第二章 酶的生物合成与发酵生产 课件.pptVIP

RNA合成过程 RNA链的延伸图解 蛋白质的合成过程 （大肠杆菌） （一）基因调控理论  Jacob and Monod的操纵子学说（operon theory） 　 调节基因(regulator gene)： 可产生一种组成型调节蛋白(regulatory protein) （一种变构蛋白），通过与效应物(effector) （包括诱导物和辅阻遏物）的特异结合而发生变构作用，从而改变它与操纵基因的结合力。 调节基因常位于调控区的上游。 2.末端产物阻遏 由某代谢途径末端产物的过量累积引起的阻遏。 酶合成阻遏的现象： 实验： （1）大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时， 检测到细胞内有色氨酸合成酶的存在； （2）在上述培养基中加入色氨酸，检测发现细胞内色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。 （3）表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，体现了菌体生长的经济原则:不需要就不合成。 色氨酸操纵子——酶的阻遏 酶的诱导和阻遏操纵子模型 3.分解代谢物阻遏 指细胞内同时有两种分解底物（碳源或氮源）存在时，利用快的那种分解底物会阻遏利用慢的底物的有关酶合成的现象。 分解代谢物的阻遏作用，并非由于快速利用的甲碳源本身直接作用的结果，而是通过甲碳源（或氮源等）在其分解过程中所产生的中间代谢物所引起的阻遏作用。 分解代谢物阻遏现象： 实验：细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，产生了两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的“二次生长现象”(diauxie或biphasic growth）。 分解代谢物阻遏 第二节 酶发酵动力学 一、细胞生长动力学 在分批培养(batch culture)过程中，细胞生长一般要经历延迟期、指数生长期、减速期、静止期和衰亡期5个阶段。 营养物浓度（生长限制基质浓度）和生长速率之间的动力学关系：Monod模型 μ:比生长速率（1/h） （specific growth rate） μmax：最大比生长速率（1/h） S：营养物浓度（生长限制基质浓度） 克/L Ks：莫诺德常数或饱和常数或营养物利用常数 克/L，或 mol/L 植物、动物、微生物细胞的特性比较 酶发酵生产的一般工艺流程 第四节 动、植物细胞培养产酶 与微生物细胞相比，动物细胞和植物细胞具有各自不同的特性，需采用各自不同的培养工艺。 动物细胞模式图 植物细胞结构 疫苗、激素、单克隆抗体、酶等 醇、有机酸、氨基酸、抗生素、核苷酸、酶等 色素、药物、香精、酶等 主要产物 非常敏感 大多数不敏感 敏感 对剪切力 不要求 不要求 大多数要求 光照要求 复杂 简单 简单 营养要求 ﹥15 0.3-6 ﹥12 倍增时间/h 10～100 1～10 200～300 细胞大小/um 动物细胞 微生物细胞 植物细胞 细胞种类 三者之间的差异主要有： 植物细胞动物细胞微生物细胞。 动物细胞、植物细胞的生产周期比微生物长。 植物细胞和微生物细胞的营养要求较简单。 植物细胞的生长以及次级代谢物的生产要求一定的光照。 植物细胞和动物细胞对剪切力敏感。 植物、微生物和动物细胞的主要目的产物各不相同。 一、植物细胞培养产酶 1.植物细胞培养的特点 2.培养基特点 应用最广的是MS培养基和LS培养基 MS培养基是1962年由Murashinge和Skoog为烟草细胞培养而设计的培养基。LS培养基是在其基础上演变而来的。 3.培养方法：——悬浮细胞培养 ①细胞株的建立；外植体与愈伤组织 ②扩大培养； ③大罐培养； 外植体： 从植株取出，经过预处理后，用于植物组织培养的植物组织（包括根、茎、叶、芽、花、果实、种子等）的片段或小块。 愈伤组织： 将上述外植体植入诱导培养基中，于25℃左右培养一段时间，从外植体的切口部位长出小细胞团。 水稻的外植体（幼胚）和愈伤组织 外植体 愈伤组织 4. 培养条件的影响与控制 （1）温度 （2）pH （3）通气与搅拌 （4）光照的控制 （5）前体的添加（饲喂） （6）诱导子（elicitors）的应用 5.植物细胞培养产酶实例 以大蒜细胞培养生产超氧化物歧化酶（SOD）为例 (1)大蒜愈伤组织的诱导 选取结实、饱满、无病虫害的大蒜蒜瓣，去除外皮，先用70%乙醇消毒20s，再用0.1%升汞消毒10min，然后无菌水漂洗3次。 在无菌条件下，切成0.5cm3的小块，植入含有3mg/L 2,4-D和1.2mg/L 6-BA 的半固