酶工程第一章酶的發(fā)酵生產(chǎn)

酶工程第一章酶的發(fā)酵生產(chǎn)第1頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章酶的發(fā)酵生產(chǎn)第一節(jié)酶生產(chǎn)的概述第二節(jié)菌種選擇第三節(jié)產(chǎn)酶菌體的發(fā)酵第四節(jié)產(chǎn)酶條件的優(yōu)化第五節(jié)發(fā)酵產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)第2頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)酶生產(chǎn)的概述

提取分離法微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶酶的生產(chǎn)方法生物合成法植物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶化學(xué)合成法動(dòng)物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶

按發(fā)酵方式分，可分為：液態(tài)發(fā)酵固態(tài)發(fā)酵固定化細(xì)胞發(fā)酵固定化原生質(zhì)體發(fā)酵第3頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾種酶生產(chǎn)方法的比較-提取酶制劑工業(yè)的發(fā)展早期，酶多取自動(dòng)植物原料。單動(dòng)植物的生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、同時(shí)還受地理、氣候和季節(jié)等各種因素的限制，不適于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)。第4頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月幾種酶生產(chǎn)方法的比較-化學(xué)合成化學(xué)合成，包括酶的化學(xué)全合成和模擬酶的化學(xué)合成。酶的化學(xué)全合成1964年我國(guó)從氨基酸出發(fā)，以化學(xué)方法全合成了具有生物活性的胰島素，1969年Gutte和Merrifield也通過化學(xué)法人工合成了具有活性的核糖核酸酶，現(xiàn)在已發(fā)展了一整套固相合成肽的自動(dòng)化技術(shù)第5頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）模擬酶主-客體酶模型（環(huán)狀糊精酶）膠束酶模型分子印跡酶模型第6頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月環(huán)狀糊精酶α,β,γ-環(huán)糊精系列分布在空腔兩側(cè)的伯、仲羥基空腔周邊的羥基（結(jié)合基團(tuán)）與底物契合容易達(dá)到有利配置狀態(tài)。通過化學(xué)方法引入催化基,建立電荷和質(zhì)子傳遞體系。酶穩(wěn)定性高，便宜，但催化專一性和活力差。第7頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月膠束酶模型膠束在水溶液中提供了疏水微環(huán)境，類似于酶的結(jié)合部位，可以對(duì)底物束縛。將催化基團(tuán)如咪唑、硫醇、羥基和輔酶共價(jià)或非共價(jià)連接或吸附于膠束上，可使其成為具有酶活力的膠束模擬酶。第8頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月印跡酶當(dāng)模板分子(印跡分子)與聚合物單體接觸時(shí)會(huì)形成多重作用點(diǎn)，通過聚合過程這種作用就會(huì)被記憶下來(lái)。當(dāng)模板分子除去后，聚合物中就形成了與模板分子空間構(gòu)型相匹配的具有多重作用點(diǎn)的空穴，這樣的空穴將對(duì)模板分子及其類似物具有選擇識(shí)別特性。這是分子識(shí)別的基礎(chǔ)，也是酶催化的基礎(chǔ)。第9頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)酵生產(chǎn)酶的幾種方式固體培養(yǎng)發(fā)酵制成固體或半固體的麩曲，經(jīng)過滅菌、冷卻后，接種產(chǎn)酶微生物菌株，在一定條件下進(jìn)行發(fā)酵，以獲得所需的酶。適合霉菌的培養(yǎng)和發(fā)酵產(chǎn)酶(霉菌有菌絲，液態(tài)發(fā)酵結(jié)塊，且固態(tài)發(fā)酵原料便宜,操作簡(jiǎn)單,但傳遞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)困難,產(chǎn)量相對(duì)少)。液體深層發(fā)酵采用液體培養(yǎng)基，在生物反應(yīng)器中，經(jīng)滅菌、冷卻后，接種產(chǎn)酶細(xì)胞，、生產(chǎn)得到所需酶。(酶的產(chǎn)率高，質(zhì)量穩(wěn)定，產(chǎn)品回收率高，是目前酶發(fā)酵的生產(chǎn)的主要方式。)固定化細(xì)胞發(fā)酵把微生物固定在水不溶性的載體上，進(jìn)行多批次連續(xù)或間歇發(fā)酵。這種發(fā)酵具有：細(xì)胞密度大，產(chǎn)酶能力高；發(fā)酵穩(wěn)定性好，可反復(fù)使用或連續(xù)使用較長(zhǎng)時(shí)間；固定化細(xì)胞流失較少，可在高稀釋率條件下連續(xù)發(fā)酵；發(fā)酵液含菌體少，利于產(chǎn)品分離。(額外成本高,須一定操作)第10頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月微生物發(fā)酵方式的對(duì)比（1）液態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酶第11頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）固態(tài)發(fā)酵第12頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵的對(duì)比固態(tài)發(fā)酵液體深層發(fā)酵原料價(jià)格便宜貴原料濃度高低水分需求少多染菌不容易（水分少）容易反應(yīng)器體積需求小大傳熱傳質(zhì)困難容易發(fā)酵參數(shù)檢測(cè)不易容易在線檢測(cè)產(chǎn)物回收容易不容易廢水產(chǎn)生少多第13頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）固定化細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固定化細(xì)胞顆粒很容易與發(fā)酵液分離，因此固定化細(xì)胞發(fā)酵生產(chǎn)胞外酶具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：發(fā)酵穩(wěn)定性好（載體保護(hù)細(xì)胞）可在高稀釋率條件下連續(xù)發(fā)酵（固定化細(xì)胞不容易流失）產(chǎn)品容易分離純化（產(chǎn)物容易與固定化催化劑分離)缺點(diǎn)：異相催化的缺點(diǎn)，底物擴(kuò)散受到載體的阻礙，不容易接近酶活性中心。

