微生物如何代谢经济最大化

1. 如何利用代谢调控提高微生物发酵产物的产量

你说的代谢调控是控制温度，表面活性剂，C\N源，使微生物找到最佳发酵条件，提高产量么

2. 微生物分解代谢途径有哪些以及其特点！谢谢！！

1）EMP途径：以1分子葡萄糖为底物反应产生2分子
丙酮酸
，2分子NADH+
氢离子
和2分子ATP。EMP途径是绝多数生物所共有的一条主流
代谢途径
。
（2）HMP途径：是从
葡糖
-6-磷酸开始的，其特点是葡萄糖不经EMP途径和
TCA循环
而得到彻底氧化，并能产生大量还原型烟酸胺
腺嘌呤
二核苷酸磷酸以及重要
中间代谢
产物。在多数好氧菌和
兼性厌氧菌
种都存在HMP途径，而且通常还与EMP途径同时存在。只有HMP途径而无EMP途径的微生物很少，例如弱氧化醋杆菌，氧化葡糖杆菌，氧化醋单胞菌。
（3）
ED途径
：以1分子葡萄糖为底物生成2分子丙酮酸，1分子ATP，1分子NADPH和NADH。其特点是只经过4步反应即可快速获得由EMP途径须经10步反应才能形成的丙酮酸。ED途径在
革兰氏阴性菌
中分布较广，特别是假单胞菌和
固氮菌
的某些菌中较多存在，是缺乏完整EMP途径的微生物中的一种替代途径。ED途径可不依赖于EMP途径和HMP途径而单独存在。
（4）TCA途径：以1分子丙酮酸为底物，经过一系列循环反应而彻底氧化，
脱羧
形成3分子CO2，4分子NADH2，1分子FADH2和1分子GTP，总共相当于15分子ATP，产能效率极高。这是一个广泛存在于各生物体中的重要生物化学反应，在各种
好氧微生物
中普遍存在。
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3. 如何利用代谢调控提高微生物产物的产量

一般改变微生物代谢调节的方法有如下几种:

第一种 是采用物理化学诱变，获得营养缺陷型

第二种方法是应用抗反馈调节突变法。

第三种就是控制发酵条件，改变细胞的渗透性。

一、应用营养缺陷型菌株以解除正常的反馈调节

这是氨基酸生产菌育种的最有效的办法。营养缺陷型是指某菌种失去合成某种物质的能力，即合成途径中某一步发生突变，使合成反应不能完成，最终产物不能积累到引起反馈调节的浓度，从而有利于中间产物的积累。例如，用高丝氨酸缺陷型生产菌进行赖氨酸发酵。一般在形成赖氨酸的过程中有3种产物生成，只有赖氨酸和苏氨酸都达到一定浓度时，才能形成反馈抑制，从高丝氨酸切断这两个分支后，不能形成苏氨酸，也就不能形成反馈抑制。最后使赖氨酸的大量积累，这是打破代谢调节的第一种方法。

在直线式的合成途径中，营养缺陷型突变株只能累积中间代谢物而不能累积最终代谢物。

在分支代谢途径中，通过解除某种反馈调节，就可以使某一分支途径的末端产物得到累积。

二、应用抗反馈调节的突变株解除反馈调节

抗反馈调节突变菌株，指对反馈抑制不敏感或对阻遏有抗性的组成型菌株，或兼而有之的菌株。在这类菌株中，因其反馈抑制或阻遏已解除，或是反馈抑制和阻遏已同时解除，所以能分泌大量的末端代谢产物。

例如，当把（钝齿棒杆菌）培养在含苏氨酸和异

亮氨酸的结构类似物AHV（α-氨基-β-羟基戊酸）的培养基上时，由于AHV可干扰该菌高丝氨酸脱氢酶、苏氨酸脱氢酶以及二羧酸脱水酶，所以抑制了该菌的正常生长。如果采用诱变（如用亚硝基胍作为诱变剂）后所获得的抗AHV突变株进行发酵，就能分泌较多的苏氨酸和异亮氨酸。这是因为，该突变株的高丝氨酸脱氢酶或苏氨酸脱氢酶和二羧酸脱水酶的结构基因发生了突变，故不再受苏氨酸或异亮氨酸的反馈抑制，于是有大量的苏氨酸和异亮氨酸的累积。如进一步再选育出甲硫氨酸缺陷型菌株，则其苏氨酸产量还可进一步提高，原因是甲硫氨酸合成途径上的两个反馈阻遏也被解除了。

