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第三章 酶的生物合成

酶浓度调节的化学本质是基因表达的调节, 在细胞内进行的转录或翻译过程都有特定的 调节控制机制,其中,转录水平的调控占主 纵子(operon)是一组功能上相关且受同 一调控区控制的基因组成的遗传单位
操纵子是酶合成调控的结构基础
操纵子调控模型
根据基因调节理论,在 DNA 分子中,与酶的生物 合成有密切关系的基因有 4 种。它们是调节基因 (regulator gene)、启动基因(promoter gene)、 操纵基因(operator gene)和结构基因(structural gene)。
生产中pH调控方法
调节培养基初始pH值,控制合适C/N,调整生 理酸性物质与生理碱性物质之比例;
补料调节,即通过发酵过程中流加碳源、氮源 来调节pH;
添加缓冲液,维持一定pH值; 如pH值变化较大,可直接流加酸或碱进行调节; 通过对溶解氧的调节,来控制中间产物的氧化
程度。
发酵条件控制及对产酶的影响(二)
固定化微生物细胞产酶的工艺条件及其控 制应注意事项
需要对固定化微生物细胞进行预培养
增加溶宜解氧的供给
发酵温度的控制
培养基组分的特殊要求:1)培养基浓度不 过高,并可通过改变培养基组分来降低培养 基粘度,有利于氧的溶解和传递,从而克服 固定化细胞好氧发酵过程中氧溶解和传递的 限制;2)培养基组分不能影响固定化细胞 的结构稳定性,或影响很小
溶解氧:通气量越大、氧分压越高、气液接触 时间越长、气液接触面积越大,则溶氧速率越 大。此外,培养液的性质,主要是粘度、气泡 以及温度等对溶氧速率有明显的影响,可通过 以上方面调节溶氧速率。
溶氧量过低,会对微生物生长、繁殖和新陈代 谢产生影响,从而使酶产量降低。但,过高的 溶氧量对酶的发酵生产业会产生不利影响,一 方面会造成浪费,另一方面高溶氧也会抑制某 些酶的生物合成,因此在整个发酵过程中应根 据需要控制好溶氧量。
用途
酒精与啤酒工业、洗涤剂、糊精加工、纺织品脱浆等
生丝脱胶、皮革脱毛、胶卷回收、酱油酿造 生产L-天冬氨酸:治疗白血病 制备新青霉素的母核6-氨基青霉素烷酸 由葡萄糖制果糖 皮革脱毛 分解淀粉的α-1,6-糖苷键 绢丝原料脱脂、洗涤剂、医药、乳品增香 制造转化糖
食品加工中食品去氧、除葡萄糖,作试剂测定葡 萄糖 皮革脱毛
发酵条件控制及对产酶的影响
温度:影响微生物生长和合成酶、影响酶合成 后的稳定性
pH:影响微生物体内各种酶活性,从而导致微生 物代谢途径发生变化;影响微生物形态和细胞 膜通的透性,从而影响微生物对培养基中营养 成分的吸收以及代谢产物的分泌;影响培养基 中某些营养物质的分解或中间产物的解离,从 而影响微生物对这些营养物质的利用
第三章 酶的生物合成与 发酵生产
酶的生物合成与发酵生产定义
酶的生物合成:即生物体内酶合成的 过程
酶的发酵生产:利用微生物代谢活动 生产所需酶的过程
目前工业上使用的酶大多数是利 用微生物发酵生产的。
利用微生物发酵产酶的优点
微生物生长繁殖快,生活周期短,用微生物产酶 几乎可以不受限制的扩大生产,满足市场需求
1. 结构基因与多肽链有各自的对应关系。结构基因上的 遗传信息可以转录成为 mRNA上的遗传密码,再经翻 译成为酶蛋白的多肽链,每一个结构基因对应一条多 肽链。
2. 操纵基因可以与调节基因产生的变构蛋白(阻遏蛋白) 中的一种结构结合,从而操纵酶生物合成的时机和合 成速度。
操纵子调控模型(二)
3. 启动基因决定酶的合成能否开始,启动基 因由两个位点组成:一个是 RNA 聚合酶的 结合位点,另一个是环腺苷酸(cyclic AM P,cAM P)与 CAP 组成的复合物(cAM P-CAP)的结合位点。CAP 是指环腺苷酸 受体蛋白(cAM P acceptor protein)或分解 代谢物活化剂蛋白(catabolite activator protein)。只有到达启动基因的位点时, RNA 聚合酶才能结合到其在启动基因上的 相应位点上,转录才有可能开始,否则酶 就无法开始合成。
酶发酵生产菌种要求
产酶量高,具有生产应用价值 易培养,既能适应大生产粗放的营养和生产条
件,包括能利用廉价原料、对工艺条件要求不 苛刻 代谢速率高,发酵周期短 产酶稳定性好,菌种的生产性能不易退化,不 易感染噬菌体 安全可靠,要求菌种不是致病菌,其代谢物安 全无毒,在系统发育上与病原体无关 选用产胞外酶菌种,有利于酶的分离提取
微生物产酶菌株的获得
含菌样品采集 菌种分离纯化 菌种的初筛 菌种的复筛 最佳产酶条件初步确定 微生物产酶性能的进一步提高 微生物产酶菌种保存
酶发酵工艺条件及控制
培养基营养成分:碳源、氮源、无机盐、生长 因子、产酶促进剂等
发酵条件控制剂对产酶的影响:温度、pH值、 溶解氧
固定化微生物细胞发酵产酶的工艺及其控制
微生物种类多,且在不同环境下生存的微生物都 有其完全不同的代谢方式,能分解利用不同底物, 这为微生物酶种类的多样性提供了物质基础
微生物培养基来源广泛易得、价格便宜 微生物发酵产酶过程可以采用连续化、自动化控
制,生产效率高,经济效益好 可利用分子生物学技术选育菌种,提高酶产率 利用基因工程可使动植物细胞中存在的酶用微生
物细胞来生产获得
工业用部分主要酶的生产菌种
微生物类别
菌名
产生的酶
细菌
枯草杆菌 大肠杆菌
淀粉酶 蛋白酶 L-天冬氨酸酶
青霉素酰化酶
异型乳酸杆菌 短小芽孢杆菌
葡萄糖异构酶 碱性蛋白酶
酵母 霉菌
产气气杆菌
解脂假丝酵母
啤酒酵母、假丝 酵母 点青酶
异淀粉酶 脂肪酶 转化酶
葡萄糖氧化酶
放线菌
转化微白色放线 蛋白酶 菌
固定化微生物原生质体发酵产酶的工艺条 件及其控制应注意事项
培养基渗透压的控制 控制培养基组分,防止细胞壁再生 维持较高的原生质体浓度
提高酶产率的方法
酶生物合成的调控机制 打破酶合成调节机制及提高酶产量的方法
酶生物合成的调控机制
酶在细胞内的含量取决于酶的合成速度和分 解速度,细胞根据其自身活动需要,严格控 制细胞内各种酶的合理含量,从而对各种生 物化学过程进行调控
培养基成分
碳源:是构成菌体细胞的主要元素、构成酶骨 架的元素之一,也是菌体生命活动所需能量的 主要来源。应根据细胞对酶营养要求的不同而 选择合适碳源
氮源:是生物体合成各种含氮物质的组成成分, 是酶制剂生产的原料
无机盐:大量元素和微量元素 生长因子:氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶、激
素等。 产酶促进剂:诱导物和表面活性剂
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