細胞反應過程動力學

細胞反應過程動力學2023/6/5第一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章細胞反應動力學>>概述何為細胞反應過程?■以細胞為反應主體的一類生化反應過程.

包括微生物和動植物細胞培養(yǎng)過程微生物過程:酒\醋\味精\藥物動植物細胞培養(yǎng)過程:如:紅豆杉細胞培養(yǎng)生產紫杉醇功用：紫杉醇主要適用于卵巢癌和乳腺癌，對肺癌、大腸癌、黑色素瘤、頭頸部癌、淋巴瘤、腦瘤也都有一定療效。指動植物細胞在體外條件下的存活或生長,此時細胞不再形成組織。2023/6/5第二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章細胞反應過程動力學>>概述動、植物細胞培養(yǎng)與微生物培養(yǎng)區(qū)別◆動物細胞無細胞壁，且大多數哺乳動物細胞附著在固體或半固體的表面才能生長；對營養(yǎng)要求嚴格，除氨基酸、維生素、鹽類、葡萄糖或半乳糖外，還需有血清。動物細胞對環(huán)境敏感，包括pH、溶氧、溫度、剪切應力都比微生物有更嚴的要求，一般須嚴格的監(jiān)測和控制。◆植物細胞對營養(yǎng)要求較動物細胞簡單。但由于植物細胞培養(yǎng)一般要求在高密度下才能得到一定濃度的培養(yǎng)產物，以及植物細胞生長較微生物要緩慢，長時間的培養(yǎng)對無菌要求及反應器的設計也提出特殊的要求。2023/6/5第三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章細胞反應過程動力學>>概述動植物、微生物細胞的培養(yǎng)比較微生物動物細胞植物細胞

大小懸浮生長營養(yǎng)要求生長速率代謝調節(jié)環(huán)境敏感細胞分化剪切應力敏感細胞或產物濃度1-10可以簡單快，倍增時間0.5-5小時內部不敏感無低較高10-100多數細胞需附著表面才能生長非常復雜慢，倍增時間15-100小時內部、激素非常敏感有非常高低10-100可以，但易結團，無單個細胞較復雜慢，倍增時間24-74小時內部、激素能忍受廣泛范圍有高低2023/6/5第四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章細胞反應過程動力學>>概述2023/6/5第五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章細胞反應過程動力學>>概述細胞反應過程的特征◆Cellisthekeybodyofcellreaction:cellabsorbthenourishmentofmediumandformproducts.Acellisamicro-reactor;◆Cellreactiongenerallyfollowingthebio-reactionrule◆

Morecomponenttakepartinreaction◆Essentialsofcellreactionisaserialreactioncatalyzedbyenzymessystem;metabolism;assimilation,dissimilation◆Thedifferencesbetweencellreactionandenzymereactioniscelllevel&molecularlevelreaction2023/6/5第六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1細胞反應過程計量學3.1細胞反應過程計量學什么是反應過程計量學

Cellreactionmetrologynumericallystudythatproductscompositionandrelationbetweenreactantandproduct,whichtogetherwithreactionsthermodynamicsandreactionskineticsbuildthetheoreticalbasisofreactionengineering.Theoreticalbasis◆

thermodynamicsofreactions◆

reactionmetrology

◆

reactionskinetics

2023/6/5第七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1細胞反應過程計量學3.1細胞反應過程計量學由于參與反應組分多、代謝途徑復雜、底物的消耗并非全部用于生成產物（一部分用于什么？）難以用系數確定由培養(yǎng)基組分到產物的方程式來表示。一、細胞反應的元素衡算方程通常將細胞分子式定義為：CHON

