生物工藝學.doc

第一章作業(yè)：1、工業(yè)生物技術(shù)的定義和特點。工業(yè)生物技術(shù)：應用化學、生物學及工程學的原理，對生物催化劑進行改造和改良，并依靠生物催化劑的作用，將物料進行加工轉(zhuǎn)化以提供產(chǎn)品或為社會服務的技術(shù)。特點：是一門多學科，綜合性的科學技術(shù)。反應過程需有生物催化劑的參與。最后目的是建立工業(yè)生產(chǎn)過程或進行社會服務(能源、環(huán)境保護)。2、生化工程學的定義和特點。生化工程：是運用化學工程的原理和方法對實驗室所取得的生物技術(shù)成果加以開發(fā)，使之成為生物反應過程的一門學科。特點：研究生物反應過程中具有普遍性意義的特殊工程技術(shù)問題，是為生物技術(shù)服務的化學工程，又稱生物化工。3、生物催化劑的定義、分類和特點。生物催化劑：是游離的或固定化的酶、單細胞或多細胞生物體的總稱，它們在生物反應過程中起催化劑的作用。分類：酶，單細胞，多細胞生物體。特點：反應條件溫和，使催化的反應在常溫、常壓下進行。反應速率大，催化作用專一，價格較低廉。穩(wěn)定性較差，易受熱、某些化學物質(zhì)及雜菌的破壞而失活。對環(huán)境條件（營養(yǎng)、溫度、PH、溶氧、滲透壓等）相當敏感，需嚴格控制。催化活性提高的潛力巨大。酶可采用物理或化學方法修飾提高其活性?；罴毎嬖谥鴤€體差異、遺傳變異等生物學上特有的問題，可采用誘變、雜交或基因工程等方法，改變其遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)，可能組建出許多具有特殊性能的新型生物催化劑，使得制備活性更高的生物催化劑具有極大的發(fā)展?jié)摿Α?、生物反應過程的定義、類型及其組成單元。生物反應過程：將生物技術(shù)的實驗室成果經(jīng)工藝及工程開發(fā)，成為可供工業(yè)生產(chǎn)的工藝過程統(tǒng)稱為生物反應過程，其實質(zhì)是利用生物催化劑以從事生物技術(shù)產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。生物反應過程的類型：發(fā)酵工程，酶工程，細胞工程，環(huán)境生物工程，生化分離工程。生物反應過程的組成單元：培養(yǎng)基或底物溶液的制備，生物催化劑的制備，生物反應器和反應條件的選擇及控制，產(chǎn)物的分離純化。第二章作業(yè)：1、微生物選擇性分離方法包括哪些步驟？如何利用選擇性分離的方法從自然界分離篩選到蛋白酶產(chǎn)生菌？如何利用選擇性分離的方法從自然界分離篩選到纖維素酶產(chǎn)生菌？微生物選擇性分離方法步驟：含微生物材料(樣品分離源)的選擇。分離源材料的預處理。所需菌種的選擇性分離。所需菌種的選擇性培養(yǎng)。菌落的選擇和純化。利用選擇性分離的方法從自然界分離篩選蛋白酶產(chǎn)生菌：從蛋白質(zhì)加工廠（豆制品廠、肉制品廠）附近的土壤中采集樣品分離源。用富含蛋白質(zhì)的原料（豆餅）為培養(yǎng)基對樣品分離源進行富集培養(yǎng)，使目的菌數(shù)量和生長勢達到優(yōu)勢。樣品分離源經(jīng)富集培養(yǎng)后制成菌懸液，適當稀釋后涂布于以酪蛋白為唯一氮源的平板培養(yǎng)基。經(jīng)保溫培養(yǎng)一定時間后，選擇分解酪蛋白形成透明圈的菌落。將透明圈直徑與菌落直徑之比值大的菌落編號后移接于試管斜面培養(yǎng)基，經(jīng)保溫培養(yǎng)長出豐厚的菌落。將試管斜面培養(yǎng)基長出各菌株，按編號分別進行小型發(fā)酵試驗，通過測定發(fā)酵結(jié)果的蛋白酶活力，篩選出產(chǎn)酶活力高菌株。利用選擇性分離的方法從自然界分離篩選纖維素酶產(chǎn)生菌：從富含纖維素原料的加工廠（棉花加工廠、秸稈加工廠）附近的土壤中采集樣品分離源。用富含纖維素的原料（秸稈）為培養(yǎng)基對樣品分離源進行富集培養(yǎng)，使目的菌數(shù)量和生長勢達到優(yōu)勢。樣品分離源經(jīng)富集培養(yǎng)后制成菌懸液，適當稀釋后涂布于以纖維素粉為唯一碳源的平板培養(yǎng)基。經(jīng)保溫培養(yǎng)一定時間后，選擇分解纖維素形成透明圈的菌落。