第14頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月克服了細(xì)胞膜傳遞底物帶來(lái)的阻礙制備較復(fù)雜(酶解細(xì)胞壁),防止培養(yǎng)基高滲透壓,防止細(xì)胞壁再生（4）固定化原生質(zhì)體發(fā)酵第15頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)菌種選擇基本要求：產(chǎn)酶量高,發(fā)酵周期短容易培養(yǎng)和管理，無(wú)培養(yǎng)基和發(fā)酵工藝的特殊要求菌種穩(wěn)定行好，不易變異退化最好是產(chǎn)生胞外酶的菌種,利于分離對(duì)醫(yī)藥和食品用酶,還應(yīng)考慮安全性：第16頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一細(xì)菌(1)大腸埃希氏桿菌大腸桿菌的名聲主要因它易于在實(shí)驗(yàn)室操作、生長(zhǎng)迅速，而且營(yíng)養(yǎng)要求低。應(yīng)用：大腸桿菌能作為宿主供大量的細(xì)菌病毒生長(zhǎng)繁殖大腸桿菌也是最早用作基因工程的宿主菌工業(yè)上生產(chǎn)谷氨酸脫羧酶、天冬酰胺酶生產(chǎn)基因工程工具酶第17頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）枯草芽孢桿菌是工業(yè)發(fā)酵的重要菌種之一。生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶5’-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷。水處理的聚合氨基酸第18頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二放線菌