而忽略微量元素細胞的元素組成包括：？C,H,O,Ｎ,

P,S,K,Na。2023/6/5第八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1細胞反應過程計量學細胞的元素組成受種類、生長階段等因素影響。一、細胞反應的元素衡算方程典型的分子結構式:CH1.8O0.5N0.2Example:Chemical

compositionofE.coli(drybasis%)elementcontentelementcontentCHONPSK

5020814311NaCaMgClFeothers10.50.50.50.20.32023/6/5第九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1細胞反應過程計量學CHmOn+aO2+bNH3cCHON+dH2O+eCO2一、細胞反應的元素衡算方程對無胞外產物的簡單反應:式中CHmOn——elementcompositionofcarbonsourceCHON——celluarelementcomposition2023/6/5第十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1細胞反應過程計量學（1）（2）（3）（4）C:H:O:N:對C,H,O,N作元素衡算:CHmOn+aO2+bNH3cCHON+dH2O+eCO2一、細胞反應的元素衡算方程四個方程,五個未知數???2023/6/5第十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學一、細胞反應的元素衡算方程（5）引入呼吸商,定義:引入還原度（γ）:元素的還原度等于該元素的化合價。C=4，H=1，N=-3，O=-2，P=5，S=6化合物的還原度以一個碳原子計。見表2-1（6）2023/6/5第十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學二、細胞反應過程的得率系數CHmOn+aO2+bNH3=cCHON+dCHxOyNz+eH2O+fCO2(1)(S)(O)(X)(P)Acellreactionwithexo-productcanbedescribedasfollow:1、得率系數的定義①對底物的細胞得率單位：g/g或g/mol2023/6/5第十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學二、細胞反應過程的得率系數1、得率系數的定義②對氧的細胞得率③對底物的產物得率2023/6/5第十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學2、對碳的細胞得率系數,YcTheYcindicatesthatefficiencycarbonsourceinsubstrateconverttocell’singredient.Whereσx,σs=carboncontentpermasscellorpermasssustrateYc------(0.4-0.9)二、細胞反應過程的得率系數（g/g）2023/6/5第十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學3、宏觀得率系數和理論得率系數消耗的總底物ΔmST，一部分用于細胞生長(ΔmSG

),一部分用于維持能（ΔmSM

），一部用于形成代謝產物(ΔmSR).即一種是定義：宏觀得率另一種是：理論得率,whichisalsocalledmaximumpotentialyield

二、細胞反應過程的得率系數此時計算基質的細胞得率有兩種方法：2023/6/5第十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學4、對能量的細胞得率

Forcellreactionprocess,themainaimistosearchtheoptimizingcultureconditions.WhereYATP/S——相對于基質的ATP生成得率，即消耗1mol基質所生成的ATP的量;Ms——substratemolecularweight二、細胞反應過程的得率系數2023/6/5第十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學5、得率系數與計量系數的關系WhereMx,Ms,Mo,Mp——molecularweightofcell,substrateandoxygen,products,respectively;a,c,d——stoischiometry二、細胞反應過程的得率系數CHmOn+aO2+bNH3=cCHON+dCHxOyNz+eH2O+fCO2(1)(S)(O)(X)(P)2023/6/5第十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學三、exampleUseglucoseassubstratetoculturemicrobe.Itisknownthat2/3ofcarbonconvertedtomicrobecell.Thereactionisasfollow:C6H12O6+aNH3+bO2=cC4.4H7.3O1.2N0.86+dH2O+eCO2(glucose)(microbecell)Pleasegive:(1)Determinethestoischiometriccoefficient,a,b,c,d,e(2)Cellyieldtosubstrate,YX

/S

(3)respiratoryquotient(RQ).2023/6/5第十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學solution(1)Thestoischiometriccoefficient

Thequalityofcarbonin1molglucoseis72(g),sotheconvertedcarbontomicrobecellin1molglucoseisThenTheconvertedcarbontoCO2in1molglucoseis2023/6/5第二十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>

3.1微生物反應過程計量學C6H12O6+aNH3+bO2=cC4.4H7.3O1.2N0.86+dH2O+eCO2Fromaboveequation:BytheNelementbalance:BytheHelementbalance:solution2023/6/5第二十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學ByOelementbalancea=0.782，b=1.473，c=0.909，d=3.855，e=2SoThereactionequationmaybewrittenasfollow:2023/6/5第二十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學C6H12O6+0.782NH3+1.473O2=0.909C4.4H7.3O1.2N0.86+3.855H2O+2CO2

(2)Cellyieldtosubstrate,YX

/S

2023/6/5第二十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.1微生物反應過程計量學(3)respiratoryquotient(RQ)2023/6/5第二十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2細胞反應動力學的非結構模型3.2.1細胞反應動力學的描述方法一、細胞反應過程的復雜性1、細胞反應過程包括：

