酶工程
第二章 酶的发酵工程
2. 乳糖操纵子的诱导机制
（1）乳糖（操2）纵阻子遏的蛋结白构的（负3性）调CA节P；的正性调节
cAMP-CAP β-半乳糖苷酶 透过酶 乙酰基转移酶
DNA
I
P
OZ Y A
RNA聚合酶
mRNA
诱导物
阻遏蛋白
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第二章 酶的发酵工程
（二）色氨酸操纵子学说
分支酸 邻氨基苯甲酸 磷酸核糖邻氨基苯甲酸 羧苯氨基脱氧核糖磷酸 吲哚甘油磷酸
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第二章 酶的发酵工程
（三）增强子促进酶的生物合成
增强子：是一段能够提高转录效率的特定DNA序列，长 约100~200bp，核心组件8~12bp，单拷贝或多拷贝串联存在。
增强子的作用特点：
（1）提高同一条DNA链上基因的转录效率，可远距离发 挥作用，在基因的上游或下游均可起作用。
（2）与其序列的正反方向无关。 （3）要有启动子才能发挥作用，但对启动子没有严格的 专一性。 （4）必须与特定的蛋白质因子结合才能发挥作用，具有 组织和细胞特异性。
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第二章 酶的发酵工程
（一）乳糖操纵子学说 1. 基本概念
操纵子：由调节基因（R）、启动子（P）、操纵基因 （O）和结构基因（S）所构成的一个完整的基因表达单位。
诱导物：诱导酶起始合成的物质。
辅阻遏物：阻遏酶产生的物质。 调节蛋白：调节基因产生的一种变构蛋白。两个结合 位点：操纵基因结合位点、效应物结合位点。两种类型：阻 遏蛋白、阻遏蛋白原。
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第二章 酶的发酵工程
一、酶的生产菌种
（一）产酶微生物的种类 1. 细菌：大肠杆菌—青霉素酰化酶、L-天冬酰胺酶；
枯草芽孢杆菌—中性蛋白酶、中温α-淀粉酶； 地衣芽孢杆菌—高温α-淀粉
2. 放线菌：葡萄糖异构酶、谷氨酰胺转氨酶
3. 酵母菌：凝血激酶、尿激酶、植酸酶
4. 霉菌：黑曲霉、米曲霉—α-淀粉酶、糖化酶、乳糖酶、
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第二章 酶的发酵工程
三、酶生物合成调节作用机理的实际应用
（一）发酵中的应用
（二）酶生产中的应用
（三）微生物菌种选育中的应用
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第二章 酶的发酵工程
第二节 酶的发酵技术
利用微生物的发酵作用，运用一些技术手段控 制发酵过程，大规模产酶的技术，称为酶的发酵技 术。内容主要包括：菌种的选育、培养基的配置、 培养条件控制、发酵方法。
4
Pr
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第二章 酶的发酵工程
（三）酶生物合成的诱导作用
合成方式
酶
组成酶：细胞所固有的酶 诱导酶：在诱导物的诱导作用下合成的酶
诱导物 — 底物、产物、底物结构类似物（IPTG）
诱导 协同诱导：诱导物同时诱导几种酶的合成 作用 顺序诱导：先后诱导不同酶的合成
生物学意义：① 节约机制；② 环境适应能力
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第二章 酶的发酵工程
（四）酶生物合成的阻遏作用
1. 终产物阻遏 某一代谢（合成）途径的终产物阻遏合成途径中酶
的合成的现象。
A E1 B E2 C E3 D E4 E
酶工程
第二章 酶的发酵工程
2. 分解代谢物的阻遏作用 当培养基中存在两种碳源（底物）时，容易利用的碳
源的分解代谢产物阻遏分解代谢另一种碳源的酶的合成 的现象。
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第二章 酶的发酵工程
第一节 酶生物合成的调节机制 第二节 酶的发酵技术 第三节 酶发酵动力学
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第二章 酶的发酵工程
第一节 酶生物合成的调节机制
一、原核生物中酶生物合成的调节
原核生物酶的合成主要是在转录水平上进行调节，调 节方式主要有酶合成的诱导和酶合成的阻遏两种方式。
原核生物中酶合成的诱导和阻遏作用机制都可以用 Jacob和Monod提出的操纵子理论来解释。
葡萄糖效应：葡萄糖抑制微生物利用其他碳源（底物） 的现象 。
cAMP-CAP
I
P
OZ Y A
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第二章 酶的发酵工程
二、真核生物中酶生物合成的调节
（一）细胞分化改变酶的生物合成
如：端粒酶的生物合成
（二）基因扩增加速酶的生物合成
如：爪蟾卵细胞形成时，rRNA的基因数增加4000倍； 中国田鼠细胞培养在含有氨甲基蝶呤的培养基中生长时， 细胞中编码二氢叶酸还原酶的基因大量扩增，以合成大量 的二氢叶酸还原酶。
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第二章 酶的发酵工程
2. 菌种的分离纯化 平板划线法、稀释涂布分离法
3. 产酶性能的测定 初筛： 快速、简便；平板筛选法—有色圈。 复筛： 精确；液体或固体培养发酵，测定产酶水平。
4. 菌种的选育 诱变育种、杂交育种、原生质体融合育种、基因工程育种
5. 菌种的保藏 斜面低温保藏法、沙土管保藏法、石蜡油封藏法、真空冷 冻干燥法、超低温保藏法、固体曲法等。
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第二章 酶的发酵工程
（三）菌种筛选
1. 含菌样品的采集 根据不同微生物的生态分布特点，从自然界中采样。
产酶微生物的分布基本规律：
（1）相近菌种产生的酶性质一般相近或相似。
（2）胞外酶的稳定性和最适条件通常和菌的最适生长 条件接近。
（3）为获得能降解某种物质的产酶菌株，一般可从该 物质分布比较丰富的地方寻找。
脂肪酶；理氏木霉—木聚糖酶、纤维素酶； 青霉—葡萄糖氧化酶、5/-磷酸二酯酶
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第二章 酶的发酵工程
（二）产酶菌种的要求
（1）酶的产量高； （2）容易培养和管理，产酶细胞容易生长繁殖，适应性强，便 于管理； （3）菌株遗传性能稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体，保 证生产的稳定性； （4）菌株能利用廉价原料，发酵周期短，生产成本低； （5）有利于酶产品的分离纯化，最好是分泌型的胞外酶； （6）菌株安全可靠，非病原菌，不产毒素及其它有害物质，不 影响生产人员的身体健康； （7）基因工程菌必须符合安全性要求。
色氨酸
邻氨基苯甲酸合酶 邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶 磷酸核糖邻氨基苯甲酸异构酶 吲哚甘油磷酸合酶 色氨酸合酶
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第二章 酶的发酵工程
1. 操纵子的调节作用
DNA
R
PO
E D C BA
mRNA
辅阻遏物
（色氨酸）
阻遏蛋白原
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第二章 酶的发酵工程
2. 衰减子的调节作用
DNAΒιβλιοθήκη RPO1前导序列
E D C BA
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第二章 酶的发酵工程
第二章 酶的发酵工程
所有的生物为了维持其正常的生命活动，在一定 的条件下都能够合成其自身生长所需要的各种酶，酶 的种类和数量是受到细胞自身的严格调控的。
通过人为的操作控制，利用生物细胞的生命活动 来大规模发酵生产人们所需要的酶的技术过程，称为 酶的发酵生产。
酶的制备方法：提取法、发酵法、合成法。