【正文】 過程 非線性是生命科學(xué)中帶有根本性的 、 普遍性的問 題 ， 是生物系統(tǒng)所固有的動態(tài)屬性 非線性 已經(jīng)成為當(dāng)今自然科學(xué)基礎(chǔ)理論研究的重大課題 生命的本質(zhì)問題 因此 ， 生命科學(xué)的基本特征 是生命過程的有序性和非線性 是整個生物界之所以能在這錯綜紛繁的世界中不斷生 衍繁殖 、 不斷進(jìn)化發(fā)展的根本因素 也是沖擊其他自然科學(xué)和社會科學(xué)不斷更新發(fā)展的動力 。 結(jié)構(gòu)與功能 分子生物學(xué)： 21世紀(jì)生物學(xué)的主流 生命是什么？ 無序與有序問題 在自然科學(xué)中 ， 生命科學(xué) 非生命科學(xué) 一直存在一條鴻溝 非生命過程 按照克勞修斯熱力學(xué)第二定律 認(rèn)為自然界中一切自發(fā)過程都是熵增大的過程 ， 而熵的增大意味著混亂度的升高 。 因為工程是指根據(jù)科學(xué)原理和有關(guān)技術(shù)，組合 出高效、合理的具有一定結(jié)構(gòu)的技術(shù)系統(tǒng) （ technological system）；而技術(shù)（ technique）泛 指根據(jù)生產(chǎn)實踐和科學(xué)原理發(fā)展而成各種工藝操 作方法和技能。 幾個概念之間的異同： ? 國外，生物工程（ bioengineering）一般指醫(yī)學(xué)工程（ medical engineering）、農(nóng)業(yè)工程（ agricultural engineering）、環(huán)境工程（ environmental engineering）、衛(wèi)生工程（ sanitary engineering）、人體功能工程（ body function engineering）等的總稱， 特點(diǎn)是不涉及化學(xué)催化反應(yīng)（ chemocatalytic reaction）過程， 而僅僅是生物過程（ biological process）與物理過程（ physical process）的結(jié)合。 海洋：復(fù)雜的生態(tài)大系統(tǒng)、環(huán)境條件復(fù)雜多變 、孕育了約 陸地微生物 20倍以上的海洋微生物物種 組合生物合成 ：根據(jù)微生物的多樣性和次級代謝產(chǎn)物的多樣性，以及天然資源中獲得的有意義基因，通過重組、組合或互補(bǔ)形成高水平或新結(jié)構(gòu)化合物的多酶體系來生產(chǎn)人類需要的物質(zhì)。 抑制 葡萄糖 中間產(chǎn)物 α酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酸脫氫酶 NH4+ 谷氨酸棒狀桿菌 合成谷氨酸的途徑 抑制 黃色短桿菌合成賴氨酸的途徑 天冬氨酸 中間產(chǎn)物 Ⅰ 中間產(chǎn)物 Ⅱ 高絲氨酸 甲硫氨酸 蘇氨酸 賴氨酸 天冬氨酸激酶 高絲氨酸 脫氫酶 + ?利用誘變育種等方法，選育不能合成高絲氨酸脫氫酶的菌種用于生產(chǎn) . ?代謝的人工控制 —— 改變遺傳特性 ? O2： 如：酵母菌在有氧條件下大量繁殖，在無氧條 件下才大量產(chǎn)生酒精。 基本操作模式?jīng)]有變 第三個轉(zhuǎn)折點(diǎn)： 切斷支路代謝轉(zhuǎn)折點(diǎn)， 酶活力調(diào)控，酶合成調(diào)控（反饋控 制與反饋?zhàn)瓒簦?→解除菌體自身的 反饋調(diào)節(jié)，特殊調(diào)節(jié)控制的利用， 突變株的應(yīng)用，前體、終產(chǎn)物、副 產(chǎn)物等。 酵母菌的三型發(fā)酵： 酵母的第一型發(fā)酵 (酵母菌的乙醇發(fā)酵 ) 乙醇發(fā)酵過程只在 ~。 （生物化學(xué)） ★ 微生物在無外源電子受體時，通過部 分 氧化有機(jī)化合物而獲得產(chǎn)物并釋放 少量能量的過程。 生物技術(shù)對解決當(dāng)今社會發(fā)展面臨的許多重大問題，如人口、糧食、能源、環(huán)境污染、人類健康等的解決具有極重要的作用。 2022年 6月，國務(wù)院常務(wù)會議討論并原則通過 《 促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策 》 。生物化學(xué)反應(yīng)工程 Biochemical Reaction Engineering 東華大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)研究所 張興群 2022年 09月 第一章 緒 論 Ch 1 Introduction 生物技術(shù)經(jīng)濟(jì)時代的生化反應(yīng)工程 知識經(jīng)濟(jì)時代 六大技術(shù)組成的高技術(shù)群支撐： 生物技術(shù)、信息技術(shù)、新材料技術(shù)、 新能源技術(shù)、海洋技術(shù)、航空航天技術(shù)。 都市區(qū)名稱 所在州 波士頓 渥斯特 勞倫斯 馬薩諸塞州 舊金山 奧克蘭 圣何塞 加利福尼亞州 圣迭戈 加利福尼亞州 洛麗 杜郎 北卡羅來納州 西雅圖 塔柯瑪 布雷默頓 華盛頓州 紐約 北新澤西 長島 紐約州、新澤西州 費(fèi)城 威明頓 大西洋城 賓西法尼亞州 洛杉磯 河濱 佶縣 加利福尼亞州 華盛頓 巴爾的摩 哥倫比亞特區(qū)、馬里蘭州 美國 9大生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)集群 中國政府高度重視生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展。 《 促進(jìn)生物產(chǎn)業(yè)加快發(fā)展的若干政策 》 的頒布，標(biāo)志著我國生物產(chǎn)業(yè)已步入快速發(fā)展期。 發(fā) 酵 ： ★ 有機(jī)化合物能同時作為電子供體和 最終電子受體并產(chǎn)生能量的過程。目前，美國仍采用耐 高滲酵母大規(guī)模生產(chǎn)甘油。 2葡萄糖 2甘油 +乙醇 +乙酸 +2CO2 酵母菌的第二型發(fā)酵 加入亞硫酸氫鈉，與乙醛起加成作用 生成難溶的乙醛亞硫酸氫鈉加成物 酵母菌的第三型發(fā)酵 當(dāng)酵母在堿性條件 (pH )進(jìn)行發(fā)酵，二個分子 乙醛起歧化反應(yīng)，相互氧化還原，生成等量的乙醇和乙酸 第二個轉(zhuǎn)折點(diǎn)： 青霉素 →抗菌素發(fā)酵工業(yè) 奠定了微生物發(fā)酵規(guī)模化的基礎(chǔ) 液體深層培養(yǎng)需解決的兩個問題： 供 氧： 高效通氣攪拌供氧問題， 無菌空氣過濾技術(shù) 純種培養(yǎng)： 大型發(fā)酵罐培養(yǎng)基滅菌技術(shù)， 發(fā)酵罐防雜菌污染技術(shù)等 目前，大型化、高效、自動化、多樣化。 發(fā)酵的人工控制 目的