四節(jié)細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)課件

第四節(jié)細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)

與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)2022/12/211張星元：發(fā)酵原理第四節(jié)細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)

與細(xì)胞經(jīng)細(xì)胞是生物的基本單位，每個(gè)生命有機(jī)體或者由細(xì)胞組成，或者它本身就是單個(gè)細(xì)胞。生物工程和發(fā)酵工程科技人員認(rèn)識(shí)微生物細(xì)胞就是要它們工作，因此就更關(guān)注它們工作的能力和局限性，也就是微生物細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)工作原理。

2022/12/212張星元：發(fā)酵原理細(xì)胞是生物的基本單位，每個(gè)生命有機(jī)體或者由細(xì)4.4.1工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的對(duì)立

和統(tǒng)一

4.4.2網(wǎng)絡(luò)及節(jié)點(diǎn)剛性理論與五字

策略的互補(bǔ)性

4.4.3細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)

的萌芽2022/12/213張星元：發(fā)酵原理4.4.1工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的對(duì)立

和4.4.1工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的對(duì)立

和統(tǒng)一

工業(yè)發(fā)酵的目的是利用微生物的生命活動(dòng)為人類(lèi)造福，為世界消災(zāi)。既然微生物的細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的價(jià)值取向是自我保障，那么工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)之間有什么關(guān)系呢？

2022/12/214張星元：發(fā)酵原理4.4.1工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的對(duì)立

4.4.1.1微生物的天然進(jìn)化不可能刻

去照顧人類(lèi)的利益

4.4.1.2微生物的生存利益與人類(lèi)的

經(jīng)濟(jì)利益的對(duì)立與統(tǒng)一

4.4.1.3發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中的人的主觀

能動(dòng)作用的發(fā)揮

2022/12/215張星元：發(fā)酵原理4.4.1.1微生物的天然進(jìn)化不可能刻

4.4.1.1微生物的天然進(jìn)化不可能刻意去照顧

人類(lèi)的利益

生命是以遺傳信息維系的、以不斷自我更新的形式存在于時(shí)間和空間的過(guò)程，因此必須以歷史唯物主義的觀點(diǎn)來(lái)研究微生物進(jìn)化和發(fā)展。宇宙萬(wàn)物都在運(yùn)動(dòng)和變化。天然存在的微生物物種是微生物在大自然中進(jìn)行生命活動(dòng)和發(fā)生遺傳物質(zhì)的變化。在微生物進(jìn)化的歷史長(zhǎng)河中，運(yùn)動(dòng)變化中的微生物經(jīng)受了環(huán)境的種種考驗(yàn)，經(jīng)過(guò)生存斗爭(zhēng)，適者生存下來(lái)，形成現(xiàn)在的各種微生物物種。

2022/12/216張星元：發(fā)酵原理4.4.1.1微生物的天然進(jìn)化不可能刻意去照顧

因此，它們是經(jīng)物競(jìng)天擇而得到的階段性進(jìn)化成果。它們的生命活動(dòng)規(guī)律是在億萬(wàn)年的物競(jìng)天擇的過(guò)程中建立和逐步完善的，是不以人的主觀意志為轉(zhuǎn)移的客觀存在。天然存在的各種微生物物種的生命活動(dòng)過(guò)程——不論是造福于人類(lèi)或危害人類(lèi)的——都是它們按它們自己的生命活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行生存競(jìng)爭(zhēng)的新陳代謝過(guò)程。微生物的天然進(jìn)化不可能刻意去照顧人類(lèi)的利益。2022/12/217張星元：發(fā)酵原理因此，它們是經(jīng)物競(jìng)天擇而得到的階段性進(jìn)化成果微生物具有造福于人類(lèi)的巨大潛力，人類(lèi)利用微生物可以實(shí)現(xiàn)更多美好的理想。然而，在發(fā)酵工業(yè)中人類(lèi)只有依靠微生物才能間接地達(dá)到目的。因此，為了在工業(yè)發(fā)酵中爭(zhēng)取主動(dòng)，必須發(fā)揮人的主觀能動(dòng)作用，協(xié)調(diào)好工業(yè)生產(chǎn)中人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)利益與微生物生存競(jìng)爭(zhēng)之間的關(guān)系。為此，必須研究微生物生命活動(dòng)的規(guī)律，以及這個(gè)規(guī)律和人的意志之間的對(duì)立與統(tǒng)一。2022/12/218張星元：發(fā)酵原理微生物具有造福于人類(lèi)的巨大潛力，人類(lèi)利用微生4.4.1.2微生物的生存利益與人類(lèi)的經(jīng)

濟(jì)利益的對(duì)立與統(tǒng)一

人類(lèi)和微生物同樣都是地球的居民，都是生命體，在地球生存空間處于理論上的平等的地位。盡管，人類(lèi)有思維能力，微生物沒(méi)有；人類(lèi)也不可能隨心所欲地支配微生物的生命活動(dòng)。微生物有它自己的相對(duì)穩(wěn)定的生命活動(dòng)規(guī)律，這些規(guī)律是經(jīng)千千萬(wàn)萬(wàn)年的物競(jìng)天擇而穩(wěn)定下來(lái)的。2022/12/219張星元：發(fā)酵原理4.4.1.2微生物的生存利益與人類(lèi)的經(jīng)

微生物代謝產(chǎn)物的生物合成必須依靠微生物的高度有序的生命活動(dòng)，決不是打亂它。人類(lèi)要利用微生物為自己服務(wù)，就必須研究、了解并遵循微生物的生命活動(dòng)規(guī)律，在可能范圍內(nèi)對(duì)微生物的生命活動(dòng)進(jìn)行引導(dǎo)，而不是隨意將自己的意志強(qiáng)加給微生物。工業(yè)發(fā)酵呼喚人與微生物的合作，而在合作中，人處于主導(dǎo)的地位，人應(yīng)該發(fā)揮主觀能動(dòng)作用。2022/12/2110張星元：發(fā)酵原理微生物代謝產(chǎn)物的生物合成必須依靠微生物的高度

微生物生命活動(dòng)有其自己的生存、發(fā)展的保障機(jī)制，這些機(jī)制服務(wù)于它們自身的生存競(jìng)爭(zhēng)；在工業(yè)生產(chǎn)中，人類(lèi)通過(guò)微生物的生命活動(dòng)謀求經(jīng)濟(jì)效益。

微生物的生存利益與人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)利益，也就是微生物的生命活動(dòng)規(guī)律和人的意志，這兩者既是對(duì)立的，又是統(tǒng)一的。科學(xué)和技術(shù)工作的目的就在于努力促使對(duì)立向統(tǒng)一的轉(zhuǎn)化。

2022/12/2111張星元：發(fā)酵原理微生物生命活動(dòng)有其自己的生存、發(fā)展的保障機(jī)制，

微生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)化的總的方向是發(fā)展其自身的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性和代謝的持續(xù)性（生命保障）。微生物代謝過(guò)程中任何中間產(chǎn)物、細(xì)胞組分或酶的過(guò)多產(chǎn)生都是與其求生存的利益背道而馳的，只有當(dāng)3個(gè)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)最大限度的生長(zhǎng)和繁殖，才是符合微生物自身利益的。2022/12/2112張星元：發(fā)酵原理微生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)化的總的方向是發(fā)展其自身的把微生物細(xì)胞作為“細(xì)胞機(jī)器”，用來(lái)合成人類(lèi)所需要的化學(xué)物質(zhì)是人類(lèi)的美好理想。

如果工業(yè)發(fā)酵的目的僅僅是為了獲得菌體細(xì)胞，事情還好辦些，因?yàn)檫@與微生物進(jìn)化的目標(biāo)一致；但如果要想獲得的化學(xué)物質(zhì)是代謝的中間產(chǎn)物，或細(xì)胞的生物大分子或其它細(xì)胞物質(zhì)的話，那就要求微生物過(guò)量地合成這些物質(zhì)，而且還要及時(shí)將它們排出細(xì)胞。2022/12/2113張星元：發(fā)酵原理把微生物細(xì)胞作為“細(xì)胞機(jī)器”，用來(lái)合成人類(lèi)所4.4.1.3發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中人的主觀能

動(dòng)作用的發(fā)揮

微生物工業(yè)（發(fā)酵工業(yè)）是生物工業(yè)的開(kāi)路先鋒。發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)依賴(lài)于微生物生命活動(dòng)；微生物活細(xì)胞在人給定的條件下進(jìn)行新陳代謝，完成人交給它們的生產(chǎn)任務(wù)。2022/12/2114張星元：發(fā)酵原理4.4.1.3發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中人的主觀能

在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，人的意愿要通過(guò)微生物的生命活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，人類(lèi)只有依靠微生物才能間接地達(dá)到目的。在發(fā)酵工業(yè)中人客觀上處于被動(dòng)的地位，而微生物在求生存的方向上始終是主動(dòng)的。

對(duì)于工業(yè)微生物學(xué)家和發(fā)酵工程師來(lái)說(shuō)，如何在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中調(diào)動(dòng)微生物的積極因素，始終是一個(gè)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。2022/12/2115張星元：發(fā)酵原理在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，人的意愿要通過(guò)微生物的生命

在微生物生命活動(dòng)中，微生物細(xì)胞生存的保障體系有利于它們自身的生存競(jìng)爭(zhēng)；在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，人類(lèi)要利用微生物的生命活動(dòng)謀求經(jīng)濟(jì)效益。微生物的生存利益與人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)利益，也就是微生物的生命活動(dòng)規(guī)律和人的意志，這兩者既是對(duì)立的，又是統(tǒng)一的。2022/12/2116張星元：發(fā)酵原理在微生物生命活動(dòng)中，微生物細(xì)胞生存的保障體

發(fā)酵工程的基本矛盾在于：人出于經(jīng)濟(jì)利益對(duì)微生物代謝的導(dǎo)向與微生物的細(xì)胞的生存保障體系對(duì)這種導(dǎo)向的抵抗。

在對(duì)立和統(tǒng)一的矛盾斗爭(zhēng)和相互轉(zhuǎn)化中，人的作用是關(guān)鍵的。正確理論的指導(dǎo)和應(yīng)順自然規(guī)律的實(shí)踐能夠使對(duì)立向統(tǒng)一轉(zhuǎn)化。2022/12/2117張星元：發(fā)酵原理發(fā)酵工程的基本矛盾在于：人出于經(jīng)濟(jì)利益對(duì)微生物我們研究微生物的生命活動(dòng)規(guī)律，建立工業(yè)發(fā)酵的生物學(xué)理論就是為了能在發(fā)酵工業(yè)中引導(dǎo)微生物的代謝，使微生物的生存保障的本能與人的經(jīng)濟(jì)利益的對(duì)立在維持微生物細(xì)胞的生存（高度有序的狀態(tài)）這一點(diǎn)上得到統(tǒng)一，讓用于發(fā)酵生產(chǎn)的微生物細(xì)胞在人為的特定條件下進(jìn)行新陳代謝的同時(shí)，為人類(lèi)生產(chǎn)指定的代謝產(chǎn)物。2022/12/2118張星元：發(fā)酵原理我們研究微生物的生命活動(dòng)規(guī)律，建立工業(yè)發(fā)酵的

