酶工程微生物发酵产酶课件.ppt

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1、关于酶工程微生物发酵产酶现在学习的是第1页，共66页 第一节第一节 酶生物合成及调节酶生物合成及调节一、酶的生物合成一、酶的生物合成 遗传信息传递的中心法则遗传信息传递的中心法则转转录录传传递递给给RNA，再再由由RNA 蛋白质蛋白质翻译翻译转录转录逆转录逆转录复制复制复制复制DNARNA 现在学习的是第2页，共66页（一）（一）RNARNA的生物合成的生物合成-转录转录(transcription)(transcription)定义定义 以以DNADNA为模板，以核苷三磷酸为底物，在为模板，以核苷三磷酸为底物，在RNARNA聚合聚合酶（转录酶）的作用下，生成酶（转录酶）的作用下，生成RNAR

2、NA分子的过程。分子的过程。.现在学习的是第3页，共66页转录模板转录模板 启动子（启动子（promotor)终止子终止子(terminator)模板链（模板链（template strand）反意义反意义链链(antisense strand)编码链编码链(coding strand)有意义链有意义链(sense strand)DNADNA5533反意义链反意义链:指导转录作用的一条指导转录作用的一条DNADNA链链有意义链有意义链:无转录功能的一条无转录功能的一条DNADNA链链.现在学习的是第4页，共66页T C G A G T A CA G C T C A T GC G A G U A

3、 CG C A URNA聚合酶聚合酶有意义链有意义链反意义链反意义链RNAPPi555533GTPUTPCTPATPUTPRNA在在DNA模板上的生物合成模板上的生物合成333355现在学习的是第5页，共66页RNA的转录过程的转录过程(三步三步)1.1.起始起始2.2.延长延长3.3.终止终止 现在学习的是第6页，共66页 原核生物的原核生物的RNA聚合酶聚合酶(DDRP)E.coliE.coli的的RNARNA聚合酶是由四种亚基组成的五聚体（聚合酶是由四种亚基组成的五聚体（2 2 ）起始因子起始因子现在学习的是第7页，共66页RNARNA合成过程合成过程起始起始双链双链DNA局部解开局部解

4、开磷酸二酯磷酸二酯键形成键形成终止阶段终止阶段解链区到达基解链区到达基因终点因终点延长阶段延长阶段5 3 RNA 启动子启动子（promotor)终止子终止子(terminator)5 RNA聚合酶聚合酶 5 3 5 3 5 5 3 离开离开现在学习的是第8页，共66页RNARNA链的延伸图解链的延伸图解35RNA-DNA杂交螺旋杂交螺旋聚合酶的移动方向聚合酶的移动方向新生新生RNA复链复链解链解链有义链有义链模板链（反义链）模板链（反义链）延长部位延长部位现在学习的是第9页，共66页 定义定义 以以mRNAmRNA为模板，以氨基酸为底物，在核糖体上为模板，以氨基酸为底物，在核糖体上通过各种通

5、过各种tRNAtRNA、酶和辅助因子的作用，合成多肽、酶和辅助因子的作用，合成多肽链的过程。链的过程。（二）蛋白质的生物合成（二）蛋白质的生物合成（二）蛋白质的生物合成（二）蛋白质的生物合成-翻译翻译翻译翻译(translation)(translation)(translation)(translation)现在学习的是第10页，共66页酪酪555533AUGGUU UAC ACA酪氨酰酪氨酰-tRNA反密码反密码mRNA密码与反密码的碱基配对密码与反密码的碱基配对现在学习的是第11页，共66页AUG ACA55蛋蛋苏苏UGUGUU33受受 位位(A位位)给给 位位(P位位)大亚基大亚基小亚

6、基小亚基现在学习的是第12页，共66页 蛋白质的合成过程蛋白质的合成过程 （大肠杆菌）（大肠杆菌）氨基酸的活化氨基酸的活化 肽链合成的起始肽链合成的起始 肽链的延伸肽链的延伸 肽链合成的终止与释放肽链合成的终止与释放现在学习的是第13页，共66页氨基酸的活化与转运氨基酸的活化与转运氨基酸的活化与转运氨基酸的活化与转运反应式：反应式：AA +tRNA +ATPAA +tRNA +ATP氨酰氨酰-tRNA-tRNA合成酶合成酶氨酰氨酰-tRNA-tRNA+AMP+PPi+AMP+PPi 对于对于E.coliE.coli而言，肽链合成时的第一个氨而言，肽链合成时的第一个氨基酸都是甲酰甲硫氨酸（基酸都