將透明圈直徑與菌落直徑之比值大的菌落編號后移接于試管斜面培養(yǎng)基，經(jīng)保溫培養(yǎng)長出豐厚的菌落。將試管斜面培養(yǎng)基長出各菌株，按編號分別進行小型發(fā)酵試驗，通過測定發(fā)酵結(jié)果的纖維素酶活力，篩選出產(chǎn)酶活力高菌株。3、何謂菌種的分離、篩選？分離：是指獲得純的或共生的混合培養(yǎng)物，其目的是將目標菌種與分離源中混雜的其它菌種分開。篩選：就是鑒別能產(chǎn)生所需產(chǎn)物或具有某種特定生化反應的目標菌。4、何謂富集培養(yǎng)？富集培養(yǎng)：是指能增加混合菌群中所需菌種數(shù)量的一種技術(shù)。方法要領是給混合菌群提供一些有利于所需菌種生長或不利于其他菌種生長的條件。5、何謂分批富集培養(yǎng)和連續(xù)富集培養(yǎng)？連續(xù)富集培養(yǎng)適合分離哪些特性的工業(yè)微生物菌種？分批富集培養(yǎng)：采用分批培養(yǎng)的方法把富集培養(yǎng)物分次移接到新鮮的同一種培養(yǎng)基并保持相同的培養(yǎng)條件以維持選擇壓力的培養(yǎng)方法。關(guān)鍵是移種的時間，應在所需菌種占優(yōu)勢的情況下移種。連續(xù)富集培養(yǎng)：采用連續(xù)培養(yǎng)法，通過改變限制性基質(zhì)濃度可以控制不同菌種的比生長速率來富集所需菌種的技術(shù)。連續(xù)富集培養(yǎng)可分離出適用于連續(xù)發(fā)酵生產(chǎn)的菌種，并可篩選出能共生的穩(wěn)定混合培養(yǎng)物。6、篩選鑒別抗生素產(chǎn)生菌、抗腫瘤藥物產(chǎn)生菌和生長因子產(chǎn)生菌的原理和方法？（1）篩選鑒別抗生素產(chǎn)生菌原理：產(chǎn)生抗生素的菌株會抑制病原菌的生長。方法：用含有試驗菌的平板培養(yǎng)基培養(yǎng)待篩菌株可以鑒定產(chǎn)生菌抗病原菌的作用。用液體培養(yǎng)基培養(yǎng)待篩菌株，檢測其無細胞濾液的抗病原菌活性。采用聯(lián)合試驗菌，可分離出對某種試驗菌抗菌活性低，對其他試驗菌抗菌活性高的新的抗生素產(chǎn)生菌。（2）篩選鑒別抗腫瘤藥物產(chǎn)生菌原理：抗腫瘤藥物大部分是直接作用于核酸或抑制核酸生物合成的物質(zhì)。微生物的核酸結(jié)構(gòu)及其生物合成方式與人類有許多共同之處。因此，抗腫瘤藥物也具有抗菌活性。用對抗腫瘤藥物敏感的試驗菌篩選抗腫瘤藥物產(chǎn)生菌，具有高靈敏度和簡便快速的特點。方法：利用DNA修復基因突變株為試驗菌生物細胞一般有2個以上的DNA修復基因，DNA修復基因突變株由于DNA修復基因突變，對抗腫瘤藥物很敏感、易被致死，可作為試驗菌用于抗腫瘤藥物產(chǎn)生菌的篩選。生化誘導分析法（BIA）測定溶原性噬菌體阻遏物支配下的啟動子控制的轉(zhuǎn)錄和表達的酶活性。將大腸桿菌的-半乳糖苷酶基因（LacZ）經(jīng)重組連接在噬菌體PL啟動基因后，用重組噬菌體的宿主菌為篩選抗腫瘤藥物產(chǎn)生菌的試驗菌。當抗腫瘤藥物對試驗菌中噬菌體的DNA損傷時，會誘發(fā)噬菌體的調(diào)節(jié)基因突變或缺失，誘發(fā)阻遏蛋白（CI）分解或缺失，使得噬菌體的PL啟動基因啟動LacZ基因轉(zhuǎn)錄和表達。這樣，通過測定表達的-半乳糖苷酶活性，即可檢測能損傷DNA的抗腫瘤藥物的存在。（3）篩選鑒別生長因子產(chǎn)生菌原理：通過觀察待篩菌株能否促進營養(yǎng)缺陷型試驗菌的生長，便可檢出生長因子產(chǎn)生菌。方法：生長因子產(chǎn)生菌的初篩一般在固體培養(yǎng)基上進行。將含有3050個待篩菌株菌落的分離平板復制到能支持待篩菌株生長并能產(chǎn)生所需生長因子的固體培養(yǎng)基上約23天，用uv線殺死長好的待篩菌株菌落，然后在其上面鋪上一層含營養(yǎng)缺陷型（缺陷所需產(chǎn)物）試驗菌懸液的瓊脂，在37培養(yǎng)16小時后，試驗菌可能在某一待篩菌株菌落的周圍有一生長圈，這樣便可以從原來被復制的平板上分離到所需的目標菌株。第三章作業(yè)：2、何謂自然選育？簡述自然選育的一般程序和步驟。自然選育：不經(jīng)過人工處理，利用菌種的自然突變而進行菌種篩選的過程叫自然選育。