酶生产条件优化以以及常用酶应用PPT课件.ppt
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1、关于酶的生产条件的优化以及常关于酶的生产条件的优化以及常用酶的应用用酶的应用第一张,PPT共六十页,创作于2022年6月一、酶的生产方法一、酶的生产方法 n1、提取法提取法 (Extraction)酶作为生物催化剂普遍存在于动物、植物、微生物中,可酶作为生物催化剂普遍存在于动物、植物、微生物中,可以直接从生物体中分离提纯而获得,早期酶的生产多是以动植以直接从生物体中分离提纯而获得,早期酶的生产多是以动植物为主要原料提取而得。物为主要原料提取而得。动、植物等原料中提取。n例:胰脏胰蛋白酶、胰淀粉酶、胰脂肪酶;n 动物胃胃蛋白酶;n 动物小肠碱性磷酸酶;n 木瓜木瓜蛋白酶;n 菠萝皮菠萝蛋白酶;n
2、 柠檬酸发酵的废菌体果胶酶 等。第二张,PPT共六十页,创作于2022年6月n利用动物、植物细胞和组织培养方法来生产酶,由于周期较利用动物、植物细胞和组织培养方法来生产酶,由于周期较长、成本较高,也存在一定难度。长、成本较高,也存在一定难度。n50年代以来酶生产的主要方法。n80年代以来,植物细胞或动物细胞发酵。n主要方式:固态发酵和液体发酵法n2、发酵生产法、发酵生产法(Biosynthesis)第三张,PPT共六十页,创作于2022年6月1 1、氧化、氧化-还原酶还原酶(1 1)葡萄糖氧化酶)葡萄糖氧化酶(来源于霉菌)(来源于霉菌)(2 2)D D氨基酸氧化酶氨基酸氧化酶(来源于霉菌、肾脏
3、)(来源于霉菌、肾脏)(3 3)尿激酶)尿激酶(来源于酵母菌、肾脏)(来源于酵母菌、肾脏)(4 4)过氧化氢酶)过氧化氢酶(来源于细菌、霉菌、红血球)(来源于细菌、霉菌、红血球)(5 5)近氧化物酶)近氧化物酶(来源于植物)(来源于植物)2 2、转移酶、转移酶(1 1)转氨基酶)转氨基酶(来源于细菌、动物肝脏)(来源于细菌、动物肝脏)(2 2)核苷磷酸转移酶)核苷磷酸转移酶(来源于细菌)(来源于细菌)3 3、水解酶脂肪酶、水解酶脂肪酶(来源于细菌、霉菌、胰脏)(来源于细菌、霉菌、胰脏)5-5-磷酸二酯酶磷酸二酯酶(来源于霉菌)(来源于霉菌)淀粉酶淀粉酶(来源于细菌、霉菌、胰脏、麦芽)(来源于细
4、菌、霉菌、胰脏、麦芽)果胶酶果胶酶(来源于细菌、霉菌)(来源于细菌、霉菌)纤维素酶纤维素酶(来源于霉菌、蘑菇)(来源于霉菌、蘑菇)半纤维素酶半纤维素酶(来源于霉菌)(来源于霉菌)溶菌酶溶菌酶(来源于细菌、鸡卵白)(来源于细菌、鸡卵白)蜜二糖酶蜜二糖酶(来源于霉菌)(来源于霉菌)乳糖酶乳糖酶(来源于细菌、霉菌)(来源于细菌、霉菌)转化酶转化酶(来源于细菌、酵母)(来源于细菌、酵母)透明质酸酶透明质酸酶(来源于细菌、动物睾丸)(来源于细菌、动物睾丸)凝乳酶凝乳酶(来源于霉菌、小牛胃、羊胃)(来源于霉菌、小牛胃、羊胃)天冬酰胺酶天冬酰胺酶(来源于细菌)(来源于细菌)脲酶脲酶(来源于豆科植物)(来源于
5、豆科植物)青霉素酰化酶青霉素酰化酶(来源于细菌、霉菌)(来源于细菌、霉菌)氨基酰化酶氨基酰化酶(来源于细菌、霉菌、牛肾脏)(来源于细菌、霉菌、牛肾脏)橙皮苷酶橙皮苷酶(来源于霉菌)(来源于霉菌)蛋白酶蛋白酶(来源于霉菌、放线菌、动物内脏、植物瓜果)(来源于霉菌、放线菌、动物内脏、植物瓜果)第四张,PPT共六十页,创作于2022年6月4 4、裂合酶、裂合酶裂合酶天冬氨酸天冬氨酸-脱羧酶脱羧酶(来源于细菌)(来源于细菌)-酪氨酸酶酪氨酸酶(来源于细菌)(来源于细菌)延胡索酸酶延胡索酸酶(来源于细菌)(来源于细菌)谷氨酸脱羧酶谷氨酸脱羧酶(来源于细菌)(来源于细菌)5 5、异构酶、异构酶氨基酸消旋酶
