第一章工业发酵的细胞机器

第一章工业发酵的细胞机器内容摘要：

：发酵学原理 25 以上几条中，代谢和代谢能支撑是活细胞最基本的性能。 有生命就有代谢能的生成，没有代谢能的支撑就没有生命。 生存和生长均需要代谢能来支撑。 2020/11/29 张星元：发酵学原理 26 微生物细胞机器的工作模式 微生物细胞是个远离平衡状 态的不平衡的开放系统 微生物细胞机器的工作模式 微生物细胞机器的运行特点 2020/11/29 张星元：发酵学原理 27 世界上一切物体总是相互作用、相互关联，形成一个整体。 世界作为一个整体是无法进行实验和研究的，为了实验和研究的方便，只好从这个整体分隔出一部分（我们感兴趣的部分）来，这样分隔出来的被界面包围的部分（准备进行研究的部分），被称为热力学的体系（ 或系统 ） ， 与体系相互作用着的其余部分称为该体系的环境或外界。 2020/11/29 张星元：发酵学原理 28 根据界面的性能可将热力学的体系分成 3 类：①孤立系统（也称隔离系统），指与环境既没有物质交换也没有能量交换的系统；②封闭系统，指与环境没有物质交换，但可以有能量交换的系统；③开放系统，指与环境既可有能量交换又可有物质交换的系统。 2020/11/29 张星元：发酵学原理 29 微生物细胞是个远离平衡 状态的不平衡的开放系统 2020/11/29 张星元：发酵学原理 30 德国克劳修斯 ( )1850 年发现的 热力学第二定律 指出，热不可能自发地由低温物体传向高温物体，也就是说，热力学系统的自发过程总是向有序性程度减少、无序程度增加（即熵增加）的方向发展。 热力学第二定律的经典热力学表述是： 在封闭体系及其所处的环境组成的孤立体系中，任何自发过程总是朝着越来越混乱的方向演化。 热力学第二定律无法说明体系由无序到有序、由低级的有序到高级的有序的演化和发展的趋向。 2020/11/29 张星元：发酵学原理 31 1969年比利时普利高津（ Prigogine） 提出耗散结构理论。 所谓耗散结构（ dissipative structure） 是指一个远离平衡状态的开放体系，它可以是力学的、物理的、化学的、生物的系统，也可以是社会的经济系统。 耗散结构与外界不断地进行物质和能量交换，当外界条件的变化达到一定的阈值时，可以从原有的无序或低序的混乱状态，转变为一种在时间、空间上或功能上的有序状态。 2020/11/29 张星元：发酵学原理 32 作为经典热力学（ 静态，孤立系统 ） 理论的延伸， 非平衡态热力学（动态，远离平衡状态的开放体系）研究的是耗散结构 ， 这种结构只能在远离热力学平衡状态的开放体系生成 ，并且 需要不断输入能量来维持。 2020/11/29 张星元：发酵学原理 33 微生物的活细胞任何时刻都离不开它生存的环境，只有在与环境的交换中才能维持细胞结构和生命活动。 如果微生物细胞是个封闭系统，那么根据熵增加原理，它们及它们所处的环境组成的孤立系统必将自发地走向混乱，其结果必将是细胞的解体；因此微生物细胞不是封闭系统，当然更不是孤立系统。 因此， 微生物活细胞是个开放系统。 2020/11/29 张星元：发酵学原理 34 微。