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【专稿】好风凭借力，送我上青云: biozhang 2009-7-12 14:26; 【专稿】好风凭借力，送我上青云前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了将陆续在科学网悟空书斋（张星元的博客）推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息。我准备在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录陆续发稿，先发研究生的，后发本科生的。今天发布的是研究生朱××的《好风凭借力，送我上青云》，请指正。研究生朱××：好风凭借力，送我上青云无论是基因工程、细胞工程、酶工程和生化工程等为代表的现代生物技术还是传统的醋，酒，面包，啤酒的生产等，都离不开发酵过程。发酵是指在微生物的作用下，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种生物技术。发酵过程是微生物群体生命活动的一个动态过程，是五花八门、千变万化的，表现出种种多样性，包括所使用的微生物种群、营养类型、培养条件的多样性，微生物营养与目的产物的多样性，微生物生长与目的产物生成之间的偶联方式的多样性等等。那么，我们如何进行发酵研究呢？在此之前，我们学习了大量与发酵有关的课程，《生物化学》、《细胞生物学》、《微生物学》、《微生物生理学》、《微生物遗传学学》、《分子生物学》、《基因工程原理与方法》、《生化工程》《生化分离工程》等等课程，这些当然都是我们这个专业的学生所必需掌握的，但是通过这些课程的学习，我们对我们的发酵工程这个专业的真正了解了吗？“一叶障目不见泰山”，“只见树木，不见森林”，而这正是我们大部分学生的生动写照，特别是当我们面对如此大量的信息，如果没有一个正确理论的指导时，我们往往会迷失方向，纠缠于细节，而不能从宏观的角度来看待问题。而如果要想清楚地认识这个问题，我们就必须站在一个更高的角度，提纲挈领的把握整个学科。只有这样我们才能会“不畏浮云遮望眼”，才能够享受“山高人为峰”，“一览众山小”的惬意。张老师几十年潜心致力于学术研究与创作，建立了发酵工程的核心理论，即生物工程专业的基本理论——发酵原理。“ 好风凭借力，送我上青云 ”，张老师的这门课程正给我们提供一个这样的工具，这样一个“借力”，使我们可以更好的了解本专业。首先发酵原理这本书系统、深入、哲学地将微生物发酵及相关的微生物学、生物化学、物理化学、经济学以及哲学知识归纳总结，高屋建瓴地在更高的一个层面上融会贯通。张老师用语考究，描述形象生动，把一向令人却步，晦涩、难懂、深奥的理论深入浅出的表达出来；更给人以耳目一新的是其内容上的创新。不仅如此，本书也扭转了忽视发酵工程的生物学属性的历史倾向，为化工模式的传统发酵生产上升到生物工程的现代发酵生产奠定了理论基础，为推动发酵工程的计算机控制和自动化进程，为发酵工程真正从一门技艺上升到科学理论的高度做出了努力。我们知道工业发酵是微生物群体活动的动态过程。主要通过三种流动，即伴随能量形式的转换而发生的电子流动，伴随异化和同化作用而发生的物质流动，以及伴随不同水平上的代谢调节而发生的信息流动来实现。在此基础上张老师运用归纳逻辑的方法提出了关于微生物活动的三个基本假说：1代谢能支撑假说：微生物细胞生命活动的驱动原理（微生物能学）；2代谢网络假说：代谢网络与代谢物流图（微生物第二解剖学）；3细胞经济假说：细胞经济运行与生存保障原理（微生物细胞经济学）。发酵原理中这三大假说是相辅相成，相互联系的统一体。它们从三个不同的角度来分析同一个问题，即微生物生命活动的问题。它们三者的相互联系和相互协调，其中代谢能支撑是前提，代谢网络是依据，细胞经济是本质。在具体阐述三大假说之前特别提醒读者，发酵原理的三大假说是从典型的工业发酵的事实根据提出的，所谓“典型的工业发酵”是指依靠化能异养型微生物合成某种最终被分泌到胞外的初级代谢产物和能量代谢副产物的过程，即其一般要满足如下条件： ①生产菌种是化能异养型微生物，②目的产物是初级代谢产物（或者是能量代谢副产物），③产物生成后分泌到胞外。下面将展开这三大假说的相互关系： 1 代谢能支撑假说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）。因此所有的动植物体内都存在把其他形式的能量（化学能或光能）转化成代谢能的过程。工业发酵过程是利用微生物细胞群体生命活动的过程，微生物细胞的生命活动当然也是耗能的，且也只能直接接受代谢能。但是微生物细胞直接面向环境，其自主应对环境变化的生存方式决定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，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。在此基础上，张老师提出了发酵学的第一假说—— 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。代谢能支撑假说是发酵原理三大假说中最基本的假说，它确立了微生物在工业发酵中的地位，规定了工业发酵的生物学属性。 2. 代谢网络假说微生物细胞的物质代谢和能量代谢是依靠代谢网络来实现的。一系列按序进行的生物化学反应构成生化反应途径，生化反应途径按生物化学规律汇成生化反应网络。若生化途径在活细胞里运行，则为代谢途径。代谢途径和输送系统相互间的接合，加上细胞内辅酶再生与回用的协调作用，构成横跨微生物活细胞内外的、可调节的、无尺度的代谢网络。化合物（代谢中间物）在代谢网络中流动，形成代谢流。工业发酵过程中，原料代谢流经微生物细胞（细胞机器）中一系列途径转化成为目的产物。在此基础上，张老师提出了发酵学的第二假说—— 代谢网络假说：代谢途径和输送系统在代谢物分子水平上整合、在辅因子（辅酶）水平上协调，形成横跨微生物细胞内外的代谢网络。代谢网络是细胞自主调节的无尺度网络，它作为一个整体来承担微生物细胞的物质代谢和能量代谢。代谢网络不是生化途径和跨膜输送过程简单连接，而是要将生物化学概念纳入细胞代谢的总体框架。微生物细胞的物质代谢和能量代谢是依靠代谢网络来实现的，这个假说揭示了微生物生命活动的内容——能量、物质的转化关系和操作过程。因此代谢网络假说为工业发酵菌种选育及生产工艺的控制系统地提供了可供选择的、可操作的可能性，为工业发酵新产品新原料开发提供了理论依据。 3. 