微生物的应用.pptx

第十一章第十一章 微生物的应用微生物的应用一、微生物在农业中的应用一、微生物在农业中的应用微生物与土壤的生物活性：微生物与土壤的生物活性：土壤是一个永远变化着的、具有生物活土壤是一个永远变化着的、具有生物活性的无机、有机、生物复合体系。性的无机、有机、生物复合体系。土壤酶催化着土壤中的物质转化。土壤土壤酶催化着土壤中的物质转化。土壤酶主要来源于生活在土壤中的微生物、植酶主要来源于生活在土壤中的微生物、植物根系及其他生物。土壤酶比纯酶制剂及物根系及其他生物。土壤酶比纯酶制剂及酶溶液稳定，但较难提取。如其过氧化物酶溶液稳定，但较难提取。如其过氧化物酶可耐酶可耐180180干热干热3 3小时处理。小时处理。微生物的生命活动影响着土壤肥力。微生物的生命活动影响着土壤肥力。1 1、微生物肥料：、微生物肥料：根瘤菌剂、泾阳链霉菌根瘤菌剂、泾阳链霉菌菌肥、固氮菌剂、磷细菌菌肥、固氮菌剂、磷细菌制剂、钾细菌制剂及复合制剂、钾细菌制剂及复合型制剂等。型制剂等。2、生物农药：、生物农药：苏云金杆菌、真菌和苏云金杆菌、真菌和病毒杀虫剂等。病毒杀虫剂等。苏云金杆菌苏云金杆菌 产生具有杀虫活性的物质有：产生具有杀虫活性的物质有：伴孢晶体、芽孢、热不稳定外伴孢晶体、芽孢、热不稳定外毒素、苏云金素、热稳定性外毒素、苏云金素、热稳定性外毒素。毒素。采用固态发酵工艺生产苏云采用固态发酵工艺生产苏云金杆菌。金杆菌。二、微生物在食品中的应用二、微生物在食品中的应用1 1、传统的发酵食品、传统的发酵食品：酱油、：酱油、食醋、腐乳、传统法白酒和黄食醋、腐乳、传统法白酒和黄酒等。其中酱油、食醋等已采酒等。其中酱油、食醋等已采用纯种发酵；传统法白酒和黄用纯种发酵；传统法白酒和黄酒等采用混合菌种发酵。酒等采用混合菌种发酵。2 2、现代的发酵食品：、现代的发酵食品：面包、面包、饮料酒、发酵乳制品。饮料酒、发酵乳制品。三、微生物在发酵工业中的应用三、微生物在发酵工业中的应用发酵工业的产品类型：发酵工业的产品类型：微生物细胞、酶制剂微生物细胞、酶制剂和微生物代谢产物。和微生物代谢产物。发酵工业的应用范围：发酵工业的应用范围：来源于微生物的医药产品来源于微生物的医药产品 利用微生物工程技术的农业利用微生物工程技术的农业 精细化工产品和食品添加剂精细化工产品和食品添加剂 日用化学品和能源产品日用化学品和能源产品发酵工业产品的类型：发酵工业产品的类型：酒精和酒类：酒精和酒类：酒精、啤酒等。酒精、啤酒等。有机溶剂：有机溶剂：甘油、丙酮丁醇和丁甘油、丙酮丁醇和丁二醇等。二醇等。有机酸：有机酸：柠檬酸、乳酸、葡萄糖柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸、苹果酸、酒石酸、衣康酸和富酸、苹果酸、酒石酸、衣康酸和富马酸等。马酸等。氨基酸类：氨基酸类：谷氨酸、赖氨酸、蛋氨谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、酸、缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬氨酸等苯丙氨酸、色氨酸、天冬氨酸等1515种。种。核苷酸类：核苷酸类：肌苷、肌苷酸、鸟苷、肌苷、肌苷酸、鸟苷、鸟苷酸等。鸟苷酸等。酶制剂：酶制剂：淀粉酶、糖化酶、淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等。蛋白酶等。单细胞蛋白：单细胞蛋白：酵母蛋白、细酵母蛋白、细菌蛋白和霉菌蛋白等。菌蛋白和霉菌蛋白等。