三、控制细胞膜的渗透性

微生物的细胞膜对于细胞内外物质的运输具有高度选择性。 细胞内的代谢产物高浓度累积着，并自然地通过反馈阻遏限制了它们的进一步合成。采取生理学或遗传学方法，改变细胞膜的透性，使细胞内的代谢产物迅速渗漏到细胞外。这种解除末端产物反馈抑制作用的菌株，可以提高发酵产物的产量。

1．通过生理学手段控制细胞膜的渗透性在谷氨酸发酵生产中，生物素的浓度对谷氨酸的累积有着明显的影响，只有把生物素的浓度控制在亚适量情况下，才能分泌出大量的谷氨酸。

生物素影响细胞膜渗透性的原因，是由于它是脂肪酸生物合成中乙酰CoA羧化酶的辅基此酶可催化乙酰CoA的羧化并生成丙二酸单酰辅酶A，进而合成细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变细胞膜的成分，进而改变膜的透性和影响谷氨酸的分泌。当培养液内生物素含量很高时，只要添加适量的青霉素也有提高谷氨酸产量的效果。其原因是青霉素可抑制细菌细胞壁肽聚糖合成中转肽酶的活性，结果引起其结构中肽桥间无法进行交联，造成细胞壁的缺损。这种细胞的细胞膜在细胞膨压的作用下，利于代谢产物的外渗，并因此降低了谷氨酸的反馈抑制和提高了产量。

2．通过细胞膜缺损突变而控制其渗透性应用谷氨酸产生菌的油酸缺陷型菌株，在限量添加油酸的培养基中，也能因细胞膜发生渗漏而提高谷氨酸的产量。这是因为油酸是一种含有一个双键的不饱和脂肪酸（十八碳烯酸），它是细菌细胞膜磷脂中的重要脂肪酸。油酸缺陷型突变株因其不能合成油酸而使细胞膜缺损。另一种可以利用石油发酵产生谷氨酸的（解烃棒杆菌）的甘油缺陷型突变株，由于缺乏a-磷酸甘油脱氢酶，故无法合成甘油和磷脂。其细胞内的磷脂含量不到亲株含量的一半，但当供应适量甘油（200μg/ml）时，菌体即能合成大量谷氨酸（72g/L），且不受高浓度生物素或油酸的干扰。

4. 微生物代谢有何特点它们调节代谢流的主要方式有哪两类

微生物的调节两种方式同时进行,经济而高效.
微生物的代谢调节主要有两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节
【酶合成的调节】：微生物细胞内的酶可以分为组成酶和诱导酶两类.组成酶时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,而诱导酶则时在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶.例如,在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基本上培养大肠杆菌,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,只有当葡萄糖被消耗完毕以后,大肠杆菌才开始利用乳糖.
【酶活性的调节】：微生物还能够通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率.酶活性发生主要原因时,代谢过程中产生的物质与酶结合,致使酶的结构产生变化.这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢中十分普遍.

5. 微生物的新陈代谢

微生物的代谢

在生命细胞中发生的物质化学转变过程称为代谢。代谢是生命活动的基本特征之一，生命活动的任何过程都离不开代谢，代谢一旦停止，生命随之结束。在微生物的代谢过程中，细胞不断从外部环境中摄取生长需要的能源和营养物质，同时不断将代谢产物（废物）排泄到外部环境中去，因此代谢又称为新陈代谢。微生物要靠代谢维持其生命活动诸如生长、繁殖、运动等。代谢被分为两大类，即分解代谢和合成代谢。

1.分解代谢

分解代谢也称异化作用，是指微生物将自身或外来的各种物质分解以获取能量的过程，产生的能量用以维持各项生命活动需要，部分以热能的形式与代谢废物一起排出体外。根据分解代谢过程对氧的需求，又可分为好氧分解代谢和厌氧分解代谢。