细胞经济假说在发酵工业生产上，人与微生物的对立统一关系以及人与微生物合作关系是发酵工程的基本矛盾，理解发酵工程的这个基本矛盾必须有一个理论基础，为此张老师提出了发酵学的第三假说—— 细胞经济假说：微生物细胞是个远离平衡状态的不平衡的开放体系，是在物竞天择的基础上形成的细胞（代谢）经济体系。细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系，它为细胞的适应性、经济性和代谢的持续性提供保障。微生物是自然界长期进化的产物，其所以能生存繁衍至今，正因为有其自身独特的优越性。而在我们为了生产发酵产品而对微生物改造（菌种选育）之前，它们自身原来就存在完整的细胞经济系统。我们只有通过学习，了解了微生物的经济学特性，才能在将来的生产实践中与微生物和谐相处，实现“双赢”。细胞经济假说阐述了微生物细胞为了生存而进行自身调整的保障机制，为代谢能的开支、代谢网络中各种代谢物库的大小，以及代谢流中有机物的流量大小和分支处的流量分配提供了解释的依据，从而导出微生物生命活动的法则——“整体协调，维持生计”的经济管理原则。这一假说是人与微生物合作的切入点，人若要发挥好在发酵工业中的主观能动作用，掌握好对微生物的代谢进行导向的程度，使微生物的生存利益与人的经济利益相统一，就必须对细胞本身的经济问题有一个客观的理解。人只有与微生物友好合作，在微生物可以承受的基础上，利用并改造它们，引导它们为人类服务。综上所述，发酵原理的三个假说共同支撑着微生物细胞的所有生命活动。代谢能的产生与消耗必须依靠代谢网络的来实现，而代谢网络的运行又需要代谢能来提供能量。能量代谢和物质代谢相互交叉，并且都受细胞经济性规律的影响和制约。工业发酵期望切合生产实际的物质、能量代谢结果，无止境地追求完美的代谢网络响应。在学习《发酵原理》这门课的过程中，我们不仅深入了解了其核心内容三大假说，还有细胞机器理论、发酵工程的8个预测以及工业微生物育种的五字策略的等等，除了这些书本知识，更重要的是在课堂上，张老师对学术的严谨态度和对知识的孜孜追求，给我们留下深刻的印象，这些都是值得我学习的地方！这必将对我们以后的工作和生活都大有裨益！; 个人分类: 生命系统|5418 次阅读|0 个评论

关于博文《吃能量or吃信息》的切磋: biozhang 2009-1-5 16:59; 张星元：关于博文《吃能量or吃信息》的切磋感谢李小文老师对我的留言坦陈己见：《货币：简答张星元老师和发发》http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=208343。由此引发了关于能量问题的讨论。对于李老师的这篇博文，张小平老师发表如下评论：发表评论人：zhangxp 莫非吃东西是吃信息而不是吃能量的定理现在还不是世人皆知？（见《吃能量or吃信息》http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=34518）我认真阅读了这篇博文后，想就吃东西是吃信息而不是吃能量的定理，与张小平老师商榷。为了避免文章篇幅太长，采用在张老师原博文中插入商榷意见（括号里红色的文字）的方式发表己见。学术讨论而已，请相关博主谅解。以下是本博文的正文：《吃能量or吃信息》（括号中已插入商榷意见）在这篇博文的前半部分作者作了一个说明，然后引用了对话原文：在杨玲《静夜狂思-（22）-语言》一文评论中和杨玲讨论，从谈有序无序就谈到了吃信息，应杨玲之约写这个题目。先看对话录： zhangxp：你为什么认为牛吃草就不是吃信息？如果说是吃能量的话，能量是守恒的，吃进去的和排出来的一样多，有什么好吃的？（能量守恒定律成立的条件是：在孤立系统中。牛和它所处的环境所组成的系统不是孤立系统，为分析问题方便，权且把它近似地看作孤立系统。）博主回复：哈哈，小平同志，我不认为牛吃草不是吃信息，问题是，牛知不知道自己吃下了信息？另外，吃的肯定比排的多，因为要把能量用来对抗牛的熵增啊！（牛的生命活动的有序化过程，即熵的减少的过程，靠代谢能来支撑。这个熵值的减少可以部分地抵消牛和它所处的环境所组成的系统的自发的熵增）。 zhangxp：牛怎么不知道？好吃啊，它知道好吃，要不它怎么不去吃石头？（牛吃草而不吃石头，是牛的内部信息系统决定的本能。）所有的生命都是靠吃信息的（这里吃信息的含义是什么？是吃食物，还是接受知识和智能信息，或者兼指这两者？食物本身包含能量和信息。）你说吃进去的比排出来的多，指什么？不会是能量（从上下文看，正是指能量），不考虑牛的体重增长，（应用能量守恒定律，即使不考虑牛的体重增长，也不能忽略牛的器官的运行和牛的活动所消耗的能量。）吃进去的能量和排出来的是一样多的，（注意能量守恒定律成立的条件）所以吃进去的比排出来的多只能是指负熵。（吃进去的食物一般是低熵化合物，排出来的一般是高熵化合物。）博主回复：这个负熵就是帮助牛对抗熵增啊！不考虑体重增长，也有负熵！（说得对！）牛不吃石头？牛黄怎么来的？（牛通过复杂的新陈代谢而合成牛黄，是牛的遗传信息系统对牛身体内外的理化生物信息做出的响应。） zhangxp：人是更高级的信息系统，发展出了语言，（语言是信息的一种载体）所以要吃语言的信息。一篇美文，一个好公式，人读了觉得爽，这就是吃了信息，和牛吃草没有本质不同。（诚然牛吃的草里包含着理化甚至生物信息，当草被牛的消化系统消化时，往往是粗线条的、不分青红皂白的。）营养，什么是营养？牛吃了草，人吃了知识（语言的信息），这就是维持生命的营养，都是负熵，都是信息。（能量和信息不能混为一谈，但从扩宽了含义的熵的角度分析牛吃了草，人吃知识有覆盖交搭之处：有序化、条理化程度增加。）在这篇博文的后半部分作者发了如下议论：哈我发现对话录贴出来也不用再写什么了。稍微解释一下，可能很多人有一个误解，以为生命吃食物是吃的能量，（是吃进能源物质，也带进一些相关信息。）以前二傻有一句名言：低级动物吃能量，高级动物吃信息，这是进了一步，认出了高级的是信息，但是并不彻底，因为不管低级还是高级生物，吃的都是信息而不是能量，能量充其量只能算是信息的载体。（能量是能量，信息是信息，能量需要信息来组织，信息需要能量来实现。）一个生物，如果我们不考虑它体重的增加，所吃进的能量和排出的能量是相等的（但是，他们的熵的水平是不同的，相对而言吃进去的一般是低熵化合物（属于能源化合物），排出来的一般是高熵化合物（也属于能源化合物），以及不能用来做机械功的热能），所以吃能量毫无意义，而真正生物所需要并被生命所消耗掉的，是负熵，（生命体的生命活动导致自身的有序化，即熵值的下降。）负熵当然就是信息，（负熵是能量在信息的组织下通过新陈代谢而实现的）所以说生物是吃信息而不是吃能量。（生命活动需要能量-物质和信息，通俗点说吃也行。）信息系统的层次不同，所需的食物也不同，上面的对话录都基本上表达了，我们收集有用的信息，学习知识（知识只是一些可以积累的信息，智能是通过人脑加工的信息），都是吃信息，因为要维持人这样的信息系统，可不是吃些草这样的信息就可以的，假如谁不吃知识这样高级的信息，就会降级，比如降成街边的流浪汉。（高尚的人即使吃草，只要能够活着，就能源源不断地产出智能信息。当然我并不是提倡吃草，只是想说明一个问题：生命需要能量来支撑，有生命才能不断地产生新的信息，特别是智能信息；信息要靠能量和已有的信息孕育新的信息，信息要靠能量变成现实！）; 个人分类: 代谢能支撑假说|4543 次阅读|3 个评论

