微生物如何代謝經濟最大化

1. 如何利用代謝調控提高微生物發酵產物的產量

你說的代謝調控是控制溫度，表面活性劑，C\N源，使微生物找到最佳發酵條件，提高產量么

2. 微生物分解代謝途徑有哪些以及其特點！謝謝！！

1）EMP途徑：以1分子葡萄糖為底物反應產生2分子
丙酮酸
，2分子NADH+
氫離子
和2分子ATP。EMP途徑是絕多數生物所共有的一條主流
代謝途徑
。
（2）HMP途徑：是從
葡糖
-6-磷酸開始的，其特點是葡萄糖不經EMP途徑和
TCA循環
而得到徹底氧化，並能產生大量還原型煙酸胺
腺嘌呤
二核苷酸磷酸以及重要
中間代謝
產物。在多數好氧菌和
兼性厭氧菌
種都存在HMP途徑，而且通常還與EMP途徑同時存在。只有HMP途徑而無EMP途徑的微生物很少，例如弱氧化醋桿菌，氧化葡糖桿菌，氧化醋單胞菌。
（3）
ED途徑
：以1分子葡萄糖為底物生成2分子丙酮酸，1分子ATP，1分子NADPH和NADH。其特點是只經過4步反應即可快速獲得由EMP途徑須經10步反應才能形成的丙酮酸。ED途徑在
革蘭氏陰性菌
中分布較廣，特別是假單胞菌和
固氮菌
的某些菌中較多存在，是缺乏完整EMP途徑的微生物中的一種替代途徑。ED途徑可不依賴於EMP途徑和HMP途徑而單獨存在。
（4）TCA途徑：以1分子丙酮酸為底物，經過一系列循環反應而徹底氧化，
脫羧
形成3分子CO2，4分子NADH2，1分子FADH2和1分子GTP，總共相當於15分子ATP，產能效率極高。這是一個廣泛存在於各生物體中的重要生物化學反應，在各種
好氧微生物
中普遍存在。
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3. 如何利用代謝調控提高微生物產物的產量

一般改變微生物代謝調節的方法有如下幾種:

第一種 是採用物理化學誘變，獲得營養缺陷型

第二種方法是應用抗反饋調節突變法。

第三種就是控制發酵條件，改變細胞的滲透性。

一、應用營養缺陷型菌株以解除正常的反饋調節

這是氨基酸生產菌育種的最有效的辦法。營養缺陷型是指某菌種失去合成某種物質的能力，即合成途徑中某一步發生突變，使合成反應不能完成，最終產物不能積累到引起反饋調節的濃度，從而有利於中間產物的積累。例如，用高絲氨酸缺陷型生產菌進行賴氨酸發酵。一般在形成賴氨酸的過程中有3種產物生成，只有賴氨酸和蘇氨酸都達到一定濃度時，才能形成反饋抑制，從高絲氨酸切斷這兩個分支後，不能形成蘇氨酸，也就不能形成反饋抑制。最後使賴氨酸的大量積累，這是打破代謝調節的第一種方法。

在直線式的合成途徑中，營養缺陷型突變株只能累積中間代謝物而不能累積最終代謝物。

在分支代謝途徑中，通過解除某種反饋調節，就可以使某一分支途徑的末端產物得到累積。

二、應用抗反饋調節的突變株解除反饋調節

抗反饋調節突變菌株，指對反饋抑制不敏感或對阻遏有抗性的組成型菌株，或兼而有之的菌株。在這類菌株中，因其反饋抑制或阻遏已解除，或是反饋抑制和阻遏已同時解除，所以能分泌大量的末端代謝產物。

例如，當把（鈍齒棒桿菌）培養在含蘇氨酸和異

亮氨酸的結構類似物AHV（α-氨基-β-羥基戊酸）的培養基上時，由於AHV可干擾該菌高絲氨酸脫氫酶、蘇氨酸脫氫酶以及二羧酸脫水酶，所以抑制了該菌的正常生長。如果採用誘變（如用亞硝基胍作為誘變劑）後所獲得的抗AHV突變株進行發酵，就能分泌較多的蘇氨酸和異亮氨酸。這是因為，該突變株的高絲氨酸脫氫酶或蘇氨酸脫氫酶和二羧酸脫水酶的結構基因發生了突變，故不再受蘇氨酸或異亮氨酸的反饋抑制，於是有大量的蘇氨酸和異亮氨酸的累積。如進一步再選育出甲硫氨酸缺陷型菌株，則其蘇氨酸產量還可進一步提高，原因是甲硫氨酸合成途徑上的兩個反饋阻遏也被解除了。