6、氨基酸消旋酶(来源于细菌、霉菌、酵母)(来源于细菌、霉菌、酵母)葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶(来源于细菌、放线菌(来源于细菌、放线菌第五张,PPT共六十页,创作于2022年6月(1)酶的液体发酵生产一般过程)酶的液体发酵生产一般过程液体酶制剂生产流程图液体酶制剂生产流程图第六张,PPT共六十页,创作于2022年6月n微生物种类多、酶种丰富;n微生物生长繁殖快,酶易提取;n微生物培养基来源广泛、价格便宜;n酶发酵生产过程可实现规模化连续化。(2)微生物产酶的优点)微生物产酶的优点第七张,PPT共六十页,创作于2022年6月n3、化学合成法:、化学合成法:n60年代中期出现的新技术。n人工合成酶的方法
7、人工合成酶的方法 1969 年,美国首次用化学合成法得到含有124个氨基酸的核糖核酸酶。n要求氨基酸纯度高,合成成本高昂。至今停留在实验室阶段。n目前还受到试剂、设备条件的限制。目前还受到试剂、设备条件的限制。第八张,PPT共六十页,创作于2022年6月nn1 1 1 1、中心法则(中心法则(Central Dogma Central Dogma)二、酶的生物合成过程二、酶的生物合成过程Reverse transcription第九张,PPT共六十页,创作于2022年6月2、RNA的生物合成的生物合成(转录转录)-Transcription 在在RNARNA的合成中,的合成中,DNADNA的二
8、条链中仅有一条链可作为转录的模板,称为转录的不对称性。的二条链中仅有一条链可作为转录的模板,称为转录的不对称性。转录所需酶转录所需酶 依赖依赖DNADNA的的RNARNA聚合酶又称为转录酶。聚合酶又称为转录酶。原核生物的转录酶由原核生物的转录酶由1 1种种RNARNA聚合酶催化所有聚合酶催化所有RNARNA的生物合成。的生物合成。真核生物中真核生物中RNARNA聚合酶分别为聚合酶分别为RNARNA聚合酶聚合酶、RNARNA聚合酶聚合酶和和RNARNA聚合酶聚合酶33种,它们都属种,它们都属于寡聚酶,酶的亚基数目为于寡聚酶,酶的亚基数目为4 41010个,亚基种类有个,亚基种类有4 46 6种。
9、种。第十张,PPT共六十页,创作于2022年6月n过程过程:RNARNA聚合酶聚合酶 DNADNA启动基因启动基因,DNADNA双螺旋部分解开双螺旋部分解开,以其中,以其中一条链为模板一条链为模板,通过碱基互补方式结合进入第一个核苷酸,然后,通过碱基互补方式结合进入第一个核苷酸,然后,RNARNA聚合酶聚合酶移动移动,DNADNA逐渐解开,按逐渐解开,按模板碱基顺序逐个加入核苷酸并聚合成模板碱基顺序逐个加入核苷酸并聚合成多聚核苷酸链多聚核苷酸链。转录成的。转录成的RNARNA按结构和功能的不同分为按结构和功能的不同分为mRNA,tRNAmRNA,tRNA和和rRNArRNA。RNA聚合酶聚合酶
10、第十一张,PPT共六十页,创作于2022年6月nn3 3、翻译:、翻译:、翻译:、翻译:nn以以mRNAmRNA为为模模板板,以以氨氨基基酸酸为为底底物物,在在核核糖糖体体上上通通过过各各种种tRNAtRNA,酶和辅助因子,合成多肽。,酶和辅助因子,合成多肽。nn分四个过程:分四个过程:nnA A、氨基酸活化生成氨酰、氨基酸活化生成氨酰-tRNA-tRNA nnB B、肽链合成的起始、肽链合成的起始nnC C、肽链的延长、肽链的延长nnD D、肽链合成的终止、肽链合成的终止第十二张,PPT共六十页,创作于2022年6月nA、氨基酸活化生成氨酰-tRNAn氨基酸在氨酰-tRNA合成酶的作用下,与