关于博文《吃能量or吃信息》的切磋: biozhang 2009-1-5 16:59; 张星元：关于博文《吃能量or吃信息》的切磋感谢李小文老师对我的留言坦陈己见：《货币：简答张星元老师和发发》http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=208343。由此引发了关于能量问题的讨论。对于李老师的这篇博文，张小平老师发表如下评论：发表评论人：zhangxp 莫非吃东西是吃信息而不是吃能量的定理现在还不是世人皆知？（见《吃能量or吃信息》http://www.sciencenet.cn/m/user_content.aspx?id=34518）我认真阅读了这篇博文后，想就吃东西是吃信息而不是吃能量的定理，与张小平老师商榷。为了避免文章篇幅太长，采用在张老师原博文中插入商榷意见（括号里红色的文字）的方式发表己见。学术讨论而已，请相关博主谅解。以下是本博文的正文：《吃能量or吃信息》（括号中已插入商榷意见）在这篇博文的前半部分作者作了一个说明，然后引用了对话原文：在杨玲《静夜狂思-（22）-语言》一文评论中和杨玲讨论，从谈有序无序就谈到了吃信息，应杨玲之约写这个题目。先看对话录： zhangxp：你为什么认为牛吃草就不是吃信息？如果说是吃能量的话，能量是守恒的，吃进去的和排出来的一样多，有什么好吃的？（能量守恒定律成立的条件是：在孤立系统中。牛和它所处的环境所组成的系统不是孤立系统，为分析问题方便，权且把它近似地看作孤立系统。）博主回复：哈哈，小平同志，我不认为牛吃草不是吃信息，问题是，牛知不知道自己吃下了信息？另外，吃的肯定比排的多，因为要把能量用来对抗牛的熵增啊！（牛的生命活动的有序化过程，即熵的减少的过程，靠代谢能来支撑。这个熵值的减少可以部分地抵消牛和它所处的环境所组成的系统的自发的熵增）。 zhangxp：牛怎么不知道？好吃啊，它知道好吃，要不它怎么不去吃石头？（牛吃草而不吃石头，是牛的内部信息系统决定的本能。）所有的生命都是靠吃信息的（这里吃信息的含义是什么？是吃食物，还是接受知识和智能信息，或者兼指这两者？食物本身包含能量和信息。）你说吃进去的比排出来的多，指什么？不会是能量（从上下文看，正是指能量），不考虑牛的体重增长，（应用能量守恒定律，即使不考虑牛的体重增长，也不能忽略牛的器官的运行和牛的活动所消耗的能量。）吃进去的能量和排出来的是一样多的，（注意能量守恒定律成立的条件）所以吃进去的比排出来的多只能是指负熵。（吃进去的食物一般是低熵化合物，排出来的一般是高熵化合物。）博主回复：这个负熵就是帮助牛对抗熵增啊！不考虑体重增长，也有负熵！（说得对！）牛不吃石头？牛黄怎么来的？（牛通过复杂的新陈代谢而合成牛黄，是牛的遗传信息系统对牛身体内外的理化生物信息做出的响应。） zhangxp：人是更高级的信息系统，发展出了语言，（语言是信息的一种载体）所以要吃语言的信息。一篇美文，一个好公式，人读了觉得爽，这就是吃了信息，和牛吃草没有本质不同。（诚然牛吃的草里包含着理化甚至生物信息，当草被牛的消化系统消化时，往往是粗线条的、不分青红皂白的。）营养，什么是营养？牛吃了草，人吃了知识（语言的信息），这就是维持生命的营养，都是负熵，都是信息。（能量和信息不能混为一谈，但从扩宽了含义的熵的角度分析牛吃了草，人吃知识有覆盖交搭之处：有序化、条理化程度增加。）在这篇博文的后半部分作者发了如下议论：哈我发现对话录贴出来也不用再写什么了。稍微解释一下，可能很多人有一个误解，以为生命吃食物是吃的能量，（是吃进能源物质，也带进一些相关信息。）以前二傻有一句名言：低级动物吃能量，高级动物吃信息，这是进了一步，认出了高级的是信息，但是并不彻底，因为不管低级还是高级生物，吃的都是信息而不是能量，能量充其量只能算是信息的载体。（能量是能量，信息是信息，能量需要信息来组织，信息需要能量来实现。）一个生物，如果我们不考虑它体重的增加，所吃进的能量和排出的能量是相等的（但是，他们的熵的水平是不同的，相对而言吃进去的一般是低熵化合物，排出来的一般是高熵化合物），所以吃能量毫无意义，而真正生物所需要并被生命所消耗掉的，是负熵，（生命体的生命活动导致自身的有序化，即熵值的下降。）负熵当然就是信息，（负熵是能量在信息的组织下通过新陈代谢而实现的）所以说生物是吃信息而不是吃能量。（生命活动需要能量-物质和信息，通俗点说吃也行。）信息系统的层次不同，所需的食物也不同，上面的对话录都基本上表达了，我们收集有用的信息，学习知识（知识只是一些可以积累的信息，智能是通过人脑加工的信息），都是吃信息，因为要维持人这样的信息系统，可不是吃些草这样的信息就可以的，假如谁不吃知识这样高级的信息，就会降级，比如降成街边的流浪汉。（高尚的人即使吃草，只要能够活着，就能源源不断地产出智能信息。当然我并不是提倡吃草，只是想说明一个问题：生命需要能量来支撑，有生命才能不断地产生新的信息，特别是智能信息；信息要靠能量和已有的信息孕育新的信息，信息要靠能量变成现实！）; 个人分类: 复杂系统|30 次阅读|0 个评论