1、有机溶剂的生产、有机溶剂的生产丙酮酸丙酮酸乙酰乙酰CoA乙酰乙酰乙酰乙酰CoA-羟基丁酰羟基丁酰CoA丁酰丁酰CoA丁醛丁醛丁醇丁醇丁酰磷酸丁酰磷酸丁酸丁酸乙酰乙酸乙酰乙酸丙酮丙酮乙醛乙醛乙醇乙醇乙酰磷酸乙酰磷酸乙酸乙酸从丙酮酸到酸和溶剂的代谢途径从丙酮酸到酸和溶剂的代谢途径2、柠檬酸发酵、柠檬酸发酵（1）、柠檬酸的生物合成途径）、柠檬酸的生物合成途径葡萄糖葡萄糖EMP丙酮酸丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸羧磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶或丙酮酸羧化酶化酶或丙酮酸羧化酶丙酮酸脱氢酶复合体丙酮酸脱氢酶复合体柠檬酸合成酶柠檬酸合成酶柠檬酸柠檬酸TCA循环循环草酰乙酸草酰乙酸乙酰乙酰CoA（2）、柠檬酸的发酵机制柠檬酸的发酵机制柠檬酸柠檬酸草酰乙酸草酰乙酸顺乌头酸顺乌头酸异柠檬酸异柠檬酸草酰琥珀酸草酰琥珀酸-酮戊二酸酮戊二酸琥珀酰琥珀酰CoA乙酰乙酰CoA琥珀酸琥珀酸反丁烯二酸反丁烯二酸苹果酸苹果酸柠檬酸产生菌的标记柠檬酸产生菌的标记葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸3、乳酸发酵、乳酸发酵（1）、乳酸细菌的糖代谢途径）、乳酸细菌的糖代谢途径A、糖酵解途径、糖酵解途径同型发酵同型发酵B、磷酸转酮酶途径、磷酸转酮酶途径异型发酵异型发酵葡萄糖葡萄糖6-磷酸葡萄糖磷酸葡萄糖6-磷酸葡糖酸磷酸葡糖酸1，6-二磷酸果糖二磷酸果糖3-磷酸丙糖磷酸丙糖（醛缩酶）（醛缩酶）丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸3-磷酸丙糖磷酸丙糖 +乙酰磷酸乙酰磷酸乙酸乙酸乙醇乙醇戊糖戊糖5-磷酸木酮糖磷酸木酮糖（磷酸转酮醇酶）（磷酸转酮醇酶）（2）、乳酸细菌的混合酸发酵途径乳酸细菌的混合酸发酵途径同型发酵同型发酵丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸甲酸甲酸乙酸乙酸乙醇乙醇乙酰乙酰CoA乳酸脱氢酶乳酸脱氢酶丙酮酸甲酸裂合酶（在有氧条件下失活）丙酮酸甲酸裂合酶（在有氧条件下失活）丙酮酸脱氢酶（在有氧条件下失活）丙酮酸脱氢酶（在有氧条件下失活）CO2+NADH（3）、米根霉产乳酸的途径）、米根霉产乳酸的途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸草酰乙酸草酰乙酸乙醇乙醇琥珀酸琥珀酸富马酸富马酸活性活性CO2化合物化合物苹果酸苹果酸细菌和真菌（米根霉为代表）发酵生产乳酸的比较细菌和真菌（米根霉为代表）发酵生产乳酸的比较项目项目细菌细菌米根霉米根霉乳酸发酵乳酸发酵类型类型同型或异型乳酸发酵同型或异型乳酸发酵异型乳酸发酵异型乳酸发酵乳酸对映乳酸对映体构型体构型L-（+）-型、型、D-（-）-型或外型或外消旋消旋DL-型型L-（+）-型型对原料的对原料的要求要求不产糖化酶，淀粉质原料需经不产糖化酶，淀粉质原料需经酸、酶法预处理酸、酶法预处理淀粉质原料不需预处理淀粉质原料不需预处理营养要求营养要求复杂复杂简单简单对氧的需对氧的需求求厌氧或微需氧厌氧或微需氧生长和发酵需氧生长和发酵需氧对糖利用对糖利用转化率转化率理论值理论值100%，实际值，实际值90%理论值理论值75%产酸速率产酸速率产酸速度快、转化率高产酸速度快、转化率高产酸速率较慢，周期较长产酸速率较慢，周期较长产物分离产物分离提取提取菌体小，不易过滤。带消旋酶菌体小，不易过滤。带消旋酶的杂菌易使乳酸消旋的杂菌易使乳酸消旋菌体大，易分离。少有消旋酶的菌体大，易分离。