三、控制細胞膜的滲透性

微生物的細胞膜對於細胞內外物質的運輸具有高度選擇性。 細胞內的代謝產物高濃度累積著，並自然地通過反饋阻遏限制了它們的進一步合成。採取生理學或遺傳學方法，改變細胞膜的透性，使細胞內的代謝產物迅速滲漏到細胞外。這種解除末端產物反饋抑製作用的菌株，可以提高發酵產物的產量。

1．通過生理學手段控制細胞膜的滲透性在谷氨酸發酵生產中，生物素的濃度對谷氨酸的累積有著明顯的影響，只有把生物素的濃度控制在亞適量情況下，才能分泌出大量的谷氨酸。

生物素影響細胞膜滲透性的原因，是由於它是脂肪酸生物合成中乙醯CoA羧化酶的輔基此酶可催化乙醯CoA的羧化並生成丙二酸單醯輔酶A，進而合成細胞膜磷脂的主要成分——脂肪酸。因此，控制生物素的含量就可以改變細胞膜的成分，進而改變膜的透性和影響谷氨酸的分泌。當培養液內生物素含量很高時，只要添加適量的青黴素也有提高谷氨酸產量的效果。其原因是青黴素可抑制細菌細胞壁肽聚糖合成中轉肽酶的活性，結果引起其結構中肽橋間無法進行交聯，造成細胞壁的缺損。這種細胞的細胞膜在細胞膨壓的作用下，利於代謝產物的外滲，並因此降低了谷氨酸的反饋抑制和提高了產量。

2．通過細胞膜缺損突變而控制其滲透性應用谷氨酸產生菌的油酸缺陷型菌株，在限量添加油酸的培養基中，也能因細胞膜發生滲漏而提高谷氨酸的產量。這是因為油酸是一種含有一個雙鍵的不飽和脂肪酸（十八碳烯酸），它是細菌細胞膜磷脂中的重要脂肪酸。油酸缺陷型突變株因其不能合成油酸而使細胞膜缺損。另一種可以利用石油發酵產生谷氨酸的（解烴棒桿菌）的甘油缺陷型突變株，由於缺乏a-磷酸甘油脫氫酶，故無法合成甘油和磷脂。其細胞內的磷脂含量不到親株含量的一半，但當供應適量甘油（200μg/ml）時，菌體即能合成大量谷氨酸（72g/L），且不受高濃度生物素或油酸的干擾。

4. 微生物代謝有何特點它們調節代謝流的主要方式有哪兩類

微生物的調節兩種方式同時進行,經濟而高效.
微生物的代謝調節主要有兩種方式：酶合成的調節和酶活性的調節
【酶合成的調節】：微生物細胞內的酶可以分為組成酶和誘導酶兩類.組成酶時微生物細胞內一直存在的酶,它們的合成只受遺傳物質的控制,而誘導酶則時在環境中存在某種物質的情況下才能夠合成的酶.例如,在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養基本上培養大腸桿菌,開始時,大腸桿菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖,只有當葡萄糖被消耗完畢以後,大腸桿菌才開始利用乳糖,只有當葡萄糖被消耗完畢以後,大腸桿菌才開始利用乳糖.
【酶活性的調節】：微生物還能夠通過改變已有酶的催化活性來調節代謝的速率.酶活性發生主要原因時,代謝過程中產生的物質與酶結合,致使酶的結構產生變化.這種調節現象在核苷酸、維生素的合成代謝中十分普遍.

5. 微生物的新陳代謝

微生物的代謝

在生命細胞中發生的物質化學轉變過程稱為代謝。代謝是生命活動的基本特徵之一，生命活動的任何過程都離不開代謝，代謝一旦停止，生命隨之結束。在微生物的代謝過程中，細胞不斷從外部環境中攝取生長需要的能源和營養物質，同時不斷將代謝產物（廢物）排泄到外部環境中去，因此代謝又稱為新陳代謝。微生物要靠代謝維持其生命活動諸如生長、繁殖、運動等。代謝被分為兩大類，即分解代謝和合成代謝。

