微生物動力學計算例題

1、3-1-3 微生物反應過程的計量學【例題1】葡萄糖為基質(zhì)進行面包酵母（S. cerevisiae）培養(yǎng)，培養(yǎng)的反應式可用下式表達，求計量關系中的系數(shù)a、b、c和b。223106326126(3dCOOcHNOHbCaNHOOHC 面面包包酵酵母母）【解】根據(jù)元素平衡式（【解】根據(jù)元素平衡式（2）有）有：baNdcbbOcbaHdbC :23326:10312:66:12. 332. 448. 0 dcba3-1-3 微生物反應過程的計量學22310632612612. 332. 448. 048. 03COOHNOHCNHOOHC 所以上述反應的計量關系式為所以上述反應的計量關系式為以上方程聯(lián)

2、立求解，得以上方程聯(lián)立求解，得3-1-3 微生物反應過程的計量學 配平微生物反應方程式時，一部分系數(shù)是通過實驗獲得，配平微生物反應方程式時，一部分系數(shù)是通過實驗獲得，另一部分系數(shù)需計算獲得。另一部分系數(shù)需計算獲得。 一般基質(zhì)和產(chǎn)物的分子式是已知的。微生物細胞的元素組一般基質(zhì)和產(chǎn)物的分子式是已知的。微生物細胞的元素組成可通過元素分析方法測定。成可通過元素分析方法測定。 需要指出的是，處在不同生長階段的同一種細胞，其組成需要指出的是，處在不同生長階段的同一種細胞，其組成是有差別的，我們所獲得微生物細胞元素的組成，一般是細胞是有差別的，我們所獲得微生物細胞元素的組成，一般是細胞元素的平均組成。下表給

3、出了幾種微生物細胞的元素組成和經(jīng)元素的平均組成。下表給出了幾種微生物細胞的元素組成和經(jīng)驗分子式。驗分子式。 2232fCOOeHNOdCHNOcCHbNHaOOCHwvuzyxnm 3-1-3 微生物反應過程的計量學【例題【例題2】乙醇為基質(zhì)，好氧培養(yǎng)酵母，反應方程為：】乙醇為基質(zhì)，好氧培養(yǎng)酵母，反應方程為：呼吸商呼吸商RQ = 0.6。求各系數(shù)。求各系數(shù)a、b、c、d、e?！窘狻扛鶕?jù)元素平衡式（【解】根據(jù)元素平衡式（2）有）有 OeHdCOONCHcbNHaOOHHC225 . 015. 075. 13252)( cbNedcaOecbHdcC15. 0:25 . 021:275. 136:

4、2: (1)(2)(3)(4)3-1-3 微生物反應過程的計量學OH 2.634 CO 1.436 )ON(CH 0.564 NH 0.085 O 2.394 OHHC220.50.151.753 252 已知已知 RQ = 0.6，即，即 d = 0.6a，5個式聯(lián)立求解個式聯(lián)立求解 所以，反應式為所以，反應式為)9(634. 2)8(436. 1)7(564. 0)6(085. 0)5(394. 2 edcba3-1-3 微生物反應過程的計量學【例題3】葡萄糖為碳源，NH3為氮源進行酵母厭氧培養(yǎng)。培養(yǎng)中分析結果表明，消耗100 mol葡萄糖和12 mol NH3生成了57 mol 細胞、4

5、3 mol甘油、130 mol乙醇、154 mol CO2和3.6 mol H2O，求酵母的經(jīng)驗分子式。 【解】由題意寫出相應的反應方程式為O3.6H OHH130C 154CO (OH)H43C NOH57C 12NH OH100C2522353zyxw3 6126 3-1-3 微生物反應過程的計量學各元素平衡式為 由以上結果可知，酵母細胞的化學組成CH1.84N0.21O0.52。21. 05712:52. 06 . 3130215434357600:84. 126 . 36130843573121200:1213015434357600: zzNyyOxxHwwC【例例1】乙醇為基質(zhì)，好