关于茅台酒的氧化，星元又如是说：: biozhang 2008-4-29 11:52; 张星元：关于茅台酒的氧化，星元又如是说：本文谈谈一级电子载体在茅台酒生物氧化过程中的地位。在生物氧化的过程中，还原剂（能源化合物或其将解物）首先把电子交给电子载体，经一个或多个电子载体，最后移交给氧化剂（最终电子受体）。所谓载体，一般是指运载工具，其最基本的功能是①接纳（可装）、②排空（可卸）、③贯通（可运货）。所谓电子载体就是电子乘搭的车。微生物以不同的方式进行生物氧化，在生物氧化的过程中，还原剂放出的电子搭乘电子载体，电子载体的种类和转乘的次数不同。还原剂放出的电子首次搭乘的电子载体叫做一级电子载体，接下来搭乘的电子载体叫做二级电子载体，依此类推。最后一级的电子载体将电子交给最终电子受体，完成这一轮生物氧化过程。生物氧化的一级电子载体主要包括： ①脱氢酶的辅酶烟酰胺酰腺嘌呤二核苷酸（NAD）和烟酰胺酰腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP）, ②氧化酶（黄素蛋白）的辅基腺嘌呤黄素二核苷酸（FAD）和黄素单核苷酸（FMN）。对于化能异养型微生物细胞来说，能源化合物（还原性有机化合物）不论以何种方式进行生物氧化（有氧呼吸、无氧呼吸、发酵），能源化合物或其降解物（即生物氧化的还原剂）释放的电子，经各级电子载体逐级传递，直到这些电子被它们的最终电子受体接受的全过程中，只有一个步骤是必不可少的，这就是，还原剂释放的电子首先要被生物氧化过程的一级电子载体接受。因此，把还原剂放出的电子首先交给一级电子载体（脱氢酶或氧化酶的辅酶）是生物氧化的共性，也是生物氧化反应与一般的氧化还原反应的最重大的区别。因此，关于茅台酒的氧化，教授又如是说：具有相同起讫点的氧化还原反应，例如，乙醇（酒精）的完全氧化，生成二氧化碳和水，可以经两条不同的路径来进行：①一般的氧化还原反应，②生物氧化反应。这两条路径起讫点相同，但过程不同，自由能的释放的情况及代谢能的捕获的情况大相径庭。因此，点燃茅台酒（一般的氧化还原反应）可以照明和取暖，饮用茅台酒（生物氧化反应）可以维持生命或促进新陈代谢。; 个人分类: 代谢能支撑假说|4460 次阅读|0 个评论

关于茅台酒的氧化，星元如是说：: biozhang 2008-4-28 11:46; 张星元：关于茅台酒的氧化，星元如是说：茅台酒的氧化：点燃？喝下肚去？两者有什么异同？这个看似简单的问题（ C 2 H 5 OH + O 2 CO 2 + H 2 O ），可不大容易说清楚。从科学的角度出发，是个关于如何认识生物氧化和能量代谢的问题。（ 1 ）生物氧化与一般的氧化还原反应相比较其氧化还原的本质是一样的反应物之间有电子得失的反应总称为氧化还原反应。在这类反应中必有一种原子（还原剂）失去电子而被氧化，同时另一种原子（氧化剂）得到电子而被还原，它们分别作为氧化还原反应的两个半反应，合在一起就是一个氧化还原反应，在一般的氧化还原反应中，还原剂将电子直接交给氧化剂并放出能量。在生物氧化过程中，还原剂首先将电子交给一级电子载体，再由一级电子载体以不同的方式将电子转交给氧化剂。因为这些氧化还原反应在细胞内进行，并且向着能源化合物氧化降解和放能的方向进行，因而有生物氧化之称。在生物氧化过程中，尽管还原剂释放的电子并不直接交给氧化剂，但是最终还是转交给氧化剂，同样完成了氧化和还原这两个半反应。生物氧化与一般的氧化还原反应相比较，氧化还原的本质是一样的，但进行的过程和结果大不一样。生物氧化是按一定顺序进行的、酶催化的、受到严密控制的逐级释放能量的过程，以这种方式释放的能量中的一部分被活细胞转化成代谢能，直接用来支撑生命活动。（ 2 ）生物氧化反应与一般的氧化还原反应的一个重大的区别对于化能异养型微生物细胞来说，作为还原剂的有机化合物不论以何种方式进行生物氧化，其释放的电子，经各级电子载体逐级传递，直到这些电子被它们的最终电子受体接受的全过程中，只有一个步骤是有共性的，而且均是必不可少的，这就是还原剂释放的电子首先要被生物氧化过程的一级电子载体脱氢酶或氧化酶的辅酶所接受。把还原剂放出的电子首先交给脱氢酶或氧化酶的辅酶（一级电子载体）是生物氧化的共性，也是生物氧化反应与一般的氧化还原反应的一个重大的区别。（ 3 ）辅酶和辅基在生物氧化中不可替代的作用在化能异养型微生物细胞的生物氧化过程中，除了相关的酶以外，它们的辅酶和辅基的作用是不可替代的。 NAD 和 NADP 是脱氢酶的辅酶， FAD 和 FMN 是氧化酶的辅基， ATP 是激酶的辅酶。在脱氢酶的辅酶中， NAD 主要在供能途径的氧化还原反应（生物氧化）中起作用， NADP 通常用于生物合成反应。因此，在分析辅酶在生物氧化中的关键作用时，当然把 NAD 作为首选对象。 NAD 有两种存在方式： NAD 的氧化形式 NAD + 与 NAD 的还原形式 NADH 。后者实际上是 NAD + +H - 在生物氧化的过程中，还原剂（能源化合物或其还原性的降解物，如 GA-3-P ）直接把电子直接交给辅酶，然后由辅酶直接移交给氧化剂（内源的有机化合物），或者再经一个或多个电子载体，最后移交给氧化剂（最终外源电子受体），完成生物氧化过程。（ 4 ）脱氢酶的辅酶一级电子载体 NAD+ 的再生和回用在生物氧化过程中，还原性化合物（还原剂）首先将电子交给脱氢酶的辅酶一级电子载体 NAD + ，使它转化为 NADH 。那么，一级电子载体怎样支持生物氧化的持续进行呢？ NAD 是以 NAD + 的形式参加脱氢反应的，它作为一级电子受体直接从脱氢酶的底物（还原剂，如 GA-3-P ）接受一对电子（同时从溶液中获得一个氢离子）而被还原成 NADH 。 NADH 卸下（卸载）这一对电子，同时释放出氢离子，自身被再生为 NAD + ，这样， NAD + 才能与脱氢酶的酶蛋白形成脱氢酶复合物，一起参与下一轮的脱氢反应，这就是辅酶的回用。脱氢的辅酶 NAD 就是这样不断地使用，再生，回用，再生，回用，支持生物氧化的持续进行。在微生物细胞的产能代谢中，还原型辅酶 NADH 上的一对电子主要以两种不同的方式卸载：在有外源电子受体的情况下，负载电子的 NAD （即 NADH ）将电子交给电子传递链而再生为空载的电子载体 NAD + ，卸载电子后，空载的电子载体 NAD + 将回用于下一轮的电子运载工作（即作为脱氢酶的辅酶接受能源化合物或其还原性降解物分子释放的电子载体）； NADH 交给电子传递链的电子经电子传递链传到最终外源电子受体，完成生物氧化（呼吸）。在没有外源电子受体的情况下， NADH 将电子直接交给内源电子受体（代谢中间化合物），把后者还原成发酵产物，在完成生物氧化（发酵）的同时 NADH 被再生（被氧化）为空载的电子载体 NAD + 。电子卸载以后，空载的电子载体 NAD + 将继续投入下一轮的电子的运载工作。细胞或细胞器的空间内 NAD 的数量（ NAD + 与 NADH 的总的数量）是相对稳定的，如果作为电子载体的辅酶 NAD + 不能得到再生，就不能被回用，有效的电子载体就会愈来愈少，脱氢反应就不能持续进行下去了。因此辅酶的再生必须及时，使有限的辅酶分子得到正常的周转，以保证生物氧化作用的持续进行和代谢能的持续供应。