放線菌因菌落呈放線狀而的得名。它是一個(gè)原核生物類群，在自然界中分布很廣，主要以孢子繁殖。放線菌與人類的生產(chǎn)和生活關(guān)系極為密切，目前廣泛應(yīng)用的抗生素約70%是各種放線菌所產(chǎn)生。一些種類的放線菌還能產(chǎn)生各種酶制劑（蛋白酶、淀粉酶、和纖維素酶等、生產(chǎn)葡萄糖異構(gòu)酶主要菌株）由于生產(chǎn)抗生素，有不少能對(duì)抗生素修飾的酶種，如青霉素?；福?6a-羥基化酶。第19頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三霉菌(1)曲霉(Aspergillus)應(yīng)用：是制醬、釀酒、制醋的主要菌種。農(nóng)業(yè)上用作生產(chǎn)糖化飼料的菌種，因此是生產(chǎn)酶制劑（蛋白酶、淀粉酶、果膠酶）的菌種。生產(chǎn)有機(jī)酸（如檸檬酸、葡萄糖酸等）。第20頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)根霉(Rhizopus)代表種：米根霉。根霉能產(chǎn)生一些酶類，如淀粉酶、果膠酶、脂肪酶等，是生產(chǎn)這些酶類的菌種。在釀酒工業(yè)上常用做糖化菌。11a羥化酶有些根霉還能產(chǎn)生乳酸、延胡索酸等有機(jī)酸。第21頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)木霉(Trichoderma)

木霉屬于半知菌綱。生長(zhǎng)時(shí)菌落呈棉絮狀或致密叢束狀，菌落表面呈不同程度的綠色。木霉是生產(chǎn)纖維素酶的重要菌株。木霉產(chǎn)生的纖維素酶中包含有Cl酶、Cx酶和纖維二糖酶等。此外，木霉中含有較強(qiáng)的l7α羥化酶，常用于甾體轉(zhuǎn)化。第22頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四酵母（ 1）啤酒酵母主要用于釀造啤酒、酒精、飲料酒和面包制造。在酶的生產(chǎn)方面，用于轉(zhuǎn)化酶、丙酮酸脫羧酶、醇脫氫酶等的生產(chǎn)。(氧化還原酶)脫氫酶廣泛應(yīng)用與輕工業(yè)，如香料苯乙醇就是以苯乙酮為原料由脫氫酶催化得到。第23頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）假絲酵母主要生產(chǎn)脂肪酶（南極假絲酵母，褶皺假絲酵母），尿酸酶，醇脫氫酶17a羥化酶第24頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)產(chǎn)酶菌體的發(fā)酵各種生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的需求五大要素：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子、水一培養(yǎng)基第25頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)或代謝產(chǎn)物中碳架(2)碳源可作能源，為生命活動(dòng)提供能量常用碳源：糖類、醇類、脂類、有機(jī)酸、烴類、蛋白質(zhì)及其降解物異養(yǎng)微生物：糖類是最好碳源（葡萄糖最為通用）水是微生物最基本的組成分（７０％—９０％）(1)水是細(xì)胞質(zhì)組分，直接參與各種代謝活動(dòng)(2)水是微生物體內(nèi)和體外的溶劑（吸收營(yíng)養(yǎng)成分和代謝廢物）(3)調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度和保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定（比熱高，傳熱快）水碳源選擇合適碳源，以適應(yīng)目的酶的合成調(diào)節(jié)機(jī)制第26頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中氮素（不能用作能源）氮源有機(jī)氮源蛋白胨、酵母膏、牛肉膏無(wú)機(jī)氮源銨鹽、硝酸鹽(1)參與酶的組成、構(gòu)成酶活性基、激活酶活性(2)維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性(3)調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓(4)控制細(xì)胞的氧化還原電位(5)有時(shí)可作某些微生物生長(zhǎng)的能源物質(zhì)氮源無(wú)機(jī)鹽需要注意合適的碳氮比（碳源代謝產(chǎn)物酸性，氮源代謝產(chǎn)物堿性，配比不當(dāng)會(huì)造成培養(yǎng)基酸化或者堿性化，不適宜菌體生長(zhǎng)）第27頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子是指某些微生物不能用普通的碳源、氮源物質(zhì)進(jìn)行合成，而必須另外加入少量的生長(zhǎng)需求的有機(jī)物質(zhì)。分類：化學(xué)結(jié)構(gòu)分成維生素、氨基酸、嘌呤（或嘧啶）及其衍生物和類脂成分等四類功能：以輔酶與輔基的形式參與代謝中的酶促反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室中常用酵母膏、蛋白胨、牛肉膏等作為各種生長(zhǎng)因子的的需要，麥芽汁、米曲汁等天然培養(yǎng)基中本身含有各種生長(zhǎng)因子第28頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)室的常用培養(yǎng)基：細(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡(jiǎn)稱普通肉湯培養(yǎng)基）放線菌：高氏1號(hào)合成培養(yǎng)基培養(yǎng)；酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基；霉菌：查氏合成培養(yǎng)基；同一菌，由于培養(yǎng)目的不同，使用不同，例如枯草芽孢桿菌：一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LB培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基；第29頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)產(chǎn)酶菌體的發(fā)酵培養(yǎng)基---的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長(zhǎng)繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。為了維持培養(yǎng)基pH的相對(duì)恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)補(bǔ)加酸、堿。細(xì)菌與放線菌：pH7~7.5酵母菌和霉菌：pH4.5~6范圍內(nèi)生長(zhǎng)(1)pH值的控制細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適pH值與生長(zhǎng)最適pH值往往有所不同。細(xì)胞生產(chǎn)某種酶的最適pH值通常接近于該酶催化反應(yīng)的最適pH值。