人對(duì)微生物的生命活動(dòng)規(guī)律理解得愈深，對(duì)微生物代謝的引導(dǎo)就愈有效，在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中的主動(dòng)權(quán)就愈大。2022/12/2119張星元：發(fā)酵原理人對(duì)微生物的生命活動(dòng)規(guī)律理解得愈深，對(duì)微生物4.4.2剛性理論與五字

策略的互補(bǔ)性

2022/12/2120張星元：發(fā)酵原理4.4.2剛性理論與五字

代謝網(wǎng)絡(luò)剛性理論是指有關(guān)代謝網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點(diǎn)剛性的理論。

本小節(jié)將從節(jié)點(diǎn)的剛性、網(wǎng)絡(luò)的剛性、剛性代謝（生命保障體系）的基本概念出發(fā)，進(jìn)而追究剛性的由來(lái)，以及生存保障體系與代謝變動(dòng)性、遺傳保守性的關(guān)系，簡(jiǎn)單地討論代謝網(wǎng)絡(luò)剛性理論。2022/12/2121張星元：發(fā)酵原理代謝網(wǎng)絡(luò)剛性理論是指有關(guān)代謝網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點(diǎn)剛性

微生物自動(dòng)抵制代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物流量分布的改變的特性叫做代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性與主要節(jié)點(diǎn)的剛性大小、分布及數(shù)量密切相關(guān)。2022/12/2122張星元：發(fā)酵原理微生物自動(dòng)抵制代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物流量分布的4.4.2.1途徑分支點(diǎn)的分類(lèi)

4.4.2.2代謝網(wǎng)絡(luò)與亞網(wǎng)絡(luò)

4.4.2.3節(jié)點(diǎn)剛性理論與五字策

略的互補(bǔ)性

2022/12/2123張星元：發(fā)酵原理4.4.2.1途徑分支點(diǎn)的分類(lèi)

4.4.2.2代謝網(wǎng)絡(luò)與4.4.2.1途徑分支點(diǎn)的分類(lèi)

代謝網(wǎng)絡(luò)中，兩條或多條代謝途徑的中介分支點(diǎn)（intermediatebranchpoint）稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)（node）。

在生物學(xué)過(guò)程中，往往由于途徑的酶水平或酶活性而影響途徑的產(chǎn)品的得率。雖然指向產(chǎn)品的分支途徑的酶的整體活性決定細(xì)胞機(jī)器的“生產(chǎn)力”，然而，產(chǎn)品得率是節(jié)點(diǎn)處流量分流（fluxsplitratio）的函數(shù)。2022/12/2124張星元：發(fā)酵原理4.4.2.1途徑分支點(diǎn)的分類(lèi)

代謝網(wǎng)絡(luò)雖然由不同生物體調(diào)節(jié)代謝流量所用的代謝控制機(jī)制明顯地多樣化，然而基于在節(jié)點(diǎn)處代謝流的分流比的控制特性，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)。如果處于分支點(diǎn)的代謝中間物在各個(gè)分支上的分流比不易改變，這樣的分支點(diǎn)被叫做剛性節(jié)點(diǎn)（rigidnode）；反之，叫被叫做撓性節(jié)點(diǎn)（flexiblenode），介于兩者之間者則為弱剛性節(jié)點(diǎn)。剛，取其抵抗改變之意；撓，取其屈服順從之意。2022/12/2125張星元：發(fā)酵原理雖然由不同生物體調(diào)節(jié)代謝流量所用的代謝控制機(jī)

微生物代謝網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也是代謝流的集散處，微生物自動(dòng)抵制節(jié)點(diǎn)處代謝物流量分流比的改變的特性叫做節(jié)點(diǎn)的剛性。節(jié)點(diǎn)的剛性取決于微生物代謝的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制。

2022/12/2126張星元：發(fā)酵原理微生物代謝網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也是代謝流的集散處，S，為底物；P，為產(chǎn)物。分支處為節(jié)點(diǎn)。

2022/12/2127張星元：發(fā)酵原理S，為底物；P，為產(chǎn)物。分支處為節(jié)點(diǎn)。2022/12/10①剛性節(jié)點(diǎn)（rigidnode）：抵抗分流比改變的節(jié)點(diǎn)。如果某節(jié)點(diǎn)處的分流比受到該處的一條或多條支路嚴(yán)格的控制，這樣的節(jié)點(diǎn)被稱(chēng)為剛性節(jié)點(diǎn)。這種控制往往是通過(guò)反饋控制和交叉激活兩種機(jī)制的聯(lián)合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所謂聯(lián)合作用，是指各個(gè)分支途徑自身的反饋控制和與之競(jìng)爭(zhēng)原料的分支途徑的產(chǎn)物對(duì)它的交叉激活，兩種機(jī)制一起發(fā)生作用。剛性節(jié)點(diǎn)處的分流比不易發(fā)生改變，因?yàn)榕c節(jié)點(diǎn)相關(guān)的各種酶均存在特定的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。2022/12/2128張星元：發(fā)酵原理①剛性節(jié)點(diǎn)（rigidnode）：抵抗分流比改變的節(jié)點(diǎn)②撓性節(jié)點(diǎn)（flexiblenode）：屈服于分流比改變的節(jié)點(diǎn)。在此類(lèi)節(jié)點(diǎn)處的分流比容易根據(jù)細(xì)胞代謝的需求做出響應(yīng)，即容易做出相應(yīng)的改變。從這些節(jié)點(diǎn)出發(fā)的互相競(jìng)爭(zhēng)的分支途徑的第一個(gè)酶，對(duì)節(jié)點(diǎn)（酶的底物）有類(lèi)似的底物親和力，有類(lèi)似的酶反應(yīng)速率。撓性節(jié)點(diǎn)不限制分支途徑的產(chǎn)物得率，因?yàn)闊o(wú)論何時(shí)只要需要，任何分支途徑的分流比都可能在0～100%范圍變動(dòng)，因此撓性節(jié)點(diǎn)是最“順從”的（上圖右半部分）。2022/12/2129張星元：發(fā)酵原理②撓性節(jié)點(diǎn)（flexiblenode）：屈服于分流比改③弱剛性節(jié)點(diǎn)（weaklyrigidnode）：性能上處于前述兩種節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)原則上都屬于弱剛性節(jié)點(diǎn)。嚴(yán)格地說(shuō)，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)的分流比主要取決于一條分支途徑的動(dòng)力學(xué)（即構(gòu)成分支途徑的所有酶的整體響應(yīng)），這樣的節(jié)點(diǎn)叫做弱剛性節(jié)點(diǎn)。2022/12/2130張星元：發(fā)酵原理③弱剛性節(jié)點(diǎn)（weaklyrigidnode）：性能上處

弱剛性節(jié)點(diǎn)的分流比由一個(gè)分支途徑（優(yōu)勢(shì)分支）控制，這可能是由于優(yōu)勢(shì)分支途徑的第一個(gè)酶具有較高的比活力和（或）較高的底物（節(jié)點(diǎn)）親和力，并且不受反饋抑制；即使從屬分支（假定是流向產(chǎn)物的分支）解除調(diào)節(jié)，還是有相當(dāng)大的一部分流量依然進(jìn)入優(yōu)勢(shì)分支，從而限制產(chǎn)物得率的上升。2022/12/2131張星元：發(fā)酵原理弱剛性節(jié)點(diǎn)的分流比由一個(gè)分支途徑（優(yōu)勢(shì)分支）

弱剛性節(jié)點(diǎn)與撓性節(jié)點(diǎn)有如下不同：一條分支途徑與另一條（一些）分支途徑相比，占有明顯的優(yōu)勢(shì)。這是由于優(yōu)勢(shì)分支途徑的酶對(duì)共同代謝物（節(jié)點(diǎn)）有更大的親和力，并且（或者）優(yōu)勢(shì)分支途徑的酶比從屬的分支途徑的酶有更大的整體活性。在這種情況下，完全解除從屬分支途徑的調(diào)節(jié)，也不會(huì)對(duì)流量有什么顯著的影響。另一方面，如果優(yōu)勢(shì)分支途徑的活性被減弱，就會(huì)顯著增加流入從屬分支途徑的流量。2022/12/2132張星元：發(fā)酵原理弱剛性節(jié)點(diǎn)與撓性節(jié)點(diǎn)有如下不同：一條分支途徑

強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)是被終端產(chǎn)物激活或抑制高度調(diào)控（上圖左半部分）。在這個(gè)例子中，每個(gè)產(chǎn)物代謝物作為其競(jìng)爭(zhēng)分支途徑的激活劑，同時(shí)又作為其自己合成途徑的抑制劑。反饋抑制總是施加在催化途徑第一步反應(yīng)的酶上。剛性節(jié)點(diǎn)對(duì)途徑的產(chǎn)物得率施加控制性的影響，它的解除調(diào)節(jié)比酶學(xué)的弱化可能更為復(fù)雜。

因此在應(yīng)用“五字策略”制訂育種的具體方案時(shí)應(yīng)盡量采用解除調(diào)節(jié)的育種手段。2022/12/2133張星元：發(fā)酵原理強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)是被終端產(chǎn)物激活或抑制高度調(diào)控（上假定目標(biāo)是增加P1分支的分流比，而且，在沒(méi)有激活劑