1.分解代謝

分解代謝也稱異化作用，是指微生物將自身或外來的各種物質分解以獲取能量的過程，產生的能量用以維持各項生命活動需要，部分以熱能的形式與代謝廢物一起排出體外。根據分解代謝過程對氧的需求，又可分為好氧分解代謝和厭氧分解代謝。

（1）好氧分解代謝

6CO2 + 6H2O + 2880kJ

C6H12O6 + 6O2

好氧分解代謝是在有氧的條件下，好氧微生物和兼性厭氧微生物將有機物分解為CO2和H2O，並釋放出能量的代謝過程。在有機物氧化過程中脫出的氫是以氧作為受氫體。如葡萄糖（C6H12O6）在有氧情況下完全氧化：

（2）厭氧分解代謝

厭氧分解代謝是厭氧微生物和兼性厭氧微生物在無氧的條件下，將復雜的有機物分解成簡單的有機物和無機物，如有機酸、醇、CO2等，再被甲烷菌進一步轉化為甲烷和CO2等，並釋放出能量的代謝過程。厭氧代謝的受氫體可以是有機物，也可以是含氧化合物如硫酸根、二氧化碳、硝酸根等。如葡萄糖的厭氧代謝：

6CO2+12KNO2+1796kJ

C6H12O6+12KNO3

2CH3CH2OH+2CO2+226kJ

C6H12O6

以含氧化物為受氫體時，1mol葡萄糖釋放的能量為1796kJ，以有機物為受氫體時，1mol葡萄糖釋放的能量為226KJ。

好氧分解代謝過程中，有機物的分解比較徹底，最終產物是含能量最低的CO2和H2O，故釋放能量多，代謝速度快，代謝產物穩定。從污水處理的角度來說，希望保持這樣一種代謝形式，在較短時間內，將污水中有機物穩定化。

厭氧分解代謝中有機物氧化不徹底，用於處理污水時，不能達到排放要求，還需要進一步處理。厭氧分解代謝可生產沼氣，回收甲烷。

2.合成代謝

合成代謝亦稱同化作用，是指微生物不斷由外界取得營養物質合成為自身細胞物質並貯存能量的過程，是微生物機體自身物質製造的過程。在此過程中，微生物合成所需要的能量和物質由分解代謝提供。

分解代謝與合成代謝是一個協同的、一體化的過程，它們是密不可分的。微生物的生命過程是營養物質不斷被利用，細胞物質不斷合成又不斷消耗的過程。在這一過程中伴隨著新生命的誕生，舊生命的死亡和營養物質的轉化。污水的生物化學處理就是利用微生物對污染物（營養物質）的代謝作用實現的。

不知道你要的是不是這種回答......

6. 微生物技術過程如何進行發酵條件的優化和代謝調控,從而實現代謝產物的大量生產

1,控制溫度，它對微生物生長期很大作用
2,PH的調控 由於在生長過程中培養液會有PH的明顯變化要控制好，看你得發酵種類
3,發酵過程中的溶氧（攪拌速度，發酵液粘度，溫度也對溶氧影響）
4 ,CO2和呼吸商（RQ）RQ=OUR（攝氧率）/CER（co2釋放率）
5，基質濃度，通氣攪拌還有泡沫的控制
實際操作的看你得發酵要求還有你得菌種類型

7. 微生物的代謝調節有幾種方式

微生物細胞內的酶可以分為組成酶和誘導酶兩類。組成酶是微生物細胞內一直存在的酶，它們的合成只受遺傳物質的控制，而誘導酶則是在環境中存在某種物質的情況下才能夠合成的酶。例如，在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養基礎上培養大腸桿菌，開始時，大腸桿菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有當葡萄糖被消耗完畢以後，大腸桿菌才開始利用乳糖。

微生物還能夠通過改變已有酶的催化活性來調節代謝的速率。酶活性發生主要原因是，代謝過程中產生的物質與酶結合，致使酶的結構產生變化。這種調節現象在核苷酸、維生素的合成代謝中十分普遍。

8. 微生物的能量代謝方式有哪六種謝謝！！！

要分情況了，大的微生物能量代謝方式分為化能異養微生物，光能異養微生物和化能自養微生物三大類型，他們通過不同方式釋放出通用能源ATP。
但具體能量代謝的話，給你提供化能異養微生物的無氧呼吸的六種方式：
1.硫酸鹽呼吸
2.硫呼吸
3.鐵呼吸
4.碳酸鹽呼吸
5.硝酸鹽呼吸
6.延胡索酸呼吸