在生物氧化（不论是发酵还是呼吸）的过程中，脱氢酶的辅酶作为一级电子载体，起到了从脱氢酶的底物（能源化合物或其还原性降解物分子）直接接受电子的关键作用。（ 5 ）化能异养型微生物生物氧化的方式关于生物氧化的研究，不但在人体和动物体进行，更细致的研究是对微生物进行的。根据化能异养型微生物在生物氧化时有没有外源的最终电子受体，以及最终的外源电子受体是不是分子氧，可将化能营养型微生物的生物氧化分成发酵、有氧呼吸和无氧呼吸三类。 ① 发酵：在没有外源最终电子受体的条件下，化能异养型微生物的能源有机化合物或其还原性降解物，通过将一个内源的有机化合物（已经经过该细胞代谢的有机化合物）还原，而自身被氧化的生物学过程称为发酵。在发酵过程中，一般并不发生经包含细胞色素等的电子传递链和 ATP 酶的电子传递磷酸化过程，而是通过底物水平磷酸化来获得 ATP ；在发酵过程中，一般是一级电子载体 NAD 首先接受能源有机化合物或其还原性降解物释放的电子，然后以 NADH 的形式直接将电子交给内源的电子受体，将它还原成发酵产物，从而完成氧化还原反应。当有外源的电子受体（即没有经过该细胞代谢的电子受体）存在时，生物氧化就以电子传递的方式进行。电子传递分为在有氧条件下以氧作为最终电子受体的电子传递和在无氧条件下最终电子受体不是氧的电子传递。 ② 有氧呼吸：在以氧作为外源的最终电子受体的情况下，一级电子载体 NAD 上携带的电子经电子传递链一直传到末级电子载体（电子传递链最后一个成员细胞色素氧化酶），然后，末级电子载体把电子交给最终电子受体分子氧，同时从膜内侧的水相俘获 H + ，从而把分子氧还原成水。这就是有氧呼吸。在有氧呼吸中，外源的最终电子受体是分子氧，而电子供体（或称呼吸底物）是微生物进行生物氧化的能源化合或其还原性降解产物。化能异养型微生物的能源化合物为有机化合物。在有分子氧的条件下能够生长的需氧微生物、兼性厌氧微生物以有氧呼吸的方式进行生物氧化。它们发生有氧呼吸的基本条件是有分子氧存在，有合适的呼吸底物存在。化能异养型微生物的有氧呼吸有两种形式。典型的一种是，呼吸底物的氧化不与分子氧的还原作用直接偶联，而是让其自身氧化过程中放出的电子经过电子传递链最后才传递到分子氧。以分子氧为最终电子受体的电子传递链又称呼吸链。另一种非典型的是：呼吸底物脱下的氢和电子借助黄素蛋白转移给分子氧，参与这类反应的氧化酶都是以 FAD 或 FMN 为辅基的黄素蛋白，因此这种加氧呼吸又称黄素蛋白水平呼吸。 ③ 无氧呼吸：如果微生物生物氧化的外源的最终电子受体不是分子氧，代之以硝酸根、硫酸根或特定的有机化合物（如延胡索酸）等，它们在相应的酶的催化下，替代分子氧接受电子传递链传递的电子而自身被还原，这就是无氧呼吸。化能异养型微生物的无氧呼吸可进一步分为硝酸呼吸、硫酸呼吸和延胡索酸呼吸等（即所谓琥珀酸发酵）。（ 6 ）微生物细胞通过生物氧化获得直接用来支撑生命活动代谢能当微生物细胞以发酵的方式进行生物氧化时（还原型的辅酶将电子交给内源的有机化合物），只能通过底物水平磷酸化形成 ATP ；而当微生物细胞以呼吸的方式（包括有氧呼吸和无氧呼吸）进行生物氧化时，则还拥有效率高得多的形成 ATP 的机构电子传递链和 ATP 酶，放出的能量也较发酵的方式多。类同于有氧呼吸，进行无氧呼吸时能源化合物所放出的电子也要通过电子传递链，被传送到最终的外源电子受体；但由于无机氧化物被还原时的氧化还原电位要比分子氧被还原时的氧化还原电位低，因此微生物营无氧呼吸时，电子传递链要比呼吸链（即以分子氧为终端的电子传递链）短，传送过程中放出的能量也没有营有氧呼吸时多。微生物进行无氧呼吸时其电子传递链与在有氧呼吸的另一个明显差别是，以无机氧化物的还原酶（即无氧呼吸时用来催化电子直接转交给最终电子受体的过程的酶）代替了细胞色素氧化酶（即有氧呼吸时用来催化电子直接转交给分子氧的过程的酶）。对于化能营养型微生物来说没有生物氧化就没有代谢能，没有代谢能的支撑微生物细胞就没有生命活动。 (7) 结论关于茅台酒的氧化，教授如是说: 由此可见，点燃茅台酒，酒中的酒精被直接氧化成二氧化碳和水，同时发热放光；若将茅台酒喝下肚去，酒中的酒精通过人体器官按一定顺序进行酶催化、并逐级释放能量，以这种方式释放的能量中的一部分被转化成代谢能，直接用来支撑生命活动，其余部分以热的形式释放。最终也被氧化成二氧化碳和水： C 2 H 5 OH + O 2 CO 2 + H 2 O + 能量点燃茅台酒，是直接氧化，释放的热能不能直接支持生命活动。饮茅台酒，是生物氧化，释放的代谢能可直接支持生命活动。; 个人分类: 代谢能支撑假说|6058 次阅读|1 个评论

特殊用途的能量形式--代谢能: biozhang 2008-4-8 18:31; 张星元：特殊用途的能量形式代谢能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，对应于物质的不同的运动形式，能量也有不同的形式。例如:动能、势能是对应于物体运动的能量形式，热能是对应于分子运动的能量形式。代谢能（metabolicenergy）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。生命活动是导致体系高度有序状态的序列反应的总和，是耗能的。尽管不同的生物可以使用不同的能源；然而，实际上生物体内大量的化学反应和细胞过程只能接受代谢能，即可供细胞的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它形式的能量转化成的代谢能的过程，以及代谢能支撑的问题。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，客观上，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。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，并具备把能源物质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。; 个人分类: 代谢能支撑假说|7816 次阅读|13 个评论

