什么叫发酵作用?

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发酵(fermentation),是指微生物细胞在有氧或无氧条件下通过分解有机物来获取能量、合成新生细胞物质的过程。 细菌、真菌和放线菌都是天然存在的需氧型发酵生物;而具有厌氧性的甲烷杆菌等则是生产工业用酒精的重要微生物。 发酵可以由单个微生物细胞完成,也可以由微生物的群体共同来完成。对于后者,许多微生物在相互接触时可通过信息传递进行协调,从而提高效率,降低有害物质如毒素的积累,避免资源如营养物质和分子的浪费。

尽管人类已经拥有基因工程和克隆技术,但是近年来新的微生物代谢途径和生物合成途径的研究却往往来自于对微观反应过程的理解,即基于“从微观到宏观”的认识方法。 以淀粉水解为例,其反应可以在酵母细胞的细胞器中通过糖酵解产生葡萄糖;也可以通过微生物在细胞外催化水解生成葡萄糖。虽然这两种方法都是微生物学中的经典技术,然而它们所涉及的动力学过程却尚不完全相同。随着对这些微观反应过程研究的不断深入,人们发现调控这些反应的关键分子,从而为开发高效微生物催化剂提供了理论基础。

1926年,德国科学家A.W.F. von Hippel提出了酶加速发酵的理论,为后来微生物代谢动力学的发展奠定了重要基础。 该理论认为,在酶促反应过程中,底物的浓度会由于其中一部分被转化为产物而逐渐降低,但反应体系中加入的酶量可以是恒定的,因此初始反应速度随底物浓度而增加,当底物达到一定浓度时,反应速度达到最大值。随后,当更多的底物转化为产物时,反应速度会逐渐下降并接近零。根据酶促发酵的反应曲线,可以从初始反应速度推测酶的量以及底物和产物的浓度。 这不仅是理解微生物代谢反应规律的基本原理,也为设计微生物反应过程提供了科学依据。

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