自然選育的一般程序和步驟：無菌水原種斜面活化培養(yǎng)單孢子或單細胞懸浮液稀釋平板涂布分離經(jīng)初篩挑取部分單菌落于試管斜面純化復篩發(fā)酵試驗測定生產(chǎn)能力穩(wěn)定性試驗和菌種特性考查中試考查生產(chǎn)應用。3、何謂自然突變？自然突變的原因有哪些？自然突變：指某些生物在沒有人工參與的自然條件下所發(fā)生的那些突變。自然突變的原因：多因素低劑量的誘變效應和互變異構(gòu)效應。（1）多因素低劑量效應：指自然突變實質(zhì)上是由一些原因不詳?shù)牡蛣┝空T變因素引起的長期綜合效應。（2）互變異構(gòu)效應：指四種堿基的第六位或第四位上酮基與烯醇基或氨基與亞氨基間的互變從而導致堿基配對的變化。5、何謂突變？突變的類型和原因有哪些？突變：所謂突變是指由于染色體和基因本身的變化而產(chǎn)生的遺傳性狀的變異。類型包括：染色體畸變：指染色體或DNA片斷的缺失、易位、逆位、重復等?；蛲蛔儯菏侵窪NA分子結(jié)構(gòu)中的某一部位發(fā)生堿基配對或堿基排列順序的變化（又稱點突變）。突變的原因：自然突變：指在沒有人工參與的自然條件下所發(fā)生的突變。誘發(fā)突變：指采用各種物理、化學和生物因素人工誘發(fā)的突變。6、誘變育種的一般步驟和應注意的問題。一般步驟：出發(fā)菌種斜面活化培養(yǎng)單細胞或單孢子懸浮液誘變處理稀釋涂布平板培養(yǎng)出單菌落挑取單菌落純化搖瓶初篩發(fā)酵試驗挑出高產(chǎn)菌斜面菌種保藏斜面活化搖瓶復篩發(fā)酵試驗穩(wěn)定性考查中試考查生產(chǎn)應用應注意的問題；選擇好出發(fā)菌株；復合誘變因素的使用；適宜劑量的選擇；變異菌株的篩選；高產(chǎn)菌株的獲得需要選擇性篩選條件的配合。7、抗噬菌體育種常采用的方法有哪些？（1）利用自然突變來篩選抗性菌株以噬菌體為篩子，利用微生物的自然突變來篩選抗性菌株，敏感菌株不經(jīng)任何人工誘變處理由其自然突變?yōu)榭剐跃辏@種方法獲得的抗性菌株頻率很低。（2）利用誘發(fā)突變來篩選抗性菌株敏感菌株先經(jīng)人工誘變處理，然后將處理過的細胞或孢子液分離在含有高濃度噬菌體的平板培養(yǎng)基上，經(jīng)誘變后存活的細胞或孢子中，若存在抗性變異菌株就能在此平板上生長，人工誘變可以提高抗性菌株出現(xiàn)的頻率。還可將敏感菌株的細胞或孢子經(jīng)人工誘變處理后接入種子培養(yǎng)基，待菌絲長濃后加入高濃度的噬菌體繼續(xù)培養(yǎng)幾天，再加入噬菌體反復感染，使敏感菌被噬菌體所裂解，最后取再生菌絲進行平板分離，從中篩選出抗性菌株。8、何謂雜交育種？雜交育種的目的。雜交育種：是指將兩個基因型不同的菌株經(jīng)吻哈（或接合）使遺傳物質(zhì)重新組合，從中分離和篩選出具有新性狀的菌株。雜交育種的目的：使不同菌株的遺傳物質(zhì)進行交換和重新組合，改變原有菌株的遺傳物質(zhì)基礎，獲得雜種菌株(重組體)。通過雜交把不同菌株的優(yōu)良性能集中于重組體中，克服長期誘變處理造成的菌株生長活力下降等缺陷。通過雜交，可擴大變異范圍，改變產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至出現(xiàn)新的品種。分析雜交結(jié)果，可以總結(jié)遺傳物質(zhì)的轉(zhuǎn)移和傳遞規(guī)律，促進遺傳學理論的發(fā)展。9、何謂原始親本、直接親本？何謂營養(yǎng)缺陷型菌株？原始親本：經(jīng)考察選定的準備用來配對雜交的菌株稱為原始親本，常是具有應用潛力的野生菌株或需要進一步改良的現(xiàn)用生產(chǎn)菌株。直接親本：微生物雜交育種直接用來配對雜交的菌株稱為直接親本。直接親本由原始親本經(jīng)誘變獲得，經(jīng)誘變后帶有適當?shù)倪z傳標記，常用的遺傳標記有顏色、營養(yǎng)要求和抗藥性等。營養(yǎng)缺陷型菌株：是微生物經(jīng)誘變處理后，由于基因突變，它喪失了合成某種必須物質(zhì)（氨基酸、維生素或核苷酸堿基）的能力，在基本培養(yǎng)基上不能生長，需要補加該種必須物質(zhì)后才能生長。11、放線菌雜交玻璃紙轉(zhuǎn)移法的條件和原理。本法必須備兩個條件：直接親本之一帶有一種營養(yǎng)要求和抗藥性(如抗鏈霉素)；另一個直接親本則為對該藥物敏感和帶有另一種營養(yǎng)要求。