酶工程_03-动植物细胞培养产酶-2012.ppt

酶 工 程Enzyme Engineering 第 三 课 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 The production of Enzyme by Culturing of Animal or Plant Cells 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 概述 动物细胞 无细胞壁，容易贴壁 对营养要求严格（血清培养基） 对环境敏感（pH、溶氧、温度、剪切应力） 植物细胞 有细胞壁，但比微生物的细胞壁脆弱 营养要求较动物细胞简单 生长缓慢，培养周期长，要达到高密度较困难 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 概述 植物细胞、动物细胞、微生物细胞培养的比较 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 概述 植物细胞与动物细胞、微生物细胞培养的比较 动物细胞、植物细胞和微生物细胞可以用相同方式培养 动物细胞、植物细胞的生产周期比微生物长 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 动物细胞 —— 蛋白疫苗、抗体、激素、酶（蛋白质或多肽） 植物细胞 —— 色素、香精、天然药物（小分子）、酶 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 本章主要内容 动植物细胞中酶生物合成的调节 植物细胞培养产酶 植物细胞及其培养特点 植物细胞培养及产酶的工艺控制 动物细胞培养产酶 动物细胞及其培养特点 动物细胞培养及产酶的工艺控制 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 动植物细胞中酶生物合成的调节 从基因到蛋白质 有关微生物细胞中酶合成的调节理论也基本适用于动植物细胞 动植物细胞具有比微生物更多的调节方式 转录水平调节 翻译水平调节 激素水平、神经水平调节 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 动植物细胞中酶生物合成的调节 细胞分化改变酶的生物合成 —— 端粒（telomere） 端粒是真核生物染色体的末端结构 由富含 G、T 的 DNA 简单重复序列不断重复而成 人端粒序列：……TTAGGG…… 保护真核生物染色体免遭破坏 牺牲自我，填补 DNA 复制后在 5’-端留下的空隙 端粒随细胞年龄的增长而逐渐缩短 端粒酶（telomerase）—— 催化端粒合成和延长 核糖核蛋白，其中的 RNA 部分含核苷酸模板序列，可构建端粒重复序列 端粒酶一般存在于分化程度较低的细胞中 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 动植物细胞中酶生物合成的调节 基因扩增加速酶的合成 通过增加基因的数量调节基因表达，可以发生在个体发育某一阶段或细胞分化某一过程 细胞的一种应急方式 基因扩增可以由 选择压力 引起 耐药性细胞的抗药性产生 例：CHO 细胞为对抗氨甲基喋呤对二氢叶酸还原酶的抑制，编码这种酶的基因急剧扩增 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 动植物细胞中酶生物合成的调节 增强子促进酶的生物合成 增强子（modulator）—— 能高效增强或促进基因转录的一段DNA 序列 增强子能促进同源或异源启动基因的转录活性，可高效增强某些酶基因的表达 具有细胞或组织特异性，在不同细胞或组织中增强效果不同 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 动植物细胞中酶生物合成的调节 抗原诱导抗体酶的生物合成 抗体酶（abzyme）：催化性抗体，是具有生物催化功能的抗体分子，是人工改造的对抗体可变区赋予催化特性的特殊抗体 修饰法 在抗体与抗原结合部位引进催化基团 诱导法（主要方法） 半抗原诱导 酶蛋白诱导 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 植物细胞培养产酶 1902 年，Haberlandt 首次提出分离植物单细胞并培养成植株的设想 植物细胞的全能性 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 植物细胞培养产酶 植物细胞培养产酶种类 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 植物细胞培养产酶 植物细胞结构 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 植物细胞培养产酶 植物细胞的主要特点 体积较大：比动物细胞和微生物细胞都大 细胞生长速率和代谢速率低于微生物细胞，生长周期长 营养要求较动物细胞简单 细胞生长及合成次级代谢产物需要光照 条件 对剪切力较敏感 主要用于产天然产物、色素、香精等有机物（次级代谢物） 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 植物细胞培养产酶 植物细胞培养的优势 提高目标物的产率 缩短生产周期 木瓜蛋白酶：木瓜生长期 8 个月，木瓜细胞培养约 1 个月 易于管理，不受自然因素控制 可以提高产物质量 通过严格的培养条件控制，减少植株病虫害和污染 缺点 培养条件要求高 —— 光照、剪切力影响显著 植物细胞生长缓慢 —— 相对于微生物 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 植物细胞培养产酶 植物体外培养 胚培养、器官培养、愈伤组织培养、细胞培养 动 植 物 细 胞 培 养 产 酶 植物细胞培养产酶 植物细胞培养 —— 外植体选择和处理 外植体（explant） 从植株取出，经预处理后用