細胞生長（核心）、底物消耗、代謝產物生成。2、胞內外的物質交換過程◆多相氣相液相固相◆多組分底物多組分代謝產物多組分（大、小分子）細胞不同生長周期（104-106個/mL，生長、成熟、老化。）2023/6/5第二十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.1細胞反應動力學的描述方法二、細胞反應動力學模型的簡化■細胞反應動力學是對反應體系中的細胞的群體行為的描述，而非對單一細胞；■不考慮細胞之間的差別，而取其性質上的平均值；■微生物細胞反應是細胞的多種酶的協(xié)同反應的宏觀結果，且受到溫度、pH值、培養(yǎng)基的組成等條件的影響；■細胞成分復雜（蛋白、脂肪、碳水化合物、核酸、維生素等）和變化性（上述因素影響）；2023/6/5第二十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.1細胞反應動力學的描述方法二、細胞反應動力學模型的簡化■因變量的選擇和描述問題動力學模型描述？與？的函數關系。因變量自變量因變量（細胞）考慮成分變化結構模型不考慮成分變化非結構模型■均衡生長與非均衡生長（細胞各成分以相同比例增加）均衡生長

非均衡生長均衡生長的非結構模型2023/6/5第二十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.1細胞反應動力學的描述方法二、細胞生長動力學模型的簡化非結構模型核心內容:■不考慮細胞內各組分差異；■不考慮細胞之間的差異,各種細胞均一；■細胞均衡生長；■各細胞性質相同,細胞群作為一種溶質。2023/6/5第二十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學單位反應體積、單位時間內的某一組分的量的變化。一、細胞反應的速率在細胞反應中主要的反應的速率有：在細胞反應動力學中用細胞反應的速率、細胞反應的比速率、細胞反應的得率等參數來描述細胞培養(yǎng)過程的細胞質量、底物質量、產物質量的變化關系。1、細胞生長速率式中CX——細胞濃度，（g/L）

t——時間，（h）細胞濃度通常用單位體積培養(yǎng)液中細胞（或菌體）干質量表示。2023/6/5第二十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學一、細胞反應的速率式中CS——底物濃度，（g/L）或（mol/L）2、底物消耗速率3、氧消耗速率式中CO——單位體積的培養(yǎng)液中O2的消耗量，（g/L）或（mol/L）2023/6/5第三十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學一、細胞反應的速率4、產物生成速率式中CP——產物濃度，（g/L）或（mol/L）5、CO2生成速率式中CCO2——單位體積的培養(yǎng)液中CO2生成量，（g/L）或（mol/L）6、熱量的生成速率式中CH——單位體積的培養(yǎng)液中熱量的生成量，（kJ/L）2023/6/5第三十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學在細胞反應中主要反應的比速率有：二、細胞反應的比速率定義：單位反應體積、單位時間中單位質量的細胞的某一組分的生成或消耗量。（實際上，也就是以單位細胞濃度為基準表示各個組分變化速率）1、細胞的比生長速率比速率單位？（1/h）2023/6/5第三十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學二、細胞反應的比速率3、氧的消耗比速率2、底物的比消耗速率4、產物的比生成速率2023/6/5第三十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學二、細胞反應的比速率5、CO2的比生成速率6、熱量的比生成速率（1/h）或（mol/g·h）單位？（kJ/g·h）2023/6/5第三十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學三、細胞反應的得率1、細胞對底物的得率在間歇培養(yǎng)過程中，細胞對底物的得率一般是隨著培養(yǎng)時間而變化的，即因隨著培養(yǎng)的進行培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分的組成、細胞的活性是變化的，所以用瞬時的細胞對底物的得率表示：2023/6/5第三十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學間歇培養(yǎng)的細胞對底物的總得率三、細胞反應的得率1、細胞對底物的得率2023/6/5第三十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學2、細胞對氧的得率三、細胞反應的得率在間歇的培養(yǎng)過程中的細胞對氧的瞬時得率為：2023/6/5第三十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學三、細胞反應的得率3、產物對底物的得率在間歇的培養(yǎng)過程中的產物對底物的瞬時得率為：2023/6/5第三十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.2分批培養(yǎng)時細胞反應動力學4、生成的熱量對底物的得率三、細胞反應的得率在間歇的培養(yǎng)過程中生成的熱量對底物的瞬時得率為：2023/6/5第三十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.3無抑制的細胞反應動力學一、細胞生長的Monod方程1942年Monod在歸納大量的試驗的基礎上提出細胞的比生長速率與限制性底物濃度的關系，也就是Monod動力學方程：Monod方程是典型的均衡生長模型，其基本假設：■細胞均衡生長，體系惟一變量是細胞濃度；■培養(yǎng)基中只有一種限制性基質，影響細胞生長，其它過量；■細胞生長為單一的簡單反應，其得率是一常數。2023/6/5第四十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.3無抑制的細胞反應動力學式中max——細胞的最大比生長速率，（1/h）