6、氧培養(yǎng)酵母，反應方程為：】乙醇為基質(zhì)，好氧培養(yǎng)酵母，反應方程為：求酵母細胞求酵母細胞(CH1.75N0.15O0.5)培養(yǎng)過程中的培養(yǎng)過程中的Yx/s和和Yx/o。 【解】由（【解】由（1）式）式例題例題得：得：OHCOONCHNHOOHHC225 . 015. 075. 13252634. 2436. 1)(564. 0085. 0394. 2 SXYSX 消消耗耗基基質(zhì)質(zhì)的的質(zhì)質(zhì)量量生生成成細細胞胞的的質(zhì)質(zhì)量量/例題例題乙乙醇醇計計）以以細細胞胞/)(/(292. 04685.23564. 016116122)165 . 01415. 0175. 1121 (564. 0kgkgYSX 氧

7、計）以細胞氧的分子量細胞的分子量/)(/(176. 032394. 285.23564. 0394. 2564. 0kgkgYOX 例題例題 【例題【例題2】葡萄糖為碳源，】葡萄糖為碳源，NH3為氮源，進行某種細菌好氧為氮源，進行某種細菌好氧培養(yǎng)，消耗的葡萄糖中有培養(yǎng)，消耗的葡萄糖中有2/3的碳源轉(zhuǎn)化為細胞中的碳。反應的碳源轉(zhuǎn)化為細胞中的碳。反應式為式為C6H12O6 + aO2 + bNH3 c(C4.4H7.3N0.86O1.2) + dH2O + eCO2計算上述反應中的得率系數(shù)計算上述反應中的得率系數(shù)Yx/s和和Yx/o?！窘狻俊窘狻?mol葡萄糖中含有碳為葡萄糖中含有碳為72g，轉(zhuǎn)化

8、為細胞內(nèi)的碳為，轉(zhuǎn)化為細胞內(nèi)的碳為 722/3 = 48（g) 所以所以 c = 48/（4.412） = 0.91轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為CO2的碳量為的碳量為 72 48 = 24g所以所以 e = 24/12 = 2 N平衡平衡 14b = 0.86c 14 得得 b = 0.78 H平衡平衡 12 + 3b = 7.3c + 2d 得得 d = 3.85 O平衡平衡 616 + 216a = 1.216c + 216e + 16d 得得 a = 1.47 消耗消耗1mol葡萄糖生成的細胞量：葡萄糖生成的細胞量： 0.91(4.412 + 7.31 + 0.8614 + 1.216) = 83.1（

9、g）所以所以 YX/S = 83.1/180 = 0.46（g/g）（以細胞）（以細胞/葡萄糖計）葡萄糖計） YX/O = 83.1/(1.4732) = 1.77（g/g）（以細胞）（以細胞/氧計）氧計）例題例題例題例題【例題例題3】已知某細菌以葡萄糖為單一碳源生長時，細胞得率】已知某細菌以葡萄糖為單一碳源生長時，細胞得率YX/S=85gmol-1，通過元素分析得知該細菌的分子式為，通過元素分析得知該細菌的分子式為CH1.7O0.46N0.18。求這個反應的得率系數(shù)。求這個反應的得率系數(shù)YC。【解】【解】葡萄糖分子量為葡萄糖分子量為180，根據(jù)，根據(jù)YC定義，得定義，得).(60.01807258.231218085180126)1418.01646.07.1121(121180851 ggSXYYCCSXC例題例題【例題【例題4】熒光假單胞菌（熒光假單胞菌（Psenudomonas fluorescens）好氧培）好氧培養(yǎng)，已知：養(yǎng)，已知：YX/S=180g/mol，YX/O=30.4g/mol，每消耗，每消耗1mol葡萄糖葡萄糖可生成可生成2molATP，氧化磷酸化的，氧化磷酸化的P：O比為比為1，求，求YATP？【解】根據(jù)【解】根據(jù)YX