P2存在時(shí)，P1的穩(wěn)態(tài)濃度（steadystateconcentration）高得足以抑制它本身的合成。在這種情況下，增加P1分支途徑的分流比就會(huì)減弱流向P2的流量。然而，對(duì)于強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)，這種做法將導(dǎo)致P2的低水平，所以P1分支途徑將會(huì)喪失P2對(duì)它的激活作用。簡(jiǎn)單地說(shuō)，一條分支途徑的弱化導(dǎo)致其競(jìng)爭(zhēng)分支途徑的弱化，結(jié)果是整個(gè)節(jié)點(diǎn)崩潰（collapse），每條分支途徑的分流比相對(duì)來(lái)說(shuō)沒(méi)有改變。2022/12/2134張星元：發(fā)酵原理假定目標(biāo)是增加P1分支的分流比，而且，在沒(méi)有因?yàn)閺?fù)雜、多樣的控制結(jié)構(gòu)和酶動(dòng)力學(xué)，代謝網(wǎng)絡(luò)并不總是呈現(xiàn)上述分類(lèi)所暗示的對(duì)于流量分配的二元響應(yīng)。因此，強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)的一條分支途徑的弱化可能僅僅導(dǎo)致與它競(jìng)爭(zhēng)的分支途徑的部分弱化，以致有可能在包含一個(gè)剛性節(jié)點(diǎn)的依賴(lài)型網(wǎng)絡(luò)（dependentnetwork）中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物得率改進(jìn)。也有可能因?yàn)槿趸療o(wú)用的途徑而引起中間代謝物的分泌，而不是流量的降低或代謝流的方向的改變。2022/12/2135張星元：發(fā)酵原理因?yàn)閺?fù)雜、多樣的控制結(jié)構(gòu)和酶動(dòng)力學(xué)，代謝網(wǎng)絡(luò)盡管其他可能的控制結(jié)構(gòu)也可能產(chǎn)生一個(gè)剛性節(jié)點(diǎn)，任何此類(lèi)控制的關(guān)鍵問(wèn)題是，在互相競(jìng)爭(zhēng)的分支途徑之間存在一個(gè)反饋（相互影響）機(jī)制，以維持分流比恒定的趨勢(shì)。剛性節(jié)點(diǎn)不僅能限制產(chǎn)物得率，而且通過(guò)簡(jiǎn)單的酶活性弱化不容易減輕這種作用。2022/12/2136張星元：發(fā)酵原理盡管其他可能的控制結(jié)構(gòu)也可能產(chǎn)生一個(gè)剛性節(jié)點(diǎn)2022/12/2137張星元：發(fā)酵原理2022/12/1037張星元：發(fā)酵原理上圖所示的異檸檬酸節(jié)點(diǎn)是一個(gè)已經(jīng)過(guò)全面研究的代謝分支點(diǎn)。當(dāng)細(xì)胞在醋酸鹽基質(zhì)上生長(zhǎng)時(shí)，異檸檬酸裂合酶（IL）被誘導(dǎo)；醋酸鹽在碳架物質(zhì)的回補(bǔ)方面起重要作用，否則碳架物質(zhì)就會(huì)在TCA循環(huán)中以CO2的形式丟失。當(dāng)在醋酸鹽基質(zhì)上生長(zhǎng)時(shí)，異檸檬酸脫氫酶（IDH）主要處于磷酸化狀態(tài)（大約80%），在這種狀態(tài)下該酶沒(méi)有活性。當(dāng)給予細(xì)胞更有利的碳源時(shí)，如葡萄糖，IDH就會(huì)迅速脫磷酸而被激活。這是共價(jià)調(diào)節(jié)的一個(gè)典型例子。2022/12/2138張星元：發(fā)酵原理上圖所示的異檸檬酸節(jié)點(diǎn)是一個(gè)已經(jīng)過(guò)全面研究的上圖概括了在乙酸鹽上生長(zhǎng)時(shí)，兩種互相競(jìng)爭(zhēng)酶的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。該分支點(diǎn)的一個(gè)重要特征是各自的Km值差別極大，異檸檬酸裂合酶（IL）

的Km值是異檸檬酸脫氫酶（IDH）的75倍。在異檸檬酸生理濃度時(shí)（約160μmol·L-1），IL催化的反應(yīng)是關(guān)于異檸檬酸的一級(jí)反應(yīng)，而IDH則已被共同底物異檸檬酸所飽和。因?yàn)檫@兩種酶的動(dòng)力學(xué)的相互控制，通過(guò)該支路的流量對(duì)異檸檬酸濃度水平的變化極端敏感。2022/12/2139張星元：發(fā)酵原理上圖概括了在乙酸鹽上生長(zhǎng)時(shí)，兩種互相競(jìng)爭(zhēng)酶的若向乙酸基質(zhì)中生長(zhǎng)的培養(yǎng)物中加入葡萄糖，不僅能使IDH的vmax提高（葡萄糖可使IDH的vmax增加5倍），同時(shí)通過(guò)檸檬酸裂合酶的碳流的相應(yīng)減少，其總結(jié)果是胞內(nèi)異檸檬酸水平降低（大約170倍）。因?yàn)榕cIDH相比，IL對(duì)異檸檬酸有一個(gè)顯著高的Km，所以異檸檬酸濃度的下降使通過(guò)該支路的流量有一個(gè)很大程度（約99%）的減少。2022/12/2140張星元：發(fā)酵原理若向乙酸基質(zhì)中生長(zhǎng)的培養(yǎng)物中加入葡萄糖，不僅因此，雖然沒(méi)有任何已知的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑直接作用于IL，通過(guò)它的流量可從總量的30%下降到實(shí)際上的0。這種控制很有趣的特性是，最受影響的酶IL沒(méi)有受到直接控制。這種現(xiàn)象已經(jīng)被稱(chēng)作分支點(diǎn)效應(yīng)。2022/12/2141張星元：發(fā)酵原理因此，雖然沒(méi)有任何已知的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑直接作用于4.4.2.2代謝網(wǎng)絡(luò)與亞網(wǎng)絡(luò)

代謝網(wǎng)絡(luò)的包含2個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的任何部分，都可以稱(chēng)為該代謝網(wǎng)絡(luò)的亞網(wǎng)絡(luò)。

代謝網(wǎng)絡(luò)和亞網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以抽象為兩個(gè)基本類(lèi)型：獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)和依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)。2022/12/2142張星元：發(fā)酵原理4.4.2.2代謝網(wǎng)絡(luò)與亞網(wǎng)絡(luò)

代謝網(wǎng)絡(luò)SBP12SB1B2P依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)S-基質(zhì)P-目的產(chǎn)物B-副產(chǎn)物-節(jié)點(diǎn)122022/12/2143張星元：發(fā)酵原理SBP12SB1B2P依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)S-基質(zhì)122依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)：

亞網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)向終端產(chǎn)物貢獻(xiàn)一個(gè)按化學(xué)計(jì)量消耗的組成部分；所有分支的流量必須達(dá)到化學(xué)計(jì)量平衡，以防胞內(nèi)代謝中間物的累積和分泌。若要提高產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量分配都必須改變，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的重要性相同。2022/12/2144張星元：發(fā)酵原理依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)：

亞網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)向終端產(chǎn)獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)：

亞網(wǎng)絡(luò)的主要節(jié)點(diǎn)不是以按比例縮合的方式形成產(chǎn)物，改變?nèi)魏我粋€(gè)節(jié)點(diǎn)上的流量分配就有可能提高產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率，但節(jié)點(diǎn)的重要性不同。2022/12/2145張星元：發(fā)酵原理獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)：

亞網(wǎng)絡(luò)的主要節(jié)點(diǎn)不是以按比例

代謝網(wǎng)絡(luò)中包含大量的節(jié)點(diǎn)，一般認(rèn)為只有相當(dāng)少的節(jié)點(diǎn)，其分流比實(shí)際上影響目的產(chǎn)物得率，這些節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為主要節(jié)點(diǎn)（principalnode）。網(wǎng)絡(luò)的剛性程度取決于主要節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)及其在網(wǎng)絡(luò)中的分布。

不論在獨(dú)立型還是依賴(lài)型的代謝網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的剛性程度最終取決于將主節(jié)點(diǎn)的流量分布從適于生存競(jìng)爭(zhēng)變成適于目的產(chǎn)物形成的難易程度。2022/12/2146張星元：發(fā)酵原理代謝網(wǎng)絡(luò)中包含大量的節(jié)點(diǎn)，一般認(rèn)為只有相當(dāng)少4.4.2.2代謝工程與五字策略

的互補(bǔ)性2022/12/2147張星元：發(fā)酵原理4.4.2.2代謝工程與五字策略

微生物生物工程基本理論已對(duì)代謝流及其控制作了定性或半定量的分析，并在此基礎(chǔ)上建立了代謝導(dǎo)向的五字策略。這就為代謝流（及其控制）的定量分析架起了橋梁。為發(fā)酵工程研究人員和技術(shù)人員學(xué)習(xí)和應(yīng)用代謝工程的代謝分析和綜合技術(shù)打好了理論基礎(chǔ)。2022/12/2148張星元：發(fā)酵原理微生物生物工程基本理論已對(duì)代謝流及其控制作了代謝工程是這樣一種生物工程技術(shù)：

在對(duì)代謝流及其控制進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)上，提出精確的遺傳修飾方案，并借助分子生物學(xué)技術(shù)付諸實(shí)施。如此按部就班反復(fù)進(jìn)行實(shí)踐，從代謝的整體上改善細(xì)胞的性能和應(yīng)用前景。2022/12/2149張星元：發(fā)酵原理代謝工程是這樣一種生物工程技術(shù)：

在對(duì)代謝流五字策略的統(tǒng)籌方法對(duì)代謝工程育種有宏觀指導(dǎo)意義，但五字策略是建立在人一廂情愿的基礎(chǔ)上的統(tǒng)籌策略。按五字策略制定育種方案時(shí)，盡管是以從原料到產(chǎn)物的載流路徑及其調(diào)節(jié)機(jī)制為依據(jù)的，但一般并沒(méi)有把節(jié)點(diǎn)剛性的因素考慮在內(nèi)；在實(shí)施時(shí)也就不可能完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2022/12/2150張星元：發(fā)酵原理五字策略的統(tǒng)籌方法對(duì)代謝工程育種有宏觀指導(dǎo)意對(duì)于流經(jīng)剛性節(jié)點(diǎn)的代謝流，僅僅改變?cè)摴?jié)點(diǎn)下游的反應(yīng)的酶水平或活性的，是不可能對(duì)代謝流進(jìn)行順利導(dǎo)向的。如果目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為撓性節(jié)點(diǎn)或弱剛性節(jié)點(diǎn)，則可放心按應(yīng)用五字策略制訂育種方案進(jìn)行相應(yīng)的遺傳操作，因?yàn)閾闲怨?jié)點(diǎn)對(duì)代謝流的導(dǎo)向是最順從的。考慮到可能存在剛性節(jié)點(diǎn)，在應(yīng)用五字策略制訂育種的具體方案時(shí)應(yīng)盡量采用解除調(diào)節(jié)的育種手段。2022/12/2151張星元：發(fā)酵原理對(duì)于流經(jīng)剛性節(jié)點(diǎn)的代謝流，僅僅改變?cè)摴?jié)點(diǎn)下游代謝途徑分析以及基于這些分析所進(jìn)行的分子遺傳學(xué)操作，必須把代謝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剛性的問(wèn)題考慮在內(nèi)。五字策略仍需用代謝剛性理論來(lái)校驗(yàn)、補(bǔ)充和修正。根據(jù)五字策略制訂育種方案，必要時(shí)需要對(duì)載流路徑上的主要節(jié)點(diǎn)（產(chǎn)物形成時(shí)代謝流量發(fā)生明顯改變的節(jié)點(diǎn)）的性質(zhì)進(jìn)行評(píng)估。2022/12/2152張星元：發(fā)酵原理代謝途徑分析以及基于這些分析所進(jìn)行的分子遺傳五字策略與代謝工程是互補(bǔ)的，各有側(cè)重的。常規(guī)育種成本低，實(shí)驗(yàn)周期短，采用五字策略一般都能取得比較好的效果（五個(gè)字中只要有兩三個(gè)字有效）。代謝工程育種有時(shí)也要以常規(guī)育種的成果菌種作為基礎(chǔ)材料。因此，五字策略宏觀指導(dǎo)下的代謝工程育種也許更切合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。2022/12/2153張星元：發(fā)酵原理五字策略與代謝工程是互補(bǔ)的，各有側(cè)重的。常規(guī)

4.4.3細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)與細(xì)

胞經(jīng)濟(jì)學(xué)的萌芽

2022/12/2154張星元：發(fā)酵原理

4.4.3細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)與細(xì)

