博文
【专稿】对微生物生命活动的三个基本假说的理解
|||
【专稿】对微生物生命活动的三个基本假说的理解
1. 能量的代谢及其调节贯穿三个基本假说
能量的代谢及其调节作为生命活动一项基本特征，贯穿于三个基本假说之中，可以把它看作贯穿三个基本假说的一条主线。
发酵学第一假说，即代谢能支撑假说指出代谢能是微生物细胞支撑其自身生命活动所必须的。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。体内生物化学反应体系只能接受代谢能的推动，因此所有的生物体内都存在把其他形式的能量转化成代谢能的过程。代谢能最常见的供体有ATP（“能量货币”）和 Δp（“能库”） 等。
微生物细胞直接面向环境，在微生物的世界中存在着激烈的竞争，只有那些能尽快适应自己生存环境的改变的种群才有可能获胜。依据代谢能支撑假说做出的简单解释就是，只有那些满足自身代谢能供应的群体才能继续生存。当外界环境改变时，那些代谢途径单一无法满足代谢能供应的微生物被淘汰，因此在不断的进化过程中，未被淘汰的微生物包容了多种的代谢途径。这些代谢途径交叉覆盖错综复杂，既包括分解代谢途径，又包括合成代谢途径，在不同的中间代谢物汇合或者形成分支，继而形成更为复杂的途径网络，最后由多种途径在代谢物分子水平上整合、在辅因子水平上协调，形成横跨微生物活细胞内外的代谢网络（代谢途径网络和信息网络）。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能量代谢和物质代谢。以上这些即是代谢网络假说提出的基础。
经典经济学告诉我们，任何经济实体都是追求效益和利益的最大化的。同样，把微生物生存环境看作其自身的资源，而把微生物细胞作为一个经济系统，在残酷的生存竞争中，它不可能也没有必要任意选择代谢网络中的途径，而是借助于各种内在的和外加的调节来选择最有效的途径。既要以最有效的方式获得代谢能，又要采取必要的方式调节细胞内代谢中间物的浓度。这里不得不提的就是代谢能的主要供体之一ATP，在细胞经济假说中我们称之为能量货币。按细胞经济管理原则推测细胞经济运行：微生物必然依托代谢能经济系数最大的途径来实现代谢能的供应。（注：细胞经济管理原则是指“整体协调，维持生计”；代谢经济系数被定义为细胞增长的速率与ATP的消耗速率之比。）
综上所述，微生物细胞的能量代谢需要借助代谢网络实现，代谢网络运行需要代谢能支撑，能量代谢又受细胞经济管理原则制约的细胞自主选择的网络途径来实现。因此，我们可以知道能量的代谢和调节贯穿于三个基本假说之中。
2．三个基本假说在工业发酵中的应用前景
三个基本假说的提出阐明了微生物生命活动的自然规律，为我们更好的利用微生物进行工业发酵提供了理论基础。
依据细胞经济学假说，微生物必须在竞争中满足自己对代谢能的需求，否则不会积累特定的代谢（中间）产物。然而工业发酵要求微生物能够在发酵液中积累某些特定的产物，这就需要我们依据发酵学的三个基本假说筛选出特定的菌种，并设计出合适的发酵工艺条件，使其既符合我们的经济利益，又不违背细胞经济学假说。代谢网络是细胞自主调节的无尺度网络，它为我们提供了成功的可能性。
单纯依据某一个假说是无法筛选到满意的菌种并设计出能满足生产要求的工艺条件的，只有综合考虑三个假说，才能更准确快捷的完成整个工作。在代谢能支撑可行为底线（可以生长者才可能为我们生产），确定发酵工业的目的产物以后，根据代谢网络和细胞经济假说制定菌种选育方案，选育生产菌种，设计培养基、温度、pH等培养条件。这样，在发酵工业设计时我们就能有路可循了。
https://blog.sciencenet.cn/blog-41364-243997.html
上一篇：【专稿】工业微生物在人心目中的地位的变化
下一篇：【专稿】从三个不同的角度来分析同一个问题
前文《春江水暖谁先知——学生最有发言权》已于7月12日发布了关于在科学网悟空书斋（张星元的博客）陆续推荐发表学生在发酵原理课程讨论会上的发言稿的消息，随后，以在发言稿标题前冠以【专稿】的方式按已公布的目录开始发稿。
现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布任××同学的《对微生物生命活动的三个基本假说的理解》，请指正。
现在研究生的发言稿的发稿暂告一段落（6篇），开始发本科生的发言稿（23篇），为方便读者系统地选读，特对原已公布的目录次序按内容作了调整，今天开始按《关于调整学生发酵原理讨论会发言稿发稿次序的公告》陆续发稿。现在发布任××同学的《对微生物生命活动的三个基本假说的理解》，请指正。
