微生物氧化及其套用——二元酸與聚羥基烷酸

《微生物氧化及其套用——二元酸與聚羥基烷酸》是2014年清華大學出版社出版的圖書，作者是劉祖同、易祖華。

基本介紹

• 書名：微生物氧化及其套用——二元酸與聚羥基烷酸
• 作者：劉祖同 易祖華
• ISBN：9787302354307
• 定價：120元
• 出版社：清華大學出版社
• 裝幀：精裝

基本信息

微生物氧化及其套用——二元酸與聚羥基烷酸

出版日期：2014.10.01

作者：劉祖同 易祖華

ISBN：9787302354307
定價：120元
印次：1-1
裝幀：精裝
印刷日期：2014-9-30

出版社：清華大學出版社

內容簡介

本書專門介紹微生物對烴類的有氧代謝和厭氧代謝，並結合有用產物的發酵生產和套用情況進行詳細闡述。前五章介紹了烴類的有氧代謝，涉及石油微生物、正烷烴的攝取、烴的微生物氧化、發酵生產長鏈二元酸以及石油發酵的重要產物等內容；第六章介紹了一個新領域——烴的厭氧代謝；最後一章詳細敘述發酵生產生物降解塑膠聚羥基烷酸，尤其著重於介紹該領域的一些新亮點。

本書內容新穎，重要資訊引用至書稿完成之時，適合科研人員、教師、工程技術人員及相關專業的學生使用及參考。

前言

人們對20世紀60年代中國因糧食危機引發的生存悲劇還記憶猶新。當時石油價格很低，從經濟角度看，有用石油製品替代糧食作為碳源生產各種發酵產品的可能性，該研究領域吸引了眾多科技工作者，因此，從基礎研究到實際套用都取得了長足的進步，形成了石油發酵研究熱潮，其中以烴類，尤其是烷烴及其衍生物為原料的發酵研究備受關注。烴類及其衍生物的發酵大致可分為兩類： 一類是代替糖類作碳源生產傳統的發酵製品，如單細胞蛋白、各種胺基酸、有機酸、維生素等； 另一類則是根據烴類自身的結構特點生產相應的代謝產物，其中有與烴類碳架相同的產物，如以脂肪族烴為原料生產的脂肪醇、酸、酯、不飽和脂肪酸、二元酸等，也有烴類碳架斷裂後的產物，像用芳香烴作原料開環產生的代謝產物，如己二烯二酸、酮基己二酸等，這些產物用糖類作碳源是很難或根本無法生產的。

要有效地生產烴類氧化的產物，研究微生物氧化烴類的機制和代謝途徑是十分重要的。與糖類代謝不同，烴代謝有其特殊性。烴與水介質不相溶，微生物採取什麼方式才能使它進入體內？烴分子中不含氧，如何將氧引入分子的初始氧化，是理論研究不可迴避的問題。在實際套用上，與糖類發酵相比，烴發酵過程中需氧量大大增多，這也是工程上必須解決的問題。在正常的代謝過程中，微生物氧化烴類的終產物是二氧化碳，不會明顯積累中間產物，因而要使某種代謝產物得以積累，就要設法阻斷某些代謝途徑，使之定向地朝我們所要積累的代謝物方向進行。在理論研究上，本書作者對微生物的烴代謝，尤其是正烷烴的兩端氧化過程進行了深入研究並有新的發現，即用生物工程手段改變微生物的代謝途徑並獲得了產一系列二元酸的高產菌株，該研究成果得到國際同行的普遍讚賞。此外，本書在國際上首次報導了烯烴1兩端氧化途徑的研究結果。在實際套用方面，本書作者帶領的團隊用研究出的高產菌株完成了用微生物發酵混合烷烴生產混合二元酸以及發酵單一烷烴生產相應鏈長單一二元酸的任務，並實現了工業化生產，為國家創造了豐厚的經濟效益。本團隊在國際上首創了混合二元酸發酵生產法，該成果以其創新性、先進性獲得1979年國家發明獎，單一二元酸發酵生產法也於20世紀80年代獲得中國科學院重大科技成果獎。產品已出口美國、英國、德國、日本、印度等國。1981年，德國Münster大學H.Rehm教授及漢高公司Y.Yang研究員，1983年，美國G.Sato院士及喬治亞大學W.Finnety教授，2000年，法國貢比涅大學周勤誠教授及Simon主任，2005年，日本株式會社能源公司生物技術開發課課長橫田忠植等，曾邀請筆者去上述國家進行合作研究、講學，進行菌種與技術轉讓，並提議在中國召開該領域的國際學術交流會，日本東京大學由馬啟教授來筆者實驗室訪問時也說過，“該課題的成功應得到國家獎勵”，我們也真的如願以償，這說明該成果獲得了經濟效益與社會效益的雙豐收。