微生物細(xì)胞的代謝實(shí)際上是自然界的一種經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)把微生物細(xì)胞作為按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)實(shí)體來(lái)看待。我們把這種按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的有利于微生物的生存競(jìng)爭(zhēng)的新陳代謝整體性叫做細(xì)胞經(jīng)濟(jì)性。2022/12/2155張星元：發(fā)酵原理微生物細(xì)胞的代謝實(shí)際上是自然界的一種經(jīng)濟(jì)運(yùn)微生物群體作為大自然的不可分割的部分，如大自然一樣，有其自身的運(yùn)行規(guī)律。人類(lèi)社會(huì)同樣是大自然的不可分割的部分，也有其自身的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)律。然而，因?yàn)槿擞兄腔郏姓J(rèn)識(shí)大自然（包括人類(lèi)自身）的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)律的能力，所以有可能局部地改變大自然經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀況，但無(wú)法改變大自然（包括微生物）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的規(guī)律。2022/12/2156張星元：發(fā)酵原理微生物群體作為大自然的不可分割的部分，如大自我們研究微生物經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀況，就是為了要逐步認(rèn)識(shí)微生物經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的規(guī)律，以便應(yīng)用這些規(guī)律為人類(lèi)造福為世界消災(zāi)。細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)用經(jīng)濟(jì)的眼光來(lái)分析和認(rèn)識(shí)微生物細(xì)胞的生存保障問(wèn)題，走出了細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的第一步。在細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)的研究中我們嘗試對(duì)細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與社會(huì)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行比較研究，這樣的比較研究從微生物細(xì)胞經(jīng)濟(jì)開(kāi)始，是因?yàn)椋?022/12/2157張星元：發(fā)酵原理我們研究微生物經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀況，就是為了要逐步①微生物細(xì)胞中經(jīng)濟(jì)規(guī)律是客觀存在的；②一個(gè)微生物細(xì)胞本身就是一個(gè)微觀經(jīng)濟(jì)體系，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)機(jī)制多樣化；

③控制微生物細(xì)胞的代謝活動(dòng)相對(duì)容易；④在研究微生物細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)上構(gòu)建發(fā)酵工程生物學(xué)理論；

⑤自然科學(xué)與人文科學(xué)交叉，形成新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)。

2022/12/2158張星元：發(fā)酵原理①微生物細(xì)胞中經(jīng)濟(jì)規(guī)律是客觀存在的；②一個(gè)微生物細(xì)胞本身就是4.4.3.1發(fā)酵學(xué)與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉

4.4.3.2微生物細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀況

2022/12/2159張星元：發(fā)酵原理4.4.3.1發(fā)酵學(xué)與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉

4.4.3.24.4.3.1發(fā)酵學(xué)與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉

學(xué)科是指一定科學(xué)領(lǐng)域或一門(mén)科學(xué)的分支。學(xué)說(shuō)是指學(xué)術(shù)上自成系統(tǒng)的主張和理論。在化學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、微生物代謝生理學(xué)，以及儀器分析、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，發(fā)酵正在從技藝（technique）走向科學(xué)（science），并正在形成自成系統(tǒng)的學(xué)術(shù)理論；發(fā)酵學(xué)經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的醞釀終于應(yīng)運(yùn)而生，成為微生物學(xué)的工程學(xué)分支，成為生物工程最重要的臺(tái)柱之一。2022/12/2160張星元：發(fā)酵原理4.4.3.1發(fā)酵學(xué)與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉

經(jīng)濟(jì)學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展，就是為了如何更好地解決人類(lèi)社會(huì)所面臨的基本矛盾，即如何把有限的資源合理、有效地分配和使用于各個(gè)方面，以滿(mǎn)足于一個(gè)社會(huì)的無(wú)限多樣的需要的矛盾。2022/12/2161張星元：發(fā)酵原理經(jīng)濟(jì)學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展，就是為了如何更好地解決

19世紀(jì)后期，在翻譯西方文獻(xiàn)“economy”一詞時(shí)，日本學(xué)者借用古漢文將它譯作“經(jīng)濟(jì)”，“經(jīng)濟(jì)”從字面可解釋為“經(jīng)世濟(jì)民”，一般是指社會(huì)經(jīng)濟(jì)制度、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)部門(mén)、經(jīng)濟(jì)行為等等。經(jīng)濟(jì)學(xué)是英語(yǔ)構(gòu)詞法從“economics”翻譯的。2022/12/2162張星元：發(fā)酵原理19世紀(jì)后期，在翻譯西方文獻(xiàn)“econo

經(jīng)濟(jì)學(xué)是研究各種經(jīng)濟(jì)關(guān)系和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的科學(xué)，包括經(jīng)濟(jì)學(xué)科的理論基礎(chǔ)、部門(mén)和專(zhuān)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)學(xué)等門(mén)類(lèi)。微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)屬于經(jīng)濟(jì)學(xué)的一個(gè)分支，主要研究單個(gè)經(jīng)濟(jì)單位。2022/12/2163張星元：發(fā)酵原理經(jīng)濟(jì)學(xué)是研究各種經(jīng)濟(jì)關(guān)系和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的科學(xué)，從經(jīng)濟(jì)學(xué)所面臨的基本矛盾出發(fā)，微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)所研究的基本問(wèn)題，包括以下幾個(gè)方面：

①經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的目標(biāo)（價(jià)值取向問(wèn)題）；②如何組織生產(chǎn)（經(jīng)濟(jì)效率問(wèn)題）；③分配原則和分配機(jī)制（系統(tǒng)的穩(wěn)定和延續(xù)問(wèn)題）。2022/12/2164張星元：發(fā)酵原理從經(jīng)濟(jì)學(xué)所面臨的基本矛盾出發(fā)，微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)所研

細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)屬于生物學(xué)（自然科學(xué)）和經(jīng)濟(jì)學(xué)（社會(huì)科學(xué)）的交叉學(xué)科。因此還要從對(duì)應(yīng)的領(lǐng)域?qū)ふ覍?duì)應(yīng)的研究對(duì)象。

生物學(xué)領(lǐng)域的與工業(yè)發(fā)酵直接相關(guān)的研究對(duì)象微生物細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，與經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域的微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的內(nèi)容有許多可以比較研究之處。2022/12/2165張星元：發(fā)酵原理細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)屬于生物學(xué)（自然科學(xué)）和

微生物細(xì)胞獨(dú)立存在自主生存，而且微生物細(xì)胞直接存在于其培養(yǎng)環(huán)境中，因而它們的代謝能支撐和生命保障必須靠自己，比其他生物細(xì)胞表現(xiàn)得更明顯、更完整、更單純、更容易操作（人工調(diào)節(jié)的可行性），用它來(lái)研究細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)問(wèn)題最為合適，而且與經(jīng)濟(jì)學(xué)中的微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)（研究的是單個(gè)經(jīng)濟(jì)單位）有更多的共性。2022/12/2166張星元：發(fā)酵原理微生物細(xì)胞獨(dú)立存在自主生存，而且微生物細(xì)胞直接

微生物細(xì)胞是生物學(xué)的概念，工業(yè)發(fā)酵的微生物生物機(jī)器是工程學(xué)的概念。

微生物細(xì)胞的生產(chǎn)力（可量化為細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假設(shè)中的經(jīng)濟(jì)系數(shù)）與工業(yè)發(fā)酵的微生物細(xì)胞機(jī)器的生產(chǎn)力（可量化為工業(yè)發(fā)酵的產(chǎn)率系數(shù)），是不同的概念。高產(chǎn)菌種生產(chǎn)目的產(chǎn)物的能力與微生物自身的生存保障能力是對(duì)立統(tǒng)一的兩種不同的生產(chǎn)力。

2022/12/2167張星元：發(fā)酵原理微生物細(xì)胞是生物學(xué)的概念，工業(yè)發(fā)酵的微生物生物

在典型工業(yè)發(fā)酵的微生物細(xì)胞（即細(xì)胞機(jī)器）而言，天然的細(xì)胞經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)（代謝的3個(gè)子系統(tǒng)，取決于細(xì)胞的遺傳物質(zhì)與細(xì)胞所處的環(huán)境）已被局部破壞或調(diào)整，但細(xì)胞經(jīng)濟(jì)管理原則（細(xì)胞整體高度有序性的遺傳根據(jù)對(duì)代謝的支持和制約）不變。微生物細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)管理原則既束縛細(xì)胞機(jī)器的生產(chǎn)力，又為細(xì)胞機(jī)器的生產(chǎn)力提供保障。如果沒(méi)有這個(gè)管理原則，生命活動(dòng)就難以持續(xù)。

2022/12/2168張星元：發(fā)酵原理在典型工業(yè)發(fā)酵的微生物細(xì)胞（即細(xì)胞機(jī)器）而言，微生物的適應(yīng)性和節(jié)約性建立在代謝變動(dòng)性上，微生物的持續(xù)代謝建立在代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性上。因此代謝變動(dòng)性和代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性是細(xì)胞經(jīng)濟(jì)管理原則的生物學(xué)根據(jù)。2022/12/2169張星元：發(fā)酵原理微生物的適應(yīng)性和節(jié)約性建立在代謝變動(dòng)性上，微

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中細(xì)胞機(jī)器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況可以改變，但細(xì)胞的“整體協(xié)調(diào)，維持生計(jì)”的細(xì)胞經(jīng)濟(jì)管理原則不會(huì)改變。

細(xì)胞生產(chǎn)關(guān)系和細(xì)胞生產(chǎn)力都可以改變，但細(xì)胞經(jīng)濟(jì)管理原則（微生物生命的本質(zhì)）不能變。2022/12/2170張星元：發(fā)酵原理工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中細(xì)胞機(jī)器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況可以改變細(xì)胞經(jīng)濟(jì)管理原則，如經(jīng)濟(jì)學(xué)中的價(jià)值規(guī)律一樣，按細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的價(jià)值取向（生命保障）協(xié)調(diào)細(xì)胞的新陳代謝；發(fā)酵生產(chǎn)的價(jià)值取向不能動(dòng)搖細(xì)胞經(jīng)濟(jì)管理原則。

細(xì)胞經(jīng)濟(jì)管理原則的根據(jù)可能存在于細(xì)胞遺傳物質(zhì)的保守部分。2022/12/2171張星元：發(fā)酵原理細(xì)胞經(jīng)濟(jì)管理原則，如經(jīng)濟(jì)學(xué)中的價(jià)值規(guī)律一樣，

環(huán)境中（不論是自然環(huán)境還是人為培養(yǎng)的環(huán)境中）的微生物細(xì)胞與市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中自負(fù)盈虧的經(jīng)濟(jì)實(shí)體有明顯相似的地方。它們都受一定因素制約；它們都是開(kāi)放體系；它們都可以人為地改變運(yùn)行方式。對(duì)它們進(jìn)行比較研究，借鑒經(jīng)濟(jì)學(xué)探索微生物的生命活動(dòng)規(guī)律；還期望能通過(guò)對(duì)微生物的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)律的研究，來(lái)拓寬經(jīng)濟(jì)學(xué)的研究思路。2022/12/2172張星元：發(fā)酵原理環(huán)境中（不論是自然環(huán)境還是人為培養(yǎng)的環(huán)境中）的