9. 微生物知識

微生物是指一切肉眼看不到或看不清楚，因而需要藉助顯微鏡觀察的微小生物。微生物包括原核微生物（如細菌）、真核微生物（如真菌、藻類和原蟲）和無細胞生物（如病毒）三類。

主要特性
微生物最大的特點，不但在於體積微小，而且在結構上亦相當簡單。由於微生物體積極之微小，故相對面積較大，物質吸收快，轉化快。微生物在生長與繁殖上亦是很迅速的，而且適應性強。從寒冷的冰川到極酷熱的溫泉，從極高的山頂到極深的海底，微生物都能夠生存。

由於微生物適應性強，又容易在較短時間內積聚非常多的個體（例如10^10個/毫升的數量級），因此容易篩選並分離到突變株。容易得到微生物突變株的性質，給人類利用與開發微生物帶來廣闊契機，但也是導致抗葯性的內在原因。

微生物的代謝
微生物的代謝指微生物（細胞）內發生的全部化學反應。 微生物的代謝異常旺盛，這是由於微生物的表面積與體積比很大（約是同等重量的成年人的30萬倍），使它們能夠迅速與外界環境進行物質交換。

代謝產物 微生物在代謝過程中，會產生多種代謝產物。根據代謝產物與微生物生長繁殖的關系，可以分為初級代謝產物和次級代謝產物兩類。 初級代謝產物是指微生物通過代謝活動產生的、自身生長和繁殖所必須的物質，如胺基酸、核苷酸、多糖、脂質、維生素等。在不同種類的微生物細胞中，初級代謝產物的種類基本相同。 次級代謝產物是指微生物生長到一定階段才產生的化學結構十分復雜，對該微生物無明顯生理功能，或並非是微生物生長和繁殖所必須的物質，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同種類的微生物所產生的次級代謝產物不相同，它們可能積累在細胞內，也可能排到外環境中。

代謝的調節 微生物在長期的進化過程中，形成了一整套完善的代謝調節系統，以保證證代謝活動經濟而高效地進行。微生物的代謝調節主要有兩種方式：酶合成的調節和酶活性的調節。 另外人工控制微生物代謝的措施包括改變微生物遺傳特徵，控制生產過程中的各種條件等。

主要分類
微生物主要分為以下幾類：（參見生物分類總表）

原核微生物
細菌(Bacteria)
古菌(Archaea)
真核微生物
真菌(Fungi)
原生生物(protozoan)
藻類(algae)
無細胞生物
病毒(virus)
類病毒(virusoid)
擬病毒(viroid)
朊毒體（亦稱普里昂蛋白、蛋白質質感染性顆粒）(prion)

[編輯] 微生物在自然界的存在
微生物在自然界中廣泛存在，數目巨大。下表為一些生態環境中微生物細胞數目的估計：

密度 全球總數
海水 108~109 L-1 約1029
海洋沉積物 109 g-1 約3×1029
動物消化道 1011 g-1 約1025
地表或海底下深處 102~108 約1030

原核生物共構成全球生物量的25~50%。

[編輯] 微生物的作用
微生物與人類的生產、生活和生存息息相關。有很多食品（如醬油、醋、味精、酒、酸奶、乳酪、蘑菇）、工業品（如皮革、紡織、石化）、葯品（如抗生素、疫苗、維生素、生態農葯）是依賴於微生物製造的；微生物在礦產探測與開采、廢物處理（如水凈化、沼氣發酵）等各種領域中也發揮重要作用。微生物是自然界唯一認知的固氮者（如大豆根瘤菌）與動植物殘體降解者（如纖維素的降解），同時位於常見生物鏈的首末兩端，從而完成碳、氮、硫、磷等生物質在大循環中的銜接。若沒有微生物，眾多生物就失去必需的營養來源、植物的纖維質殘體就無法分解而無限堆積，就沒有自然界當前的繁榮與秩序或人類的產生與維續。

此外，微生物對地球上氣候的變化也起著重要作用。許多微生物直接參與了溫室氣體的排放或者吸收，而也有很多微生物可以成為未來的生物燃料[1]。

[編輯] 微生物與人類健康
微生物與人類健康密切相關。多數微生物對人體是無害的。實際上，人體的外表面（如皮膚）和內表面（如腸道）生活著很多正常、有益的菌群。它們占據這些表面並產生天然的抗生素，抑制有害菌的著落與生長；它們也協助吸收或親自製造一些人體必需的營養物質，如維生素和胺基酸。這些菌群的失調（如抗生素濫用）可以導致感染發生或營養缺失。然而另一方面，人類與動植物的疾病也有很多是由微生物引起，這些微生物叫做病原微生物(pathogenic microorganism)或病原(pathogen)。重要的人類致病微生物列於下表中。

