1、第十一章 微生物的應(yīng)用,一、微生物在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,微生物與土壤的生物活性： 土壤是一個(gè)永遠(yuǎn)變化著的、具有生物活性的無機(jī)、有機(jī)、生物復(fù)合體系。 土壤酶催化著土壤中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化。土壤酶主要來源于生活在土壤中的微生物、植物根系及其他生物。土壤酶比純酶制劑及酶溶液穩(wěn)定，但較難提取。如其過氧化物酶可耐180干熱3小時(shí)處理。 微生物的生命活動(dòng)影響著土壤肥力。,1、微生物肥料： 根瘤菌劑、涇陽鏈霉菌菌肥、固氮菌劑、磷細(xì)菌制劑、鉀細(xì)菌制劑及復(fù)合型制劑等。,2、生物農(nóng)藥： 蘇云金桿菌、真菌和病毒殺蟲劑等。,蘇云金桿菌 產(chǎn)生具有殺蟲活性的物質(zhì)有：伴孢晶體、芽孢、熱不穩(wěn)定外毒素、蘇云金素、熱穩(wěn)定性外毒素。 采用固態(tài)發(fā)

2、酵工藝生產(chǎn)蘇云金桿菌。,二、微生物在食品中的應(yīng)用,1、傳統(tǒng)的發(fā)酵食品：醬油、食醋、腐乳、傳統(tǒng)法白酒和黃酒等。其中醬油、食醋等已采用純種發(fā)酵；傳統(tǒng)法白酒和黃酒等采用混合菌種發(fā)酵。,2、現(xiàn)代的發(fā)酵食品：面包、飲料酒、發(fā)酵乳制品。,三、微生物在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用,發(fā)酵工業(yè)的產(chǎn)品類型： 微生物細(xì)胞、酶制劑和微生物代謝產(chǎn)物。,發(fā)酵工業(yè)的應(yīng)用范圍： 來源于微生物的醫(yī)藥產(chǎn)品 利用微生物工程技術(shù)的農(nóng)業(yè) 精細(xì)化工產(chǎn)品和食品添加劑 日用化學(xué)品和能源產(chǎn)品,發(fā)酵工業(yè)產(chǎn)品的類型： 酒精和酒類：酒精、啤酒等。 有機(jī)溶劑：甘油、丙酮丁醇和丁二醇等。 有機(jī)酸：檸檬酸、乳酸、葡萄糖酸、蘋果酸、酒石酸、衣康酸和富馬酸等。,氨基酸類

3、：谷氨酸、賴氨酸、蛋氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、色氨酸、天冬氨酸等15種。 核苷酸類：肌苷、肌苷酸、鳥苷、鳥苷酸等。,酶制劑：淀粉酶、糖化酶、蛋白酶等。 單細(xì)胞蛋白：酵母蛋白、細(xì)菌蛋白和霉菌蛋白等。,1、有機(jī)溶劑的生產(chǎn),丙酮酸,乙酰CoA,乙酰乙酰CoA,-羥基丁酰CoA,丁酰CoA,丁醛,丁醇,丁酰磷酸,丁酸,乙酰乙酸,丙酮,乙醛,乙醇,乙酰磷酸,乙酸,從丙酮酸到酸和溶劑的代謝途徑,2、檸檬酸發(fā)酵,（1）、檸檬酸的生物合成途徑,葡萄糖,EMP,丙酮酸,磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶或丙酮酸羧化酶,丙酮酸脫氫酶復(fù)合體,檸檬酸合成酶,檸檬酸,TCA循環(huán),草酰乙酸,乙酰CoA,（2）、檸檬酸