石油的大量開採和利用引發了嚴重的環境污染問題，環境的生物修復研究工作開始受到重視。作為生物修復研究的一項基礎性工作，微生物對烴類的厭氧代謝已成為近二十年來一個新的研究領域。為此，筆者專辟一章予以詳細介紹。儘管與烴的有氧代謝機制不同，筆者研究烷烴兩端氧化時曾採用“代謝過程”的研究方法，即以代謝過程中檢測到的各種可能的中間產物為基質研究其後續代謝物的消長，以證實所設計代謝途徑的正確性，已在烴的厭氧代謝研究中廣泛使用。

近數十年來，除燃料外，人類大量消耗石油資源的另一種產業是蓬勃發展的石油化工業。各式各樣的石油化工產品給人們的日常生活帶來諸多方便的同時，也帶來了嚴重的環境問題，大量廢棄的塑膠用品造成的“白色污染”令人觸目驚心。限塑只不過是緩解問題的一個方面，使用生物降解塑膠作替代品不失為從根本上解決問題的一項戰略舉措。聚羥基烷酸是一類由微生物產生的新型生物降解塑膠，人們對它的開發寄予厚望。與上述烴類氧化產物不同，它們多在胞外積累，而聚羥基烷酸則是微生物胞內積累的代謝產物。其碳源既可以是糖類，也可以是烴類或其衍生物，只是由不同碳源生成的聚酯組分會不同，因而其性能也各具特色。與生產胞外產物不同，要有效生產胞內產物： 一是必須實施細胞的高密度培養； 二是產物要能在體內選擇性積累。前者的精髓在於物質不滅原理的靈活運用，而後者則涉及代謝的合理調控。在完成國家“九五”攻關項目後，筆者從事的此項研究已實現工業化生產。

教育部強調今後研究生的培養要密切聯繫生產實踐，強調要培養能創造性解決實際生產問題的套用型人才。筆者將基礎理論研究如何聯繫和指導生產實踐，如何創造經濟效益的心得和見解概述於本書，並綜合了該領域他人的許多工作，以期讀者能略窺全豹。如有偏頗之處，敬請批評指正，若能引起深入的交流和討論，就更是一件幸事了。