7、是甲酰甲硫氨酸（fMetfMet）。）。现在学习的是第14页，共66页在核糖体上合成多肽（三阶段）在核糖体上合成多肽（三阶段）在核糖体上合成多肽（三阶段）在核糖体上合成多肽（三阶段）1 1、起始阶段、起始阶段2 2、延伸阶段、延伸阶段3 3、终止阶段、终止阶段现在学习的是第15页，共66页肽链合成的起始阶段肽链合成的起始阶段1.1.mRNAmRNA与小亚基结合：与小亚基结合：形成形成30S-mRNA-IF30S-mRNA-IF3 3复合物复合物2.2.AUGAUG与与fMetfMet-tRNAtRNA结合：结合：30S-mRNA-IF30S-mRNA-IF3 3 fMet-tRNA-IFfMe

8、t-tRNA-IF2 2-GTP-GTP fMet-tRNA fMet-tRNA正好位于正好位于mRNAmRNA的起始密码子上（的起始密码子上（AUGAUG）。）。3.3.大小亚基结合大小亚基结合IF130S30S起始复合物起始复合物现在学习的是第16页，共66页AUG ACA5533AUG ACA5533UACUACAUG ACA5533小亚基小亚基mRNAfMet-tRNA GTP大亚基大亚基GDP+Pi受位受位给位给位fMetfMet肽链合成的起始阶段肽链合成的起始阶段现在学习的是第17页，共66页肽链合成的延伸阶段肽链合成的延伸阶段1.1.进位进位:氨基酰氨基酰-tRNA-tRNA进入

9、受位进入受位;2.2.转肽转肽:形成肽键形成肽键,在转肽酶作用下在转肽酶作用下,给位与给位与 受位结合受位结合;3.3.移位移位:核蛋白体向核蛋白体向33端移动一个密码子的端移动一个密码子的 位置位置,空出受位空出受位,不断地进位、转肽、不断地进位、转肽、移位移位,使肽链延长。使肽链延长。现在学习的是第18页，共66页AUG ACA5533UACfMet苏苏UGUAUG ACA55UACfMet苏苏UGUGUUAUG ACA55UACfMet苏苏UGUGUUAUG ACA55fMet苏苏UGUGUU333333GTP GDP+PiGDP+PiGTP起始复合体起始复合体进位进位转肽转肽移位移位M

10、g+K+现在学习的是第19页，共66页肽链合成的终止阶段肽链合成的终止阶段1.1.出现终止密码并与终止因子结合出现终止密码并与终止因子结合;2.2.酯键水解酯键水解,多肽释放多肽释放;3.3.tRNA,mRNAtRNA,mRNA,大小亚基解离大小亚基解离.现在学习的是第20页，共66页AUG UAA55UACAUG UAA55UAC3333终终终终AUG UAA55UAC33终终5533UAC终终肽链肽链现在学习的是第21页，共66页二、酶生物合成的调节二、酶生物合成的调节二、酶生物合成的调节二、酶生物合成的调节定义：定义：通过调节酶合成的量来控制微生物代谢通过调节酶合成的量来控制微生物代谢速

11、度的调节机制，是在基因转录水平上进行的。速度的调节机制，是在基因转录水平上进行的。意义：意义：通过阻止酶的过量合成，节约生物合成通过阻止酶的过量合成，节约生物合成的原料和能量。的原料和能量。现在学习的是第22页，共66页 操纵子基因表达的协同单位操纵子操纵子结构基因结构基因（编码蛋白质（编码蛋白质,structural gene,S）控制部位控制部位操纵基因（操纵基因（operator gene,O）启动子（启动子（promotor gene,P）（一）基因调控理论（一）基因调控理论 Jacob and Monod的的操纵子学说（operon theoryoperon theoryoperon

