第生化反應(yīng)器三章細(xì)胞反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第一頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日

（1）能量生長(zhǎng)的偶聯(lián)型與非偶聯(lián)型細(xì)胞的生長(zhǎng)過(guò)程依靠ATP的高能鍵釋放的能量將細(xì)胞的構(gòu)成材料合成為細(xì)胞的高分子物質(zhì)（如蛋白質(zhì)、DNA、RNA、脂類(lèi)、多糖等）能量生長(zhǎng)的偶聯(lián)型當(dāng)有大量的細(xì)胞構(gòu)成材料時(shí)，細(xì)胞的生長(zhǎng)取決于ATP的共能，這種生長(zhǎng)為能量生長(zhǎng)的偶聯(lián)型。能量生長(zhǎng)的非偶聯(lián)型當(dāng)缺少細(xì)胞構(gòu)成材料或細(xì)胞生長(zhǎng)受抑制時(shí)，細(xì)胞的生長(zhǎng)取決于細(xì)胞構(gòu)成材料的供給或生長(zhǎng)過(guò)程，這時(shí)多余的ATP的高能鍵會(huì)被酶分解，能量以廢熱釋放，這種生長(zhǎng)為能量生長(zhǎng)的非偶聯(lián)型。第二頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日（2）細(xì)胞對(duì)ATP的得率YX/ATP例產(chǎn)氣氣桿菌Aerobacteraerogenes以葡萄糖為唯一碳源進(jìn)行厭氧培養(yǎng)，已知細(xì)胞對(duì)碳源的得率YX/S=26.1(g/mol)，代謝產(chǎn)物乙酸對(duì)碳源的得率YP/S=0.85(g/mol)，細(xì)胞的碳元素含量a2=0.45(gC/gbiomass)，計(jì)算YX/ATP

。解：設(shè)用于合成代謝的葡萄糖與ATP無(wú)關(guān)第三頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日葡萄糖的碳元素含量為

a1=72(gC/molglucose)

用于合成細(xì)胞ΔCX的碳源消耗為(-ΔCS)G

，則根據(jù)碳元素的平衡，有合成代謝的葡萄糖分率為第四頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日分解代謝的葡萄糖分率為

第五頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日產(chǎn)氣氣桿菌Aerobacteraerogenes分解代謝葡萄糖經(jīng)EMP途徑消耗1mol葡萄糖生成2mol丙酮酸并偶聯(lián)生成2molATP，丙酮酸進(jìn)行酸解反應(yīng)每生成1mol乙酸偶聯(lián)生成1molATP，則第六頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日細(xì)胞對(duì)ATP的得率為一般底物為供能的限制性底物時(shí),

YX/ATP≈10(gbiomass/molATP)第七頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日（3）細(xì)胞反應(yīng)的ATP的平衡細(xì)胞反應(yīng)的ATP的平衡式為式中(ΔCATP)S——碳源分解代謝所生成的

ATP量

(ΔCATP)m——細(xì)胞維持代謝所消耗的

ATP量

(ΔCATP)G——用于細(xì)胞合成所消耗的

ATP量第八頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日設(shè)式中mATP——細(xì)胞對(duì)ATP的維持常數(shù)，

(molATP/gbiomass·h)

t——時(shí)間，(h)式中YATPmax——細(xì)胞對(duì)ATP的理論得率，

(gbiomass/molbiomass)第九頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日則第十頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日式中qATP——碳源分解代謝的ATP比生成速率，

(molATP/gbiomass·h)例：在復(fù)合培養(yǎng)基中厭氧培養(yǎng)干酪乳桿菌Lactobacilluscasei，結(jié)果如表1/hYP/Smol/molYX/Sg/mol0.1250.1400.1680.2440.2900.3900.4000.5000.600

0.991.061.050.980.900.680.680.200.2455.858.762.063.261.559.460.448.852.6第十一頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日此時(shí)，葡萄糖僅作為能源，由葡萄糖經(jīng)酵解途經(jīng)生成丙酮酸時(shí)，1mol葡萄糖偶聯(lián)生成2molATP，即YATP/S=2(mol/mol)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為乙酸時(shí)每生成1mol乙酸偶聯(lián)生成1molATP，即YATP/P=1(mol/mol)，求mATP和YATPmax

。解：因?yàn)閅ATP/S=2(mol/mol)，YATP/P=1(mol/mol)，第十二頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日則且根據(jù)細(xì)胞對(duì)ATP的得率YX/ATP的定義，有可求出在不同的m下的qATP和YX/ATP

。列表如下第十三頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日1/hqATP

mol/g·hYX/ATPg/mol0.1250.1400.1680.2440.2900.3900.4000.5000.6000.0066980.0072980.0082650.0115050.0136750.0175960.0177480.0225410.02555155.858.762.063.261.559.460.448.852.6第十四頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日第十五頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日所以

mATP=0.0016(mol/g·h)

YX/ATPmax=1/0.0407=24.57(gbiomass/molATP)第十六頁(yè)，共二十頁(yè)，2022年，8月28日在好氧條件下測(cè)定YX/ATP是困難的，其原因?yàn)橛行┕┠艿奶荚吹孜锉挥糜诤铣纱x未被認(rèn)為是供能碳源底物參與供能對(duì)具體細(xì)胞反應(yīng)，未必清楚能量偶聯(lián)反應(yīng)的機(jī)制各微生物細(xì)胞維持代謝的能量