任××同学：对微生物生命活动的三个基本假说的理解
1. 能量的代谢及其调节贯穿三个基本假说
能量的代谢及其调节作为生命活动一项基本特征，贯穿于三个基本假说之中，可以把它看作贯穿三个基本假说的一条主线。
发酵学第一假说，即代谢能支撑假说指出代谢能是微生物细胞支撑其自身生命活动所必须的。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。体内生物化学反应体系只能接受代谢能的推动，因此所有的生物体内都存在把其他形式的能量转化成代谢能的过程。代谢能最常见的供体有ATP（“能量货币”）和 Δp（“能库”） 等。
微生物细胞直接面向环境，在微生物的世界中存在着激烈的竞争，只有那些能尽快适应自己生存环境的改变的种群才有可能获胜。依据代谢能支撑假说做出的简单解释就是，只有那些满足自身代谢能供应的群体才能继续生存。当外界环境改变时，那些代谢途径单一无法满足代谢能供应的微生物被淘汰，因此在不断的进化过程中，未被淘汰的微生物包容了多种的代谢途径。这些代谢途径交叉覆盖错综复杂，既包括分解代谢途径，又包括合成代谢途径，在不同的中间代谢物汇合或者形成分支，继而形成更为复杂的途径网络，最后由多种途径在代谢物分子水平上整合、在辅因子水平上协调，形成横跨微生物活细胞内外的代谢网络（代谢途径网络和信息网络）。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能量代谢和物质代谢。以上这些即是代谢网络假说提出的基础。
经典经济学告诉我们，任何经济实体都是追求效益和利益的最大化的。同样，把微生物生存环境看作其自身的资源，而把微生物细胞作为一个经济系统，在残酷的生存竞争中，它不可能也没有必要任意选择代谢网络中的途径，而是借助于各种内在的和外加的调节来选择最有效的途径。既要以最有效的方式获得代谢能，又要采取必要的方式调节细胞内代谢中间物的浓度。这里不得不提的就是代谢能的主要供体之一ATP，在细胞经济假说中我们称之为能量货币。按细胞经济管理原则推测细胞经济运行：微生物必然依托代谢能经济系数最大的途径来实现代谢能的供应。（注：细胞经济管理原则是指“整体协调，维持生计”；代谢经济系数被定义为细胞增长的速率与ATP的消耗速率之比。）
综上所述，微生物细胞的能量代谢需要借助代谢网络实现，代谢网络运行需要代谢能支撑，能量代谢又受细胞经济管理原则制约的细胞自主选择的网络途径来实现。因此，我们可以知道能量的代谢和调节贯穿于三个基本假说之中。
2．三个基本假说在工业发酵中的应用前景
三个基本假说的提出阐明了微生物生命活动的自然规律，为我们更好的利用微生物进行工业发酵提供了理论基础。
依据细胞经济学假说，微生物必须在竞争中满足自己对代谢能的需求，否则不会积累特定的代谢（中间）产物。然而工业发酵要求微生物能够在发酵液中积累某些特定的产物，这就需要我们依据发酵学的三个基本假说筛选出特定的菌种，并设计出合适的发酵工艺条件，使其既符合我们的经济利益，又不违背细胞经济学假说。代谢网络是细胞自主调节的无尺度网络，它为我们提供了成功的可能性。
单纯依据某一个假说是无法筛选到满意的菌种并设计出能满足生产要求的工艺条件的，只有综合考虑三个假说，才能更准确快捷的完成整个工作。在代谢能支撑可行为底线（可以生长者才可能为我们生产），确定发酵工业的目的产物以后，根据代谢网络和细胞经济假说制定菌种选育方案，选育生产菌种，设计培养基、温度、pH等培养条件。这样，在发酵工业设计时我们就能有路可循了。
https://blog.sciencenet.cn/blog-41364-243997.html
上一篇：【专稿】工业微生物在人心目中的地位的变化
下一篇：【专稿】从三个不同的角度来分析同一个问题
扫一扫，分享此博文
全部作者的精选博文
全部作者的其他最新博文
全部精选博文导读
相关博文
- • 聚英才 建高地 | 北京理工大学“特立青年学者”全球招聘开启
- • 700年后日本或濒临灭绝？日本学者推算预测：届时或仅剩1名15岁以下孩子
- • [转载]【同位素视角】非英语母语学者如何区分’e.g.’, ‘i.e.’, ‘namely’与‘such as’等混淆难题
- • 美国佐治亚大学等机构学者：刈割策略对Bulldog 805紫花苜蓿+Tifton 85狗牙根混播草地产量及品质的影响
- • 美国堪萨斯州立大学、密苏里大学等机构学者研究成果：土壤水分管理策略和品种多样性对紫花苜蓿产量、营养品质和农场盈利能力的影
- • 德国、捷克草业科学学者长期放牧实验：异质草地斑块中的土壤有机碳储量和地下生物量