12、 theoryoperon theory）现在学习的是第23页，共66页基因操纵子调节系统示意图基因操纵子调节系统示意图 调节基因调节基因 启动基因启动基因 操纵基因操纵基因 结构基因结构基因 DNA 转录转录 （-）RNA聚合酶聚合酶 （+）转录转录 翻译翻译 mRNA 翻译翻译 阻遏蛋白阻遏蛋白 蛋白质蛋白质 诱导剂诱导剂 控制区控制区 信息区信息区操纵子操纵子现在学习的是第24页，共66页 调节基因调节基因(regulator gene)(regulator gene)：可产生一种组成型可产生一种组成型调节蛋白调节蛋白(regulatory(regulatory protein)prot

13、ein)（一种（一种变构蛋白变构蛋白），通过与效应物，通过与效应物(effector)(effector)（包括诱导物和辅阻遏物）的特异结合而发生变构作用，（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。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。调节基因常位于调控区的上游。现在学习的是第25页，共66页 cAMP-CRP复合物的作用示意图 启动基因（启动基因（promotor genepromotor gene）（启动子）：）（启动子）：有两个位点：有两个位点：（1 1）RNARNA聚合酶的结合位点聚合酶的结合位点（2 2）cAMP-CAPcAM

14、P-CAP的结合位点。的结合位点。CAPCAP：分解代谢产物基因活化蛋白（：分解代谢产物基因活化蛋白（catabolite gene catabolite gene activator proteinactivator protein），又称环腺苷酸受体蛋白），又称环腺苷酸受体蛋白(cAMP(cAMP receptor proteinreceptor protein，CRPCRP）。）。只有只有cAMP-CRPcAMP-CRP复合物结合到启动子的位点上，复合物结合到启动子的位点上，RNARNA聚合聚合酶才能结合到其在启动子的位点上，酶的合成才能开始。酶才能结合到其在启动子的位点上，酶的合成才能

15、开始。现在学习的是第26页，共66页操纵基因（操纵基因（Operater geneOperater gene）:位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺位于启动基因和结构基因之间的一段碱基顺序，能特异性地与调节基因产生的变构蛋白结合，序，能特异性地与调节基因产生的变构蛋白结合，操纵酶合成的时机与速度。操纵酶合成的时机与速度。结构基因（结构基因（Structural geneStructural gene）:决定某一多肽的决定某一多肽的DNADNA模板，与酶有各自的对模板，与酶有各自的对应关系，其中的遗传信息可转录为应关系，其中的遗传信息可转录为mRNAmRNA，再翻译，再翻译为蛋白质。为蛋白质。

16、现在学习的是第27页，共66页(二二)酶合成调节的类型酶合成调节的类型 1.1.诱导诱导 (induction)(induction)组成酶：细胞固有的酶类。组成酶：细胞固有的酶类。诱导酶：是细胞为适应外来底物或其结构类似诱导酶：是细胞为适应外来底物或其结构类似 物而临时合成的一类酶。物而临时合成的一类酶。2.2.阻遏阻遏 (repression)(repression)分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏(catabolite repression)(catabolite repression)反馈阻遏反馈阻遏(feedback repression)(feedback repression)现在学

17、习的是第28页，共66页（三）酶合成的调节机制 1.酶合成的诱导加进某种物质，使酶生物合成开始或加速进行。酶合成诱导的现象：酶合成诱导的现象：已知分解利用乳糖的酶有：已知分解利用乳糖的酶有：-半乳糖苷酶；半乳糖苷酶；-半乳糖苷透过酶；硫代半乳糖苷转乙酰酶半乳糖苷透过酶；硫代半乳糖苷转乙酰酶。实验：实验：（1）大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述）大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述三种酶合成；三种酶合成；（2）大肠杆菌生长在乳糖培养基上时，细胞内有上述三）大肠杆菌生长在乳糖培养基上时，细胞内有上述三种酶合成；种酶合成；（3）表明菌体生物合成的经济原则：）表明菌体生物合成的经济原

18、则：需要时才合成需要时才合成。现在学习的是第29页，共66页调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因PLacZLacYLacamRNA 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）基基 因因 关关 闭闭启启动动子子ORPLacZLacYLaca调节调节基因基因操纵操纵基因基因乳糖结构基因乳糖结构基因启启动动子子ORmRNAZmRNAYmRNAa 阻遏蛋白阻遏蛋白（无活性）（无活性）基基 因因 表表达达mRNAA、乳糖操纵子的结构、乳糖操纵子的结构B、乳糖酶的诱导、乳糖酶的诱导 乳糖乳糖 阻遏蛋白阻遏蛋白（有活性）（有活性）诱诱导导现在学习的是第30页，共66页 2.2.末端产物阻遏末端

