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1．微生物生长与调节1

1．1．微生物的生长1

1．1．1．生长的形成1

1．1．2．生长的测量6

1．1．3．环境对生长的影响15

1．1．4．生长的变量和约束23

1．2．细胞周期25

1．2．1．染色体复制与细胞分裂的调节25

1．2．2．染色体复制的启动26

1．2．3．细胞周期的研究方法27

1．2．4．生长速率与细胞大小的关系29

1．2．5．生长速率对细胞内DNA含量的影响30

1．2．6．生长速率对细胞组分的影响31

1．3．生长效率31

1．3．1．得率系数31

1．3．2．测定生长效率时应注意的实际问题34

1．3．3．基本代谢流——同化与异化34

1．3．4．对细胞得率的化学计量限制35

1．3．5．用于生物量形成的能量需求35

1．3．6．细胞组分36

1．3．7．碳源的运输37

1．3．8．呼吸效率38

1．3．9．维持能与环境因素的关系39

1．4．生长调节43

1．4．1．菌丝顶端生长44

1．4．2．菌丝分枝规律45

1．4．3．微生物生长分化的调节46

1．5．运输过程49

1．5．1．载体概念49

1．5．2．溶质运输的机制与能学50

1．5．3．运输动力学53

1．5．4．大分子的运输53

参考文献54

2．1．1．能量代谢的热力学56

2．1．能量代谢原理56

2．微生物的基础代谢56

2．1．2．能量的产生与耦合59

2．2．微生物的分解代谢63

2．2．1．葡萄糖分解代谢63

2．2．2．多糖和单糖的利用66

2．2．3．厌氧代谢过程67

2．2．4．脂肪酸、脂烃和芳香烃的氧化74

2．2．5．氮的循环和氨基酸的降解75

2．2．6．硫的代谢76

2．2．7．核苷酸的降解和有机磷的代谢77

2．2．8．聚合物的氧化78

2．3．微生物的组成代谢79

2．3．1．C1的同化80

2．3．2．分子氮的同化81

2．3．3．硝酸盐的同化82

2．3．4．氨的同化82

2．3．5．硫酸盐的同化83

2．3．6．氨基酸的生物合成83

2．3．7．核苷酸的生物合成90

2．3．8．脂质的生物合成93

2．3．9．聚类异戊二烯化合物的合成99

2．3．10．甾类化合物101

2．3．11．糖磷酸酯与糖核苷酸104

2．3．12．多糖的生物合成105

参考文献106

3．代谢调节与代谢工程107

3．1．酶活性的调节108

3．1．1．代谢调节的部位108

3．1．2．共价修饰108

3．1．3．变构控制110

3．1．4．其他调节方式113

3．2．酶合成的调节114

3．2．1．诱导作用115

3．2．2．分解代谢物阻遏119

3．2．3．反馈调节123

3．2．4．微生物的代谢调节方式127

3．2．5．避开微生物固有代谢调节，过量生产代谢产物135

3．3．代谢系统的分子控制机制138

3．3．1．遗传控制138

3．3．2．DNA结合蛋白：激活剂与阻遏物139

3．3．3．二元调节系统140

3．3．4．RNA水平的调节机制：衰减器模型140

3．4．代谢调节141

3．4．1．糖代谢调节141

3．4．2．氨基酯合成的调节146

3．4．3．核苷酸合成的调节147

3．5．2．代谢流（物流、信息流）的概念149

3．5．1．概论149

3．5．代谢工程149

3．5．3．代谢物流分析152

3．5．4．代谢控制分析154

3．5．5．代谢工程的应用158

参考文献163

4．微生物次级代谢与调节165

4．1．引论165

4．1．1．微生物次级代谢的特征165

4．1．2．次级代谢产物的类型166

4．1．3．抗生素的生源学168

4．2．次级代谢物生物合成的前体170

4．2．1．前体的概况170

4．1．4．初级与次级代谢途径相互连接170

4．2．2．前体的作用179

4．2．3．前体的限制性182

4．3．次级代谢物生物合成原理183

4．3．1．把前引入次级代谢物生物合成的专用途径183

4．3．2．前体聚合作用过程184