有些細(xì)胞可以同時(shí)產(chǎn)生若干種酶，在生產(chǎn)過程中，通過控制培養(yǎng)基的pH值，往往可以改變各種酶之間的產(chǎn)量比例。二發(fā)酵條件及控制第30頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月通常在生物學(xué)范圍內(nèi)每升高10℃，生長(zhǎng)速度就加快一倍，所以溫度直接影響酶反應(yīng)，對(duì)于微生物來(lái)說，溫度直接影響其生長(zhǎng)和合成酶。(2)溫度的控制枯草桿菌的最適生長(zhǎng)溫度為34～37℃黑曲霉的最適生長(zhǎng)溫度為28～32℃第31頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度與最適生長(zhǎng)溫度有所不同，而月往往低于最適生長(zhǎng)溫度，這是由于在較低的溫度條件下，可提高酶的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)細(xì)胞產(chǎn)酶時(shí)間。在較低的溫度條件下，可以提高酶所對(duì)應(yīng)的mRNA的穩(wěn)定性，增加酶生物合成的延續(xù)時(shí)間，從而提高酶的產(chǎn)量。第32頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在細(xì)胞生長(zhǎng)和發(fā)酵產(chǎn)酶過得中，由于細(xì)胞的新陳代謝作用，不斷放出熱量，會(huì)使培養(yǎng)基的溫度升高，同時(shí)，熱量不斷擴(kuò)散和散失，又會(huì)使培養(yǎng)基溫度降低，兩者綜合，決定了培養(yǎng)基的溫度溫度控制的方法一般采用熱水升溫，冷水降溫，故此在發(fā)酵罐中，均設(shè)計(jì)有足夠傳熱面積的熱交換裝置，如排管、蛇管、夾套、噴淋管等第33頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月培養(yǎng)基中的能源物質(zhì)(一般是碳源提供)必須經(jīng)有氧降解才能產(chǎn)生大量的ATP。為此，必須供給充足的氧氣。在培養(yǎng)基中生長(zhǎng)和發(fā)酵產(chǎn)酶的細(xì)胞，一般只能利用溶解在培養(yǎng)基中的氧氣——溶解氧。由于氧是難溶于水的氣體，培養(yǎng)基中含有的溶解氧并不多，很快就會(huì)被細(xì)胞利用完。為此，必須在發(fā)酵過程中連續(xù)不斷地供給無(wú)菌空氣，使培養(yǎng)基中的溶解氧保持在一定水平，以滿足細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)酶的需要。(3)溶解氧的控制第34頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(3)溶解氧的控制一般說來(lái)，通氣量越大、氧氣分壓越高、氣液接觸時(shí)間越長(zhǎng)、氣液接觸面積越大，則溶氧速率越大。培養(yǎng)液的性質(zhì)，主要是黏度、氣泡、以及溫度等對(duì)于溶氧速率有明顯影響。調(diào)節(jié)通氣量調(diào)節(jié)氧的分壓調(diào)節(jié)氣液接觸時(shí)間調(diào)節(jié)氣液接觸面積改變培養(yǎng)液的性質(zhì)