細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)是理解發(fā)酵工程的基本矛盾（人與微生物的對(duì)立統(tǒng)一關(guān)系）以及發(fā)酵工業(yè)上人與微生物合作關(guān)系的理論基礎(chǔ)。人與微生物合作并取得“雙贏”意味著工業(yè)發(fā)酵的成功，“雙贏”也必須建立在細(xì)胞經(jīng)濟(jì)管理原則（細(xì)胞經(jīng)濟(jì)規(guī)律）之基礎(chǔ)上。2022/12/2173張星元：發(fā)酵原理細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)是理解發(fā)酵工程的基本矛盾（人與微生4.4.3.2微生物細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀況

經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的主要機(jī)制是交換、競(jìng)爭(zhēng)和產(chǎn)生效益。交換才有生氣，競(jìng)爭(zhēng)才能進(jìn)步；為了獲得經(jīng)濟(jì)效益，交換和競(jìng)爭(zhēng)都必須遵循經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的客觀規(guī)律。交換服從價(jià)值規(guī)律，貨幣的出現(xiàn)有利于交換；競(jìng)爭(zhēng)（包括對(duì)抗的、寬容的和合作的競(jìng)爭(zhēng)）是經(jīng)濟(jì)行為，競(jìng)爭(zhēng)歷來(lái)是經(jīng)濟(jì)學(xué)的主題。2022/12/2174張星元：發(fā)酵原理4.4.3.2微生物細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀況

環(huán)境中的微生物細(xì)胞于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中的經(jīng)濟(jì)實(shí)體在這方面也很相似：交換是微生物細(xì)胞生存的最起碼條件（見(jiàn)第二章有關(guān)部分），競(jìng)爭(zhēng)存在于微生物的棲身環(huán)境，也存在于微生物培養(yǎng)物中。有關(guān)競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，涉及到微生物生態(tài)學(xué)。競(jìng)爭(zhēng)包括①生存競(jìng)爭(zhēng)（適者生存漸進(jìn)式）②寬容的競(jìng)爭(zhēng)（差異生存主動(dòng)式）③合作的競(jìng)爭(zhēng)（互惠生存合作式）。

2022/12/2175張星元：發(fā)酵原理環(huán)境中的微生物細(xì)胞于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中的經(jīng)濟(jì)實(shí)體在這

微生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)化的方向是發(fā)展其自身的適應(yīng)能力和提高細(xì)胞運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。經(jīng)生存競(jìng)爭(zhēng)而幸存下來(lái)的野生型微生物在其所處的環(huán)境中是富有競(jìng)爭(zhēng)能力的，并且它們的代謝流量在網(wǎng)絡(luò)中的分布及細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀況有利于細(xì)胞生長(zhǎng)、繁殖和在競(jìng)爭(zhēng)中獲勝。在上述條件下，細(xì)胞處于正常代謝狀態(tài)，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體系呈現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)型經(jīng)濟(jì)的特色。

2022/12/2176張星元：發(fā)酵原理微生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)化的方向是發(fā)展其自身的適如果工業(yè)生產(chǎn)要求微生物在細(xì)胞外累積某種代謝中間產(chǎn)物，則須對(duì)微生物的代謝流進(jìn)行導(dǎo)向。根據(jù)已獲得的代謝分析的信息，應(yīng)用五字策略就有可能設(shè)計(jì)理想的載流路徑和配套的發(fā)酵培養(yǎng)工藝條件，進(jìn)而改造菌種、調(diào)整工藝，將代謝主流導(dǎo)向理想的載流路徑。在這種情況下，細(xì)胞處于異常代謝狀態(tài)，細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體系呈現(xiàn)導(dǎo)向型經(jīng)濟(jì)的特色。2022/12/2177張星元：發(fā)酵原理如果工業(yè)生產(chǎn)要求微生物在細(xì)胞外累積某種代謝中工業(yè)發(fā)酵要靠細(xì)胞群體的代謝來(lái)獲得產(chǎn)品，導(dǎo)向型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)固然有利于特定的代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)，但從競(jìng)爭(zhēng)型細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)向?qū)蛐徒?jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)的轉(zhuǎn)化，受到能量代謝、還原力的平衡等的嚴(yán)格制約，表現(xiàn)出代謝的剛性。若細(xì)胞經(jīng)濟(jì)實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài)因人為的擾動(dòng)而受到過(guò)度沖擊，以至于活細(xì)胞代謝的剛性（有序程度的底線）不能得到維持，最終導(dǎo)致細(xì)胞經(jīng)濟(jì)體系的崩潰。2022/12/2178張星元：發(fā)酵原理工業(yè)發(fā)酵要靠細(xì)胞群體的代謝來(lái)獲得產(chǎn)品，導(dǎo)向型復(fù)習(xí)題

1.試述細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)的要點(diǎn)。

2.把微生物活細(xì)胞當(dāng)作經(jīng)濟(jì)實(shí)體來(lái)研究是否有道理？是否可行？

3.試述微生物的細(xì)胞經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。

4.為什么微生物細(xì)胞機(jī)器的價(jià)值取向與微生物細(xì)胞自身的價(jià)值取向不一致？為什么微生物細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)系數(shù)使微生物細(xì)胞的競(jìng)爭(zhēng)能力得到量化？

5.為什么“五字策略”有時(shí)不能盡如人愿？

6.討論：工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)該怎樣去協(xié)調(diào)人的經(jīng)濟(jì)利益與微生物細(xì)胞的生存利益？2022/12/2179張星元：發(fā)酵原理復(fù)習(xí)題

1.試述細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)的要點(diǎn)。

2.把微生物活細(xì)

盡管微生物帶著潛能來(lái)到這個(gè)世界，它們并沒(méi)有為人類(lèi)服務(wù)的義務(wù)。深入研究微生物生命活動(dòng)的規(guī)律，在理解的基礎(chǔ)上主動(dòng)地與微生物合作，千方百計(jì)給它們提供施展?jié)撃艿臋C(jī)會(huì)，讓它們?yōu)槿祟?lèi)造福，為世界消災(zāi)。

2022/12/2180張星元：發(fā)酵原理盡管微生物帶著潛能來(lái)到這個(gè)世界，它們并沒(méi)有為第四節(jié)細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)

與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)2022/12/2181張星元：發(fā)酵原理第四節(jié)細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)

與細(xì)胞經(jīng)細(xì)胞是生物的基本單位，每個(gè)生命有機(jī)體或者由細(xì)胞組成，或者它本身就是單個(gè)細(xì)胞。生物工程和發(fā)酵工程科技人員認(rèn)識(shí)微生物細(xì)胞就是要它們工作，因此就更關(guān)注它們工作的能力和局限性，也就是微生物細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)工作原理。

2022/12/2182張星元：發(fā)酵原理細(xì)胞是生物的基本單位，每個(gè)生命有機(jī)體或者由細(xì)4.4.1工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的對(duì)立

和統(tǒng)一

4.4.2網(wǎng)絡(luò)及節(jié)點(diǎn)剛性理論與五字

策略的互補(bǔ)性

4.4.3細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)

的萌芽2022/12/2183張星元：發(fā)酵原理4.4.1工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的對(duì)立

和4.4.1工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的對(duì)立

和統(tǒng)一

工業(yè)發(fā)酵的目的是利用微生物的生命活動(dòng)為人類(lèi)造福，為世界消災(zāi)。既然微生物的細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的價(jià)值取向是自我保障，那么工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)之間有什么關(guān)系呢？

2022/12/2184張星元：發(fā)酵原理4.4.1工業(yè)發(fā)酵與細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的對(duì)立

4.4.1.1微生物的天然進(jìn)化不可能刻

去照顧人類(lèi)的利益

4.4.1.2微生物的生存利益與人類(lèi)的

經(jīng)濟(jì)利益的對(duì)立與統(tǒng)一

4.4.1.3發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中的人的主觀

能動(dòng)作用的發(fā)揮

2022/12/2185張星元：發(fā)酵原理4.4.1.1微生物的天然進(jìn)化不可能刻

4.4.1.1微生物的天然進(jìn)化不可能刻意去照顧

人類(lèi)的利益

生命是以遺傳信息維系的、以不斷自我更新的形式存在于時(shí)間和空間的過(guò)程，因此必須以歷史唯物主義的觀點(diǎn)來(lái)研究微生物進(jìn)化和發(fā)展。宇宙萬(wàn)物都在運(yùn)動(dòng)和變化。天然存在的微生物物種是微生物在大自然中進(jìn)行生命活動(dòng)和發(fā)生遺傳物質(zhì)的變化。在微生物進(jìn)化的歷史長(zhǎng)河中，運(yùn)動(dòng)變化中的微生物經(jīng)受了環(huán)境的種種考驗(yàn)，經(jīng)過(guò)生存斗爭(zhēng)，適者生存下來(lái)，形成現(xiàn)在的各種微生物物種。

2022/12/2186張星元：發(fā)酵原理4.4.1.1微生物的天然進(jìn)化不可能刻意去照顧

因此，它們是經(jīng)物競(jìng)天擇而得到的階段性進(jìn)化成果。它們的生命活動(dòng)規(guī)律是在億萬(wàn)年的物競(jìng)天擇的過(guò)程中建立和逐步完善的，是不以人的主觀意志為轉(zhuǎn)移的客觀存在。天然存在的各種微生物物種的生命活動(dòng)過(guò)程——不論是造福于人類(lèi)或危害人類(lèi)的——都是它們按它們自己的生命活動(dòng)規(guī)律進(jìn)行生存競(jìng)爭(zhēng)的新陳代謝過(guò)程。微生物的天然進(jìn)化不可能刻意去照顧人類(lèi)的利益。2022/12/2187張星元：發(fā)酵原理因此，它們是經(jīng)物競(jìng)天擇而得到的階段性進(jìn)化成果微生物具有造福于人類(lèi)的巨大潛力，人類(lèi)利用微生物可以實(shí)現(xiàn)更多美好的理想。然而，在發(fā)酵工業(yè)中人類(lèi)只有依靠微生物才能間接地達(dá)到目的。因此，為了在工業(yè)發(fā)酵中爭(zhēng)取主動(dòng)，必須發(fā)揮人的主觀能動(dòng)作用，協(xié)調(diào)好工業(yè)生產(chǎn)中人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)利益與微生物生存競(jìng)爭(zhēng)之間的關(guān)系。為此，必須研究微生物生命活動(dòng)的規(guī)律，以及這個(gè)規(guī)律和人的意志之間的對(duì)立與統(tǒng)一。2022/12/2188張星元：發(fā)酵原理微生物具有造福于人類(lèi)的巨大潛力，人類(lèi)利用微生4.4.1.2微生物的生存利益與人類(lèi)的經(jīng)