（1）好氧分解代谢

6CO2 + 6H2O + 2880kJ

C6H12O6 + 6O2

好氧分解代谢是在有氧的条件下，好氧微生物和兼性厌氧微生物将有机物分解为CO2和H2O，并释放出能量的代谢过程。在有机物氧化过程中脱出的氢是以氧作为受氢体。如葡萄糖（C6H12O6）在有氧情况下完全氧化：

（2）厌氧分解代谢

厌氧分解代谢是厌氧微生物和兼性厌氧微生物在无氧的条件下，将复杂的有机物分解成简单的有机物和无机物，如有机酸、醇、CO2等，再被甲烷菌进一步转化为甲烷和CO2等，并释放出能量的代谢过程。厌氧代谢的受氢体可以是有机物，也可以是含氧化合物如硫酸根、二氧化碳、硝酸根等。如葡萄糖的厌氧代谢：

6CO2+12KNO2+1796kJ

C6H12O6+12KNO3

2CH3CH2OH+2CO2+226kJ

C6H12O6

以含氧化物为受氢体时，1mol葡萄糖释放的能量为1796kJ，以有机物为受氢体时，1mol葡萄糖释放的能量为226KJ。

好氧分解代谢过程中，有机物的分解比较彻底，最终产物是含能量最低的CO2和H2O，故释放能量多，代谢速度快，代谢产物稳定。从污水处理的角度来说，希望保持这样一种代谢形式，在较短时间内，将污水中有机物稳定化。

厌氧分解代谢中有机物氧化不彻底，用于处理污水时，不能达到排放要求，还需要进一步处理。厌氧分解代谢可生产沼气，回收甲烷。

2.合成代谢

合成代谢亦称同化作用，是指微生物不断由外界取得营养物质合成为自身细胞物质并贮存能量的过程，是微生物机体自身物质制造的过程。在此过程中，微生物合成所需要的能量和物质由分解代谢提供。

分解代谢与合成代谢是一个协同的、一体化的过程，它们是密不可分的。微生物的生命过程是营养物质不断被利用，细胞物质不断合成又不断消耗的过程。在这一过程中伴随着新生命的诞生，旧生命的死亡和营养物质的转化。污水的生物化学处理就是利用微生物对污染物（营养物质）的代谢作用实现的。

不知道你要的是不是这种回答......

6. 微生物技术过程如何进行发酵条件的优化和代谢调控,从而实现代谢产物的大量生产

1,控制温度，它对微生物生长期很大作用
2,PH的调控 由于在生长过程中培养液会有PH的明显变化要控制好，看你得发酵种类
3,发酵过程中的溶氧（搅拌速度，发酵液粘度，温度也对溶氧影响）
4 ,CO2和呼吸商（RQ）RQ=OUR（摄氧率）/CER（co2释放率）
5，基质浓度，通气搅拌还有泡沫的控制
实际操作的看你得发酵要求还有你得菌种类型

7. 微生物的代谢调节有几种方式

微生物细胞内的酶可以分为组成酶和诱导酶两类。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，而诱导酶则是在环境中存在某种物质的情况下才能够合成的酶。例如，在用葡萄糖和乳糖作碳源的培养基础上培养大肠杆菌，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。

微生物还能够通过改变已有酶的催化活性来调节代谢的速率。酶活性发生主要原因是，代谢过程中产生的物质与酶结合，致使酶的结构产生变化。这种调节现象在核苷酸、维生素的合成代谢中十分普遍。

8. 微生物的能量代谢方式有哪六种谢谢！！！

要分情况了，大的微生物能量代谢方式分为化能异养微生物，光能异养微生物和化能自养微生物三大类型，他们通过不同方式释放出通用能源ATP。
但具体能量代谢的话，给你提供化能异养微生物的无氧呼吸的六种方式：
1.硫酸盐呼吸
2.硫呼吸
3.铁呼吸
4.碳酸盐呼吸
5.硝酸盐呼吸
6.延胡索酸呼吸