代谢网络纵横谈: 热度 1 biozhang 2008-4-7 12:48; 张星元：代谢网络纵横谈（1）细胞的代谢网络是生物界的一种无标度网络 “网”最初是指用一组线（或绳）两两交替地绾成疙瘩（打“结”）而形成的多孔的捕鱼或捕兽器具，网上线的“结”就相当于网络结构中的“节点”。天然的网络结构大多是随机的，人造的网络结构大多是规则的。在随机的网络结构中，节点与其他节点的连结的数量呈正态分布；在规则的网络结构中，节点与其他节点的连结数量是固定的。以上两类网络中，节点与其他节点的连结的数量分布都有规则可循，因此是有标度的网络。然而，用数学方法描绘互联网时，出乎意料地发现有些节点与大量的其他节点连结，形成一个个集散中心（称为集散节点），因而把互联网这样的网络称为无标度网络（scale-freenetwork）。无标度网络中包含无数节点，大部分节点与其他节点只有几个连结，有些节点与大量的其他节点连结，称为集散节点。无标度网络不存在代表性的节点，但受少数集散节点的支配，并具有如下可预期的行为特性：对意外事件具有惊人的承受力，对协同式攻击很脆弱，受制于某些基本的法则。基于以上分析，细胞的代谢网络是生物界的一种无标度网络。（2）不同层次的代谢网络有关细胞的代谢网络可以分不同层次来讨论：基因组（DNA层次）、代谢途径及生化反应网络（蛋白质层次）、代谢流（物流层次）、代谢生理（微生物细胞层次）等等。对蛋白质层次的代谢网络来说，一个代谢物分子就是一个节点，而节点之间的连结则是生化反应。大部分的分子只参加一种或两种反应，但少数分子参与许多反应，它们实际上就是代谢流的集散中心或通用代谢物（currency metabolites）。从低层次到高层次，从大平台到小平台，需要相应的逐级激活。基因组里的一部分基因被激活而得到表达，形成代谢途径及生化反应网络；任何时刻代谢流只在生化反应网络局部或某些途径中流动；只有一部分代谢流促成微生物细胞的某种生理状态的出现。（3）代谢网络没有绝对的起点和终点，代谢路径作为代谢通道是有起讫点的对于延续的微生物生命来讲，代谢网络没有绝对的起点，也没有绝对的终点，形成细胞的4个反应群（产能反应群、生物合成反应群、多聚反应群、组装反应群）环环相扣，初级代谢的三大板块（向心板块、中心板块、离心板块）两两相接，成一个整体。微生物的代谢网络就像有许多铁路线组成的各个铁路局和铁路交通网。当我们使用指定的原料生产某特定的发酵产品时，我们期望有机物流经最有利于高产的途径（理想载流路径）生成发酵产物；正如我们乘火车去某城市就要选定一条合适的铁路线一样。全国铁路网被分成几个铁路局辖区，相当于代谢网络分成三个板块；铁路线可以跨铁路局，相当于载流路径可以跨网络板块。微生物细胞机器的工作模式把细胞机器运行阶段的载流路径描写成由向心途径、中心途径和离心途径三者依次首尾衔接而贯通的一条“通道”。（4）代谢网络一直处于对环境的变动的响应之中实际上微生物细胞的代谢网络一直处于对环境的变动的响应之中，因此代谢网络的概念是虚拟的网络概念。网络中的离心途径的终端又可能成为向心途径的起点；网络中的中心途径不止一条，而且有分支，向心途径和离心途径也有多条，而且也有汇合或分支。途径与途径之间还可能存在横向联系（包括还原力和代谢能的平衡）。停止生长的状态下的代谢途径（如次生代谢的途径）的延伸，以及不同细胞空间对各种代谢因子的选择性分隔，使代谢网络更加复杂化。由于人类对代谢远远没有完全了解，目前对代谢网络的认识只是相对的，对代谢的认识还有待深入。代谢网络假说的逐步完善和发展的过程正可以说明这一点。; 个人分类: 代谢网络假说|8029 次阅读|4 个评论

《发酵原理（第2版）》的消息（含作者讲课录像和ppt）: biozhang 2008-4-6 07:49; 张星元：发酵原理（第2版）的消息登录全国普通高等教育教材网www.tbook.com.cn查询，得知《发酵原理（第2版）》已列入普通高等教育十一五国家级教材规划补充选题。《教育部关于印发普通高等教育十一五国家级教材规划补充选题的通知》（2008-02-18发布）指出：为更好地满足教学需求,及时将2004-2005两年出版的教材中质量较高、在教学中反映较好的教材，修订后纳入普通高等教育十一五国家级教材规划，我部组织了普通高等教育十一五国家级教材规划补充申报工作。经出版社申报、专家评审、网上公示，最后确定了2049种选题补充列入十一五国家级教材规划。《发酵原理（第2版）》就是其中之一。《发酵原理》是我国第一本系统地阐述工业发酵的生物学原理的书，也是我国大学生物工程专业发酵原理课程的教科书。《发酵原理》（十五国家级规划教材），于2005年3月由科学出版社首次出版,内含电子文本的教案和相关支持文档的光盘。《发酵原理》出版前后将近十年中，作者亲自执教（讲述发酵原理绪论ppt 的录像，也可以在本博客音频栏下载观看）生物工程本科（课程名称为发酵原理）、研究生（课程名称为工业发酵的生物学原理），并指导课程讨论会（或辩论会），在此过程中，作者进行了认真的、自我批判性的思考。在突出生物学理念自成系统地解释发酵工程的基础上，推出微生物生命活动的三个基本假说，以及菌种选育和微生物代谢宏观控制的五字策略，已使《发酵原理》这本书具有原创性。在我们酝酿和使用这本教材的最近十多年中，基因组学、转录组学、蛋白质组学和代谢组学逐步形成，生物系统的自组织的复杂性逐步具备了理论和实验的基础，从而为工业发酵的生物学理论提供了不同层次的支撑，并使自然科学理论上升到哲学的水准。这些发展将在《发酵原理》这本书再版时得到体现，全书的格局也将作相应的调整。; 个人分类: 发酵工程|4740 次阅读|0 个评论

利用生物活体为人类造福: biozhang 2008-4-6 06:27; 张星元：利用生物活体为人类造福传说中的南海观世音菩萨是人们理想中的大慈大悲救苦救难神秘力量的化身。我们仰慕这种神力，但我们不相信上帝。要创造人类的幸福，全靠我们自己。神力来自何方生物工程就具有这种为人类造福为世界消灾的神力，而生命活体则是这种神力的载体。生物工程是指以生物学、化学和工程学相结合的方法，依靠生物有机体、生物学系统或生物学过程，生产人类需要的产品或保护人类生活环境的应用技术体系。生物工程学科是在科学实践中逐渐形成和发展的,将生命科学原理应用于工农业生产或服务于人类的工程类新兴学科。生命活体理应包括有生命的动物、植物和微生物，目前主要是指微生物活细胞。人类主动地借助于微生物为自己造福和消灾仅仅一百多年历史。19世纪60年代，法国人巴斯德（LouisPasteur）关于微生物生理的研究使酿酒业走出了困境；德国人柯赫（RobertKoch）在1876年发表的关于病原菌的早期工作和微生物的纯培养技术，证明确实是细菌引起了炭疽病。巴斯德和柯赫开创了人类利用微生物为人类造福和防止微生物危害人类的新纪元。1928年英国人弗莱明（AlexanderFleming）发现青霉素十几年后，深层通气发酵的生产方法问世。