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
酶工程
第二章 酶的发酵工程
. 操纵子的调节作用
辅阻遏物 （色氨酸）
阻遏蛋白原
mRNA
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第二章 酶的发酵工程
. 衰减子的调节作用
前导序列
4 1
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
酶工程
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。
（二）培养条件对产酶的影响与调节控制
. 对产酶的影响与调节控制 细菌、放线菌：中性至微碱性。霉菌、酵母菌：微酸性 培养基的改变会影响产酶的种类或比例 调节控制 控制培养基的组分或比例。添加缓冲物种。流 加酸碱溶液或补料；提高空气流量
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第二章 酶的发酵工程
. 温度对产酶的影响与调节控制 不同的微生物生长与产酶的最适温度各不不同。
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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和 提出的操纵子理论来解释。
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第二章 酶的发酵工程
二、培养基和培养条件对产酶的影响与调节
（一）培养基成分对产酶的影响
. 碳源 淀粉及其水解物 . 氮源 无机氮和有机氮 . 无机盐类 大量元素和微量元素 . 生长因子 氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、激素 . 产酶促进剂 表面活性剂、植酸钙镁、、聚乙烯
醇、等
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第二章 酶的发酵工程
增强子的作用特点：
（）提高同一条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。
（）与其序列的正反方向无关。 （）要有启动子才能发挥作用，但对启动子没有严格的 专一性。 （）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
三、酶生物合成调节作用机理的实际应用
非离子型表面活性剂，如吐温
（四）添加产酶促进剂
植酸钙镁，聚乙烯醇等
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第三节 酶发酵动力学
一、酶生物合成的模式
（一）细胞生长曲线
细胞浓度/(mg/ml)
延迟期
稳定期 对数生长期
时间/h
细胞生长曲线图
衰亡期
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第二章 酶的发酵工程
（二）酶生物合成的模式
. 同步合成型：酶的合成与细胞的生长同步。
① 阻碍的排除，影响的溶解。 ② 发酵液溢出，造成原料浪费，引起杂菌污染。 ③ 发酵罐装料量受限，降低发酵罐的利用率。
控制泡沫的方法：
① 选育不易产生泡沫的菌种。 ② 调节培养基中营养成分，减少或缓加易起泡的原料。 ③ 机械消泡或化学消泡。化学消泡剂：天然油类，甘油聚
醚，泡敌（聚环氧丙烷环氧乙烷甘油）。勤加、少加较好
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第二章 酶的发酵工程
三、发酵方法
（一）液体深层发酵
优点： ① 产酶纯度高，质量稳定。 ② 较易控制发酵条件，易自动化
控制。 ③ 机械化程度高，劳动强度小； ④ 设备利用率高。
缺点： 设备投资大
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（二）固体发酵
固体发酵方式：浅盘培养、转鼓培养、厚层通风培养 优点：
设备简单，环境污染少。产酶率高。适合霉菌的培养。 缺点：
浓度
特点：
合成可以诱导，
细胞浓度 酶浓度
但不受分解代谢物阻 遏和反馈阻遏。酶对
应的很不稳定。
0
时间/h
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第二章 酶的发酵工程
. 延续合成型： 酶的合成伴随着细胞的生长而开始，细胞生长进入稳
定期后，酶还可以延续合成一段时间。
浓度
特点：
合成可以诱导，
细胞浓度 酶浓度
但不受分解代谢物阻 遏和反馈阻遏。酶对
很多微生物发酵产酶的最适温度与生长繁殖的最适温 度不同，且往往低于生长最适温度。
在酶发酵生产的不同阶段控制不同的温度条件， 进行变温发酵。
调节控制
液态发酵可利用发酵罐的夹套、盘管或蛇管等通过 温（冷）水进行调节控制，固态发酵可通过通风量或风 温来进行调节。
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第二章 酶的发酵工程
. 溶解氧对产酶的影响与调节控制
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（）
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
酶工程第Biblioteka 章 酶的发酵工程（四）酶生物合成的阻遏作用
. 终产物阻遏 某一代谢（合成）途径的终产物阻遏合成途径中
种子质量的判断 细菌、酵母菌—— 菌体健壮，菌形 一致，均匀整齐，一定的排列和形态。 霉菌、放线菌——菌丝粗壮，染色力强，生长旺 盛，菌丝分枝和内含物情况良好。
种子的异常情况 菌种生长缓慢或过快，菌丝结团
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第二章 酶的发酵工程
（） 种子质量的控制措施 菌种稳定性检查：保藏菌种 无（杂）菌检查：显微镜观察，肉汤或琼脂斜面培养 生化分析：养分消耗速度，变化，溶解氧利用， 色泽，气味等
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，的基因数增加倍。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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（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序列，长约， 核心组件，单拷贝或多拷贝串联存在。
一、酶的生产菌种
（一）产酶微生物的种类
. 细菌：大肠杆菌—青霉素酰化酶、天冬酰胺酶。 枯草芽孢杆菌—中性蛋白酶、
中温α淀粉酶。 . 放线菌：葡地萄衣糖芽异孢构杆酶菌、—谷高氨温酰α胺淀转粉氨酶
. 酵母菌：凝血激酶、尿激酶、植酸酶
. 霉菌：黑曲霉、米曲霉—α淀粉酶、糖化酶、乳 糖酶、
脂肪酶。理氏木霉—木聚糖酶、纤维 素酶。
（） 影响种子质量的因素及其控制
培养基 营养成分丰富，尽可能满足细胞生长繁殖。 营养成分尽可能与发酵培养基接近。值稳定
培养条件 必须是菌种细胞生长繁殖的最适条件。包括 温度、值、通气搅拌、通风、翻曲、
湿度 种龄 生命力最为旺盛的对数生长期。细菌：;
霉菌： ; 放线菌：;
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第二章 酶的发酵工程
接种量 与菌种特性、种子质量和发酵条件有关。
优点：可有效实现自动化，降低劳动强度，设备利 用率高，可消除反馈阻遏作用，酶产率高。适合于与生 长相偶联的发酵产物的生产。
缺点：菌种易变异退化，易染杂菌。原料利用率低， 生产成本增加。
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第二章 酶的发酵工程
（五）补料分批发酵
优点：可解除营养基质的抑制和分解代谢物阻遏作 用。可改善好氧发酵的溶氧状况。减少菌体生成量，提高
（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。
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第二章 酶的发酵工程
有用产物的转化率。菌丝 减少可降低发酵液的粘度， 便于发酵培养物的输送及 后处理。不易产生菌种退 化和变异，杂菌污染易控 制；使用范围广。
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第二章 酶的发酵工程
四、提高产酶的措施
（一）添加诱导物
诱导物类型：作用底物、反应产物、底物类似物
（二）降低阻遏物浓度
分解代谢物阻遏、末端产物（反馈）阻遏
（三）添加表面活性剂
酶的合成的现象。
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第二章 酶的发酵工程
. 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。
葡萄糖效应：葡萄糖抑制微生物利用其他碳源（底 物）的现象 。
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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
劳动强度大。原料利用率低。产酶纯度差，提取精制
困难。传质传热效率 低，发酵条件不易控 制，产酶不稳定。不 能进行胞内酶的生产。
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第二章 酶的发酵工程
（三）分批发酵
特点：操作简单。发酵初期营养物过多可能抑制微 生物的生长，中后期可能因为营养物的减少及有害代谢 产物的积累而降低培养效率
（四）连续发酵
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（三）菌种筛选
. 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：
（）相近菌种产生的酶性质一般相近或相似。 （）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。 （）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。
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第二章 酶的发酵工程
. 湿度对产酶的影响与控制