控制溶氧穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散下單位時(shí)間內(nèi)通過垂直于擴(kuò)散方向的單位截面積的擴(kuò)散物質(zhì)流量（擴(kuò)散通量）與該面積處的濃度梯度成正比即J=－D（dc/dx）其中D：擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s，J：擴(kuò)散通量，g/cm2·s，式中負(fù)號(hào)表明擴(kuò)散通量的方向與濃度梯度方向相反。

第35頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(4)消泡泡沫存在影響液體性質(zhì),主要影響溶氧上控制泡沫的方式目前通常采用化學(xué)和機(jī)械兩種方法。(1)化學(xué)消泡劑必需滿足以下條件：消泡劑對(duì)氣/液界面的分散系數(shù)足夠大，（容易取代發(fā)酵液中的表面活性物質(zhì)分布在氣液兩相界面上,但不形成氣泡）消泡作用迅速有效；

化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，在水中的溶解度小，以保持持久的消泡或抑泡性能，不與次生產(chǎn)物起任何化學(xué)反應(yīng)，不影響產(chǎn)物的提取和產(chǎn)品質(zhì)量，對(duì)植物細(xì)胞無(wú)毒害；不影響氣體在營(yíng)養(yǎng)液中的傳遞和溶解；來(lái)源方便，價(jià)格便宜。

第36頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)機(jī)械消泡是靠機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)的。其優(yōu)點(diǎn)是勿需在培養(yǎng)液中加入其它物質(zhì)，從而減少了由于消泡劑所引起的污染和對(duì)后續(xù)分離工藝的影響。但機(jī)械消泡效果常不如化學(xué)消泡迅速?gòu)氐?，同時(shí)機(jī)械消泡也會(huì)增加培養(yǎng)裝置的復(fù)雜性。第37頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第四節(jié)產(chǎn)酶條件的優(yōu)化酶合成調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的作用是生物機(jī)體將體內(nèi)的合成原料與能量最經(jīng)濟(jì)有效地用于合成生命最需要的物質(zhì)的保證。但從應(yīng)用的目的出發(fā)，則應(yīng)打破這種調(diào)節(jié)控制，以其使某些酶的產(chǎn)量大幅度地提高?，F(xiàn)已報(bào)道，在采取相應(yīng)的措施后，其產(chǎn)量可有上千倍的變化。第38頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月機(jī)理上講,還是控制了酶蛋白的表達(dá)水平。酶和其他蛋白質(zhì)一樣，其合成可在復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和翻譯等各種水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。對(duì)于原核生物，由于其轉(zhuǎn)錄和翻譯過程緊密關(guān)聯(lián)，因此，只要控制轉(zhuǎn)錄，也就可控制酶的合成。其調(diào)控機(jī)制普遍接受的是操縱子模型。(相關(guān)調(diào)制機(jī)理見基礎(chǔ)部分)第39頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)添加誘導(dǎo)物對(duì)于誘導(dǎo)酶的發(fā)酵生產(chǎn)，在發(fā)酵過程中的某個(gè)適宜的時(shí)機(jī)，添加適宜的誘導(dǎo)物，可以顯著提高酶的產(chǎn)量。例如，乳糖誘導(dǎo)β-半乳糖苷酶，纖維二糖誘導(dǎo)纖維素酶，蔗糖甘油單棕櫚酸誘導(dǎo)蔗糖酶的生物合成等。誘導(dǎo)物一般可以分為3類1)酶的作用底物2)酶的催化反應(yīng)產(chǎn)物3)作用底物的類似物(一般不隨著菌生長(zhǎng)而產(chǎn)生濃度變化,因此效果好,但要注意其對(duì)菌的化學(xué)毒性)第40頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月誘導(dǎo)乳糖乳糖酶的誘導(dǎo)PLacZLacYLacamRNA阻遏蛋白（有活性）基因關(guān)閉ORPLacZLacYLaca調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子ORmRNAZmRNAYmRNAa阻遏蛋白（無(wú)活性）mRNA基因表達(dá)第41頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)控制阻遏物的濃度1).產(chǎn)物阻遏作用是由酶催化作用的產(chǎn)物或者代謝途徑的末端產(chǎn)物引起的阻遏作用。對(duì)于受代謝途徑末端產(chǎn)物阻遏的酶，可以通過控制末端產(chǎn)物的濃度的方法使阻遏解除（移去；少加）。在培養(yǎng)基中添加抑制劑抑制尾產(chǎn)物形成的其它相關(guān)酶類去阻止尾產(chǎn)物形成的采用營(yíng)養(yǎng)缺陷型突變菌株（調(diào)控基因，操縱基因突變）,該菌種酶不再受該產(chǎn)物阻遏(通常用類似結(jié)構(gòu)底物培養(yǎng)法)。第42頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月阻遏.無(wú)活性阻遏蛋白無(wú)活性阻遏蛋白加輔阻遏劑阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)阻遏蛋白(無(wú)活性)酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)代謝產(chǎn)物第43頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月L-谷氨酸N-乙酰谷氨酸N-乙酰--谷氨酰磷酸N-乙酰谷氨酸--半醛-N-乙酰鳥氨酸L-鳥氨酸瓜氨酸精氨酸N-乙酰谷氨酸激酶（-）鳥氨酸轉(zhuǎn)氨甲?；浮恋?4頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了減少或者解除分解代謝物阻遏作用，應(yīng)當(dāng)控制培養(yǎng)基中葡萄糖等容易利用的碳源的濃度，防止分解代謝物過多而積累。采用其他較難利用的碳源，如淀粉等采用補(bǔ)料、分次流加碳源添加一定量的環(huán)腺苷酸（cAMP）(2)控制阻遏物的濃度2).分解代謝物阻遏作用是由分解代謝物（葡萄糖等和其它容易利用的碳源等物質(zhì)經(jīng)過分解代謝而產(chǎn)生的物質(zhì)）引起的阻遏作用。第45頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