劉祖同易祖華2014年9月

目錄

第1章利用烴類的微生物及石油酵母菌的鑑定

1.1利用烴類的微生物

1.1.1細菌

1.1.2酵母菌

1.1.3黴菌

1.2石油酵母菌的分類鑑定

1.2.1材料與方法

1.2.2鑑定方法

1.2.3鑑定結果

參考文獻

第2章微生物對烷烴的攝取

2.1生長於溶解的烷烴中的微生物

2.2乳化的或“增溶的”烷烴的攝取

2.3合成的表面活性劑對生長的影響

2.4微生物因黏附而攝取烷烴

2.5酵母菌攝取烷烴的機制

2.6酵母菌產生的胞外烷烴乳化劑和增溶劑

2.6.1解脂耶氏酵母

2.6.2球擬酵母

2.6.3解脂假絲酵母

2.7細菌攝取烷烴的機制

2.8細菌產生的胞外烷烴乳化劑和增溶劑

2.8.1銅綠假單胞菌

2.8.2乙酸鈣不動桿菌RAG1

參考文獻

第3章烴的氧化

3.1短鏈烷烴的氧化

3.1.1概況

3.1.2代謝途徑

3.1.3甲烷單加氧酶

3.1.4甲醇脫氫酶

3.1.5甲醛的氧化

3.1.6甲酸的氧化

3.1.7其他短鏈烷烴的氧化

3.2長鏈烷烴的氧化

3.2.1末端氧化

3.2.2次末端氧化

3.2.3兩端氧化及代謝過程

3.2.4酵母菌對烷烴的代謝

3.3支鏈烴的氧化

3.4烯烴的氧化

3.5脂環烴的氧化

3.5.1無取代基的環烷烴的氧化

3.5.2烷基取代的脂環烴的代謝及環烷酸的代謝

3.6芳烴的氧化

3.6.1概況

3.6.2微生物降解基因的操作

3.6.3相關生物化學知識

參考文獻

第4章烴代謝及發酵生產二元酸

4.1烴代謝研究

4.1.1代謝產物和代謝途徑

4.1.2二元酸形成的機制和代謝過程

4.1.3基質的特異性和烷烴的相互作用

4.1.4不飽和二元酸的形成及代謝

4.1.5烯烴1的代謝

4.1.6其他

4.2烷烴發酵生產二元酸

4.2.1產二元酸菌種的篩選和誘變

4.2.2發酵條件

4.2.3中型發酵試驗

4.2.4產二元酸耐高溫菌的選育

4.2.5菌種產酸能力的提高

4.2.6其他實驗室的工作

4.3國外有關研究的新進展

4.3.1烷烴兩端氧化機制

4.3.2提高二元酸的生產

參考文獻

第5章石油發酵

5.1引言

5.2單細胞蛋白

5.2.1單細胞蛋白生產菌的種類

5.2.2作為原料的烴的比較

5.2.3利用烴類生產菌體的某些問題

5.2.4工藝

5.3胺基酸

5.3.1谷氨酸

5.3.2其他胺基酸

5.4有機酸

5.4.1α酮戊二酸

5.4.2檸檬酸和異檸檬酸

5.4.3C7酸

5.4.4富馬酸、蘋果酸和琥珀酸

5.4.5長鏈二元酸

5.4.6黏康酸與β酮基己二酸

5.4.7水楊酸

5.4.8利用協同氧化作用生產有機酸

5.5維生素、輔酶及有關的化合物

5.5.1維生素B2

5.5.2維生素B6

5.5.3維生素B12

5.5.4生物素——同效維生素

5.5.5輔酶A

5.5.6細胞色素C和卟啉

5.5.7麥角甾醇

5.5.8類胡蘿蔔素

5.5.9輔酶Q

5.6生物表面活性劑

5.6.1細菌的表面活性劑

5.6.2酵母菌的表面活性劑

5.6.3其他真菌的表面活性劑

參考文獻

第6章烴類的厭氧代謝

6.1正烷烴的厭氧代謝

6.1.1正烷烴的羧化

6.1.2富馬酸加成

6.2正烯烴的厭氧代謝

6.2.1D.aliphaticivorans轉化1烯烴成脂肪酸

6.2.21D21十五烯衍生的脂肪酸

6.2.3全氘化十六烯衍生的脂肪酸

6.2.4存在[13C]碳酸氫鈉時形成的脂肪酸

6.2.5（全）氘化的脂肪醇的鑑定

6.3脂環烴的厭氧代謝

6.3.1菌群對基質的反應

6.3.2乙基環戊烷降解的代謝物

6.4單環芳烴的厭氧代謝

6.4.1甲苯生物降解

6.4.2苯的生物降解

6.4.3乙苯的生物降解

6.4.4二甲苯的生物降解

6.4.5厭氧中心分解代謝途徑

6.5多環芳烴的厭氧代謝

6.5.1厭氧代謝萘和菲的一種初始反應——羧化

6.5.2厭氧降解萘的純培養及其他

6.5.32甲基萘的厭氧降解

6.5.4萘、2甲基萘和四氫萘厭氧降解中的環裂解

6.5.5硫酸還原富集培養N47厭氧2甲基萘降解中的基因簇

參考文獻

第7章生物降解塑膠——聚羥基烷酸

7.1產PHA的微生物及PHA的多樣性

7.1.1微生物及所產PHA的種類

7.1.2短碳鏈聚羥基烷酸PHASCL

7.1.3中碳鏈聚羥基烷酸P（3HA）MCL

7.1.4含SCL及MCLHA重複單位的PHA

7.2PHA的生物合成及生化基礎

7.2.1合成途徑

7.2.2PHA合酶

7.2.3重組菌

7.3PHA的生產

7.3.1發酵過程

7.3.2PHA的回收

7.4近年來開發PHA的一些亮點和新進展

7.4.1胞外高產聚羥基烷酸

7.4.2同時產聚羥基烷酸和鼠李糖脂

7.4.3利用工農業加工廢料及廉價原料

7.4.4非相關碳源產PHA

7.4.5提高性價比

7.4.6後提取

7.4.7手性單體

參考文獻