濟(jì)利益的對(duì)立與統(tǒng)一

人類(lèi)和微生物同樣都是地球的居民，都是生命體，在地球生存空間處于理論上的平等的地位。盡管，人類(lèi)有思維能力，微生物沒(méi)有；人類(lèi)也不可能隨心所欲地支配微生物的生命活動(dòng)。微生物有它自己的相對(duì)穩(wěn)定的生命活動(dòng)規(guī)律，這些規(guī)律是經(jīng)千千萬(wàn)萬(wàn)年的物競(jìng)天擇而穩(wěn)定下來(lái)的。2022/12/2189張星元：發(fā)酵原理4.4.1.2微生物的生存利益與人類(lèi)的經(jīng)

微生物代謝產(chǎn)物的生物合成必須依靠微生物的高度有序的生命活動(dòng)，決不是打亂它。人類(lèi)要利用微生物為自己服務(wù)，就必須研究、了解并遵循微生物的生命活動(dòng)規(guī)律，在可能范圍內(nèi)對(duì)微生物的生命活動(dòng)進(jìn)行引導(dǎo)，而不是隨意將自己的意志強(qiáng)加給微生物。工業(yè)發(fā)酵呼喚人與微生物的合作，而在合作中，人處于主導(dǎo)的地位，人應(yīng)該發(fā)揮主觀能動(dòng)作用。2022/12/2190張星元：發(fā)酵原理微生物代謝產(chǎn)物的生物合成必須依靠微生物的高度

微生物生命活動(dòng)有其自己的生存、發(fā)展的保障機(jī)制，這些機(jī)制服務(wù)于它們自身的生存競(jìng)爭(zhēng)；在工業(yè)生產(chǎn)中，人類(lèi)通過(guò)微生物的生命活動(dòng)謀求經(jīng)濟(jì)效益。

微生物的生存利益與人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)利益，也就是微生物的生命活動(dòng)規(guī)律和人的意志，這兩者既是對(duì)立的，又是統(tǒng)一的。科學(xué)和技術(shù)工作的目的就在于努力促使對(duì)立向統(tǒng)一的轉(zhuǎn)化。

2022/12/2191張星元：發(fā)酵原理微生物生命活動(dòng)有其自己的生存、發(fā)展的保障機(jī)制，

微生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)化的總的方向是發(fā)展其自身的適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性和代謝的持續(xù)性（生命保障）。微生物代謝過(guò)程中任何中間產(chǎn)物、細(xì)胞組分或酶的過(guò)多產(chǎn)生都是與其求生存的利益背道而馳的，只有當(dāng)3個(gè)子系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)最大限度的生長(zhǎng)和繁殖，才是符合微生物自身利益的。2022/12/2192張星元：發(fā)酵原理微生物在生存競(jìng)爭(zhēng)中進(jìn)化的總的方向是發(fā)展其自身的把微生物細(xì)胞作為“細(xì)胞機(jī)器”，用來(lái)合成人類(lèi)所需要的化學(xué)物質(zhì)是人類(lèi)的美好理想。

如果工業(yè)發(fā)酵的目的僅僅是為了獲得菌體細(xì)胞，事情還好辦些，因?yàn)檫@與微生物進(jìn)化的目標(biāo)一致；但如果要想獲得的化學(xué)物質(zhì)是代謝的中間產(chǎn)物，或細(xì)胞的生物大分子或其它細(xì)胞物質(zhì)的話，那就要求微生物過(guò)量地合成這些物質(zhì)，而且還要及時(shí)將它們排出細(xì)胞。2022/12/2193張星元：發(fā)酵原理把微生物細(xì)胞作為“細(xì)胞機(jī)器”，用來(lái)合成人類(lèi)所4.4.1.3發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中人的主觀能

動(dòng)作用的發(fā)揮

微生物工業(yè)（發(fā)酵工業(yè)）是生物工業(yè)的開(kāi)路先鋒。發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)依賴(lài)于微生物生命活動(dòng)；微生物活細(xì)胞在人給定的條件下進(jìn)行新陳代謝，完成人交給它們的生產(chǎn)任務(wù)。2022/12/2194張星元：發(fā)酵原理4.4.1.3發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中人的主觀能

在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，人的意愿要通過(guò)微生物的生命活動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，人類(lèi)只有依靠微生物才能間接地達(dá)到目的。在發(fā)酵工業(yè)中人客觀上處于被動(dòng)的地位，而微生物在求生存的方向上始終是主動(dòng)的。

對(duì)于工業(yè)微生物學(xué)家和發(fā)酵工程師來(lái)說(shuō)，如何在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中調(diào)動(dòng)微生物的積極因素，始終是一個(gè)挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。2022/12/2195張星元：發(fā)酵原理在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，人的意愿要通過(guò)微生物的生命

在微生物生命活動(dòng)中，微生物細(xì)胞生存的保障體系有利于它們自身的生存競(jìng)爭(zhēng)；在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中，人類(lèi)要利用微生物的生命活動(dòng)謀求經(jīng)濟(jì)效益。微生物的生存利益與人類(lèi)的經(jīng)濟(jì)利益，也就是微生物的生命活動(dòng)規(guī)律和人的意志，這兩者既是對(duì)立的，又是統(tǒng)一的。2022/12/2196張星元：發(fā)酵原理在微生物生命活動(dòng)中，微生物細(xì)胞生存的保障體

發(fā)酵工程的基本矛盾在于：人出于經(jīng)濟(jì)利益對(duì)微生物代謝的導(dǎo)向與微生物的細(xì)胞的生存保障體系對(duì)這種導(dǎo)向的抵抗。

在對(duì)立和統(tǒng)一的矛盾斗爭(zhēng)和相互轉(zhuǎn)化中，人的作用是關(guān)鍵的。正確理論的指導(dǎo)和應(yīng)順自然規(guī)律的實(shí)踐能夠使對(duì)立向統(tǒng)一轉(zhuǎn)化。2022/12/2197張星元：發(fā)酵原理發(fā)酵工程的基本矛盾在于：人出于經(jīng)濟(jì)利益對(duì)微生物我們研究微生物的生命活動(dòng)規(guī)律，建立工業(yè)發(fā)酵的生物學(xué)理論就是為了能在發(fā)酵工業(yè)中引導(dǎo)微生物的代謝，使微生物的生存保障的本能與人的經(jīng)濟(jì)利益的對(duì)立在維持微生物細(xì)胞的生存（高度有序的狀態(tài)）這一點(diǎn)上得到統(tǒng)一，讓用于發(fā)酵生產(chǎn)的微生物細(xì)胞在人為的特定條件下進(jìn)行新陳代謝的同時(shí)，為人類(lèi)生產(chǎn)指定的代謝產(chǎn)物。2022/12/2198張星元：發(fā)酵原理我們研究微生物的生命活動(dòng)規(guī)律，建立工業(yè)發(fā)酵的

人對(duì)微生物的生命活動(dòng)規(guī)律理解得愈深，對(duì)微生物代謝的引導(dǎo)就愈有效，在發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中的主動(dòng)權(quán)就愈大。2022/12/2199張星元：發(fā)酵原理人對(duì)微生物的生命活動(dòng)規(guī)律理解得愈深，對(duì)微生物4.4.2剛性理論與五字

策略的互補(bǔ)性

2022/12/21100張星元：發(fā)酵原理4.4.2剛性理論與五字

代謝網(wǎng)絡(luò)剛性理論是指有關(guān)代謝網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點(diǎn)剛性的理論。

本小節(jié)將從節(jié)點(diǎn)的剛性、網(wǎng)絡(luò)的剛性、剛性代謝（生命保障體系）的基本概念出發(fā)，進(jìn)而追究剛性的由來(lái)，以及生存保障體系與代謝變動(dòng)性、遺傳保守性的關(guān)系，簡(jiǎn)單地討論代謝網(wǎng)絡(luò)剛性理論。2022/12/21101張星元：發(fā)酵原理代謝網(wǎng)絡(luò)剛性理論是指有關(guān)代謝網(wǎng)絡(luò)及其節(jié)點(diǎn)剛性

微生物自動(dòng)抵制代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物流量分布的改變的特性叫做代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性。代謝網(wǎng)絡(luò)的剛性與主要節(jié)點(diǎn)的剛性大小、分布及數(shù)量密切相關(guān)。2022/12/21102張星元：發(fā)酵原理微生物自動(dòng)抵制代謝網(wǎng)絡(luò)中代謝物流量分布的4.4.2.1途徑分支點(diǎn)的分類(lèi)

4.4.2.2代謝網(wǎng)絡(luò)與亞網(wǎng)絡(luò)

4.4.2.3節(jié)點(diǎn)剛性理論與五字策

略的互補(bǔ)性

2022/12/21103張星元：發(fā)酵原理4.4.2.1途徑分支點(diǎn)的分類(lèi)

4.4.2.2代謝網(wǎng)絡(luò)與4.4.2.1途徑分支點(diǎn)的分類(lèi)

代謝網(wǎng)絡(luò)中，兩條或多條代謝途徑的中介分支點(diǎn)（intermediatebranchpoint）稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)（node）。

在生物學(xué)過(guò)程中，往往由于途徑的酶水平或酶活性而影響途徑的產(chǎn)品的得率。雖然指向產(chǎn)品的分支途徑的酶的整體活性決定細(xì)胞機(jī)器的“生產(chǎn)力”，然而，產(chǎn)品得率是節(jié)點(diǎn)處流量分流（fluxsplitratio）的函數(shù)。2022/12/21104張星元：發(fā)酵原理4.4.2.1途徑分支點(diǎn)的分類(lèi)

代謝網(wǎng)絡(luò)雖然由不同生物體調(diào)節(jié)代謝流量所用的代謝控制機(jī)制明顯地多樣化，然而基于在節(jié)點(diǎn)處代謝流的分流比的控制特性，對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)。如果處于分支點(diǎn)的代謝中間物在各個(gè)分支上的分流比不易改變，這樣的分支點(diǎn)被叫做剛性節(jié)點(diǎn)（rigidnode）；反之，叫被叫做撓性節(jié)點(diǎn)（flexiblenode），介于兩者之間者則為弱剛性節(jié)點(diǎn)。剛，取其抵抗改變之意；撓，取其屈服順從之意。2022/12/21105張星元：發(fā)酵原理雖然由不同生物體調(diào)節(jié)代謝流量所用的代謝控制機(jī)

微生物代謝網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也是代謝流的集散處，微生物自動(dòng)抵制節(jié)點(diǎn)處代謝物流量分流比的改變的特性叫做節(jié)點(diǎn)的剛性。節(jié)點(diǎn)的剛性取決于微生物代謝的自動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)制。

2022/12/21106張星元：發(fā)酵原理微生物代謝網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也是代謝流的集散處，S，為底物；P，為產(chǎn)物。分支處為節(jié)點(diǎn)。

