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第一章 工业发酵生产线上的细胞机器 9

第一节 工业发酵生产线上的细胞机器 9

1.1.1 生物机器和细胞机器的概念 9

1.1.2 发酵工厂里关键的生产机器 9

原理篇 9

第二节 微生物细胞机器的工作模式 10

1.2.1 活细胞的基本性能 10

1.2.2 微生物细胞机器的工作模式 11

1.2.3 创新思路的理论基础 14

第二章 发酵学第一假说：代谢能支撑假说 16

2.1.1 生命系统是开放系统 17

2.1.2 经典热力学与微生物代谢 17

第一节 微生物细胞过程的热力学 17

2.1.3 吉布斯自由能和“代谢能” 18

第二节 微生物细胞内外的物质交换 19

2.2.1 微生物细胞与其所处环境的关系 19

2.2.2 化学物质的跨膜过程 23

第三节 化能异养型微生物的生物氧化 37

2.3.1 氧化还原反应 37

2.3.2 微生物进行生物氧化的细胞器及ATP酶 38

2.3.3 生物氧化过程中辅酶的关键作用 42

2.3.4 化能异养型微生物生物氧化的方式 45

第四节 化能异养型微生物代谢中的能量形式转换 54

2.4.1 氧化还原对及其氧化还原电位 54

2.4.2 电子载体与高能（磷酸）键载体 57

2.4.3 生物学体系中的能量耦合 58

2.4.4 与呼吸、发酵对应的代谢能转换机制 61

第五节 质子运动势和质子回路 62

2.5.1 化学渗透假设及质子运动势 62

2.5.2 微生物细胞内代谢能形式的转换 67

第六节 代谢能对微生物生长和维持的支撑 73

2.6.1 微生物细胞的生长能学 74

2.6.2 用于维持的ATP消耗 84

2.6.3 微生物能量的储存 85

第三章 发酵学第二假说：代谢网络假说 88

第一节 微生物代谢网络的中心板块 91

3.1.1 葡萄糖的分解代谢途径 93

3.1.2 葡萄糖分解代谢途径之间的关系 112

3.1.3 葡萄糖代谢的中心代谢途径 114

第二节 微生物代谢网络的向心板块 118

3.2.1 向心途径在代谢网络和细胞机器工作模式中的位置 118

3.2.2 微生物分解代谢途径和代谢网络的向心途径 119

第三节 微生物代谢的离心途径 128

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 129

3.3.2 微生物的合成代谢途径与代谢网络中的离心途径 129

第四节 代谢网络及联网问题 151

3.4.1 代谢网络 152

3.4.2 注入式的联网——发酵原料范围的扩展 152

3.4.3 延伸式的联网——发酵产品范围的扩展 156

第五节 代谢网络中代谢物流的形成 159

3.5.1 代谢网络中的代谢物流 159

3.5.2 工业发酵的理想载流路径及其“五段式” 160

3.6.1 从目的产物假说到代谢网络假说 161

第六节 代谢网络假说的形成和发展 161

3.6.2 代谢网络假说的科学基础与应用前景 162

第四章 发酵学第三假说：细胞经济假说 165

第一节 细胞经济假说的微生物学与分子生物学基础 166

4.1.1 微生物细胞中代谢调节的部位 167

4.1.2 微生物酶的自动调节 171

4.1.3 微生物膜的自动调节 197

4.1.4 微生物代谢途径的调节模式 202

4.1.5 信息传递与信息流 210

第二节 微生物细胞经济体系的运行规律 215

4.2.1 微生物的细胞经济体系 216

4.2.2 微生物细胞的经济结构——微生物代谢的3个子系统 216

4.2.3 微生物的细胞经济学（microbial cell economics） 219

第三节 代谢网络中碳架物质流的调动 226

4.3.1 碳架物质在代谢网络中流经的分支处（节点）及各分支的流量分配 226

4.3.2 过量合成与微生物的异常代谢 228

4.3.3 溢出代谢 229

4.3.4 代谢流“治理”的可能性与现实性 230

第四节 细胞经济假说与细胞经济学 243

4.4.1 工业发酵与细胞经济的对立和统一 243

4.4.2 网络的节点刚性理论与五字策略的互补性 245

4.4.3 细胞经济假说与细胞经济学的萌芽 249

第五章 发酵学基本理论框架 254

第一节 科学研究与科学方法 254

5.1.1 观察 256

5.1.2 设问（提出问题） 256

5.1.4 假说的构建 257

5.1.3 多方求索 257

5.1.5 对假说的检验 258

5.1.6 理论和定律的导出 260

5.1.7 交流 261

5.1.8 几个概念 262

第二节 发酵工程的基本理论 263

5.2.1 自然规律：微生物生命活动的3个基本假说 263

5.2.2 应用性推理：发酵工程的8个预测 266

5.2.3 创新思路 269

基础篇 277

第六章 工业发酵的细胞学基础 277

第一节 发酵工业与微生物细胞 277

6.1.1 细胞——生物体的基本单位 277

6.1.2 细胞的分类特征 278

第二节 微生物细胞膜的结构与功能 287

6.2.1 生物膜的稳定性和生物膜对化学物质的选择性隔离 288

6.2.2 原核细胞的细胞膜 289

6.2.3 真核微生物的细胞质膜 289

6.2.4 古细菌的细胞质膜 289

第三节 微生物的细胞壁及其附着物的结构与功能 290

6.3.1 原核生物细胞的细胞壁 290

6.3.2 真核微生物细胞的细胞壁 298

6.3.3 微生物细胞的表面附着物 300

