生物工艺原理思维脑图思维导图

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2023-12-24

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生物化学

育种选育

发酵工艺

绪论，微生物代谢，发酵工艺等内容讲解

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思维导图大纲

微生物代谢作用

酶合成调节（调节变构蛋白）

诱导作用

代谢物阻遏作用

反馈抑制作用

反馈阻遏作用

酶的活性调节（变构酶）

变构调节

共价修饰

缔和与解离

竞争性抑制

本质

酶合成调节和酶活性调节

代谢调节方式

同工酶的特异性调节

协同反馈调节

累积反馈调节

顺序反馈调节

联合抑制调节

积累产物

中间

IMP

终点

GMP或者赖AA

绪论

生物工程工艺概述

定义

应用化学、生物学及工程学的原理，对生物催化剂进行改造和改良，并依靠生物催化剂的作用，将物料进行加工转化以提供产品或为社会服务的技术。

特点

①是一门多学科，综合性的科学技术。 ②反应过程需有生物催化剂的参与。 ③最后目的是建立工业生产过程或进行社会服务(能源、环境保护)。

过程

上游

生物催化剂的制备

中游

原材料的预处理及培养基的制备、生物反应器及反应条件的选择与控制

下游

产品的分离与纯化

生物催化剂

定义

是游离的或固定化的酶、单细胞或多细胞生物体的总称，它们在生物反应过程中起催化剂的作用。

分类

酶，单细胞，多细胞生物体。

特点

①反应条件温和，使催化的反应在常温、常压下进行。 ②反应速率大，催化作用专一，价格较低廉。 ③稳定性较差，易受热、某些化学物质及杂菌的破坏而失活。 ④对环境条件（营养、温度、PH、溶氧、渗透压等）相当敏感，需严格控制。 ⑤催化活性提高的潜力巨大。

生物技术的应用

发酵工程，酶工程，细胞工程，环境生物工程，生化分离工程。

菌种选择性分离的原理和方法

生物物质产生菌的筛选

筛选目的

鉴别能产生所需产物或者具有某种特定生化反应的目标菌

筛选方案的正确设计

1、分离源的正确选择 2、目的菌分离方法步骤的确定3、选择性培养基和培养条件

菌种保藏方法

1、斜面低温保藏法。2、液体石蜡封存保藏发3、甘油管冷冻保藏法4、固体曲保藏法5、沙土管保藏法6、冷冻干燥法7、液氮超低温保藏法

富集培养

通过选择性培养基选择一定的培养条件来控制杂菌生长，而使目的菌培养起来且占生长优势

微生物选择性分离的原理和方法

步骤

①含微生物材料(样品分离源)的选择。 ②分离源材料的预处理。 ③所需菌种的选择性分离。 ④所需菌种的选择性培养。 ⑤菌落的选择和纯化。

分离目的

是指获得纯的或共生的混合培养物，其目的是将目标菌种与分离源中混杂的其它菌种分开。

重要工业微生物的分离

抗生素产生菌

原理

方法

生长因子产生菌

原理

方法

营养缺陷型菌株

是微生物经诱变处理后，由于基因突变，它丧失了合成某种必须物质（氨基酸、维生素或核苷酸碱基）的能力，在基本培养基上不能生长，需要补加该种必须物质后才能生长。

抗肿瘤药物产生菌

原理

方法

育种选育的原理和方法

菌种选育

定义

从自然界经分离筛选获得的有潜在工业应用价值的野生菌种，在应用于生产之前，必须经人工选育以获得具有较高生产能力和优良生产性能的生产菌种。

方法

作用及意义

突变

类型

染色体畸变

染色体或DNA片断的缺失、易位、逆位、重复等。

基因突变

是指DNA分子结构中的某一部位发生碱基配对或碱基排列顺序的变化（又称点突变）。

原因

自然突变

指在没有人工参与的自然条件下所发生的突变。

诱发突变

指采用各种物理、化学和生物因素人工诱发的突变。

诱变因素

物理化学生物三类

杂交育种

定义

是指将两个基因型不同的菌株经吻合（或接合）使遗传物质重新组合，从中分离和筛选出具有新性状的菌株。

目的

亲本

直接亲本

微生物杂交育种直接用来配对杂交的菌株称为直接亲本。直接亲本由原始亲本经诱变获得，经诱变后带有适当的遗传标记，常用的遗传标记有颜色、营养要求和抗药性等。

原始亲本

经考察选定的准备用来配对杂交的菌株称为原始亲本，常是具有应用潜力的野生菌株或需要进一步改良的现用生产菌株。

放线菌的四大遗传体系

异核现象

结合现象

异核系的形成

重组体的形成

原生质体融合技术

原生质体的定义

原生质体融合

定义

在等渗条件下将两亲本的原生质体混合，由聚乙二醇（PEG）作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞融合，接着两亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。在再生细胞的菌落中就有可能获得具有理想性状的重组子。

一般步骤

①融合育种亲株的选择，②细胞培养和预处理，③原生质体制备，④原生质体融合，⑤融合子的再生，⑥重组子筛选。

培养基的设计与优化

培养基分类

纯度

合成和天然

状态

固体液体和半固体

用途

孢子种子和发酵

成分

碳源

提供能量，大量中间体和前体，细胞成分或产物骨架

氮源

作营养和氨基的来源

生理酸性盐

经微生物生理作用后能形成酸性物质的营养盐称生理酸性盐

生理碱性盐

经微生物生理作用后能形成碱性物质的营养盐称生理酸性盐

前体

指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中并使产物的产量有较大的提高，而其自身的结构并没多大的变化。

促进剂

指那些既不是营养物又不是前体但能提高产量的添加剂。对于菌体生长的抑制剂常是次级代谢产物形成的促进剂。

抑制剂

指在发酵过程中加入某种物质会抑制一些代谢途径的进行，同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某一代谢中间物积累起来。

做法

①参照前人所使用的较适合于某一类菌种的经验配方，结合所用菌种和产品的特性。 ②采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，对碳源、氮源、无机盐和前体等进行逐个单因子试验，观察这些因子对菌体生长和产物合成量的影响。 ③最后通过“正交试验”综合考虑各因素的影响，得到一个比较适合本菌的生产配方，以求得高产。还可通过方差分析，了解哪个因素影响较大，以引起人们的注意。