選擇性培養(yǎng)基是帶有抗性藥物的補充培養(yǎng)基。方法要領：在選擇性培養(yǎng)基上挑選異核系菌落。基本原理：異核體帶有鏈霉素敏感的等位基因，在含有鏈霉素的選擇性培養(yǎng)基上不能生長。敏感性親本和抗藥性親本因為營養(yǎng)要求得不到滿足，也不能在該選擇性培養(yǎng)基上生長。而不帶鏈霉素敏感等位基因的兩直接親本的局部結(jié)合子則能在該選擇性培養(yǎng)基上生長，繁殖成異核系菌落。12、霉菌準性生殖及其遺傳物質(zhì)交換和重組過程。準性生殖：是指真菌中不通過有性生殖的基因重組過程。準性生殖遺傳物質(zhì)交換和重組過程：異核體的形成，雜合雙倍體的形成，體細胞重組（包括染色體交換和染色體單倍化），重組體的形成。13、何謂原生質(zhì)體融合？原生質(zhì)體融合育種的一般步驟。原生質(zhì)體融合：在等滲條件下將兩親本的原生質(zhì)體混合，由聚乙二醇（PEG）作為助融劑，使它們互相凝集，發(fā)生細胞融合，接著兩親本基因組由接觸到交換，從而實現(xiàn)遺傳重組。在再生細胞的菌落中就有可能獲得具有理想性狀的重組子。原生質(zhì)體融合育種的一般步驟：融合育種親株的選擇，細胞培養(yǎng)和預處理，原生質(zhì)體制備，原生質(zhì)體融合，融合子的再生，重組子篩選。第四章作業(yè)：1、微生物代謝調(diào)節(jié)的生化本質(zhì)。在細胞內(nèi)有兩種不同的調(diào)節(jié)機制，酶合成調(diào)節(jié)和酶活性調(diào)節(jié)。兩者均由低分子量的化合物介入，稱小分子效應物，這些化合物或以中間代謝物形式存在細胞內(nèi)，或從環(huán)境中攝入細胞。兩種調(diào)節(jié)機理均涉及一類特有的蛋白質(zhì)稱為變構(gòu)蛋白，變構(gòu)蛋白是這樣一種蛋白質(zhì)，若某種特殊的小分子與它相合，它的性質(zhì)便改變，因此，變構(gòu)蛋白可用于控制代謝變化，這種變化是由小分子效應物引起的。有兩種變構(gòu)蛋白：一種為變構(gòu)酶，當與小分子效應物結(jié)合，其活性便改變酶活性調(diào)節(jié)。另一種為調(diào)節(jié)變構(gòu)蛋白質(zhì)，無催化活力，這種蛋白質(zhì)連接在細菌染色體結(jié)構(gòu)基因附近，從而控制基因的表達，以調(diào)節(jié)酶的合成酶合成調(diào)節(jié)。2、何謂酶活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)和共價修飾調(diào)節(jié)，兩者的相互關(guān)系？酶活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)：變構(gòu)酶活化型與鈍化型之間的轉(zhuǎn)換是通過酶的空間構(gòu)象改變來實現(xiàn)的，這種改變是酶與小分子效應物相互作用的結(jié)果。變構(gòu)酶兩種狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，并沒有涉及共價鍵的形成或斷開。酶活性的共價修飾調(diào)節(jié)：有些酶的活化型和鈍化型的差別在于有無與酶蛋白共價連接的化學物質(zhì)?；罨团c鈍化型之間的轉(zhuǎn)換是共價鍵的形成或斷開的結(jié)果，它是由酶催化的。兩者的相互關(guān)系：酶活性的共價修飾調(diào)節(jié)的機理同酶活性的變構(gòu)調(diào)節(jié)并不矛盾。實際上，催化共價修飾作用的酶本身也受變構(gòu)調(diào)節(jié)控制。因此，酶活性的共價修飾調(diào)節(jié)是變構(gòu)調(diào)節(jié)的表現(xiàn)形式。3、微生物代謝調(diào)節(jié)的機制有哪些？分述其概念和作用機理。微生物代調(diào)協(xié)調(diào)機制有：誘導作用，分解代謝物阻遏作用，反饋阻遏作用，反饋抑制作用。（1）誘導作用：生物細胞與一種化學物質(zhì)誘導物相接觸的結(jié)果大大地增加了異化該物質(zhì)所需酶的合成速率。誘導作用保證能量和氨基酸不浪費，不把它們用于制造那些無用的酶，而是定向合成異化基質(zhì)所需的酶。