9. 微生物知识

微生物是指一切肉眼看不到或看不清楚，因而需要借助显微镜观察的微小生物。微生物包括原核微生物（如细菌）、真核微生物（如真菌、藻类和原虫）和无细胞生物（如病毒）三类。

主要特性
微生物最大的特点，不但在于体积微小，而且在结构上亦相当简单。由于微生物体积极之微小，故相对面积较大，物质吸收快，转化快。微生物在生长与繁殖上亦是很迅速的，而且适应性强。从寒冷的冰川到极酷热的温泉，从极高的山顶到极深的海底，微生物都能够生存。

由于微生物适应性强，又容易在较短时间内积聚非常多的个体（例如10^10个/毫升的数量级），因此容易筛选并分离到突变株。容易得到微生物突变株的性质，给人类利用与开发微生物带来广阔契机，但也是导致抗药性的内在原因。

微生物的代谢
微生物的代谢指微生物（细胞）内发生的全部化学反应。 微生物的代谢异常旺盛，这是由于微生物的表面积与体积比很大（约是同等重量的成年人的30万倍），使它们能够迅速与外界环境进行物质交换。

代谢产物 微生物在代谢过程中，会产生多种代谢产物。根据代谢产物与微生物生长繁殖的关系，可以分为初级代谢产物和次级代谢产物两类。 初级代谢产物是指微生物通过代谢活动产生的、自身生长和繁殖所必须的物质，如胺基酸、核苷酸、多糖、脂质、维生素等。在不同种类的微生物细胞中，初级代谢产物的种类基本相同。 次级代谢产物是指微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂，对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必须的物质，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同种类的微生物所产生的次级代谢产物不相同，它们可能积累在细胞内，也可能排到外环境中。

代谢的调节 微生物在长期的进化过程中，形成了一整套完善的代谢调节系统，以保证证代谢活动经济而高效地进行。微生物的代谢调节主要有两种方式：酶合成的调节和酶活性的调节。 另外人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物遗传特征，控制生产过程中的各种条件等。

主要分类
微生物主要分为以下几类：（参见生物分类总表）

原核微生物
细菌(Bacteria)
古菌(Archaea)
真核微生物
真菌(Fungi)
原生生物(protozoan)
藻类(algae)
无细胞生物
病毒(virus)
类病毒(virusoid)
拟病毒(viroid)
朊毒体（亦称普里昂蛋白、蛋白质质感染性颗粒）(prion)

[编辑] 微生物在自然界的存在
微生物在自然界中广泛存在，数目巨大。下表为一些生态环境中微生物细胞数目的估计：

密度 全球总数
海水 108~109 L-1 约1029
海洋沉积物 109 g-1 约3×1029
动物消化道 1011 g-1 约1025
地表或海底下深处 102~108 约1030

原核生物共构成全球生物量的25~50%。

[编辑] 微生物的作用
微生物与人类的生产、生活和生存息息相关。有很多食品（如酱油、醋、味精、酒、酸奶、奶酪、蘑菇）、工业品（如皮革、纺织、石化）、药品（如抗生素、疫苗、维生素、生态农药）是依赖于微生物制造的；微生物在矿产探测与开采、废物处理（如水净化、沼气发酵）等各种领域中也发挥重要作用。微生物是自然界唯一认知的固氮者（如大豆根瘤菌）与动植物残体降解者（如纤维素的降解），同时位于常见生物链的首末两端，从而完成碳、氮、硫、磷等生物质在大循环中的衔接。若没有微生物，众多生物就失去必需的营养来源、植物的纤维质残体就无法分解而无限堆积，就没有自然界当前的繁荣与秩序或人类的产生与维续。

此外，微生物对地球上气候的变化也起着重要作用。许多微生物直接参与了温室气体的排放或者吸收，而也有很多微生物可以成为未来的生物燃料[1]。

[编辑] 微生物与人类健康
微生物与人类健康密切相关。多数微生物对人体是无害的。实际上，人体的外表面（如皮肤）和内表面（如肠道）生活着很多正常、有益的菌群。它们占据这些表面并产生天然的抗生素，抑制有害菌的着落与生长；它们也协助吸收或亲自制造一些人体必需的营养物质，如维生素和胺基酸。这些菌群的失调（如抗生素滥用）可以导致感染发生或营养缺失。然而另一方面，人类与动植物的疾病也有很多是由微生物引起，这些微生物叫做病原微生物(pathogenic microorganism)或病原(pathogen)。重要的人类致病微生物列于下表中。

