酶的生物合成.ppt

分解代谢物阻遏作用某些物质（主要指葡萄糖和其他容易利用的碳源等）分解代谢的产物阻遏某些酶（特别是参与分解代谢的酶）生物合成的现象称为分解代谢物阻遏作用，也称葡萄糖效应分解代谢物阻遏作用之所以产生，一是由于葡萄糖等的分解代谢引起ATP浓度上升，消耗胞内cAMP；二是当葡萄糖等作为唯一碳源时，葡萄糖的降解物对腺苷酸环化酶活性有抑制作用，降低cAMP的生成第30页，共69页，星期日，2025年，2月5日机制葡萄糖等易利用碳源经过分解代谢放出能量有一部分储存在ATP中。ATP是由AMP和ADP通过磷酸化作用生成的。这样细胞内ATP的浓度增加，使AMP的浓度降低，存在于细胞内的cAMP就通过磷酸二酯酶的作用水解生成AMP。cAMP的浓度降低，cAMP-CAP复合物减少，RNA聚合酶也就无法结合到其启动基因的相应位点上，故转录不能进行，酶的生物合成受到阻遏随着细胞的生长和新陈代谢的不断进行，ATP被消耗而浓度降低，细胞内ADP及AMP浓度增加，cAMP的生成增加，当cAMP浓度增加到一定水平时，cAMP-CAP复合物结合到启动基因的特定位点上，RNA聚合酶也随之结合到相应的位点上，酶的生物合成才可能进行（但诱导酶还同时需诱导物存在）第31页，共69页，星期日，2025年，2月5日打破酶合成调节机制限制，提高酶产量通过条件控制（包括添加诱导物和降低阻遏物浓度）提高酶产量通过基因突变和基因重组提高酶产量其他方法第32页，共69页，星期日，2025年，2月5日通过条件控制提高酶产量添加诱导物：只适宜诱导酶的合成，其关键在于选择的诱导物及浓度。诱导物包括：1）酶的作用底物；2）一些难代谢的底物类似物；3）酶催化产物；4）诱导物前体物质降低阻遏物浓度：阻遏作用有产物阻遏和分解代谢物阻遏两种。产物阻遏是由酶催化作用的产物或者代谢途径末端产物引起的阻遏作用，而分解代谢物阻遏作用则是由葡萄糖和其他容易利用的碳源等物质经分解代谢而产生的物质引起的阻遏作用第33页，共69页，星期日，2025年，2月5日减少或解除分解代谢物阻遏作用措施尽量不用葡萄糖等容易被利用碳源，而采用其他较难利用的碳源采取补料流加以及分次流加碳源的方法，将碳源的浓度控制在较低水平，避免阻遏现下发生，以利于提高酶产量在分解代谢物阻遏存在下，添加一定量的cAMP，可以解除或减少分解代谢物阻遏作用，若同时有诱导物存在，即可迅速提高酶产量第34页，共69页，星期日，2025年，2月5日解除产物阻遏作用措施在培养基中添加尾产物类似物，避免尾产物大量生成采用尾产物的营养缺陷型菌株发酵产酶，通过外加该营养物质，人为控制其营养物质处于亚适量状态直接去除尾产物在培养基中添加阻止尾产物形成的抑制剂，以减少阻遏物积累第35页，共69页，星期日，2025年，2月5日通过基因突变和基因重组提高酶产量途径使诱导型菌株变成组成型菌株，即获得的突变株不管诱导物是否存在，酶都能正常合成，这种菌体称为组成型突变体使阻遏型菌株变成去阻遏型菌株（抗阻遏菌株），即获得的突变株在有阻遏的条件下，酶产量达到无阻遏的水平。也可通过基因工程等手段增加细胞内基因拷贝数，提高酶产量第36页，共69页，星期日，2025年，2月5日其他方法提高酶产量添加表面活性剂：表明活性剂能提高细胞膜透性，利于胞外酶的分泌，有助于打破细胞内酶合成的“反馈平衡”，提高酶产量添加其他产酶促进剂第37页，共69页，星期日，2025年，2月5日3.4酶发酵动力学是研究发酵过程中速率及其影响科学的因素，包括：细胞生长动力学反应基质消耗动力学酶生成动力学。通过这些研究来了解酶的生物合成模式，优化控制发酵工艺条件，从而提高酶产量。第38页，共69页，星期日，2025年，2月5日数学模型建立细胞生长、繁殖和代谢是一个复杂的生物化学过程，细胞培养体系具有多相、多组分、非线性的特点。因此，要对细胞体系进行动力学模型研究，首先要对细胞培养体系进行合理的简化，在简化的基础上建立过程的物理模型，再据此推导出数学模型。第39页，共69页，星期日，2025年，2月5日细胞体系的均衡生长模型是在进行细胞体系的动力学研究时，把细胞在培养液中的生长视为均衡生长，也即是对细胞群体的动力学行为的描述，不考虑细胞之间的差别，把菌体视为单组分，细胞内各种成分均以相同的比例增加，并在此基础上来进行动力学研究。第40页，共69页，星期日，2025年，2月5日3.4.1酶生物合成的模式细胞在一定条件下分批培养，其生长过程一般经历四个时期：调整期、生长期、平衡期和衰颓期。根据酶生产与细胞生长的关系，把酶的生物合成分成四种类型：同步合成型、延续合成型、中期合成型和滞