2024/11/1 张星元：发酵原理 1 第二章 发酵学第一假说： 代谢能支撑假说 第一节 微生物细胞过程的热力学 第二节 微生物细胞内外的物质交换 第三节 化能异养型微生物的生物氧化 第四节 化能异养型微生物的能量形式转换 第五节 质子运动势和活细胞的质子回路 第六节 代谢能对微生物生长和维持的支撑
2024/11/1 张星元：发酵原理 2 请带着以下问题学习： 1. 怎么给代谢能下定义？ 为什么代谢能支撑是细 胞生物的基本性质？ 2. 代谢能如何支撑微生物细胞的生命活动？ 3. 为什么化能异养型微生物细胞属于开放体系？ 4. 怎样认识生物氧化的氧化还原本质？ 在生物氧 化过程中，脱氢酶（ 或氧化酶）的辅酶有什么 不可替代的作用？ 5. 为什么说微生物细胞的质子回路是代谢能支撑 生命活动的一种重要表现形式？ 6. 发酵学的三个基本假说是针对典型的工业发酵 提出的，所谓典型的工业发酵是什么样的发酵？
2024/11/1 张星元：发酵原理 3 发酵学第一假说·代谢能支撑假说 能直接推动生命活动（做细胞功） 的能量形式叫做代谢能。微生物细胞 依靠其自备的能量转换机构，把化学 能或光能持续地转化成代谢能，并直 接用来支撑其自身的生命活动
2024/11/1 张星元：发酵原理 4 以上假说试图说明三个问题： ①什么叫代谢能？ ②微生物细胞怎样获得代谢能？ ③代谢能与微生物的生命活动有什么 关系？
2024/11/1 张星元：发酵原理 5 生命活动是生物体高度有序的序 列反应的总和，是耗能的、不可逆的 过程。尽管不同的生物可以使用不同 的能源；然而，实际上吸能的生物化 学反应只能接受代谢能（metabolic energy），即可供细胞新陈代谢直接 利用的能量形式。因此所有的生物体 内都存在把其他形式的能量转化成代 谢能的过程，以及代谢能支撑的问题
2024/11/1 张星元：发酵原理 6 工业发酵过程主要是微生 物细胞群体的生命活动过程。 微生物细胞的生命活动当然也 是耗能的，微生物细胞的大量 的生物化学反应和细胞过程也 只能接受代谢能。但是——
2024/11/1 张星元：发酵原理 7 微生物细胞直接面向环境 而独立存在的处境，以及微生 物细胞自主应对环境变化的生 存方式，要求微生物细胞必须 自己解决能量形式转换等生死 攸关的问题
2024/11/1 张星元：发酵原理 8 也就是说微生物细胞必须自 备与能源相对应的能量形式转换 机构，并具备把能源提供的能量 形式持续不断地转化成代谢能的 能力，最终实现代谢能对微生物 细胞生命活动的支撑
2024/11/1 张星元：发酵原理 9 能量经典地定义为物体做功的 能力。能量是物质运动的一种度量， 对应于物质不同的运动形式，能量 也有不同的形式。代谢能是对应于 生命运动的能量形式，是生物体直 接用来建设自身或维持生命活动的 能量形式
2024/11/1 张星元：发酵原理 10 代谢能以高能磷酸键或电场 的方式储存在代谢能的载体中， 腺苷酸和可以被能量化的生物膜 是最常见的代谢能载体，ATP （能量货币）和 Δp （质子运动势， 能库） 是代谢能最常见的供体