一个酶( DDP合成酶) 和第二个酶( DDP还原酶) 均不受赖氨酸反馈抑制和阻遏。
②第二个分支点:
琥珀酸高丝氨酸合成酶活性＞高丝氨酸激酶活性, 优先合成蛋氨酸;
当蛋氨酸过剩时, 阻遏琥珀酸高丝氨酸合成酶的合成, 代谢流转向合成苏氨酸方向进行;
当异亮氨酸过剩时, 反馈抑制苏氨酸脱氨酶, 就积累苏氨酸。
由于苏氨酸过剩, 反馈抑制高丝氨酸脱氢酶, 使代谢流转向合成赖氨酸。
赖氨酸和苏氨酸同时过剩, 协同反馈抑制天冬氨酸激酶, 使整个途径停止进行。

2. 嘌呤核苷酸的全合成途径

3. 分解代谢产物的调节控制
( 1) 葡萄糖效应:
在有葡萄糖和第二种碳原的培养基中, 葡萄糖首先被利用, 抑制抗生素的生物合成, 只有当葡萄糖耗尽时, 利用第二种碳源的酶开始形成, 并同时解除对抗生素生物合成的抑制。
( 2) 分解代谢产物调节的机制:
①青霉素合成中:
葡萄糖分解产物阻遏三肽酶的合成, 其效应物可能是一种葡萄糖磷酸化衍生物;
头孢菌素生物合成受葡萄糖明显阻遏, 使青霉素N不能转化为头孢素C;
葡萄糖也阻遏青霉素环化酶, 使它不能把ACV三肽转化成青霉素C。
②在放线菌素合成中:
a) 0.1%葡萄糖＋1%半孔糖→30h葡萄糖用尽;
b) 20h内不合成氧化吩嗪酮合成酶, 但20-36h该酶活力增加6倍, 40h后为12倍;
c) 24h后检出放线菌素的合成;
d) 在半孔糖培养基中加入不同浓度葡萄糖, 明显抑制酶合成。
( 3) 解除分解产物阻遏的方法:
①选育对葡萄糖类似物抗性突变型, 来解除容易利用的碳分解调节
②在培养过程中, 避开分解产物阻遏, 如使用利用缓慢的碳源, 或连续流加葡萄糖, 保持低浓度; 使用缓释剂;

4. 溶氧限制的解除方法
1.了解菌体生长阶段和代谢产物形成阶段菌的临界氧浓度和达到最高发酵产物的临界氧浓度, 即菌的生长和发酵产物形成过程中的最高需氧量;
2.调节通风和搅拌, 分别地合理地供氧; 不必达到氧饱和, 只要维持氧浓度在临界氧浓度以上即可。

溶解氧浓度对菌体生长和产物形成的影响

比耗氧速度或呼吸强度( QO2)
临界氧浓度( Ccr)
氧饱和度＝发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度; 因此对于微生物生长, 只要控制发酵过程中氧饱和度>1。

5. Kla的测定常见的方法
1、 亚硫酸盐法( 冷膜)
原理: 亚硫酸根在铜或镁离子作为触媒时, 被迅速氧化而消耗溶液中的氧, 使溶液中的氧浓度为零; 再用碘量法测定未经氧化的亚硫酸钠, 从而根据亚硫酸钠的消耗量求得氧的溶解量。
优点: 氧溶解速度与亚硫酸盐浓度无关; 反应速度快; 不需特殊仪器;
缺点: 准确性不如极谱法; 不能在真实发酵条件下进行测定; 只适合于表示4~80L发酵设备的通气效率的优劣。

2、 取样极谱法
原理: 当电解电压为0.6~1.0V时, 极谱仪扩散电流的大小与液体中溶解氧的浓度成正比。
优点: 可直接测定发酵条件下的溶解氧;
缺点: 不能完全真实反映发酵罐中的实际情况。

3、 复膜电极法——动态法
原理:
--氧透过性薄膜将电极系统与被测定溶液分隔开;
--测定的是氧从液相主体到阴极的扩散速率, 即氧从被测介质主体经过电极膜外侧的滞留液膜、 电极膜和电解质到达阴极表面;
--氧从液相主体到阴极的推动力为氧分压差。
特点:
--此法避免了外界溶液性质及通风搅拌所引起的湍动对测定产生的影响。
--应用此法时应维持氧的总传递系数K值不变, 即影响液膜厚度的搅拌速度和影响液膜传递系数的温度都不变。

Monod方程
Monod方程的表示式为 , 它描述的是微生物生长和 限制性营养浓度 之间的关系。

pH对发酵的影响

简述pH值是怎样影响微生物生长繁殖和代谢产物形成的。
① 影响微生物细胞原生质膜的电荷
② 直接影响酶的活性
③ 影响培养基中某些营养物质和中间代谢产物的解离
pH发酵的影响
pH影响酶的活性
pH值影响微生物细胞膜所带电荷的改变
pH值影响培养基某些成分和中间代谢物的解离
pH影响代谢方向

如果你是某发酵工厂的技术人员, 如何控制不同发酵时期的染菌?
( 1) 种子培养期染菌
由于接种量较小, 生产菌生长一开始不占优势, 而且培养液中几乎没有抗生素( 产物) 或只有很少抗生素( 产物) 。因而它防御杂菌能力低, 容易污染杂菌。如在此阶段染菌, 应将培养液全部废弃。
( 2) 发酵前期染菌
染菌措施: 能够用降低培养温度, 调整补料量, 用酸碱调pH值, 缩短培养周期等措施予以补救。如果前期染菌, 且培养基养料消耗不多, 能够重新灭菌, 补加一些营养, 重新接种再用。
( 3) 发酵中期染菌
措施: 降温培养, 减少补料, 密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平能够提前放罐, 或者抗生素生产中能够将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐, 抑制杂菌。
( 4) 发酵后期染菌
发酵后期发酵液内已积累大量的产物, 特别是抗生素, 对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。因此如果染菌不多, 对生产影响不大。如果染菌严重, 又破坏性较大, 能够提前放罐。