第四节 微生物的细胞核和遗传物质 302

6.4.1 原核生物的“染色体” 302

6.4.2 真核生物的细胞核 303

6.4.3 原核生物与真核生物在遗传结构上的重要区别 309

第一节 细菌和真菌对营养的需求 310

第七章 微生物的营养与培养基的设计 310

7.1.1 常量营养元素 311

7.1.2 微量营养元素 315

7.1.3 生长因子 320

第二节 藻类的营养需求 321

7.2.1 常量营养物 321

7.2.2 微量营养物 323

7.2.3 生长因子 323

第三节 原生动物的营养需求 323

第四节 培养基设计基础 324

7.4.1 培养基的选择和设计 324

7.4.2 连续培养在培养基优化方面的应用 330

8.1.1 简单扩散（simple diffusion） 333

第一节 营养物质跨膜进入细胞的机制 333

第八章 微生物生长动力学 333

8.1.2 输送系统（transport systems） 334

8.1.3 输送系统的重复存在（redundancy of transport system） 342

第二节 微生物生长动力学 343

8.2.1 不受限制的环境中微生物的生长 343

8.2.2 微生物在受到限制的环境中的生长 349

8.2.3 在限制性环境中微生物生长模型的建立 356

第三节 工业发酵的动力学类型 357

第九章 环境因子对微生物活性的影响 359

第一节 微生物对环境做出响应的机制 359

9.1.1 由直接的化学作用或物理化学作用引起的初级响应 359

9.1.2 酶的抑制与激活 359

9.1.5 基因型的改变 360

9.1.4 细胞形态的改变 360

9.1.3 蛋白质合成的诱导和阻遏 360

第二节 溶解氧对微生物活性的影响 361

9.2.1 细胞与氧的相互作用 361

9.2.2 溶解氧的测定 362

9.2.3 对溶氧压（DOT）的一般性响应 363

9.2.4 扩散的限制 364

9.2.5 生长中的微生物对DOT的响应 364

9.2.6 DOT的控制 367

第三节 氧化还原电位 368

9.4.2 CO2的抑制作用 369

第五节 水活度对微生物活性的影响 369

9.4.1 CO2的需求 369

第四节 对CO2的响应 369

9.5.1 细菌与水活度的关系 370

9.5.2 酵母和真菌与水活度的关系 370

9.5.3 耐盐性和盐质适应（halotolerance and halophily） 371

第六节 pH对微生物活性的影响 372

9.6.1 细胞水平的响应 372

9.6.2 生长的最适pH 375

9.6.3 培养物pH改变的原因 376

9.6.4 pH的控制 378

第七节 温度对微生物活性的影响 380

9.7.1 细胞水平的响应 380

9.7.2 温度对培养的影响 385

第八节 总体控制策略 387

10.1.1 双物种系统的分析 389

第十章 混合菌种与混合基质系统 389

第一节 混合培养物系统 389

10.1.2 多物种群落（multispecies communities）的分析 390

10.1.3 混合培养的动力学 390

10.1.4 遗传物质的相互作用 390

10.1.5 混合培养过程 390

第二节 微生物对混合基质的利用 393

10.2.1 混合基质 393

10.2.2 混合基质利用的模式 393

10.2.3 批式培养体系中混合基质利用的控制 394

10.2.4 连续培养体系中的混合基质的利用 395

10.2.5 协同代谢 397

11.1.1 转录水平的调节 399

第一节 微生物酶的自动调节 399

第十一章 微生物代谢及其产物合成的调节 399

11.1.2 翻译水平上的调节 407

11.1.3 蛋白质水平上的调节 411

11.1.4 整个细胞水平的调节（全局性调节） 415

第二节 微生物膜对代谢的自动调节 416

11.2.1 膜脂质分子结构与膜流动性的关系 416

11.2.2 恒黏适应现象 417

11.2.3 膜蛋白质的活性和合成的调节 419

11.2.4 细胞壁结构对跨膜过程的影响 424

11.2.5 由膜传递的环境条件对跨膜过程的调节 427

第十二章 微生物代谢产物的过量合成中的生理学问题 429

第一节 营养限制的影响 430

第二节 pH及氧化磷酸化解偶联剂的影响 434

第三节 温度的影响 437

第四节 结论 438

第十三章 微生物膜的结构、功能及其理论基础 440

第一节 生物膜的化学组成 440

13.1.1 脂质 440

13.1.2 蛋白质 441

第二节 细胞的膜结构 442

13.2.1 Davson-Danieili-Robertson模型 442

13.2.2 流动镶嵌模型 442

第三节 细菌质膜——间体系统的功能 443

13.3.1 细菌的间体 444

13.3.2 细菌质膜——间体系统 444

13.4.1 线粒体的结构 445

第四节 线粒体及其膜 445

13.4.2 ATP酶的结构 446

13.4.3 线粒体内酶的定位 447

13.4.4 线粒体的跨膜传送体系 448

第五节 真核细胞的其他内膜与功能 448

13.5.1 内质网 449

13.5.2 高尔基复合体 450

13.5.3 液泡 450

13.5.4 溶酶体 450

13.5.5 微体 451

英文缩写与中文全称对照表 452

细胞组成物质合成总图和能量代谢副产物合成总图 456

后记 457