19、产物阻遏 由某代谢途径末端产物的过量累积引起的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：酶合成阻遏的现象：实验：实验：（1 1）大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时，）大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时，检测到细胞检测到细胞内有色氨酸合成酶的存在；内有色氨酸合成酶的存在；（2 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）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。的活性降低，直至消失。（3 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）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

20、则济原则:不需要就不合成不需要就不合成。现在学习的是第31页，共66页 色氨酸操纵子色氨酸操纵子酶的阻遏酶的阻遏调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因mRNAmRNA酶蛋白酶蛋白阻遏蛋白不能与操纵基因结合，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，结构基因表达结构基因表达调节基因调节基因操纵基因操纵基因结构基因结构基因辅阻遏物辅阻遏物代谢产物与阻遏蛋白结代谢产物与阻遏蛋白结合，使之构象发生变化合，使之构象发生变化与操纵基因结合，结构基与操纵基因结合，结构基因不能表达因不能表达 现在学习的是第32页，共66页3.3.分解代谢物阻遏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）存在指细胞内同时

21、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。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。阻遏作用。现在学习的是第33页，共66页分解代谢物阻遏现象：分解代谢物阻遏现象：实验：实验：细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优先细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长

22、，优先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，产生了利用葡萄糖。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两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的“二次生长现二次生长现象象”(diauxie(diauxie或或biphasic growthbiphasic growth）。）。这一现象又称葡萄糖效应，这一现象又称葡萄糖效应，产生的原因是由于葡萄糖降解物产生的原因是由于葡萄糖降解物阻遏了分解乳糖酶系的合成。阻遏了分解乳糖酶系的合成。此此调节基因的产物是环腺苷酸受调节基因的产物是环腺苷酸受体蛋白（体蛋白（CRPCRP）,亦称亦称降解物基因降解物基因活化蛋白（活化蛋白

23、（CAPCAP）。）。现在学习的是第34页，共66页分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基基 因因 表表达达CAP基因基因结构基因结构基因TCAPOCAP结合结合部位部位 RNA聚聚合酶合酶TcAMP-CAPP葡萄糖葡萄糖分解代分解代谢产物谢产物腺苷酸腺苷酸环化酶环化酶磷酸二酯磷酸二酯酶酶ATPcAMP5-AMP抑制抑制激活激活葡萄糖降解物与葡萄糖降解物与cAMP的关系的关系cAMPCAP：降解物基因活化蛋白（：降解物基因活化蛋白（catabolic gene activation protein）降低降低cAMP浓度浓度使使CAP呈失活

24、状态呈失活状态现在学习的是第35页，共66页三、提高酶产量的策略三、提高酶产量的策略（一）菌种选育（一劳永逸）（一）菌种选育（一劳永逸）1.1.诱变育种诱变育种 (1)使诱导型变为组成型使诱导型变为组成型选育组成型突变株选育组成型突变株(2)(2)使阻遏型变为去阻遏型使阻遏型变为去阻遏型 2.基因工程育种基因工程育种 现在学习的是第36页，共66页（二）条件控制（二）条件控制1.1.添加诱导物添加诱导物 酶的底物类似物最有效。酶的底物类似物最有效。2.2.降低阻遏物浓度降低阻遏物浓度 除去终产物除去终产物产物阻遏产物阻遏 添加阻止产物形成的抑制剂添加阻止产物形成的抑制剂 避免使用葡萄糖避免使用

25、葡萄糖分解代谢物阻遏分解代谢物阻遏 避免培养基过于丰富避免培养基过于丰富 添加一定量的添加一定量的cAMPcAMP现在学习的是第37页，共66页3.3.添加表面活性剂添加表面活性剂 离子型离子型 对细胞有毒害作用对细胞有毒害作用表面活性剂表面活性剂 TweenTween8080 非离子型非离子型 增加细胞通透性增加细胞通透性 TritonXTritonX1001004.4.添加产酶促进剂添加产酶促进剂现在学习的是第38页，共66页 第二节第二节 酶发酵动力学酶发酵动力学 一、细胞生长的阶段一、细胞生长的阶段 在分批培养在分批培养(batch culture)(batch culture)过程中

