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绪论 1

复习题 5

第1章 工业发酵生产线上的细胞机器 6

1.1 工业发酵生产线上的细胞机器 6

1.1.1 生物机器和细胞机器的概念 6

1.1.2 发酵工厂关键的生产机器 7

1.2 微生物细胞机器的工作模式 7

1.2.1 活细胞的基本性能 8

1.2.2 微生物细胞机器的工作模式 8

1.2.3 创新思路的理论基础 11

复习题 11

参考文献 12

第2章 发酵学第一假说：代谢能支撑假说 13

2.1 微生物细胞过程的热力学 14

2.1.1 生命系统是开放系统 14

2.1.2 经典热力学与微生物代谢 14

2.1.3 吉布斯自由能和代谢能 15

2.2 微生物细胞内外的物质交换 15

2.2.1 微生物细胞与其所处环境的关系 16

2.2.2 化学物质的跨膜过程 20

2.3 化能异养型微生物的生物氧化 32

2.3.1 氧化还原反应 33

2.3.2 微生物进行生物氧化的细胞器及ATP合成酶 33

2.3.3 生物氧化过程中辅酶的关键作用 37

2.3.4 化能异养型微生物生物氧化的方式 40

2.4 化能异养型微生物代谢中的能量形式转换 48

2.4.1 氧化还原对及其氧化还原电位 48

2.4.2 电子载体与高能（磷酸）键载体 51

2.4.3 生物学体系中的能量耦合 52

2.4.4 与呼吸、发酵对应的代谢能转换机制 55

2.5 质子运动势和活细胞的质子回路 56

2.5.1 化学渗透假设及质子运动势 56

2.5.2 微生物细胞内代谢能的形式的转换 60

2.6 代谢能对微生物生长和维持的支撑 66

2.6.1 微生物细胞的生长能学 66

2.6.2 用于维持的ATP消耗 75

2.6.3 微生物能量的储存 76

2.7 微生物细胞对所处环境的自主响应（参考阅读） 76

2.7.1 微生物对环境做出响应的机制 77

2.7.2 微生物活性与溶解氧的关系 78

2.7.3 氧化还原电位 84

2.7.4 对CO2的响应 85

2.7.5 水活度对微生物活性的影响 86

2.7.6 氢离子浓度（pH）对微生物活性的影响 88

2.7.7 温度对微生物活性的影响 95

2.7.8 培养基的选择和设计 101

2.7.9 总体控制策略 107

复习题 107

参考文献 108

第3章 发酵学第二假说：代谢网络假说 110

3.1 微生物代谢网络的中心板块 113

3.1.1 葡萄糖的分解代谢途径 114

3.1.2 葡萄糖降解途径之间的关系 131

3.1.3 微生物代谢网络的中心代谢途径 132

3.2 微生物代谢网络的向心板块 136

3.2.1 向心途径在代谢网络和在细胞机器工作模式中的位置 136

3.2.2 微生物分解代谢途径与代谢网络中的向心途径 136

3.3 微生物代谢网络的离心板块 146

3.3.1 离心途径在代谢网络和在细胞机器工作模式中的位置 146

3.3.2 微生物的合成代谢途径与代谢网络的离心途径 146

3.4 代谢网络及“联网”问题 169

3.4.1 代谢网络 169

3.4.2 注入式的“联网”——发酵原料范围的扩展 170

3.4.3 延伸式的“联网”——发酵产品范围的扩展 173

3.5 代谢网络中代谢物流的形成 176

3.5.1 研究代谢网络中的代谢物流的思路 176

3.5.2 工业发酵的理想载流路径及其“五段式” 181

3.5.3 微生物代谢的多样性和生长环境对微生物代谢流的拉动 183

3.6 代谢网络假说的形成和发展 191

3.6.1 从目的产物假说到代谢网络假说 191

3.6.2 代谢网络假说的科学基础与应用前景 193

复习题 195

参考文献 195

第4章 发酵学第三假说：细胞经济假说 197

4.1 细胞经济假说的微生物学与分子生物学基础 198

4.1.1 微生物细胞中代谢调节的部位 199

4.1.2 微生物细胞中酶（蛋白质）的自动调节 202

4.1.3 微生物细胞质膜及其自动调节 227

4.1.4 微生物代谢途径的调节模式 235

4.1.5 信息传递与信息流 242

4.2 微生物细胞经济体系的运行规律 247

4.2.1 微生物的细胞经济体系 247

4.2.2 微生物细胞的经济结构——微生物代谢的三个子系统 247

4.2.3 微生物的细胞经济学 250

4.3 代谢网络中碳架物质流的调动 258

4.3.1 碳架物质在代谢网络中流经的节点及其流量分配 259

4.3.2 过量合成与微生物的异常代谢 261

4.3.3 溢出代谢 261

4.3.4 代谢流治理的可能性和现实性 263

4.4 细胞经济假说与细胞经济学 275

4.4.1 工业发酵与细胞经济的对立和统一 276

4.4.2 代谢网络刚性理论的包容性和代谢工程的精确性 278

4.4.3 细胞经济假说与细胞经济学的萌芽 282

4.5 遗传学与生理学相结合优化氨基酸的生产（参考阅读） 284

4.5.1 氨基酸生产的代谢基础 285

4.5.2 氨基酸生物合成的代谢流的流量分析 289

4.5.3 基质的跨膜吸收与氨基酸的跨膜输出 290

4.5.4 过量合成氨基酸的代谢设计策略 292

4.5.5 小结与展望 294

4.6 抗生素的设计育种（参考阅读） 295

4.6.1 次级代谢产物（抗生素）菌种改良的基本看法 295

4.6.2 用遗传工程的手段改良次级代谢产物（抗生素）菌种 296

复习题 300

参考文献 300

第5章 发酵学基本理论框架 302

5.1 科学研究与科学方法 302

5.1.1 观察 303

5.1.2 设问 304

5.1.3 多方求索 304

5.1.4 假说的构建 305

5.1.5 对假说的检验 305

5.1.6 理论和定律的导出 307

5.1.7 交流 308

5.1.8 有关概念 309

5.1.9 讨论（参考阅读） 310

5.2 发酵工程的基本理论 311

5.2.1 自然规律：微生物生命的3个基本假说 311

5.2.2 应用性推理：发酵工程的8个预测 313

5.2.3 创新思路 316

5.3 “五字策略”氨基酸设计在育种中的应用（参考阅读） 320

5.3.1 基质吸收的问题 320

5.3.2 回补反应的问题 321

5.3.3 引入生长限制的问题：L-Lys 323

5.3.4 酶活力的问题 324

5.3.5 表达水平的问题：L-Thr 324

5.3.6 分支点的问题：L-Trp 325

5.3.7 供氮问题 326

5.3.8 供硫问题：L-Cys 327

5.3.9 代谢流量的协同增长的问题：L-Ile 328

5.3.10 产物的选择性跨膜问题：输出 329

5.3.11 前景 329

5.4 生物学与经济学的哲学思考（建议阅读） 330

5.4.1 生物体和经济实体都是有机体 330

5.4.2 生物学与经济学是相通的 330

5.4.3 从细菌细胞入手研究生命活动 331

5.4.4 细菌细胞是典型的耗散结构 332

5.4.5 细菌细胞是复杂系统中的耗散结构 332

5.4.6 微生物生命活动的基本假说的提出 333

5.4.7 经济、细胞经济与细胞经济假说 333

5.4.8 复杂系统中的自主调节的框架 334

5.4.9 细胞经济体系只是维护其发生主体的利益 335

5.4.10 细胞经济学说正在发酵界萌芽 335

复习题 336

后记 337