代謝物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基因表達(dá)CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCGP(CAP)OCAP結(jié)合部位

RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系

cAMP

CGP：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）

CAP：環(huán)腺苷酸受體蛋白（cycilicAMPreceptorprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)幫助聚合酶結(jié)合第46頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月產(chǎn)酶促進(jìn)劑是指可以促進(jìn)產(chǎn)酶、但是作用機(jī)理未闡明清楚的物質(zhì)。產(chǎn)酶促進(jìn)劑對(duì)不同細(xì)胞、不同酶的作用效果各不相同，現(xiàn)在還沒有規(guī)律可循，要通過試驗(yàn)確定所添加的產(chǎn)酶促進(jìn)劑的種類和濃度。例如，添加一定量的植酸鈣鎂，可使霉菌蛋白酶或者桔青霉磷酸二酯酶的產(chǎn)量提高1～20倍；添加聚乙烯醇（Polyvinylalcohol）可以提高糖化酶的產(chǎn)量。(4)添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑

第47頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第五節(jié)發(fā)酵產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)酶生物合成的模式酶生產(chǎn)過程中細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)酶生產(chǎn)過程中產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)GoGoGo酶生產(chǎn)過程中底物消耗動(dòng)力學(xué)Go第48頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月細(xì)胞在一定條件下培養(yǎng)生長(zhǎng)，其生長(zhǎng)過程一般經(jīng)歷調(diào)整期、生長(zhǎng)期、平衡期和衰退期等4個(gè)階段通過分析比較細(xì)胞生長(zhǎng)與酶產(chǎn)生的關(guān)系,可以把酶生物合成的模式分為4種類型。即同步合成型，延續(xù)合成型，中期合成型和滯后合成型。