26、，细胞生长一过程中，细胞生长一般要经历调整期、生长期、平衡期和衰亡期般要经历调整期、生长期、平衡期和衰亡期4 4个阶段。个阶段。现在学习的是第39页，共66页细胞生长曲线细胞生长曲线 O-A 调整期调整期 A-B生长期生长期 B-D 平衡期平衡期 D-E 衰亡期衰亡期 现在学习的是第40页，共66页 二、产酶动力学二、产酶动力学 （一）（一）酶生物合成的模式酶生物合成的模式 根据酶的合成与细胞生长之间的关系，可将酶的生物合根据酶的合成与细胞生长之间的关系，可将酶的生物合成分为成分为4 4种模式，即：种模式，即：同步合成型同步合成型 生长偶联型生长偶联型 中期合成型中期合成型 部分生长偶联型部分

27、生长偶联型延续合成型延续合成型 非生长偶联型非生长偶联型 滞后合成型滞后合成型现在学习的是第41页，共66页1.1.同步合成型同步合成型 酶的生物合成与细胞生长同步。酶的生物合成与细胞生长同步。特点：特点：酶的合成可以诱导，但不受分解代谢物阻遏和反应酶的合成可以诱导，但不受分解代谢物阻遏和反应产物阻遏。产物阻遏。当去除诱导物、细胞进入平衡期后，酶的合成立即停止，当去除诱导物、细胞进入平衡期后，酶的合成立即停止，表明这类酶所对应的表明这类酶所对应的mRNAmRNA很不稳定。很不稳定。现在学习的是第42页，共66页2.2.中期合成型中期合成型生长偶联型中的特殊形式生长偶联型中的特殊形式酶的合成在细

28、胞生长一段时间后才开始，而在细胞生长进酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，而在细胞生长进入平衡期以后，酶的合成也随着停止入平衡期以后，酶的合成也随着停止。特点：特点：酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。所所对应的对应的mRNAmRNA是不稳定的。是不稳定的。枯草杆菌碱性磷酸酶合成曲线枯草杆菌碱性磷酸酶合成曲线 现在学习的是第43页，共66页3.3.延续合成型延续合成型（又称又称部分生长偶联型部分生长偶联型）酶的合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入平衡酶的合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入平衡期后，酶还可以延续合成较长一段时间。期后，酶还

29、可以延续合成较长一段时间。特点：特点：可受诱导，一般不受分解代谢物和产物阻遏。可受诱导，一般不受分解代谢物和产物阻遏。所对应的所对应的mRNAmRNA相当稳定。相当稳定。黑曲霉聚半乳糖醛酸酶合成曲线黑曲霉聚半乳糖醛酸酶合成曲线现在学习的是第44页，共66页4.4.滞后合成型滞后合成型（又称非生长偶联型又称非生长偶联型）只有当细胞生长进入平衡期以后，酶才开始合成并大量只有当细胞生长进入平衡期以后，酶才开始合成并大量积累。许多水解酶的生物合成都属于这一类型积累。许多水解酶的生物合成都属于这一类型。特点特点：受分解代谢物的阻遏作用。：受分解代谢物的阻遏作用。所对应的所对应的mRNAmRNA稳定性高。

30、稳定性高。黑曲霉酸性蛋白酶合成曲线黑曲霉酸性蛋白酶合成曲线 现在学习的是第45页，共66页总结：影响酶生物合成模式的主要因素 高：可在细胞停止生长后继 1）mRNA的稳定性 续合成酶 差：随着细胞停止生长而终 止酶的合成 2）培养基中阻遏物的存在 不受阻遏：随着细胞的生长而开始酶的合成。受阻遏：细胞生长一段时间或平衡期后，酶才开始 合成。现在学习的是第46页，共66页 酶生产中最理想的合成模式：酶生产中最理想的合成模式：延续合成型：延续合成型：发酵过程中没有生长期和产酶期的明显差别。发酵过程中没有生长期和产酶期的明显差别。细胞开始生长就有酶的产生，直至细胞生长进入平衡期后，细胞开始生长就有酶的