主要的人類致病微生物 疾病名稱 致病原 全球感染（攜帶者）人數 每年新發病例數 每年死亡人數
結核 結核分枝桿菌 ~20億人（全球三分之一人口） 881萬例 (2003 [1]) 175萬人 (2003 [2])
愛滋病 人類免疫缺陷病毒 4200萬人 550萬例 310萬人
痢疾 志賀氏菌、痢疾桿菌、大腸埃希氏桿菌等 27億例 190萬人
瘧疾 瘧原蟲 3-5億例 100萬人
B型肝炎 B型肝炎病毒 1000-3000萬例 100萬人
麻疹 麻疹病毒 3000萬例 90萬人
登革熱 登革病毒 2000萬例 2萬4千人
流感 流感病毒 幾乎全部人口 300-500萬例 25萬人
黃熱病 黃熱病毒 20萬例 3萬人

其他經常聽說的致病微生物還有：流行已經完全得到控制或消滅的天花病毒（引起天花）和脊髓灰質炎病毒（導致小兒麻痹症）；引起炭疽病的炭疽桿菌；以及近年來顯現的薩斯冠狀病毒（引起嚴重急性呼吸道癥候群，又名薩斯、也俗稱非典型肺炎）和可能將在人類流行的禽流感。

[編輯] 對現代生物學研究與醫學技術的貢獻
現代生物學的若干基礎性的重大發現與理論，是在研究微生物的過程中或以微生物為實驗材料與工具取得的。這些理論包括：

證明DNA（脫氧核糖核酸）是遺傳信息的載體（三大經典實驗：肺炎球菌的轉化實驗、噬菌體實驗、植物病毒的重組實驗）
DNA的半保留復制方式（雙螺旋的每一條子鏈分別、都是復制模板）
遺傳密碼子的解讀（64個密碼子各對應20種胺基酸及終止信號的哪一種）
基因的轉錄調節（operon, promoter, operator, repressor, activator的概念與調節方式）
信使RNA的翻譯調節（terminator）
等等……
現在，很多常用、通用的生物學研究技術依賴於微生物，比如：

分子克隆
重組蛋白在細菌或酵母中的表達
很多醫學技術也依賴於微生物。比如：

以病毒為載體的基因治療

10. 3. 舉例說明發酵條件優化改變微生物代謝調控的方法如何利用微生物形狀的改變

微生物有著一整套可塑性極強和極精確的代謝調節系統，以保證上千種酶能正確無誤、有條不紊地進行極其復雜的新陳代謝反應。從細胞水平上來看，微生物的代謝調節能力要超過復雜的高等動植物。這是因為，微生物細胞的體積極小，而所處的環境條件卻十分多變，每個細胞要在這樣復雜的環境條件下求得生存和發展，就必須具備一整套發達的代謝調節系統。在長期進化過程中，微生物發展出一整套十分有效的代謝調節方式，巧妙地解決了這一矛盾。
通過代謝調節微生物可最經濟地利用其營養物，合成出能滿足自己生長、繁殖所需要的一切中間代謝物，並做到既不缺乏也不剩餘任何代謝物的高效「經濟核算」。

正常情況下，微生物代謝產物由於反饋抑制和反饋阻遏是不會大量積累的。但自然界里常發現一些微生物產生了過量的代謝產物，這主要是由於這些微生物代謝機制失調造成的，在工業發酵上，可運用遺傳的和環境的控制和人為的代謝調節，使其產物大量積累。

如氨基酸發酵生產就是在代謝調節研究的基礎上發展起來的。目前已經能夠在轉錄和翻譯上控制微生物的代謝，使微生物工業發酵進入了一個嶄新階段，即代謝控制發酵階段。所謂的代謝控制發酵，就是人為地在DNA分子水平上改變和控制微生物的代謝活動，使目的產物大量生成、積累。

一般改變微生物代謝調節的方法有如下幾種:

第一種是採用物理化學誘變，獲得營養缺陷型

第二種方法是應用抗反饋調節突變法。

第三種就是控制發酵條件，改變細胞的滲透性。