2022/12/21107張星元：發(fā)酵原理S，為底物；P，為產(chǎn)物。分支處為節(jié)點(diǎn)。2022/12/10①剛性節(jié)點(diǎn)（rigidnode）：抵抗分流比改變的節(jié)點(diǎn)。如果某節(jié)點(diǎn)處的分流比受到該處的一條或多條支路嚴(yán)格的控制，這樣的節(jié)點(diǎn)被稱(chēng)為剛性節(jié)點(diǎn)。這種控制往往是通過(guò)反饋控制和交叉激活兩種機(jī)制的聯(lián)合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的。所謂聯(lián)合作用，是指各個(gè)分支途徑自身的反饋控制和與之競(jìng)爭(zhēng)原料的分支途徑的產(chǎn)物對(duì)它的交叉激活，兩種機(jī)制一起發(fā)生作用。剛性節(jié)點(diǎn)處的分流比不易發(fā)生改變，因?yàn)榕c節(jié)點(diǎn)相關(guān)的各種酶均存在特定的動(dòng)力學(xué)關(guān)系。2022/12/21108張星元：發(fā)酵原理①剛性節(jié)點(diǎn)（rigidnode）：抵抗分流比改變的節(jié)點(diǎn)②撓性節(jié)點(diǎn)（flexiblenode）：屈服于分流比改變的節(jié)點(diǎn)。在此類(lèi)節(jié)點(diǎn)處的分流比容易根據(jù)細(xì)胞代謝的需求做出響應(yīng)，即容易做出相應(yīng)的改變。從這些節(jié)點(diǎn)出發(fā)的互相競(jìng)爭(zhēng)的分支途徑的第一個(gè)酶，對(duì)節(jié)點(diǎn)（酶的底物）有類(lèi)似的底物親和力，有類(lèi)似的酶反應(yīng)速率。撓性節(jié)點(diǎn)不限制分支途徑的產(chǎn)物得率，因?yàn)闊o(wú)論何時(shí)只要需要，任何分支途徑的分流比都可能在0～100%范圍變動(dòng)，因此撓性節(jié)點(diǎn)是最“順從”的（上圖右半部分）。2022/12/21109張星元：發(fā)酵原理②撓性節(jié)點(diǎn)（flexiblenode）：屈服于分流比改③弱剛性節(jié)點(diǎn)（weaklyrigidnode）：性能上處于前述兩種節(jié)點(diǎn)之間的節(jié)點(diǎn)原則上都屬于弱剛性節(jié)點(diǎn)。嚴(yán)格地說(shuō)，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)的分流比主要取決于一條分支途徑的動(dòng)力學(xué)（即構(gòu)成分支途徑的所有酶的整體響應(yīng)），這樣的節(jié)點(diǎn)叫做弱剛性節(jié)點(diǎn)。2022/12/21110張星元：發(fā)酵原理③弱剛性節(jié)點(diǎn)（weaklyrigidnode）：性能上處

弱剛性節(jié)點(diǎn)的分流比由一個(gè)分支途徑（優(yōu)勢(shì)分支）控制，這可能是由于優(yōu)勢(shì)分支途徑的第一個(gè)酶具有較高的比活力和（或）較高的底物（節(jié)點(diǎn)）親和力，并且不受反饋抑制；即使從屬分支（假定是流向產(chǎn)物的分支）解除調(diào)節(jié)，還是有相當(dāng)大的一部分流量依然進(jìn)入優(yōu)勢(shì)分支，從而限制產(chǎn)物得率的上升。2022/12/21111張星元：發(fā)酵原理弱剛性節(jié)點(diǎn)的分流比由一個(gè)分支途徑（優(yōu)勢(shì)分支）

弱剛性節(jié)點(diǎn)與撓性節(jié)點(diǎn)有如下不同：一條分支途徑與另一條（一些）分支途徑相比，占有明顯的優(yōu)勢(shì)。這是由于優(yōu)勢(shì)分支途徑的酶對(duì)共同代謝物（節(jié)點(diǎn)）有更大的親和力，并且（或者）優(yōu)勢(shì)分支途徑的酶比從屬的分支途徑的酶有更大的整體活性。在這種情況下，完全解除從屬分支途徑的調(diào)節(jié)，也不會(huì)對(duì)流量有什么顯著的影響。另一方面，如果優(yōu)勢(shì)分支途徑的活性被減弱，就會(huì)顯著增加流入從屬分支途徑的流量。2022/12/21112張星元：發(fā)酵原理弱剛性節(jié)點(diǎn)與撓性節(jié)點(diǎn)有如下不同：一條分支途徑

強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)是被終端產(chǎn)物激活或抑制高度調(diào)控（上圖左半部分）。在這個(gè)例子中，每個(gè)產(chǎn)物代謝物作為其競(jìng)爭(zhēng)分支途徑的激活劑，同時(shí)又作為其自己合成途徑的抑制劑。反饋抑制總是施加在催化途徑第一步反應(yīng)的酶上。剛性節(jié)點(diǎn)對(duì)途徑的產(chǎn)物得率施加控制性的影響，它的解除調(diào)節(jié)比酶學(xué)的弱化可能更為復(fù)雜。

因此在應(yīng)用“五字策略”制訂育種的具體方案時(shí)應(yīng)盡量采用解除調(diào)節(jié)的育種手段。2022/12/21113張星元：發(fā)酵原理強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)是被終端產(chǎn)物激活或抑制高度調(diào)控（上假定目標(biāo)是增加P1分支的分流比，而且，在沒(méi)有激活劑

P2存在時(shí)，P1的穩(wěn)態(tài)濃度（steadystateconcentration）高得足以抑制它本身的合成。在這種情況下，增加P1分支途徑的分流比就會(huì)減弱流向P2的流量。然而，對(duì)于強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)，這種做法將導(dǎo)致P2的低水平，所以P1分支途徑將會(huì)喪失P2對(duì)它的激活作用。簡(jiǎn)單地說(shuō)，一條分支途徑的弱化導(dǎo)致其競(jìng)爭(zhēng)分支途徑的弱化，結(jié)果是整個(gè)節(jié)點(diǎn)崩潰（collapse），每條分支途徑的分流比相對(duì)來(lái)說(shuō)沒(méi)有改變。2022/12/21114張星元：發(fā)酵原理假定目標(biāo)是增加P1分支的分流比，而且，在沒(méi)有因?yàn)閺?fù)雜、多樣的控制結(jié)構(gòu)和酶動(dòng)力學(xué)，代謝網(wǎng)絡(luò)并不總是呈現(xiàn)上述分類(lèi)所暗示的對(duì)于流量分配的二元響應(yīng)。因此，強(qiáng)剛性節(jié)點(diǎn)的一條分支途徑的弱化可能僅僅導(dǎo)致與它競(jìng)爭(zhēng)的分支途徑的部分弱化，以致有可能在包含一個(gè)剛性節(jié)點(diǎn)的依賴(lài)型網(wǎng)絡(luò)（dependentnetwork）中實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物得率改進(jìn)。也有可能因?yàn)槿趸療o(wú)用的途徑而引起中間代謝物的分泌，而不是流量的降低或代謝流的方向的改變。2022/12/21115張星元：發(fā)酵原理因?yàn)閺?fù)雜、多樣的控制結(jié)構(gòu)和酶動(dòng)力學(xué)，代謝網(wǎng)絡(luò)盡管其他可能的控制結(jié)構(gòu)也可能產(chǎn)生一個(gè)剛性節(jié)點(diǎn)，任何此類(lèi)控制的關(guān)鍵問(wèn)題是，在互相競(jìng)爭(zhēng)的分支途徑之間存在一個(gè)反饋（相互影響）機(jī)制，以維持分流比恒定的趨勢(shì)。剛性節(jié)點(diǎn)不僅能限制產(chǎn)物得率，而且通過(guò)簡(jiǎn)單的酶活性弱化不容易減輕這種作用。2022/12/21116張星元：發(fā)酵原理盡管其他可能的控制結(jié)構(gòu)也可能產(chǎn)生一個(gè)剛性節(jié)點(diǎn)2022/12/21117張星元：發(fā)酵原理2022/12/1037張星元：發(fā)酵原理上圖所示的異檸檬酸節(jié)點(diǎn)是一個(gè)已經(jīng)過(guò)全面研究的代謝分支點(diǎn)。當(dāng)細(xì)胞在醋酸鹽基質(zhì)上生長(zhǎng)時(shí)，異檸檬酸裂合酶（IL）被誘導(dǎo)；醋酸鹽在碳架物質(zhì)的回補(bǔ)方面起重要作用，否則碳架物質(zhì)就會(huì)在TCA循環(huán)中以CO2的形式丟失。當(dāng)在醋酸鹽基質(zhì)上生長(zhǎng)時(shí)，異檸檬酸脫氫酶（IDH）主要處于磷酸化狀態(tài)（大約80%），在這種狀態(tài)下該酶沒(méi)有活性。當(dāng)給予細(xì)胞更有利的碳源時(shí)，如葡萄糖，IDH就會(huì)迅速脫磷酸而被激活。這是共價(jià)調(diào)節(jié)的一個(gè)典型例子。2022/12/21118張星元：發(fā)酵原理上圖所示的異檸檬酸節(jié)點(diǎn)是一個(gè)已經(jīng)過(guò)全面研究的上圖概括了在乙酸鹽上生長(zhǎng)時(shí)，兩種互相競(jìng)爭(zhēng)酶的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。該分支點(diǎn)的一個(gè)重要特征是各自的Km值差別極大，異檸檬酸裂合酶（IL）

的Km值是異檸檬酸脫氫酶（IDH）的75倍。在異檸檬酸生理濃度時(shí)（約160μmol·L-1），IL催化的反應(yīng)是關(guān)于異檸檬酸的一級(jí)反應(yīng)，而IDH則已被共同底物異檸檬酸所飽和。因?yàn)檫@兩種酶的動(dòng)力學(xué)的相互控制，通過(guò)該支路的流量對(duì)異檸檬酸濃度水平的變化極端敏感。2022/12/21119張星元：發(fā)酵原理上圖概括了在乙酸鹽上生長(zhǎng)時(shí)，兩種互相競(jìng)爭(zhēng)酶的若向乙酸基質(zhì)中生長(zhǎng)的培養(yǎng)物中加入葡萄糖，不僅能使IDH的vmax提高（葡萄糖可使IDH的vmax增加5倍），同時(shí)通過(guò)檸檬酸裂合酶的碳流的相應(yīng)減少，其總結(jié)果是胞內(nèi)異檸檬酸水平降低（大約170倍）。因?yàn)榕cIDH相比，IL對(duì)異檸檬酸有一個(gè)顯著高的Km，所以異檸檬酸濃度的下降使通過(guò)該支路的流量有一個(gè)很大程度（約99%）的減少。2022/12/21120張星元：發(fā)酵原理若向乙酸基質(zhì)中生長(zhǎng)的培養(yǎng)物中加入葡萄糖，不僅因此，雖然沒(méi)有任何已知的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑直接作用于IL，通過(guò)它的流量可從總量的30%下降到實(shí)際上的0。這種控制很有趣的特性是，最受影響的酶IL沒(méi)有受到直接控制。這種現(xiàn)象已經(jīng)被稱(chēng)作分支點(diǎn)效應(yīng)。2022/12/21121張星元：發(fā)酵原理因此，雖然沒(méi)有任何已知的變構(gòu)調(diào)節(jié)劑直接作用于4.4.2.2代謝網(wǎng)絡(luò)與亞網(wǎng)絡(luò)