31、产生，直至细胞生长进入平衡期后，酶还可以继续生成一段时间。酶还可以继续生成一段时间。对于：对于：同步合成型：同步合成型：提高对应的提高对应的mRNAmRNA的稳定性，如降低发酵的稳定性，如降低发酵 温度温度 。滞后合成型：滞后合成型：尽量减少甚至解除分解代谢物阻遏，使尽量减少甚至解除分解代谢物阻遏，使 酶的合成提早开始。酶的合成提早开始。中期合成型：中期合成型：要在提高要在提高mRNAmRNA稳定性以及解除阻遏两方稳定性以及解除阻遏两方 面努力面努力。现在学习的是第47页，共66页(二二)产酶动力学产酶动力学一般产酶动力学方程可表达为：一般产酶动力学方程可表达为：式中式中 X X细胞浓度细胞浓

32、度(g/L)(g/L)细胞比生长速率细胞比生长速率(h(h-1-1)生长偶联的比产酶系数生长偶联的比产酶系数(IU/g)(IU/g)非生长偶联的比产酶速率非生长偶联的比产酶速率(IU/(g(IU/(g h)h)E E酶浓度酶浓度(IU/L)(IU/L)t t时间时间(h)(h)现在学习的是第48页，共66页生长偶联型生长偶联型部分生长偶联型部分生长偶联型 非生长偶联型非生长偶联型 现在学习的是第49页，共66页 一一.微生物发酵产酶方法微生物发酵产酶方法 1.1.固体培养固体培养:特别适合于霉菌培养特别适合于霉菌培养 2.2.液体深层发酵液体深层发酵:目前酶发酵生产的主要方式目前酶发酵生产的主

33、要方式 3.3.固定化细胞固定化细胞:需要特殊的固定化细胞反应器需要特殊的固定化细胞反应器 第三节第三节 微生物发酵产酶微生物发酵产酶现在学习的是第50页，共66页二二.微生物酶的类型微生物酶的类型 1.1.胞外酶：大多是水解酶（如淀粉酶、蛋白酶、胞外酶：大多是水解酶（如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、纤维素酶、果胶酶），是微生物为了利用环境中的大分子而释放到细胞果胶酶），是微生物为了利用环境中的大分子而释放到细胞外的，即使胞外浓度很高，胞内也能维持较低水平，受到的外的，即使胞外浓度很高，胞内也能维持较低水平，受到的调节控制少。调节控制少。2.2.胞内酶：指合成后仍留在细胞内发挥作用的酶，酶活胞内酶

34、：指合成后仍留在细胞内发挥作用的酶，酶活性和浓度受到中间产物和终产物的调控。性和浓度受到中间产物和终产物的调控。现在学习的是第51页，共66页三、产酶微生物的分离和选育三、产酶微生物的分离和选育 1.1.优良产酶菌种应具备的条件优良产酶菌种应具备的条件 （1 1）酶产量高）酶产量高 （2 2）易培养（生长速率高、营养要求低）易培养（生长速率高、营养要求低）（3 3）产酶性能稳定，不易退化）产酶性能稳定，不易退化 （4 4）易分离提纯）易分离提纯 （5 5）安全可靠（不是致病菌）安全可靠（不是致病菌）现在学习的是第52页，共66页2.2.常用的产酶微生物常用的产酶微生物 细菌：大肠杆菌；枯草芽胞

35、杆菌细菌：大肠杆菌；枯草芽胞杆菌 放线菌：链霉菌放线菌：链霉菌 霉菌：黑曲霉；米曲霉；根霉；木霉，青霉霉菌：黑曲霉；米曲霉；根霉；木霉，青霉 酵母：啤酒酵母；假丝酵母酵母：啤酒酵母；假丝酵母现在学习的是第53页，共66页 3.3.产酶微生物的分离和筛选产酶微生物的分离和筛选 1)1)样品的采集样品的采集:从富含该酶作用底物的场所采集样品从富含该酶作用底物的场所采集样品 2)2)富集培养富集培养:投其所好，取其所抗投其所好，取其所抗 3)3)分离获得微生物的纯培养（分离获得微生物的纯培养（pure culturepure culture）。）。4)4)初筛：选出产酶菌种，以多为主。初筛：选出产酶