4．3．3．次级代谢物结构的后几步修饰184

4．3．4．复合抗生素中不同部分的装配184

4．3．5．次级代谢物合成酶的专一性185

4．4．1．以短链脂肪酸为前体的抗生素186

4．4．抗生素的生物合成186

4．4．2．以氨基酸为前体的抗生素199

4．4．3．以经修饰的糖为前体的抗生素207

4．5．微生物次级代谢作用的调控213

4．5．1．微生物的次级代谢与其生命活动的关系213

4．5．2．次级代谢产物生物合成的调节与控制215

4．5．3．基因工程在提高生产性能上的应用225

参考文献228

5．发酵过程控制与优化230

5．1．发酵过程技术原理230

5．1．1．分批发酵230

5．1．2．补料-分批发酵234

5．1．4．连续发酵236

5．1．3．半连续发酵236

5．1．5．与产物回收结合的培养240

5．1．6．高细胞密度培养248

5．1．7．混合共培养系统250

5．2．发酵条件的影响及其控制250

5．2．1．培养基对发酵的影响251

5．2．2．灭菌情况261

5．2．3．种子质量262

5．2．4．温度对发酵的影响262

5．2．5．pH的影响263

5．2．6．氧的供需对发酵的影响及其控制266

5．2．7．二氧化碳和呼吸商274

5．2．8．加糖，补料对发酵的影响及其控制276

5．2．9．比生长速率的作用与控制279

5．2．10．混合效果281

5．2．11．物理因素对发酵的影响283

5．3．泡沫对发酵的影响及其控制283

5．3．1．泡沫的产生及其影响283

5．3．2．发酵过程中泡沫的消长规律284

5．3．3．泡沫的控制284

5．4．发酵终点的判断与自溶的监测286

5．4．1．发酵终点的判断286

5．4．2．自溶的临测286

5．4．3．影响自溶的因素287

5．5．2．染菌的判断和防治288

5．5．1．染菌的途径分析288

5．5．发酵染菌的防治及处理288

5．5．3．生产技术管理对染菌防止的重要性290

5．6．基因工程菌培养与表达290

5．6．1．源自克隆基因的蛋白290

5．6．2．干扰素293

5．6．3．氨基酸295

5．6．4．肌苷酸和鸟苷酸297

5．6．5．微生物多糖298

参考文献298

6．发酵过程参数检测与计算机监控302

6．1．发酵过程参数监测的研究概况302

6．1．3．间接参数303

6．1．1．设定参数303

6．1．2．状态参数303

6．1．4．离线发酵分析方法304

6．1．5．在线发酵仪器的研究概况305

6．2．生物过程的控制特征305

6．2．1．GMP与市场压力下的发展306

6．2．2．在线发酵仪器的研究进展306

6．2．3．计算机在发酵监控方面的应用308

6．3．用于控制的生物过程建模309

6．3．1．传统过程模型309

6．3．2．基于线性黑箱模型估算法310

6．3．3．非线性“黑箱”模型311

6．4．1．传统的基于模型的估算312

6．4．发酵过程估算技术312

6．4．2．基于线性黑箱模型的估算313

6．4．3．基于非线性黑箱模型的估算314

6．5．发酵过程的控制策略314

6．5．1．发酵过程的PID控制314

6．5．2．发酵过程的推理控制315

6．5．3．发酵过程的适应性（预估）控制316

6．5．4．发酵过程的非线性控制316

6．5．5．发酵的优化和优化控制316

6．5．6．用于发酵监督与控制的知识库系统317

6．6．用于发酵诊断和控制的数据分析318

6．5．7．工业规模的发酵故障分析系统318

6．6．1．发酵测量与估算变量分类319

6．6．2．代谢速率（生理变量，PVs）的计算322

6．6．3．不能直接测量的生物过程参数的估算326

6．6．4．积分与平均数量的计算337

6．6．5．生理状态变量（PSVs）的计算337

6．7．基于模式识别技术的新方法341

6．7．1．模式识别341

6．7．2．模式识别方法到数据分析的概述341

6．7．3．用于监督和控制的时间量变曲线的实时趋势分析343

6．8．结论348

参考文献348