誘導作用機理：JacobMonod模型有4個基因位于DNA上，調(diào)節(jié)基因R、啟動基因P、操縱基因O、結(jié)構(gòu)基因S。啟動基因P是RNA聚合酶的啟動點，該酶負責將DNA轉(zhuǎn)錄給信使RNA(mRNA)。無誘導物存在時，調(diào)節(jié)基因R編碼生成的阻遏物與操縱基因O結(jié)合，則RNA聚合酶不能移動，不會制造互補于結(jié)構(gòu)基因S的DNA序列的mRNA，所以沒有酶形成。有誘導物存在時，誘導物（基質(zhì)）與調(diào)節(jié)基因R編碼生成的阻遏蛋白結(jié)合，使得阻遏蛋白變構(gòu)而不能與操縱基因O結(jié)合，RNA聚合酶便可從啟動基因P移動，并轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)基因S，進而合成異化基質(zhì)所需的酶。（2）分解代謝物阻遏作用：所有可迅速代謝的碳源其分解代謝物會阻遏異化另一被緩慢利用的碳源所需酶的合成，這一現(xiàn)象稱為分解代謝物的阻遏作用。分解代謝物阻遏作用機理：分解代謝物阻遏作用是由CAMP不足造成的。CAMP促進酶的大量合成，并且是這樣一類mRNA合成所必須的，這類mRNA是由細胞內(nèi)可誘導的操縱子轉(zhuǎn)錄的。在可誘導的操縱子上的啟動基因至少由兩個部分組成，一個是同RNA聚合酶連接，另一個是與蛋白質(zhì)（CAP）-CAMP復合物連接。CAP-CAMP復合物在啟動基因位點上的連接是RNA聚合酶連接到它的位點上所必須的。（3）反饋阻遏作用：某代謝途徑終點產(chǎn)物（或其衍生物）的過量積累會阻遏該途徑一系列酶的合成。反饋阻遏作用機理：受反饋阻遏作用控制的酶，是調(diào)節(jié)基因R編碼的阻遏蛋白作用的結(jié)果。在正常情況下（無終點產(chǎn)物積累），調(diào)節(jié)基因R編碼的阻遏蛋白無活性，RNA聚合酶能轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)S基因合成酶。在終點產(chǎn)物積累的情況下，阻遏物蛋白可被輔阻遏物（終點產(chǎn)物）激活，被激活的阻遏蛋白然后與操縱基因O結(jié)合，從而妨礙RNA聚合酶轉(zhuǎn)錄結(jié)構(gòu)S基因合成mRNA，酶的合成過程被阻遏。有時終點產(chǎn)物的衍生物，而不是終點產(chǎn)物本身，是輔阻遏物。（4）反饋抑制作用反饋抑制：某代謝途徑終點產(chǎn)物的過量積累抑制該途徑前面第一步或第二步酶的活性。反饋抑制作用機理：一般來說，一已知代謝途徑前面第一步或第二步的酶是變構(gòu)酶，是該途徑終點產(chǎn)物的專一抑制對象。當該途徑終點產(chǎn)物（效應物）過量積累時，它就會與變構(gòu)酶的變構(gòu)位點結(jié)合，使變構(gòu)酶發(fā)生空間構(gòu)像的改變，而使酶的活性由活化型轉(zhuǎn)變成鈍化型?？偨Y(jié)：以上4種代謝調(diào)節(jié)機制都是變構(gòu)蛋白與效應物作用的結(jié)果，現(xiàn)將各種調(diào)節(jié)機制所涉及的變構(gòu)蛋白和效應物總結(jié)如下：調(diào)節(jié)機制變構(gòu)蛋白效應物誘導作用阻遏蛋白誘導物分解代謝物阻遏作用CAP（CAMP受體蛋白）CAMP反饋阻遏作用阻遏蛋白終點產(chǎn)物反饋抑制作用變構(gòu)酶終點產(chǎn)物4、何謂誘導酶和組成型酶？何謂組成型突變？誘導酶：有些酶只有它們所作用的基質(zhì)（或其結(jié)構(gòu)類似物）存在于培養(yǎng)基中時才被合成。組成型酶：細胞不管生長在什么培養(yǎng)基內(nèi)，為維持細胞的正常生命活動有些酶總是適量存在，這種類型的酶稱組成型酶。何謂組成型突變：在DNA上，調(diào)節(jié)基因R和操縱基因O的突變可干擾阻遏蛋白的形成或結(jié)合。這樣，RNA聚合酶不需要誘導物便能工作，這類作用稱“組成型”突變作用。組成型酶就是通過這樣的系統(tǒng)生成的，在這些系統(tǒng)中調(diào)節(jié)基因R不起作用或制造出一種無活性的阻遏蛋白，或操縱基因O對阻遏蛋白無親和力。5、分支的代謝途徑有哪些代謝調(diào)節(jié)方式？并分別解釋。（1）同工酶的特異性調(diào)節(jié)：一分枝代謝途徑分枝點前共同步驟的第一步可由多種酶催化，但受不同終點產(chǎn)物的抑制。