继1944年美国埃弗里（OswaldTheodoreAvery）首次证实DNA是遗传物质，1953年美国人沃森（JamesWatson）和英国人克里克（FrancisCrick）提出了DNA分子的双螺旋结构的模型，为DNA可以作为遗传物质提供了理论框架，为奥地利人孟德尔（GregorJohannMendel）1865年提出的经典遗传学法则提供了实证。1961年法国人雅各布（FrancoisJacob）和莫诺（JacquesMonod）提出的关于代谢的遗传调控模式，把工业微生物的育种和控制提升到分子水平。1972年美国人伯格（PaulBerg）在试管中构建了第一批重组DNA分子，1973年美国人科恩（StanleyCohen）将外源DNA插入质粒，并进一步将它引入大肠杆菌，从而开创了基因工程的研究。1979年，首次用工程菌合成胰岛素。除胰岛素外，人的生长激素、人的干扰素、牛的生长激素等均先后在大肠杆菌中合成，并实现了发酵法生产，还有一些外源基因已在枯草杆菌等其他细菌或酵母菌中得到表达，这些就为工程菌的大规模工业发酵开辟了新途径。1991年，瑞士人贝利（JamesE.Bailey）提出了代谢工程的概念，代谢工程是把代谢流的量化及其控制的分析方法和将遗传修饰方案付之实施的分子生物学技术结合起来，以反复检测和遗传修正的方式，改善产物的形成和细胞性能，从而满足人类对生物的特定需求的生物工程技术。代谢工程从整个反应体系而不是一个个孤立的反应考察微生物细胞及其培养环境所组成的复杂体系，以获得关于代谢和细胞功能的更全面的信息。代谢工程纵观复杂体系的全局，把生化学、细胞生物学、微生物生理学与基因工程的方法学结合起来，把生物学原理与工程学原理结合起来，来协调和解决工业发酵的难题。由此可见，随着相关生物技术及工程技术的发展，人类利用微生物的手段越来越高明了，人类与微生物的关系正处在积极协调之中。应运而生的生物工程专业生物工程以及以它为基础的产业——生物工业在国民经济和人类文明等方面的成就已经表明，并且将进一步证明，生物工程的出现为产业结构打开了新局面，生物工业必将在发酵工业的基础上日益兴旺起来，发展成技术密集型的新产业。近年来，生物工程专业已在一些国家的大学出现。我国高度重视生物工程和生物产业，教育部1998年颁布的高等学校本科专业目录中首次出现了生物工程专业，2002年又决定在全国36所高校建立“国家生命科学与人才培养基地”。我国各类院校也踊跃创建生物工程专业。目前，我国普通高等学校的生物工程专业主要有三个来源。按出现的先后为序，一是发酵工程专业，二是生物化工专业，三是在生物类或化工专业基础上新建的。我国普通高校中与生物工程密切相关的工科专业已有半个世纪的历史了。发酵工程专业始建于1952年，我国第一个抗生素制造工学专业（利用微生物生物以发酵法生产抗生素）创建于1955年。这两个类型的发酵工程专业从上个世纪50年代起，经过半个世纪的变迁而最终融入生物工程专业，这是合乎事物发展的规律的。发酵工程学科与生物工程学科在“利用活的生物体为人类造福和消灾”上是一脉相承的。青出于蓝而胜于蓝半个世纪来，从工业发酵类专业到生物工程专业，其专业科学技术的载体始终是有生命的有机体（即所谓“活的生物体”）。在生物工业生产中，人的意愿要通过微生物的生命活动来实现，在这个意义上，人在生物工业生产中处于被动的地位。因此，在工业生产中如何发挥人的主观能动作用，这对于工业微生物学家和生物工程师来说，始终是一个挑战性的问题。生物体，特别是微生物具有造福于人类和保护环境的巨大潜力，人类利用微生物可以实现更多美好的理想；然而，在生物工业中人类只有依靠微生物才能间接地达到目的。为了在生物工业特别是工业发酵中争取主动，必须发挥人的主观能动作用。人类要利用微生物为自己服务，就必须遵循微生物的生命活动规律，在可能范围内对微生物的生命活动进行引导，而不是随意将自己的意志强加给微生物。微生物生命活动有其自己的生存、发展的保障机制，这些机制服务于它们自身的生存竞争；而在工业生产中，人类借助于微生物的代谢谋求经济效益。微生物的生存利益与人类的经济利益，也就是微生物的生命活动规律和人的意志，这两者既是对立的，又是统一的。人出于经济利益对微生物代谢进行的导向受到微生物的细胞的生存保障体系的制约，同时，人的经济利益的获得同样需要微生物的细胞的生存保障体系的支持。要充分发挥人在生物工业中的主观能动作用，掌握好对微生物的代谢进行导向的程度，恰如其分地引导微生物在特定条件下进行新陈代谢，使微生物的生存保障的本能与人的经济利益的对立，在维持微生物细胞生存这一点上得到统一。在对立和统一的矛盾斗争和相互转化中，人的主观能动作用是关键的。而人的主观能动作用的发挥在技术上则取决于生物工程的学术水平。尽管发酵工程学科与生物工程学科在“利用活的生物体为人类造福和消灾”上是一脉相承的，然而后者与前者相比，技术要先进得多，应用范围要大得多。生物工程学科将生物技术、信息技术和现代工程技术等方面包容并超越工业发酵类工程学科；生物工程学科的应用范围早已突破了发酵工程学科的酒类、酒精、溶剂、有机酸、氨基酸、核苷酸、工业酶制剂、抗生素等等轻化工产品的领域，并延伸到新的生物材料或生物活性物质的开发和生产、生物制药（含农药、兽药）、已导入了外源基因的工程菌的目的产物（含动植物基因产品）的发酵法生产、动植物细胞的培养技术、生物环保技术等等工、农、医药、环保等等领域。我们相信，经过不懈努力，生物工程为人类造福为世界消灾的神力将得到充分的体现。要创造人类的幸福，全靠我们自己！; 个人分类: 发酵工程|5297 次阅读|1 个评论

细胞经济学说的萌芽（生物学与经济学的交叉,含 ppt）: 热度 1 biozhang 2008-4-3 04:56; 张星元：细胞经济学说的萌芽如果我们不太清楚，讨论讨论，也许能相互促进。 1.经济经济从字面上解释为经世济民、经邦济世，强调的是管理层面。实际上，经济是一种存在于世界万物的运行过程，这个过程遵循事物发展的这个基本原则：在任何情况下力求以最小的耗费取得有利于自身发展的最大效益。因此，对于一个整体来说，经济是一种运行状况，经济是基本管理原则；对于个体来讲，经济是操作，经济是谋生术、进步术。 2.经济学经济是商品社会一种最普遍的客观存在，对经济的研究正在不断深入和发展。经济的研究成果经梳理和提炼逐步形成有关经济的学问经济学。经济学已经发展成人文科学与自然科学的一门交叉学科。其研究领域主要包括： ①经济运行原理 ②经济运行过程的管理原则 ③经济运行状况的评估 ④经济运行的导向 3.细胞经济对微生物活细胞个体和群体的生命活动（代谢和代谢调控）进行深入研究，发现微生物的生命活动过程同样遵循事物发展的这个基本原则：在任何情况下力求以最小的耗费取得有利于自身发展的最大效益。