KS——飽和常數，（g/L）或（mol/L）

Cs——限制性基質濃度，（g/L）或（mol/L）這就是著名的Monod方程

KS的意義為微生物細胞的比生長速率達到最大比生長速率的1/2時的底物濃度。一、細胞生長的Monod方程2023/6/5第四十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.3無抑制的細胞反應動力學二、Monod方程曲線2023/6/5第四十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.3無抑制的細胞反應動力學當限制性基質濃度CS遠小于半飽和常數KS時，Monod方程可簡化為：二、Monod方程曲線此時的細胞生長速率為關于底物濃度的一級動力學關系：2023/6/5第四十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.3無抑制的細胞反應動力學當底物濃度CS遠大于半飽和常數KS時，Monod方程可簡化為：二、Monod方程曲線此時的細胞生長速率為關于底物濃度的零級動力學關系：2023/6/5第四十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.3無抑制的細胞反應動力學根據又根據有二、Monod方程曲線當底物濃度CS處于上述兩種情況之間時：2023/6/5第四十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.3無抑制的細胞反應動力學若CX0很小可忽略，則上式可簡化為：當反應開始時，CX值相對較低，此時提高CX值，有利于其生長速率的提高；當反應后期，CX值較高，而相應CS值很低，此時若繼續(xù)提高CX值，則其生長速率繼續(xù)下降，rX有一個最大值。??二、Monod方程曲線2023/6/5第四十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.3無抑制的細胞反應動力學CXrXrX,maxCX,optrX—CX關系曲線2023/6/5第四十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.3有抑制的細胞反應動力學■競爭性抑制；■非競爭性抑制；■反競爭性抑制；一、高濃度底物的抑制作用當基質濃度較高時,細胞生長會受到抑制。反競爭性抑制機理式中：2023/6/5第四十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一一、高濃度底物的抑制作用細胞生長比速率：？由機理可得：由此式可看出生長速率與濃度的關系嗎？繪曲線或求導數：第3章>>3.2.3有抑制的細胞反應動力學2023/6/5第四十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一一、高濃度底物的抑制作用競爭性抑制時比生成速率與底物濃度關系曲線：第3章>>3.2.3有抑制的細胞反應動力學2023/6/5第五十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一一、高濃度底物的抑制作用上面分析的是反競爭性抑制，對競爭性和非競爭性抑制，可得到動力學方程：———競爭性基質抑制———非競爭性基質抑制第3章>>3.2.3有抑制的細胞反應動力學2023/6/5第五十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.4影響細胞生長(動力學)的因素一、高濃度底物的抑制作用實例：底物為醋酸以產朊假絲酵母（Candididautlis）生產微生物蛋白的試驗，結果如圖2023/6/5第五十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一二、產物的抑制作用代謝產物對微生物細胞生長的抑制作用的最具代表性的例子是發(fā)酵法生產乙醇時，產物乙醇對酵母生長和代謝的抑制作用。產物抑制作用分為競爭性和非競爭性抑制，一些抑制作用的機理雖然尚不清楚，用一些近似的經驗表達式來描述其動力學行為。通常采用類似非競爭性抑制作用動力學表產物的抑制作用：式中KPI——產物抑制常數第3章>>3.2.3無抑制的細胞反應動力學2023/6/5第五十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.4細胞生長延遲期、穩(wěn)定期、死亡期

