[生物学]酶工程_02-微生物发酵产酶.ppt

酶 工 程Enzyme Engineering 第 二 课 微 生 物 发 酵 产 酶 The Production of Enzyme by Fermentation of Microorganism 微 生 物 发 酵 产 酶 概述 酶的发酵生产 经预先设计，通过人工操作控制，利用细胞的生命活动，获得人们所需的酶的过程 前提 —— 选育到性能优良的产酶微生物 生产方式 固体培养 —— 霉菌 液体深层发酵 —— 现代发酵工业的主要方式 固定化培养 —— 固定化细胞、固定化原生质体 微 生 物 发 酵 产 酶 本章主要内容 微生物细胞中酶生物合成的调节 产酶微生物的特点以及酶发酵生产常用的微生物 发酵工艺条件及控制 酶发酵动力学概述 固定化细胞发酵产酶 固定化原生质体发酵产酶 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的基本理论 酶是蛋白质 —— 如何获得蛋白？—— 蛋白生物合成 从基因到蛋白质：遗传信息的传递 —— 中心法则 要生物合成一个酶，首先应知道这个酶对应的基因 生成的多肽链必须经过正确的加工修饰，并正确折叠，才能生成有活性的酶 转录和翻译中的生物调节作用 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的过程 RNA的合成 —— 转录 以DNA为模板，以核苷三磷酸（dNTP）为底物，在RNA聚合酶的作用下，生成RNA的过程 起始 ? 延伸 ? 终止 转录后修饰：切除非编码区，碱基修饰，获得成熟的mRNA 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的过程 肽链的合成 —— 翻译 以mRNA为模板，以氨基酸为底物，在核糖体上通过各种tRNA、酶和辅助因子，合成多肽链的过程 氨基酸活化生成氨酰-tRNA 肽链合成起始 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的过程 肽链的合成 —— 翻译 肽链延伸 肽链合成的终止 肽链翻译后加工 Met/fMet切除 —S—S— 肽链折叠 …… 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的调节 组成型酶（constitutive enzyme） 在细胞中的量比较恒定，环境因素对这类酶的合成速率影响不大 适应型酶（adaptive enzyme） 在细胞中含量变化很大，其合成速率受环境因素影响显著 在所有的生物中，转录水平的调节控制，即基因的调节控制对酶的生物合成至关重要 原核生物中酶生物合成的调节主要发生在转录水平 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的调节 操纵子学说（operon theory） 与生物合成相关的四个基因 调节基因 (regulator gene) 启动基因 (promoter gene) 操纵基因 (operator gene) 结构基因 (structural gene) 调节的主要原理 调节基因 ? 阻遏蛋白 ? 结合效应物 ? 结构变化 ? 亲和力变化 阻遏蛋白与操纵基因结合，产生空间排斥作用，妨碍RNA聚合酶与启动基因结合，阻碍RNA的转录 效应物结合阻遏蛋白之后，阻遏蛋白结构改变，不能结合操纵基因，RNA聚合酶可以结合启动位点，进行转录 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的调节 操纵子学说 启动基因有两个位点： (1) RNA聚合酶结合位点 (2) cAMP-CAP复合物结合位点 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的调节 操纵子学说（operon theory） 操纵子 —— 结构基因 + 操纵基因 + 启动基因 诱导型操纵子（inducible operon） 诱导物激发基因大量表达 乳糖操纵子（Lac operon） 阻遏型操纵子（repressible operon） 阻遏物妨碍基因的正常表达 色氨酸操纵子（Trp operon） 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的调节 分解代谢物阻遏作用 某些物质（容易利用的碳源）经过分解代谢产生的物质阻遏某些诱导酶生物合成的现象 连锁效应 实质 —— cAMP通过启动基因调控酶的合成 解决 —— 添加cAMP，控制易用碳源的用量 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的调节 酶生物合成的诱导作用 加入某些物质（诱导物）使酶的生物合成开始或加速进行的现象 诱导物（inducer） 酶催化作用的底物或其底物类似物 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的调节 酶生物合成的反馈阻遏作用 即产物阻遏，是指酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受到阻遏的现象 阻遏物（repressor） 一般是酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物 阻遏物 + 阻遏蛋白 ? O基因 微 生 物 发 酵 产 酶 酶生物合成的模式（重点） 微生物细胞生长曲线（四阶段） 延迟期（调整期） 生长期（对数生长期） 平衡期 衰退期 酶的生物合成模式（四类） —— 根据酶产生与细胞生长的关系 同步合成型 延续合成型 中期合成型