4、的發(fā)酵機(jī)制,檸檬酸,草酰乙酸,順烏頭酸,異檸檬酸,草酰琥珀酸,-酮戊二酸,琥珀酰CoA,乙酰CoA,琥珀酸,反丁烯二酸,蘋果酸,檸檬酸產(chǎn)生菌的標(biāo)記,葡萄糖,丙酮酸,3、乳酸發(fā)酵,（1）、乳酸細(xì)菌的糖代謝途徑,A、糖酵解途徑 同型發(fā)酵,B、磷酸轉(zhuǎn)酮酶途徑 異型發(fā)酵,葡萄糖,6-磷酸葡萄糖,6-磷酸葡糖酸,1，6-二磷酸果糖,3-磷酸丙糖,（醛縮酶）,丙酮酸,乳酸,丙酮酸,乳酸,3-磷酸丙糖 + 乙酰磷酸,乙酸,乙醇,戊糖,5-磷酸木酮糖,（磷酸轉(zhuǎn)酮醇酶）,（2）、乳酸細(xì)菌的混合酸發(fā)酵途徑,同型發(fā)酵,丙酮酸,乳酸,甲酸,乙酸,乙醇,乙酰CoA,乳酸脫氫酶,丙酮酸甲酸裂合酶（在有氧條件下失活）,丙酮

5、酸脫氫酶（在有氧條件下失活）,CO2 +NADH,（3）、米根霉產(chǎn)乳酸的途徑,葡萄糖,丙酮酸,乳酸,草酰乙酸,乙醇,琥珀酸,富馬酸,活性CO2化合物,蘋果酸,細(xì)菌和真菌（米根霉為代表）發(fā)酵生產(chǎn)乳酸的比較,（4）、乳酸菌種選擇的標(biāo)準(zhǔn),經(jīng)濟(jì)、高效 選擇同型發(fā)酵菌種 具有在較高濃度乳酸環(huán)境中生存的能力 菌種的耐熱性要好 菌種的營養(yǎng)要求要簡單,4、琥珀酸發(fā)酵,葡萄糖,3-磷酸甘油醛,磷酸烯醇式丙酮酸,草酰乙酸,蘋果酸,延胡索酸,琥珀酸,丙酮酸,乳酸,乙酰CoA,乙酸,乙醇,乙醛,乙酰磷酸,甲酸,產(chǎn)琥珀酸厭氧螺菌與產(chǎn)琥珀酸放線桿菌葡萄糖發(fā)酵的途徑,高CO2,低CO2,PEP羧化激酶,產(chǎn)琥珀酸厭氧螺菌的主

6、要產(chǎn)物,產(chǎn)琥珀酸放線桿菌的主要產(chǎn)物,5、衣康酸發(fā)酵,又名亞甲基丁二酸、亞甲基琥珀酸。是一種白色無嗅晶體。溶于水、乙醇和丙酮，微溶于其他有機(jī)溶劑。其結(jié)構(gòu)式為：,CH2=C-CH2COOH,COOH,（1）、衣康酸的生物合成途徑,葡萄糖,丙酮酸,草酰乙酸,檸檬酸,順烏頭酸,衣康酸,乙酸,丙酮酸,（2）、衣康酸的用途,衣康酸是化學(xué)合成工業(yè)中的一種重要中間體?？梢赃M(jìn)行自身聚合、也可和不同數(shù)目的其他單體如丙烯腈、苯乙烯、氯乙烯、丁二烯等聚合。,6、天冬氨酸族氨基酸的發(fā)酵生產(chǎn),L-天冬氨酸,天冬氨酰磷酸,天冬氨酸半醛,L-高絲氨酸,L-蘇氨酸,L-異亮氨酸,L-蛋氨酸,L-賴氨酸,二氫吡啶-2，6-二羧酸

7、,O-琥珀酰-高絲氨酸,天冬氨酸族氨基酸的生物合成途徑,（1）、天冬氨酸族氨基酸的生物合成途徑及代謝調(diào)節(jié)機(jī)制,PEP,PC,Asp,AK,ASA,HD,PS,Hom,Lys,Met,Thr,TD,Ile,PEP,PEP,PC,PC,Asp,Asp,AK,AK,ASA,ASA,PS,PS,HD,HD,Lys,Lys,Hom,Hom,Met,Met,Thr,Thr,TD,TD,Ile,Ile,（2）、天冬氨酸族氨基酸高產(chǎn)菌選育的圖式說明,野生型,Lys高產(chǎn)菌,Hom高產(chǎn)菌,優(yōu)先合成,解除控制后的代謝流,切斷或減弱支路代謝,反饋控制,PEP,PEP,PC,PC,Asp,Asp,AK,AK,ASA,A