和細胞維持動力學細胞間歇培養(yǎng)時生物量與培養(yǎng)時間的曲線0510152025tlnCX-100lnnCs235614延遲；加速（過渡）；指數生長；減速；靜止；衰亡。2023/6/5第五十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一微生物細胞培養(yǎng)在延遲生長期內的生長速率為：1、延遲生長期而微生物細胞培養(yǎng)在延滯生長期內的比生長速率為：第3章>>3.2.4細胞生長延遲期、穩(wěn)定期、死亡期和細胞維持動力學2023/6/5第五十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一由于CX＞0，則2、延滯到對數生長的過渡期

延滯到對數生長的過渡期內的微生物細胞的生長速率為：＞0＞0第3章>>3.2.4細胞生長延遲期、穩(wěn)定期、死亡期和細胞維持動力學2023/6/5第五十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一在對數生長期內的微生物細胞的生長速率為：3、對數生長期B.C.t=0，CX=CX0，t=t，CX=CX上式積分，有:定義微生物培養(yǎng)的倍增時間第3章>>3.2.4細胞生長延遲期、穩(wěn)定期、死亡期和細胞維持動力學2023/6/5第五十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一4、減速生長期式中kd——細胞的比死亡速率則＞第3章>>3.2.4細胞生長延遲期、穩(wěn)定期、死亡期

和細胞維持動力學2023/6/5第五十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一平衡期的微生物細胞的生長和微生物細胞的死亡是平衡的即5、平衡期第3章>>3.2.4細胞生長延遲期、穩(wěn)定期、死亡期

和細胞維持動力學2023/6/5第五十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一6、衰亡期＜0＜微生物自溶第3章>>3.2.4細胞生長延遲期、穩(wěn)定期、死亡期

和細胞維持動力學7、細胞維持動力學m--細胞維持系數2023/6/5第六十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.2.5溫度和PH對細胞生長速率的影響1、pH值及培養(yǎng)溫度對細胞反應的影響微生物通常微生物細胞生長因菌種的不同而具有各自的適宜的pH值的范圍。這個范圍一般在3～4個pH單位，且在其范圍內有最適的生長pH。表4-1各種細胞培養(yǎng)的適宜pH范圍細胞類型最適pH范圍細菌（大多數）放線菌酵母菌霉菌植物細胞動物細胞6.3～7.57～83～63～65～66.5～7.52023/6/5第六十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一◆微生物細胞生長具有適宜的pH范圍;◆在微生物細胞的生長過程中，隨著底物的利用、有機酸和氨基氮的生成，使反應體系的pH值發(fā)生變化。1、pH值及培養(yǎng)溫度對細胞反應的影響生產中通過pH電極在線測定pH的變化情況，并及時調節(jié)pH值，使之保持在最適的范圍。pH值影響和變化pH值的控制第3章>>3.2.5溫度和PH對細胞生長速率的影響2023/6/5第六十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一1、pH值及培養(yǎng)溫度對細胞反應的影響溫度的影響在適宜的培養(yǎng)溫度范圍內，細胞的生長速率為

■溫度影響微生物細胞生長且存在最適生長溫度;

■當提高溫度到生長溫度范圍以外時，會導致細胞的結構物質的變性，使得生長速率下降甚至細胞死亡。

第3章>>3.2.5溫度和PH對細胞生長速率的影響2023/6/5第六十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一細胞的比生長速率與培養(yǎng)溫度的函數關系可用Arrhenius方程的形式表示式中ΔEu——細胞生長的活化能（J/mol）

Au——細胞生長的Arrhenius因子，（1/h）

R——氣體常數，8.314（J/mol·K）

T——培養(yǎng)溫度，（K）溫度的影響第3章>>3.2.5溫度和PH對細胞生長速率的影響2023/6/5第六十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一同樣細胞的比死亡速率與培養(yǎng)溫度的函數關系也可用Arrhenius方程的形式表示

