05-2微生物的营养代谢和生长.doc

第二节 微生物的营养、代谢和生长 教学目的与要求： (1)使学生学会应用微生物所需的碳源、氮源、生长因子等营养物质的概念、功能及主要来源的知识；培养基配制的原则及培养基种类的知识；微生物代谢调节方式、实例以及生产实践中微生物代谢的人工控制的知识；(2)使学生理解微生物细胞内产生的代谢产物的种类和功能，发酵概念及种类，微生物群体生长的规律及其生产实践中应用和微生物生长的影响因素；(3)识记测定微生物群体生长的方法。(1)微生物所需的碳源、氮源和生长因子的来源、功能；(2)培养基的种类及配制原则；(3)微生物代谢的调节；(4)微生物群体生长规律及影响微生物生长的环境因素。化学本质：有机物：(主要)氨基酸、维生素、碱基 产物名称 产生时间 作 用 分 布 种的特异性 举 例 初级代谢产物 生长过程 生长繁殖所必需 细胞内 无 氨基酸、核苷酸、多糖、脂类、微生物 次级代谢产物 生长后期 对自身无明显生理作用 细胞内或外 有 抗生素、毒素、激素、色素 (四)微生物代谢的调节： [复习“人和高等动物，植物生命活动调节的基本形式”，运用结构与功能相适应的生物学观点，引出微生物代谢的调节方式。] 微生物在生长的进化过程中，形成了一套完善的代谢调节系统，以保证各种代谢快速而高效地进行(1)酶的种类： 组成酶：是微生物细胞内一直存在的酶，它们的合成只受遗传物质的控制； 诱导酶：是在环境中存在某种物质的情况才合成的酶。 (2)举例：在用葡萄糖和乳糖做碳源的培养基上培养大肠杆菌，开始时，大肠杆菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有当葡萄糖被消耗完毕以后，大肠杆菌才开始利用乳糖。 这个实验表明，大肠杆菌分解葡萄糖的酶是组成酶，而分解乳糖的酶不是组成酶，而是在乳糖诱导下合成的诱导酶。 (3)意义：避免了细胞内物质和能量的浪费，保证了代谢的需要，增强了微生物对环境的适应能力。 2.酶活性的调节：微生物还能通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。 (1)调节对象：酶的活性。 (2)酶活性改变的原因：是代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构产生变化。但这种变化是可逆的，当代谢产物与酶脱离时，酶结构便会复原，又恢复原有的活性。 (3)调节者：该酶催化反应的直接产物或间接产物。 (4)调节方式： ①酶的催化产物改变酶的活性； ②产物积累时，酶的活性下降； ③产物消耗而使浓度下降时，酶活性恢复； ④当两种产物共同调节酶活性时，两种产物须同时积累过度才能使酶的活性下降。 (5)举例：(见教材P83)谷氨酸棒状杆菌能够利用葡萄糖，经过复杂的代谢过程形成谷氨酸；但当终产物——谷氨酸的合成量过量时，就会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而导致合成途径中断。 当谷氨酸因消耗而浓度下降时，抑制作用就会被解除，该合成反应又重新启动。 所以，酶活性的调节是一种快速、精细的调节方式。这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢普遍。 上述两种调节方式是同时存在，并且密切配合、协调起作用的。通过对代谢的调节，微生物细胞内一般不会积累大量的代谢产物。但在工业生产中，人们总是希望微生物能够大规模最大限度地积累对人类有用的代谢产物，这就要对微生物代谢的调节进行人工调节。 (五)微生物代谢的人工控制：(1)首先指出人工控制微生物代谢的目的——最大限度积累对人类有用的代谢产物。(2)以黄色短杆菌生产赖氨酸，谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸为例，说明人工控制微生物代谢的方法。人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)等。例如，黄色短杆菌能够利用天冬氨酸合成赖氨酸、苏氨酸和甲硫氨酸(图5－10)。其中，赖氨酸是一种人和高等动物的必需氨基酸，在食品、医药和畜牧业上的需要量很大。在黄色短杆菌的代谢过程中，当赖氨酸和苏氨酸都积累过量时，就会抑制天冬氨酸激酶的活性，使细胞内难以积累赖氨酸；而赖氨酸单独过量就不会出现这种现象。由此可见，要想利用黄色短杆菌生产赖氨酸，就必须抑制苏氨酸的合成。那么，怎样才能抑制苏氨酸的合成呢？科学家通过研究发现，高丝氨酸脱氢酶是合成高丝氨酸不可缺少的一种酶，而合成赖氨酸则不需要这种酶。科学家通过对黄色短杆菌进行诱变处理，选育出了不能合成高丝氨酸脱氢酶的菌种，从而达到了让黄色短杆菌大量积累赖氨酸的目的。又如，在谷氨酸的生产过程中，可以采取一定的手段改变细胞膜的透性，使谷氨酸能迅速排放到细胞外面，从而解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶的抑制作用，提高谷氨酸产量。 改变微生物遗传特性、控制生产过程中的各种条件(即发酵条件)在生产实际中，人们将通过微生物的培养，大量生产各种代谢产物的过程叫做发酵。发酵的种类很多。根据培养基的物理状态，可以分为固体发酵和液体发酵；根据所生成的产物，可以分为抗生素发酵、维生素发酵、氨基酸发酵等；根据发酵