（2）協(xié)同反饋調(diào)節(jié)：一分枝代謝途徑分枝點前共同步驟的第一步只有一種酶催化，但要抑制或阻遏這種酶需要多個終點產(chǎn)物同時過量積累，單個終點產(chǎn)物不產(chǎn)生或產(chǎn)生很小的反饋調(diào)節(jié)作用。（3）累積反饋調(diào)節(jié)：一分枝途徑分枝點前共同步驟的第一步只有一種酶催化，某一終點產(chǎn)物的過量積累只有部分抑制或阻遏作用，終點產(chǎn)物的聯(lián)合顯示出累積的效果。（4）順序反饋抑制：導向不同終點產(chǎn)物的分枝代謝途徑，每個終點產(chǎn)物只反饋抑制分枝點后其所在分枝途徑第一步的酶，共同途徑第一步的酶受分枝點處中間體的的反饋抑制。（5）聯(lián)合激活或抑制：一種生物合成的中間體受兩個完全獨立的代謝途徑的調(diào)節(jié)控制。6、以肌苷酸的生產(chǎn)為例說明如何避開固有的調(diào)節(jié)機制實現(xiàn)中間產(chǎn)物的積累？（1）目的產(chǎn)物肌苷酸（IMP）所在的代謝途徑嘌呤核苷酸生物合成途徑如下：磷酸核糖基焦磷酸（PRPP）PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶IMPSAMP合成酶IMP脫氫酶SAMP XMP黃嘌呤AMP GMP鳥嘌呤（2）谷氨酸棒桿菌中該途徑原有的代謝調(diào)節(jié)機制為：終點產(chǎn)物AMP(腺苷酸)和GMP(鳥苷酸)施加累積的反饋抑制和阻遏PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶，AMP反饋抑制S-AMP合成酶，GMP反饋抑制和阻遏IMP脫氫酶。（3）實現(xiàn)肌苷酸生產(chǎn)的措施菌種選育：通過誘變獲得一缺失S-AMP合成酶的AMP營養(yǎng)缺陷型突變株，這種菌變成需要AMP以供生長。培養(yǎng)控制：菌種保藏和種子培養(yǎng)培養(yǎng)基需提供充足的AMP以保證菌種生長。生產(chǎn)培養(yǎng)基提供生長限量的AMP，則菌株不會在細胞內(nèi)積累AMP而達到反饋調(diào)節(jié)的濃度，AMP和GMP對PRPP酰胺轉(zhuǎn)移酶的累積反饋調(diào)節(jié)作用被解除，于是菌把更多的碳和氮轉(zhuǎn)化為IMP（肌苷酸）。而IMP脫氫酶仍被GMP反饋抑制和阻遏，只有一小部分IMP轉(zhuǎn)化為GMP，大部分IMP積累并分泌出來。8、用結(jié)構(gòu)類似物篩選耐反饋調(diào)節(jié)作用突變株的原理和方法？原理：氨基酸A在正常情況下抑制或阻遏它自己的生物合成酶，其本身又是合成蛋白質(zhì)所必須的。氨基酸A的結(jié)構(gòu)類似物A、也有相同的抑制或阻遏作用，但不能用于蛋白質(zhì)合成。誘變菌株在含有A、的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，絕大多數(shù)細胞因不能合成A而死亡，只有那些對A、不敏感的突變株仍能合成A并長成菌落。方法：分離耐反饋抑制或反饋阻遏作用突變株的最簡便的方法是選擇目的產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)類似物。把經(jīng)誘變的細胞鋪在含有這種抗代謝物的平板上，大多數(shù)細胞不能生長，從中挑選出耐抗代謝物的突變株。9、使細胞通透性改變的原因及其生化本質(zhì)？細菌細胞膜通透性的增加是防止代謝產(chǎn)物在細胞內(nèi)過量積累，進而解除反饋調(diào)節(jié)使代謝產(chǎn)物能過量生產(chǎn)。（1）篩選和選育磷脂合成受阻突變株篩選生物素缺陷型突變株生物素缺乏會導致細胞膜通透性的改變。生物素控制細胞膜通透性是通過它在脂肪酸合成中的作用，生物素是脂肪酸合成第一步乙酰CoA羧化酶的輔酶。生物素缺乏的后果是生成的細胞膜缺乏磷脂。篩選甘油缺陷型突變株：缺乏-磷酸甘油脫氫酶，自身不能合成甘油，從而使磷脂合成受阻。篩選油酸缺陷型突變株：自身不能合成油酸，從而使磷脂合成受阻，生成的細胞膜缺乏磷脂。（2）添加脂肪酸衍生物導致細胞膜通透性增加脂肪酸衍生物的加入反饋抑制或阻遏磷脂的合成，使磷脂的生物合成受阻或受到限制導致細胞膜通透性的改變。