第三章酶的生物合成精要.ppt

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 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 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 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 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 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） 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。 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 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 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导地位，是酶生物合成中最重要的调节 操纵子 操纵子（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）。 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