代謝網(wǎng)絡(luò)的包含2個(gè)以上節(jié)點(diǎn)的任何部分，都可以稱(chēng)為該代謝網(wǎng)絡(luò)的亞網(wǎng)絡(luò)。

代謝網(wǎng)絡(luò)和亞網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以抽象為兩個(gè)基本類(lèi)型：獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)和依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)。2022/12/21122張星元：發(fā)酵原理4.4.2.2代謝網(wǎng)絡(luò)與亞網(wǎng)絡(luò)

代謝網(wǎng)絡(luò)SBP12SB1B2P依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)S-基質(zhì)P-目的產(chǎn)物B-副產(chǎn)物-節(jié)點(diǎn)122022/12/21123張星元：發(fā)酵原理SBP12SB1B2P依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)S-基質(zhì)122依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)：

亞網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)向終端產(chǎn)物貢獻(xiàn)一個(gè)按化學(xué)計(jì)量消耗的組成部分；所有分支的流量必須達(dá)到化學(xué)計(jì)量平衡，以防胞內(nèi)代謝中間物的累積和分泌。若要提高產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量分配都必須改變，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的重要性相同。2022/12/21124張星元：發(fā)酵原理依賴(lài)型亞網(wǎng)絡(luò)：

亞網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)向終端產(chǎn)獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)：

亞網(wǎng)絡(luò)的主要節(jié)點(diǎn)不是以按比例縮合的方式形成產(chǎn)物，改變?nèi)魏我粋€(gè)節(jié)點(diǎn)上的流量分配就有可能提高產(chǎn)物轉(zhuǎn)化率，但節(jié)點(diǎn)的重要性不同。2022/12/21125張星元：發(fā)酵原理獨(dú)立型亞網(wǎng)絡(luò)：

亞網(wǎng)絡(luò)的主要節(jié)點(diǎn)不是以按比例

代謝網(wǎng)絡(luò)中包含大量的節(jié)點(diǎn)，一般認(rèn)為只有相當(dāng)少的節(jié)點(diǎn)，其分流比實(shí)際上影響目的產(chǎn)物得率，這些節(jié)點(diǎn)稱(chēng)為主要節(jié)點(diǎn)（principalnode）。網(wǎng)絡(luò)的剛性程度取決于主要節(jié)點(diǎn)的性質(zhì)及其在網(wǎng)絡(luò)中的分布。

不論在獨(dú)立型還是依賴(lài)型的代謝網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的剛性程度最終取決于將主節(jié)點(diǎn)的流量分布從適于生存競(jìng)爭(zhēng)變成適于目的產(chǎn)物形成的難易程度。2022/12/21126張星元：發(fā)酵原理代謝網(wǎng)絡(luò)中包含大量的節(jié)點(diǎn)，一般認(rèn)為只有相當(dāng)少4.4.2.2代謝工程與五字策略

的互補(bǔ)性2022/12/21127張星元：發(fā)酵原理4.4.2.2代謝工程與五字策略

微生物生物工程基本理論已對(duì)代謝流及其控制作了定性或半定量的分析，并在此基礎(chǔ)上建立了代謝導(dǎo)向的五字策略。這就為代謝流（及其控制）的定量分析架起了橋梁。為發(fā)酵工程研究人員和技術(shù)人員學(xué)習(xí)和應(yīng)用代謝工程的代謝分析和綜合技術(shù)打好了理論基礎(chǔ)。2022/12/21128張星元：發(fā)酵原理微生物生物工程基本理論已對(duì)代謝流及其控制作了代謝工程是這樣一種生物工程技術(shù)：

在對(duì)代謝流及其控制進(jìn)行定量分析的基礎(chǔ)上，提出精確的遺傳修飾方案，并借助分子生物學(xué)技術(shù)付諸實(shí)施。如此按部就班反復(fù)進(jìn)行實(shí)踐，從代謝的整體上改善細(xì)胞的性能和應(yīng)用前景。2022/12/21129張星元：發(fā)酵原理代謝工程是這樣一種生物工程技術(shù)：

在對(duì)代謝流五字策略的統(tǒng)籌方法對(duì)代謝工程育種有宏觀指導(dǎo)意義，但五字策略是建立在人一廂情愿的基礎(chǔ)上的統(tǒng)籌策略。按五字策略制定育種方案時(shí)，盡管是以從原料到產(chǎn)物的載流路徑及其調(diào)節(jié)機(jī)制為依據(jù)的，但一般并沒(méi)有把節(jié)點(diǎn)剛性的因素考慮在內(nèi)；在實(shí)施時(shí)也就不可能完全達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。

2022/12/21130張星元：發(fā)酵原理五字策略的統(tǒng)籌方法對(duì)代謝工程育種有宏觀指導(dǎo)意對(duì)于流經(jīng)剛性節(jié)點(diǎn)的代謝流，僅僅改變?cè)摴?jié)點(diǎn)下游的反應(yīng)的酶水平或活性的，是不可能對(duì)代謝流進(jìn)行順利導(dǎo)向的。如果目標(biāo)節(jié)點(diǎn)為撓性節(jié)點(diǎn)或弱剛性節(jié)點(diǎn)，則可放心按應(yīng)用五字策略制訂育種方案進(jìn)行相應(yīng)的遺傳操作，因?yàn)閾闲怨?jié)點(diǎn)對(duì)代謝流的導(dǎo)向是最順從的。考慮到可能存在剛性節(jié)點(diǎn)，在應(yīng)用五字策略制訂育種的具體方案時(shí)應(yīng)盡量采用解除調(diào)節(jié)的育種手段。2022/12/21131張星元：發(fā)酵原理對(duì)于流經(jīng)剛性節(jié)點(diǎn)的代謝流，僅僅改變?cè)摴?jié)點(diǎn)下游代謝途徑分析以及基于這些分析所進(jìn)行的分子遺傳學(xué)操作，必須把代謝網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剛性的問(wèn)題考慮在內(nèi)。五字策略仍需用代謝剛性理論來(lái)校驗(yàn)、補(bǔ)充和修正。根據(jù)五字策略制訂育種方案，必要時(shí)需要對(duì)載流路徑上的主要節(jié)點(diǎn)（產(chǎn)物形成時(shí)代謝流量發(fā)生明顯改變的節(jié)點(diǎn)）的性質(zhì)進(jìn)行評(píng)估。2022/12/21132張星元：發(fā)酵原理代謝途徑分析以及基于這些分析所進(jìn)行的分子遺傳五字策略與代謝工程是互補(bǔ)的，各有側(cè)重的。常規(guī)育種成本低，實(shí)驗(yàn)周期短，采用五字策略一般都能取得比較好的效果（五個(gè)字中只要有兩三個(gè)字有效）。代謝工程育種有時(shí)也要以常規(guī)育種的成果菌種作為基礎(chǔ)材料。因此，五字策略宏觀指導(dǎo)下的代謝工程育種也許更切合工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際。2022/12/21133張星元：發(fā)酵原理五字策略與代謝工程是互補(bǔ)的，各有側(cè)重的。常規(guī)

4.4.3細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)與細(xì)

胞經(jīng)濟(jì)學(xué)的萌芽

2022/12/21134張星元：發(fā)酵原理

4.4.3細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)與細(xì)

微生物細(xì)胞的代謝實(shí)際上是自然界的一種經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)把微生物細(xì)胞作為按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)實(shí)體來(lái)看待。我們把這種按特殊的經(jīng)濟(jì)規(guī)律運(yùn)行的有利于微生物的生存競(jìng)爭(zhēng)的新陳代謝整體性叫做細(xì)胞經(jīng)濟(jì)性。2022/12/21135張星元：發(fā)酵原理微生物細(xì)胞的代謝實(shí)際上是自然界的一種經(jīng)濟(jì)運(yùn)微生物群體作為大自然的不可分割的部分，如大自然一樣，有其自身的運(yùn)行規(guī)律。人類(lèi)社會(huì)同樣是大自然的不可分割的部分，也有其自身的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)律。然而，因?yàn)槿擞兄腔?，有認(rèn)識(shí)大自然（包括人類(lèi)自身）的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)律的能力，所以有可能局部地改變大自然經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀況，但無(wú)法改變大自然（包括微生物）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的規(guī)律。2022/12/21136張星元：發(fā)酵原理微生物群體作為大自然的不可分割的部分，如大自我們研究微生物經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀況，就是為了要逐步認(rèn)識(shí)微生物經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的規(guī)律，以便應(yīng)用這些規(guī)律為人類(lèi)造福為世界消災(zāi)。細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)用經(jīng)濟(jì)的眼光來(lái)分析和認(rèn)識(shí)微生物細(xì)胞的生存保障問(wèn)題，走出了細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的第一步。在細(xì)胞經(jīng)濟(jì)假說(shuō)的研究中我們嘗試對(duì)細(xì)胞的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行與社會(huì)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行進(jìn)行比較研究，這樣的比較研究從微生物細(xì)胞經(jīng)濟(jì)開(kāi)始，是因?yàn)椋?022/12/21137張星元：發(fā)酵原理我們研究微生物經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的狀況，就是為了要逐步①微生物細(xì)胞中經(jīng)濟(jì)規(guī)律是客觀存在的；②一個(gè)微生物細(xì)胞本身就是一個(gè)微觀經(jīng)濟(jì)體系，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)機(jī)制多樣化；

③控制微生物細(xì)胞的代謝活動(dòng)相對(duì)容易；④在研究微生物細(xì)胞經(jīng)濟(jì)運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)上構(gòu)建發(fā)酵工程生物學(xué)理論；

⑤自然科學(xué)與人文科學(xué)交叉，形成新的學(xué)科生長(zhǎng)點(diǎn)。

2022/12/21138張星元：發(fā)酵原理①微生物細(xì)胞中經(jīng)濟(jì)規(guī)律是客觀存在的；②一個(gè)微生物細(xì)胞本身就是4.4.3.1發(fā)酵學(xué)與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉

4.4.3.2微生物細(xì)胞經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀況

2022/12/21139張星元：發(fā)酵原理4.4.3.1發(fā)酵學(xué)與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉

4.4.3.24.4.3.1發(fā)酵學(xué)與微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的交叉

學(xué)科是指一定科學(xué)領(lǐng)域或一門(mén)科學(xué)的分支。學(xué)說(shuō)是指學(xué)術(shù)上自成系統(tǒng)的主張和理論。在化學(xué)、生物化學(xué)、微生物學(xué)、分子生物學(xué)、細(xì)胞學(xué)、微生物代謝生理學(xué)，以及儀器分析、傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，發(fā)酵正在從技藝（technique）走向科學(xué)（science），并正在形成自成系統(tǒng)的學(xué)術(shù)理論；發(fā)酵學(xué)經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的醞釀終于應(yīng)運(yùn)而生，成為微生物學(xué)的工程學(xué)分支，成為生物工程最重要的臺(tái)柱之一。2022/12/