（3）添加青霉素導致細胞膜通透性增加青霉素并不抑制磷脂的合成，但會影響細胞壁的正常合成，形成細胞壁缺損的細胞。細胞膜缺乏細胞壁的保護導致磷酯的迅速分泌。第五章作業(yè)：1、什么是次級代謝物，它有何特點？次級代謝物：次級代謝物又稱次生代謝物，是某些微生物通常在生長后期（分化期）合成的大分子化合物，不是微生物生長所必須的，但對產(chǎn)生菌的生存有一定價值。次級代謝產(chǎn)物的特點：種類多，通常具有特殊的結(jié)構(gòu)和化學鍵。通常以多組分形式存在。次級代謝物的生物合成途徑種類多。2、次級代謝與初級代謝有何關(guān)系？初級代謝是次級代謝的基礎和條件，初級代謝為次級代謝提供前體、能量和酶。3、采用哪些方法可避開次級代謝的調(diào)節(jié)？（1）通過控制環(huán)境條件促進次生代謝物的生物合成發(fā)酵培養(yǎng)基正確使用前體促進劑和誘導劑。例如：在麥角生物堿發(fā)酵中加入誘導劑色氨酸或作為前體促進劑。發(fā)酵培養(yǎng)基限制磷酸鹽使用量，防止其對磷酸脂酶的反饋抑制或?qū)е碌母吣芎苫蜻^高的cAMP。例如，在鏈霉素發(fā)酵中限制磷酸的加量，防止其對參與生物合成的磷酸脂酶的反饋抑制。發(fā)酵培養(yǎng)基避免使用高濃度的速效碳源，避免分解代謝物阻遏作用。例如，青霉素發(fā)酵期，緩慢補加低濃度的葡萄糖。（2）通過菌種選育限制菌在細胞內(nèi)積累有反饋調(diào)節(jié)作用的效應物。即選育反饋調(diào)節(jié)劑的營養(yǎng)缺陷型菌株。（3）通過誘變選育耐反饋調(diào)節(jié)的突變株抗生素耐反饋調(diào)節(jié)突變株生產(chǎn)能力提高了1001000倍。通過突變除去一種酶，再用第二次突變置換它（回復），可獲得耐反饋調(diào)節(jié)的突變株。例：通過突變使營養(yǎng)缺陷型失去生產(chǎn)金霉素前體甲硫氨酸的能力，然后通過回復突變獲得金霉素產(chǎn)生菌?？蓪⒑Y選耐結(jié)構(gòu)類似物技術(shù)應用于次級代謝物的生產(chǎn)。例：經(jīng)耐色氨酸結(jié)構(gòu)類似物篩選突變株后，獲得不需添加色氨酸的硝吡咯菌素的高產(chǎn)菌株。次級代謝物本身是生長抑制劑則可將此抗生素用于篩選耐藥性菌株，并從中獲得高產(chǎn)菌株。即：抗藥性菌株的篩選。4、抗生素的生物合成包括哪二個除段？（1）將養(yǎng)分吸收到細胞內(nèi)，并把它轉(zhuǎn)化為主干代謝途徑（例如：EMP，TCA和HMP）的中間體。（2）經(jīng)過初級代謝途徑（主干途徑，氨基酸、脂肪酸、核苷酸的生物合成途徑）的若干步驟后歧向?qū)ｉT的抗生素合成的途徑。5、四環(huán)類抗生素生物合成包括哪三個除段？（1）將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙酰CoA。（2）乙酰CoA羧化生成丙二酰CoA和丙二酰胺CoA，丙二酰胺CoA與八個丙二酰CoA縮合成九酮化合物，然后轉(zhuǎn)化為三環(huán)化合物。（3）此三環(huán)化合物經(jīng)若干步酶反應轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)物。6、四環(huán)類抗生素的生物合成與糖酵解途徑有何關(guān)系？（1）糖酵解途徑在四環(huán)類抗生素的生物合成中必不可少，它提供四環(huán)素合成所需的建材。（2）高產(chǎn)菌株糖酵解的速率低于低產(chǎn)菌株的相應速率。低產(chǎn)菌株形成大量乙酰CoA，隨后在三羧酸循環(huán)中氧化，生成ATP導致高能荷，抑制四環(huán)素的生物合成。糖酵解抑制劑(硫氰酸芐酯)具有促進四環(huán)素合成的作用。高磷酸鹽或高葡萄糖濃度下菌的生理代謝作用有許多相同的特征。糖耗加速，促進糖酵解作用，迅速的糖代謝和葡萄糖分解代謝物的積累阻遏四環(huán)素的生物合成。7、金霉素高產(chǎn)突變株的能代謝有何特征，磷酸鹽對其生物合成有何影響？金霉素高產(chǎn)突變株的能代謝的特征：在菌體生長期能荷水平高，進入產(chǎn)物合成期能荷水平顯著降低。在菌體生長期適量的磷酸鹽有利于保持高效的糖酵解速率，有利于菌體的正常生長。