细菌细胞通过代谢调节自动开源节流的现象，已成为微生物细胞的经济运行的有说服力的证据。事实证明在物竞天择的基础上形成的微生物代谢体系是保障微生物细胞生存的经济体系。从而引出了细胞经济的问题。 4.细胞经济学说的萌芽细胞经济假说博文作者写的《发酵原理》一书中提出了微生物生命活动的三个基本假说，其中第三个假说是细胞经济假说。这个假说是在前两个假说（代谢能支撑假说和代谢网络假说）的基础上提出的，是前两个假说的概括和总结。细胞经济假说：微生物细胞是远离平衡状态的不平衡的开放体系，是在物竞天择的基础上形成的细胞经济体系。细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系，它为细胞的适应性、经济性和代谢的持续性提供保障。细胞经济学说在发酵工程领域首先萌芽（点击这里下载 ppt ）基于如下思想认识： ①人类和微生物同样都是地球的居民，在理论上处于平等的地位。尽管人类有思维能力，因此有能力改造微生物，引导微生物的生命活动；然而人类不能随心所欲地支配微生物的生命活动（细胞经济运行）。 ②天然存在的各种微生物物种的生命活动过程不论是造福于人类或危害人类的都是它们按它们自己的生命活动规律（管理原则）进行生存竞争的新陈代谢过程。微生物的天然进化不可能刻意去照顾人类的利益。 ③微生物在生存竞争中进化的总的方向是发展其自身的适应性、经济性和代谢的持续性。微生物生命活动有其自己的生存、发展的保障机制，这些机制（谋生术、进步术）服务于它们自身的生存竞争。 ④微生物的细胞经济的价值取向是自我保障而工业发酵的价值取向是生产效益。在工业生产中，微生物的生存利益与人类的利益，也就是微生物的生命活动规律和人的意志，这两者既是对立的，又是统一的。科学和技术工作的目的就在于努力促使这两者的对立向统一的转化。 ⑤发酵工程的基本矛盾在于：人出于经济利益对微生物代谢的导向与微生物细胞的生存保障体系对这种导向的认同或抵触。微生物细胞的整体协调维持生计的经济管理原则，不但是微生物自身的生存竞争的保障，也是工业发酵成功的保障。遗传改造所造成的不和谐的局面之所以能在人为的培养条件优化的过程中得到化解，就是因为这个细胞经济管理原则于生命运动中始终在起作用。因此，人的意志有可能得到微生物细胞的响应，通过整体协调化解矛盾而维持生计，从而实现天人合一，和谐双赢。 ⑥微生物代谢产物的生物合成必须依靠微生物的高度有序的生命活动；决不是打乱它，而是通过局部扰动，对整体上高度有序的生命活动进行科学的引导（经济运行的导向），以实现新格局下的和谐。因此，人类要借助于微生物为自己服务，就必须研究并遵循微生物的生命活动规律（细胞经济），在可能范围内对微生物的生命活动进行引导，而不是随意将自己的意志强加给微生物。 ⑦在发酵工业中，人客观上处于被动的地位，而微生物在求生存的方向上始终是主动的。对于工业微生物学家和发酵工程师来说，如何在发酵工业生产中调动微生物客观上为人类服务的积极因素，始终是一个挑战性的问题。; 个人分类: 细胞经济假说|7696 次阅读|6 个评论

微生物生命活动的三个基本假设（发酵学三假说,老版本）: biozhang 2008-4-2 16:11; 张星元：微生物生命活动的三个基本假说微生物生命活动的三个基本假说是本博文作者1997年针对发酵工程领域提出的三个基本假说，也就是微生物生命活动的三个基本假设。发酵学三假说（见于科学出版社2005年出版的发酵原理一书）内容全文如下：假说一代谢能支撑假说：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换转机构，把化学能或光能持续的转化成代谢能，并直接用来支撑其自身的生命活动。假说二代谢网络假说：代谢途径和输送系统在代谢物分子水平上整合、在辅因子水平上协调，形成横跨微生物或细胞内外的代谢网络。代谢网络是细胞自主调节的无尺度网络，它作为一个整体来承担微生物细胞的物质代谢和能量代谢。假说三细胞经济假说：微生物细胞是个远离平衡状态的不平衡的开放体系，是在物竞天择的基础上形成的细胞经济体系。细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系，它为细胞的适应性、经济性和代谢的持续性提供保障。微生物生命活动的三个基本假说是一个整体，主要表现为： ① 一个完整的思想体系：微生物生命活动的三个基本假设（代谢能支撑假设、代谢网络假设和细胞经济假设）以及以它们为前提做出的推理构成了一个完整的思想体系。第一假设反映微生物生命活动的前提（代谢能的持续供应），第二假设体现微生物生命活动的内容（能量、物质的转化关系），第三假设揭示微生物生命活动的法则（人和微生物合作的基础）。这三个基本假设从三个不同的角度来分析同一个问题，微生物的生命活动的问题，体现了三者的相互联系和相互协调。第一假设从生物能学和代谢能对生命活动的支撑的角度认定微生物细胞是代谢能转换器，第二假设从生化学和代谢的角度认定微生物细胞是生化反应器和生物材料加工器，第三假设从生物信息学的角度认定微生物细胞是生物信息编码器、信息传感器和信息处理器。 ② 三个假设相互支持、相互制约，相互补充：能量代谢需借助代谢网络来实现，代谢网络的运行需要代谢能的支撑，能量代谢和物质代谢相互交叉，并且都受细胞经济规律的规范和制约。代谢网络中代谢物的流动依赖于代谢能支撑，受制于细胞经济规律；而对代谢能支撑和细胞经济的研究，又必须借助于它们的载体代谢网络。 ③ 发酵工程的自然辩证法：工业发酵建立在对代谢能支撑、代谢网络和细胞经济等三个基本假设的深刻研究上。代谢能支撑假设揭示了工业发酵的原动力；代谢网络假设把代谢途径（酶蛋白）和多种蛋白系统的有序组合作为一个整体，称为代谢网络（物质代谢网络），以有利于从宏观上把握微生物的代谢和生理，为工业发酵中原料的利用和产物的合成，提供分析的依据和实际操作的位点；细胞经济的概念的提出为正确处理工业发酵中人的主观愿望与微生物生命活动的客观规律之间的对立统一关系提供了理论依据。　　④ 学科的交叉渗透：将化学、生物化学、微生物学、分子生物学、细胞学等学科的知识与物理学、物理化学、化工原理、电工学、生物学、经济学、哲学和自然辩证法等学科的知识渗透、交叉、交融起来，互相支撑，融会贯通，建立发酵学科的新概念。; 个人分类: 复杂系统|5074 次阅读|4 个评论

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标签: 发酵学三假说

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