36、菌种，以多为主。5)5)复筛：选出产酶水平相对较高的菌株，以质为主。复筛：选出产酶水平相对较高的菌株，以质为主。现在学习的是第54页，共66页 -淀粉酶的筛选淀粉酶的筛选现在学习的是第55页，共66页蛋白酶产生菌的获得方法蛋白酶产生菌的获得方法应应用用含含酪酪蛋蛋白白的的培培养养基基现在学习的是第56页，共66页酶发酵生产的一般工艺流程酶发酵生产的一般工艺流程 四、发酵工艺四、发酵工艺现在学习的是第57页，共66页细胞活化与扩大培养细胞活化与扩大培养1.1.保藏保藏2.2.活化活化3.3.扩大扩大培养基配制培养基配制1.1.碳源碳源主要从主要从营养要求营养要求和和代谢调节代谢调节方面考虑碳源的

37、选择方面考虑碳源的选择2.2.氮源氮源 有机氮源有机氮源 无机氮源无机氮源3.3.无机盐无机盐4.4.生长因素生长因素现在学习的是第58页，共66页pHpH控制控制不同细胞，最适不同细胞，最适pHpH不同不同细胞同时产多种酶，控制细胞同时产多种酶，控制pHpH改变酶产量比例改变酶产量比例随细胞生长、繁殖和产物积累，随细胞生长、繁殖和产物积累，pHpH往往会变化往往会变化温度控制温度控制产酶最适温度生长最适温度产酶最适温度生长最适温度现在学习的是第59页，共66页溶解氧控制溶解氧控制耗氧速率耗氧速率KoKo2 2=Qo=Qo2 2 CcCc 式中：式中：KoKo2 2 耗氧速率耗氧速率 QoQo

38、2 2 细胞呼吸强度细胞呼吸强度 Cc Cc 细胞浓度细胞浓度思考思考:溶氧速率溶氧速率?耗氧速率耗氧速率结论：结论：溶氧速率溶氧速率 稍高于稍高于 耗氧速率耗氧速率现在学习的是第60页，共66页调节溶解氧的方法：调节溶解氧的方法：调节通气量调节通气量调节氧分压（增加空气压力调节氧分压（增加空气压力/空气中氧含量）空气中氧含量）调节气液接触时间（反应器中增设挡板调节气液接触时间（反应器中增设挡板)调节气液接触面积（容器底部安装空气分配管）调节气液接触面积（容器底部安装空气分配管）改变培养液的性质改变培养液的性质 降低黏度降低黏度 消泡消泡现在学习的是第61页，共66页五五.固定化微生物细胞发酵

39、产酶固定化微生物细胞发酵产酶定义定义:采用各种方法固定在载体上采用各种方法固定在载体上,在一定空间范围内生在一定空间范围内生长、繁殖和新陈代谢的细胞。长、繁殖和新陈代谢的细胞。(一一)固定化细胞产酶特点（与游离酶比较）固定化细胞产酶特点（与游离酶比较）1.1.提高产酶率提高产酶率2.2.可反复使用很长时间可反复使用很长时间3.3.基因工程菌质粒稳定，不易丢失基因工程菌质粒稳定，不易丢失4.4.发酵稳定性好发酵稳定性好5.5.缩短发酵周期缩短发酵周期6.6.产品易分离纯化产品易分离纯化7.7.适用胞外酶生产适用胞外酶生产现在学习的是第62页，共66页(二二)工艺条件及控制（与游离酶基本工艺相同工

40、艺条件及控制（与游离酶基本工艺相同)1.1.固定化细胞预培养固定化细胞预培养2.2.溶解氧供给溶解氧供给 加大溶解氧的方法：加大溶解氧的方法：加大通气量加大通气量 改变载体或培养基成分改变载体或培养基成分3.3.温度控制温度控制4.4.培养基组分控制培养基组分控制现在学习的是第63页，共66页六六.固定化原生质体发酵产酶固定化原生质体发酵产酶定义：固定在载体上，在一定空间范围内进行生定义：固定在载体上，在一定空间范围内进行生 命活动的原生质体命活动的原生质体(一一)固定化原生质体特点固定化原生质体特点1.1.变胞内产物为胞外产物变胞内产物为胞外产物2.2.提高产酶量提高产酶量3.3.稳定性好稳定性好4.4.易分离纯化易分离纯化现在学习的是第64页，共66页(二二)工艺条件及控制工艺条件及控制需注意：需注意：1.1.需维持较高渗透压需维持较高渗透压2.2.防止细胞壁再生防止细胞壁再生3.3.保证原生质体浓度保证原生质体浓度现在学习的是第65页，共66页感感谢谢大大家家观观看看现在学习的是第66页，共66页