在產(chǎn)物合成期磷酸鹽濃度應保持很低的水平，否則糖耗加速、糖酵解速率和能荷水平都較高，不利于產(chǎn)物合成。9、紅霉素的生物合成受哪些作用的調(diào)節(jié)？（1）丙醇的促進作用丙醇對大環(huán)內(nèi)酯生產(chǎn)具有強烈的促進作用，丙醇的促進作用一方面起到前體的作用，另一方面起乙酰CoA羧化酶的誘導物的作用。（2）終點產(chǎn)物的調(diào)節(jié)作用若將紅霉內(nèi)酯B加到發(fā)酵中會抑制其本身合成。紅霉素A對紅霉素轉(zhuǎn)甲基酶（把紅霉素C轉(zhuǎn)化為A）有強烈的反饋抑制作用。（3）碳分解代謝物和磷酸的調(diào)節(jié).碳分解代謝物：長鏈脂肪酸對該類抗生素的生物合成有促進作用，脂肪酸起次級代謝的前體來源作用。葡萄糖抑制脂肪酸的降解和抗生素的生產(chǎn)。磷酸的調(diào)節(jié)：無機磷酸對大環(huán)內(nèi)酯類抗生素的生物合成有負作用，磷酸鹽的耗竭是代謝轉(zhuǎn)向次級代謝的信號。（4）環(huán)狀AMP(cAMP)的代謝調(diào)節(jié)野生鏈霉菌的抗生素產(chǎn)量很低，cAMP的濃度在生長期和生產(chǎn)期無顯著變化，生長期與生產(chǎn)期的界限不明顯。高產(chǎn)菌株與此相反，從生長期過渡到生產(chǎn)期時，cAMP的濃度顯著下降。磷酸鹽的耗竭是代謝轉(zhuǎn)向次級代謝的信號，實際并不是磷酸的作用。用cAMP以及腺苷酰環(huán)化酶的激活劑（氟化鈉）可逆轉(zhuǎn)磷酸鹽的作用，這說明cAMP才是真正效應物。11、青霉素生物合成的前體有哪些？以氨基己二酸、半胱氨酸和纈氨酸為分子單位，在三肽合成作用下形成LLD三肽。LLD三肽在青霉素環(huán)化酶作用下形成異青霉素N，最后通過?；D(zhuǎn)移酶形成芐青霉素（青霉素G）。第6章 作業(yè)：第7章 3、如何進行培養(yǎng)基配方的選擇和設計？參照前人所使用的較適合于某一類菌種的經(jīng)驗配方，結(jié)合所用菌種和產(chǎn)品的特性。采用搖瓶、玻璃罐等小型發(fā)酵設備，對碳源、氮源、無機鹽和前體等進行逐個單因子試驗，觀察這些因子對菌體生長和產(chǎn)物合成量的影響。最后通過“正交試驗”綜合考慮各因素的影響，得到一個比較適合本菌的生產(chǎn)配方，以求得高產(chǎn)。還可通過方差分析，了解哪個因素影響較大，以引起人們的注意。第七章作業(yè)：1、什么是種子擴大培養(yǎng)及其作用？是指將保存在砂土管、冷凍干燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管斜面活化后，再經(jīng)過扁瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培養(yǎng)而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量純種的過程。作用：經(jīng)擴培的種子接入發(fā)酵罐后，將使生產(chǎn)菌種迅速生長，很快達到一定數(shù)量和生長優(yōu)勢，抵抗雜菌污染；而且可使發(fā)酵生產(chǎn)周期縮短，設備利用率提高。4、什么是種子罐的級數(shù)、接種齡與接種量，它們受哪些因素的影響？種子罐的級數(shù)：是指利用種子罐制備種子需逐級擴大培養(yǎng)的次數(shù)。一般根據(jù)菌種生長特性，孢子發(fā)芽及菌體繁殖速度，以及所采用種子罐的容積而定。接種齡：是指種子罐中培養(yǎng)的菌絲體開始移入下一級種子罐或發(fā)酵罐的培養(yǎng)時間。接種齡的確定以菌體處于生命力極為旺盛的對數(shù)生長期，且培養(yǎng)液中菌體量還未達到最高峰時，較為合適。接種量：是指移入的種子液體積和接種后培養(yǎng)液體積的比例。接種量的大小決定于生產(chǎn)菌種在發(fā)酵罐中生長繁殖的速度。第八章作業(yè)：2、什么是分批發(fā)酵、補料分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵？分批發(fā)酵：是指在一封閉培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)含有初始限制量的基質(zhì)的發(fā)