主要的人类致病微生物 疾病名称 致病原 全球感染（携带者）人数 每年新发病例数 每年死亡人数
结核 结核分枝杆菌 ~20亿人（全球三分之一人口） 881万例 (2003 [1]) 175万人 (2003 [2])
爱滋病 人类免疫缺陷病毒 4200万人 550万例 310万人
痢疾 志贺氏菌、痢疾杆菌、大肠埃希氏杆菌等 27亿例 190万人
疟疾 疟原虫 3-5亿例 100万人
B型肝炎 B型肝炎病毒 1000-3000万例 100万人
麻疹 麻疹病毒 3000万例 90万人
登革热 登革病毒 2000万例 2万4千人
流感 流感病毒 几乎全部人口 300-500万例 25万人
黄热病 黄热病毒 20万例 3万人

其他经常听说的致病微生物还有：流行已经完全得到控制或消灭的天花病毒（引起天花）和脊髓灰质炎病毒（导致小儿麻痹症）；引起炭疽病的炭疽杆菌；以及近年来显现的萨斯冠状病毒（引起严重急性呼吸道症候群，又名萨斯、也俗称非典型肺炎）和可能将在人类流行的禽流感。

[编辑] 对现代生物学研究与医学技术的贡献
现代生物学的若干基础性的重大发现与理论，是在研究微生物的过程中或以微生物为实验材料与工具取得的。这些理论包括：

证明DNA（脱氧核糖核酸）是遗传信息的载体（三大经典实验：肺炎球菌的转化实验、噬菌体实验、植物病毒的重组实验）
DNA的半保留复制方式（双螺旋的每一条子链分别、都是复制模板）
遗传密码子的解读（64个密码子各对应20种胺基酸及终止信号的哪一种）
基因的转录调节（operon, promoter, operator, repressor, activator的概念与调节方式）
信使RNA的翻译调节（terminator）
等等……
现在，很多常用、通用的生物学研究技术依赖于微生物，比如：

分子克隆
重组蛋白在细菌或酵母中的表达
很多医学技术也依赖于微生物。比如：

以病毒为载体的基因治疗

10. 3. 举例说明发酵条件优化改变微生物代谢调控的方法如何利用微生物形状的改变

微生物有着一整套可塑性极强和极精确的代谢调节系统，以保证上千种酶能正确无误、有条不紊地进行极其复杂的新陈代谢反应。从细胞水平上来看，微生物的代谢调节能力要超过复杂的高等动植物。这是因为，微生物细胞的体积极小，而所处的环境条件却十分多变，每个细胞要在这样复杂的环境条件下求得生存和发展，就必须具备一整套发达的代谢调节系统。在长期进化过程中，微生物发展出一整套十分有效的代谢调节方式，巧妙地解决了这一矛盾。
通过代谢调节微生物可最经济地利用其营养物，合成出能满足自己生长、繁殖所需要的一切中间代谢物，并做到既不缺乏也不剩余任何代谢物的高效“经济核算”。

正常情况下，微生物代谢产物由于反馈抑制和反馈阻遏是不会大量积累的。但自然界里常发现一些微生物产生了过量的代谢产物，这主要是由于这些微生物代谢机制失调造成的，在工业发酵上，可运用遗传的和环境的控制和人为的代谢调节，使其产物大量积累。

如氨基酸发酵生产就是在代谢调节研究的基础上发展起来的。目前已经能够在转录和翻译上控制微生物的代谢，使微生物工业发酵进入了一个崭新阶段，即代谢控制发酵阶段。所谓的代谢控制发酵，就是人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢活动，使目的产物大量生成、积累。

一般改变微生物代谢调节的方法有如下几种:

第一种是采用物理化学诱变，获得营养缺陷型

第二种方法是应用抗反馈调节突变法。

第三种就是控制发酵条件，改变细胞的渗透性。