溫度的影響式中ΔEd——細胞死亡的活化能，（J/mol）

Ad——細胞死亡的Arrhenius因子，（1/h）第3章>>3.2.5溫度和PH對細胞生長速率的影響2023/6/5第六十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一細胞生長的最適溫度不一定是產物代謝積累的最適溫度。活化能大的反應隨溫度的變化也大。由而表明細胞的死亡速率較生長速率對培養(yǎng)溫度的升高更敏感?；罨堞u的典型數值為50～70kJ/mol

ΔEd的典型數值為300～380kJ/mol1.把反應物分子轉變?yōu)榛罨肿铀枰哪芰?或

2.活化分子的平均能量與反應物分子的平均能量之差。什么是活化能?活化能大小含義?第3章>>3.2.5溫度和PH對細胞生長速率的影響2023/6/5第六十六頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.3細胞生長的Monod方程參數估計對Monod方程參數估計可用Lineweaver-Burk法、Hanes-Woolf法、Eadie-Hofstee法及積分法等確定。一、簡稱L-B法4.3細胞生長的Monod方程參數估計2023/6/5第六十七頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.3細胞生長的Monod方程參數估計對L-B法式子的等式兩端同乘CS

，此種方法減少了CS值過大或過小所帶來的測量誤差。二、Hanes-Woolf法（簡稱H-W法）三、Eadie-Hofstee法（簡稱E-H法）2023/6/5第六十八頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.3細胞生長的Monod方程參數估計用不同反應的時間t與其反應過程相對應的底物濃度之間的函數關系通過作圖或回歸的方法確定細胞反應動力學參數。將Monod方程的積分式整理得到四、積分法2023/6/5第六十九頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.4底物消耗的動力學4.5底物消耗的動力學一、底物消耗與細胞生長的關聯（僅用于細胞生長）當細胞反應過程消耗的底物僅用于生長細胞，底物濃度的變化與細胞濃度變化關系為：底物消耗速率與細胞生長速率可關聯為2023/6/5第七十頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.4底物消耗的動力學底物比消耗速率與細胞比生長速率可關聯為：一、底物消耗與細胞生長的關聯（僅用于細胞生長）

定義底物的最大比消耗速率為：有2023/6/5第七十一頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章>>3.4底物消耗的動力學對需氧的細胞反應，氧的消耗速率為：——細胞對氧的得率，（g/g）或（g/mol）式中一、底物消耗與細胞生長的關聯（僅用于細胞生長）

氧的比消耗速率（也稱呼吸強度）為：且有2023/6/5第七十二頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章

>>3.4底物消耗的動力學二、包括維持代謝的底物消耗動力學

對于在熱力學意義上的遠離平衡態(tài)的活細胞，為了維持其活性，需要獲取高能物質并將其化學能轉化為熱能，以維持細胞的滲透壓、修復DNA、RNA和其他大分子物質。

因此能量消耗不僅是用于細胞生長上，同時也用于細胞的維持上。提供細胞反應的能量的來源是以碳源為底物的物質，則底物的消耗速率可表示為：式中m——細胞的維持常數，（g/g·h=1/h）或（mol/g·h）2023/6/5第七十三頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章

>>3.4底物消耗的動力學底物的比消耗速率可表示為：二、包括維持代謝的底物消耗動力學式中——細胞對氧的最大得率，即細胞對氧的理論得率（g/g）或（g/mol）同樣氧的消耗速率為：——細胞對氧的維持常數，（g/g·h=1/h）或（mol/g·h）氧的比消耗速率：2023/6/5第七十四頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章

>>3.4底物消耗的動力學三、包括產物生成的底物消耗動力學當底物的消耗量取決于細胞的生長量、產物的生成量及維持代謝三個因素時，底物的消耗速率表示為：底物的比消耗速率可表示為：2023/6/5第七十五頁，共八十八頁，編輯于2023年，星期一第3章

>>3.5產物生成的動力學產物生成的動力學細胞代謝生物產品醇類有機酸類抗生素類酶制劑Gaden根據代謝產物的生成速率和細胞的生長速率的關系分為：生長偶聯型（相關模型）半生長偶聯型（部分相關模型）非生長偶聯型（非相關模型）途徑各異，難以統(tǒng)一描述P91：圖4-13圖