少有消旋酶的作用，但混有杂酸或作用，但混有杂酸或D-乳酸乳酸（4 4）、乳酸菌种选择的标准）、乳酸菌种选择的标准经济、高效经济、高效选择同型发酵菌种选择同型发酵菌种具有在较高浓度乳酸环具有在较高浓度乳酸环境中生存的能力境中生存的能力菌种的耐热性要好菌种的耐热性要好菌种的营养要求要简单菌种的营养要求要简单4、琥珀酸发酵、琥珀酸发酵葡萄糖葡萄糖3-磷酸甘油醛磷酸甘油醛磷酸烯醇式丙酮酸磷酸烯醇式丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸苹果酸苹果酸延胡索酸延胡索酸琥珀酸琥珀酸丙酮酸丙酮酸乳酸乳酸乙酰乙酰CoA乙酸乙酸乙醇乙醇乙醛乙醛乙酰磷酸乙酰磷酸甲酸甲酸产琥珀酸厌氧螺菌与产琥珀酸放线杆菌葡萄糖发酵的途径产琥珀酸厌氧螺菌与产琥珀酸放线杆菌葡萄糖发酵的途径高高CO2低低CO2PEP羧化激酶羧化激酶产琥珀酸厌氧螺菌的产琥珀酸厌氧螺菌的主要产物主要产物产琥珀酸放线杆菌产琥珀酸放线杆菌的主要产物的主要产物5 5、衣康酸发酵、衣康酸发酵 又名亚甲基丁二酸、亚甲又名亚甲基丁二酸、亚甲基琥珀酸。是一种白色无嗅晶基琥珀酸。是一种白色无嗅晶体。溶于水、乙醇和丙酮，微体。溶于水、乙醇和丙酮，微溶于其他有机溶剂。其结构式溶于其他有机溶剂。其结构式为：为：CH2=C-CH2COOHCOOH（1）、衣康酸的生物合成途径）、衣康酸的生物合成途径葡萄糖葡萄糖丙酮酸丙酮酸草酰乙酸草酰乙酸柠檬酸柠檬酸顺乌头酸顺乌头酸衣康酸衣康酸乙酸乙酸丙酮酸丙酮酸（2 2）、衣康酸的用途）、衣康酸的用途 衣康酸是化学合成工衣康酸是化学合成工业中的一种重要中间体。业中的一种重要中间体。可以进行自身聚合、也可可以进行自身聚合、也可和不同数目的其他单体如和不同数目的其他单体如丙烯腈、苯乙烯、氯乙烯、丙烯腈、苯乙烯、氯乙烯、丁二烯等聚合。丁二烯等聚合。6 6、天冬氨酸族氨基酸的、天冬氨酸族氨基酸的发酵生产发酵生产L-天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酰磷酸天冬氨酰磷酸天冬氨酸半醛天冬氨酸半醛L-高丝氨酸高丝氨酸L-苏氨酸苏氨酸L-异亮氨酸异亮氨酸L-蛋氨酸蛋氨酸L-赖氨酸赖氨酸二氢吡啶二氢吡啶-2，6-二羧酸二羧酸O-琥珀酰琥珀酰-高丝氨酸高丝氨酸天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径（1）、天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径及）、天冬氨酸族氨基酸的生物合成途径及代谢调节机制代谢调节机制PEPPCAspAKASAHDPSHomLysMetThrTDIlePEPPEPPCPCAspAspAKAKASAASAPSPSHDHDLysLysHomHomMetMetThrThrTDTDIleIle（2）、天冬氨酸族氨基酸高产菌选育的图式说明）、天冬氨酸族氨基酸高产菌选育的图式说明野生型野生型Lys高产菌高产菌Hom高产菌高产菌优先合成优先合成解除控制后解除控制后的代谢流的代谢流切断或减弱切断或减弱支路代谢支路代谢反馈控制反馈控制PEPPEPPCPCAspAspAKAKASAASAPSPSHDHDLysLysHomHomMetMetThrThrTDTDIleIleThr高产菌高产菌Ile高产菌高产菌优先合成优先合成解除控制后解除控制后的代谢流的代谢流切断或减弱切断或减弱支路代谢支路代谢反馈控制反馈控制7 7、芳香族氨基酸的发酵生、芳香族氨基酸的发酵生产产（1）芳香族氨基酸的生物合成途径）芳香族氨基酸的生物合成途径及代谢调节机制及代谢调节机制芳香族氨基酸的生物合成途径芳香族氨基酸的生物合成途径PEP +4-磷酸赤藓糖磷酸赤藓糖DAHPDAHP合成酶合成酶莽草酸莽草酸分支酸分支酸分支酸变位酶分支酸变位酶预苯酸预苯酸PPA脱氢酶脱氢酶PPA脱水酶脱水酶苯丙酮酸苯丙酮酸对羟基苯丙酮酸对羟基苯丙酮酸苯丙氨酸苯丙氨酸酪氨酸酪氨酸维生素维生素KCoQ氨茴酸氨茴酸氨茴酸合成酶氨茴酸合成酶色氨酸色氨酸优先合成优先合成PEP+EPDSASCMPDPTASDSTSTSCMPEP+EPDAHPDAHPCACAPPAPPATyrTyrPhePheTrpTrp氨茴酸氨茴酸氨茴酸氨茴酸野生型菌株野生型菌株色氨酸产生菌色氨酸产生菌反馈调节反馈调节切断或减弱支路代谢切断或减弱支路代谢解除反馈调节的代谢流解除反馈调节的代谢流优先合成优先合成（2）、芳香族氨基酸高产菌选育的图式说明）、芳香族氨基酸高产菌选育的图式说明DSDSASASTSTSCMPEP+EPPEP+EPDAHPDAHPCACAPPAPPATyrTyrPhePheTrpTrp氨茴酸氨茴酸氨茴酸氨茴酸苯丙氨酸产生菌苯丙氨酸产生菌酪氨酸产生菌酪氨酸产生菌解除反馈调节的代谢流解除反馈调节的代谢流切断或减弱支路代谢切断或减弱支路代谢DSDSASASTSTSCMPEP+EPPEP+EPDAHPDAHPCACAPPAPPATyrTyrPhePheTrpTrp氨茴酸氨茴酸氨茴酸氨茴酸苯丙氨酸产生菌苯丙氨酸产生菌酪氨酸产生菌酪氨酸产生菌解除反馈调节的代谢流解除反馈调节的代谢流切断或减弱支路代谢切断或减弱支路代谢8、肌苷及肌苷酸的生产、肌苷及肌苷酸的生产糖糖糖糖发酵发酵肌苷肌苷肌苷酸肌苷酸腺苷酸腺苷酸磷酸化磷酸化脱氢脱氢菌体菌体自溶自溶酶解酶解核糖核酸核糖核酸提取提取菌体菌体糖糖发酵发酵发酵发酵黄苷酸黄苷酸鸟苷酸鸟苷酸核糖核酸核糖核酸9、鸟苷酸的生产、鸟苷酸的生产糖糖菌体菌体菌体菌体提取提取酶解酶解自溶自溶糖糖氨基化氨基化磷酸化磷酸化鸟苷或氨基甲酰鸟苷或氨基甲酰胺咪唑核糖苷胺咪唑核糖苷四、微生物在现代生物制药四、微生物在现代生物制药中的应用中的应用天然抗生素：天然抗生素：青霉素、头孢菌青霉素、头孢菌素、多粘菌素和杆菌肽等。素、多粘菌素和杆菌肽等。氨基酸类和核酸类药物：氨基酸类和核酸类药物：必需必需氨基酸和肌苷等。氨基酸和肌苷等。维生素和辅酶类药物：维生素和辅酶类药物：维生素维生素A A、维生素、维生素B B、生物素和辅酶、生物素和辅酶QQ等。等。药用酶及甾体类药物药用酶及甾体类药物生物制品：生物制品：疫苗、菌苗和类毒疫苗、菌苗和类毒素等。素等。青霉素青霉素G和头孢菌素和头孢菌素C生物合成的可能途径生物合成的可能途径L-氨基己二酸氨基己二酸+L-半胱氨酸半胱氨酸+L-缬氨酸缬氨酸（L-氨基己二酸）氨基己二酸）-L-半胱氨酸半胱氨酸-D-缬氨酸缬氨酸异青霉素异青霉素N青霉素青霉素N青霉素青霉素G6-APA青霉素酰化酶青霉素酰化酶酰基转移酶酰基转移酶（产黄青霉菌）（产黄青霉菌）脱乙酰氧头孢菌素脱乙酰氧头孢菌素C脱乙酰头孢菌素脱乙酰头孢菌素C头孢菌素头孢菌素C链霉素的生物合成示意图链霉素的生物合成示意图D-葡萄糖葡萄糖D-葡萄糖核苷或磷酸化衍生物葡萄糖核苷或磷酸化衍生物链霉糖衍生物链霉糖衍生物N-甲基甲基-L-葡萄葡萄糖胺衍生物糖胺衍生物肌醇肌醇链霉素磷酸酯链霉素磷酸酯甘露糖链霉素甘露糖链霉素链霉素链霉素链霉胍磷酸酯链霉胍磷酸酯谷氨酰胺谷氨酰胺谷氨酸谷氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸精氨酸精氨酸丙氨酸丙氨酸差向异构化、差向异构化、二次胺化、二次胺化、二次脒基化二次脒基化重排重排还原还原