第2章微生物发酵产酶.doc

酶工程电子教案 第二章 微生物发酵产酶 ◆酶的生物合成：酶在生物体内合成的过程。 ◆酶的发酵生产：经过预先设计，通过人工操作，利用微生物的生命活动，获得所需的酶的技术过程。 ◆大多数酶的生产采用发酵生产→原因：微生物具有种类多、繁殖快、易培养、代谢能力强等特点 ◆优良的产酶微生物具备的条件： （1）酶的产量高； （2）产酶稳定性好； （3）容易培养和管理； （4）利于酶的分离纯化； （5）安全可靠、无毒性等。 ◆酶的发酵生产的方式： 固体培养发酵 液体深层发酵 固定化微生物细胞发酵 固定化微生物原生质体发酵 1. 酶生物合成的基本理论 ◆蛋白类酶和核酸类酶→酶的生物合成主要是指细胞内RNA和蛋白质的合成过程 ◆合成过程: 酶的基因（DNA）→（转录）→RNA →（翻译）→多肽链→（加工、组装）蛋白质 1.1 RNA 的生物合成—转录（参考相应的生物??学与分子生物学课程知识） 1.2 蛋白质的生物合成—翻译（参考相应的生物化学与分子生物学课程知识） 1.3酶生物合成的调节 ◆组成型酶（Constitutive enzyme）：生物细胞中合成的酶的量比较恒定，这些酶的合成速率影响不大。如DNA聚合酶、RNA聚合酶、糖酵解途径的各种酶等。 ◆适应型酶（Adaptive enzyme）或调节型酶（Regulated enzyme）：生物细胞中合成的酶的含量却变化很大，其合成速率明显受到环境因素的影响。如大肠杆菌β-半乳糖苷酶。 ◆生物体为了适应环境的变化，使代谢过程有条不紊地进行，需要根据各种条件的变化，对各种适应型酶的生物合成进行调节控制。 ◇转录水平的调节 ◇转录产物的加工调节 ◇翻译水平的调节 ◇翻译产物的加工调节和酶降解的调节等 ◆转录水平的调节对酶的生物合成是最重要的调节 1.3.1原核生物中酶生物合成的调节机制 ◆原核生物中酶生物合成的调节主要是转录水平的调节 ◆雅各（Jacob）和莫诺德（Monod）于1960年提出的操纵子学说（Operon theory）来阐明的。 ◇操纵子学说概述 启动基因（Promoter gene）：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 AMP, cAMP）与CAP组成的复合物 ( cAMP-CAP) 的结合位点。 操纵基因（Operator gene）：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。 调节基因（Regulator gene）: 产生一种阻遏蛋白。阻遏蛋白是一种由多个亚基组成的变构蛋白，它可以通过与某些小分子效应物（诱导物或阻遏物）的特异结合而改变其结构，从而改变它与操纵基因的结合力。当阻遏蛋白与操纵基因结合时，由于空间排挤作用，RNA聚合酶就无法结合到启动基因的位点上，也无法进行结构基因的位置进行转录，酶的生物合成也就无法进行。 结构基因（Strutural 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。 ◆操纵子（Operon）：是基因表达和控制的一个完整单元，其中包括结构基因，调节基因，操纵基因和启动基因。 ◇诱导型操纵子（Inducible operon）—大肠杆菌乳糖操纵子 ◇阻遏型操纵子（Repressible operon）—色氨酸操纵子 ( Trp operon ) (1) Trp作为辅阻遏物(corepressor) (2)阻遏物和 RNA pol 在P,O重叠区产生竞争性抑制； (3)阻遏物的阻遏能力低，是LacR的1/千； (4)trpO调节合成代谢，存在衰减作用。 色氨酸阻遏 衰减子作用 ◇分解代谢物阻遏作用：是指某些物质（主要是指葡萄糖和其它容易利用的碳源等）经过分解代谢产生的物质阻遏某些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。（葡萄糖效应、二次生长现象 ） （1）乳糖操纵子的启动基因内，除RNA聚合酶结合位点外，还有一个称为CAP-cAMP复合物的结合位点 （2）cAMP 是环腺苷酸，CAP是降解物基因活化蛋白（又称为cAMP受体蛋白，CRP），当CAP与cAMP结合后，就会被活化。 （3）CAP-cAMP复合物又会激活启动基因，并使RNA 聚合酶与启动基因结合。 （4）乳糖与葡萄糖同时存在时，因为分解葡萄糖的酶类属于组成酶，能迅速地将葡萄糖降解成某种中间产物（X），X既会阻止ATP环化形成cAMP，同时又会促进cAMP分解成AMP，从而降低了cAMP的浓度，继而阻遏了与乳糖降解有关的诱导酶合成。 1.3.2 真核生物酶生物合成的调节 ◆目前为止，还没有统一的理论和模型来阐述真核生物酶