一酶生物合成的模式第49頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月同步合成型酶的生物合成與細(xì)胞生長(zhǎng)同步進(jìn)行的一種酶生物合成模式。該類型酶的生物合成速度與細(xì)胞生長(zhǎng)速度緊密聯(lián)系，又稱為生長(zhǎng)偶聯(lián)型。屬于該合成型的酶，其生物合成伴隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)而開始；在細(xì)胞進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)期時(shí)，酶大量生成；當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期后，酶的合成隨著停止。大部分組成酶的生物合成屬于同步合成型，有部分誘導(dǎo)酶也按照此種模式進(jìn)行生物合成。細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml總細(xì)胞濃度活細(xì)胞濃度胞外酶濃度胞內(nèi)酶濃度第50頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月延續(xù)合成型

酶的生物合成在細(xì)胞的生長(zhǎng)階段開始，在細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期后，酶還可以延續(xù)合成一段較長(zhǎng)時(shí)間。屬于該類型的酶可以是組成酶，也可以是誘導(dǎo)酶。例如，在黑曲霉在以半乳糖醛酸或果膠為單一碳源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，可以誘導(dǎo)聚半乳糖醛酸酶細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml以半乳糖醛酸為誘導(dǎo)物以含有葡萄糖的果膠為誘導(dǎo)物第51頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月中期合成型

該類型的酶在細(xì)胞生長(zhǎng)一段時(shí)間以后才開始，而在細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期以后，酶的生物合成也隨著停止。

例如，枯草桿菌堿性磷酸酶（Alkalinephophatase，EC3.1.3.1)的生物合成模式屬于中期合成型。這是由于該酶的合成受到其反應(yīng)產(chǎn)物無(wú)機(jī)磷酸的反饋?zhàn)瓒?，而磷又是?xì)胞生長(zhǎng)所必不可缺的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，培養(yǎng)基中必須有磷的存在。這樣，在細(xì)胞生長(zhǎng)的開始階段,培養(yǎng)基中的磷阻遏堿性磷酸酶的合成，只有當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)一段時(shí)間，培養(yǎng)基中的磷幾乎被細(xì)胞用完（低于0.01mmol/L）以后，該酶才開始大量生成。又由于堿性磷酸酶所對(duì)應(yīng)的mRNA不穩(wěn)定，其壽命只有30min左右，所以當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入平衡期后，酶的生物合成隨著停止。細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml第52頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月滯后合成型

此類型酶是在細(xì)胞生長(zhǎng)一段時(shí)間或者進(jìn)入平衡期以后才開始其生物合成并大量積累。又稱為非生長(zhǎng)偶聯(lián)型。許多水解酶的生物合成都屬于這一類型。

屬于滯后合成型的酶，之所以要在細(xì)胞生長(zhǎng)一段時(shí)間甚至進(jìn)入平衡期以后才開始合成，主要原因是由于受到培養(yǎng)基中存在的阻遏物的阻遏作用。只有隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)，阻遏物幾乎被細(xì)胞用完而使阻遏解除后，酶才開始大量合成。若培養(yǎng)基中不存在阻遏物，該酶的合成可以轉(zhuǎn)為延續(xù)合成型。該類型酶所對(duì)應(yīng)的mRNA穩(wěn)定性很好，可以在細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期后的相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行酶的生物合成。黑曲霉羧基蛋白酶生物合成放線菌素D對(duì)產(chǎn)酶的影響細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml酶濃度U/ml酶濃度U/ml30℃22℃不加加入不加加入第53頁(yè)，課件共58頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月理想的酶合成模式酶所對(duì)應(yīng)的mRNA的穩(wěn)定性以及培養(yǎng)基中阻遏物的存在是影響酶生物合成模式的主要因素。其中，mRNA穩(wěn)定性好的，可以在細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期以后，繼續(xù)合成其所對(duì)應(yīng)的酶；mRNA穩(wěn)定性差的，就隨著細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期而停止酶的生