8、SA,PS,PS,HD,HD,Lys,Lys,Hom,Hom,Met,Met,Thr,Thr,TD,TD,Ile,Ile,Thr高產(chǎn)菌,Ile高產(chǎn)菌,優(yōu)先合成,解除控制后的代謝流,切斷或減弱支路代謝,反饋控制,7、芳香族氨基酸的發(fā)酵生產(chǎn),（1）芳香族氨基酸的生物合成途徑及代謝調(diào)節(jié)機(jī)制,芳香族氨基酸的生物合成途徑,PEP + 4-磷酸赤蘚糖,DAHP,DAHP合成酶,莽草酸,分支酸,分支酸變位酶,預(yù)苯酸,PPA脫氫酶,PPA脫水酶,苯丙酮酸,對(duì)羥基苯丙酮酸,苯丙氨酸,酪氨酸,維生素K,CoQ,氨茴酸,氨茴酸合成酶,色氨酸,優(yōu)先合成,PEP + EP,DS,AS,CM,PD,PT,AS,DS,TS

9、,TS,CM,PEP + EP,DAHP,DAHP,CA,CA,PPA,PPA,Tyr,Tyr,Phe,Phe,Trp,Trp,氨茴酸,氨茴酸,野生型菌株,色氨酸產(chǎn)生菌,反饋調(diào)節(jié),切斷或減弱支路代謝,解除反饋調(diào)節(jié)的代謝流,優(yōu)先合成,（2）、芳香族氨基酸高產(chǎn)菌選育的圖式說明,DS,DS,AS,AS,TS,TS,CM,PEP + EP,PEP + EP,DAHP,DAHP,CA,CA,PPA,PPA,Tyr,Tyr,Phe,Phe,Trp,Trp,氨茴酸,氨茴酸,苯丙氨酸產(chǎn)生菌,酪氨酸產(chǎn)生菌,解除反饋調(diào)節(jié)的代謝流,切斷或減弱支路代謝,DS,DS,AS,AS,TS,TS,CM,PEP + EP,PE

10、P + EP,DAHP,DAHP,CA,CA,PPA,PPA,Tyr,Tyr,Phe,Phe,Trp,Trp,氨茴酸,氨茴酸,苯丙氨酸產(chǎn)生菌,酪氨酸產(chǎn)生菌,解除反饋調(diào)節(jié)的代謝流,切斷或減弱支路代謝,8、肌苷及肌苷酸的生產(chǎn),糖,糖,發(fā)酵,肌苷,肌苷酸,腺苷酸,磷酸化,脫氫,菌體,自溶,酶解,核糖核酸,提取,菌體,糖,發(fā)酵,發(fā)酵,黃苷酸,鳥苷酸,核糖核酸,9、鳥苷酸的生產(chǎn),糖,菌體,菌體,提取,酶解,自溶,糖,氨基化,磷酸化,鳥苷或氨基甲酰胺咪唑核糖苷,四、微生物在現(xiàn)代生物制藥中的應(yīng)用,天然抗生素：青霉素、頭孢菌素、多粘菌素和桿菌肽等。 氨基酸類和核酸類藥物：必需氨基酸和肌苷等。,維生素和輔酶類藥物：維生素A、維生素B、生物素和輔酶Q等。 藥用酶及甾體類藥物 生物制品：疫苗、菌苗和類毒素等。,青霉素G和頭孢菌素C生物合成的可能途徑,L-氨基己二酸+L-半胱氨酸+L-纈氨酸,（L-氨基己二酸）-L-半胱氨酸-D-纈氨酸,異青霉素N,青霉素N,青霉素G,6-APA,青霉素?；??；?/p>