11、特定的tRNA结合,由ATP供给能量;第十三张,PPT共六十页,创作于2022年6月A A ULeucineAC UAsparticAcidAUGThreonineTRANSFER RNAAMINO ACIDS第十四张,PPT共六十页,创作于2022年6月A A ULeucineAC UAsparticAcidAUGThreonineAmino acids combine with the tRNAs using the energy from the splitting of ADP.第十五张,PPT共六十页,创作于2022年6月A A ULeucineAC UAsparticAcidAUG
12、ThreonineAmino acids combine with the tRNAs using the energy from the splitting of ADP.第十六张,PPT共六十页,创作于2022年6月A A ULeucineAC UAsparticAcidAUGThreonineANTICODON第十七张,PPT共六十页,创作于2022年6月nnB B、肽链合成的起始:、肽链合成的起始:nn在在GTPGTP和起始因子参与下核糖体和起始因子参与下核糖体30S30S亚基、甲酰甲硫氨酰亚基、甲酰甲硫氨酰-tRNAF-tRNAF(fMet-tRNAFfMet-tRNAF)、)、mR
13、NA mRNA 和和 50S50S亚基结合组成起始复合物。亚基结合组成起始复合物。第十八张,PPT共六十页,创作于2022年6月nn30S30S与起始因子与起始因子IF3IF3结合;结合;30S30S与与mRNAmRNA结合形成结合形成30S-30S-IF3-mRNAIF3-mRNA复合物;复合物;fMet-tRNAFfMet-tRNAF与起始因子与起始因子IF2IF2以及以及GTPGTP结合;结合;n过程可分为五个阶段进行:第十九张,PPT共六十页,创作于2022年6月nn在起始因子在起始因子IF1IF1的参与下,的参与下,fMet-tRNAF-IF2-GTPfMet-tRNAF-IF2-G
14、TP与与30S-30S-IF3-mRNAIF3-mRNA结合生成结合生成30S30S起始复合物,起始复合物,fMet-tRNAFfMet-tRNAF正好位正好位于于mRNAmRNA的起始密码子的起始密码子AUGAUG上;上;第二十张,PPT共六十页,创作于2022年6月nn50S50S50S50S与与与与30 S30 S30 S30 S起始复合物结合,形成具有完整结构起始复合物结合,形成具有完整结构起始复合物结合,形成具有完整结构起始复合物结合,形成具有完整结构的的的的70S 70S 70S 70S 核糖体。同时放出核糖体。同时放出核糖体。同时放出核糖体。同时放出IF1 IF1 IF1 IF1
15、、IF2 IF2 IF2 IF2、IF3IF3IF3IF3并使并使并使并使GTPGTPGTPGTP水解生成水解生成水解生成水解生成GDPGDPGDPGDP和和和和PiPiPiPi;第二十一张,PPT共六十页,创作于2022年6月nnC C、肽链的延长:在延伸因子的参与下,与、肽链的延长:在延伸因子的参与下,与mRNAmRNA上的密码子对应的氨上的密码子对应的氨酰酰-tRNA-tRNA进入进入70S70S核糖体之中的核糖体之中的“A”A”位。位。第二十二张,PPT共六十页,创作于2022年6月nn通过肽合成酶的作用,通过肽合成酶的作用,P P位上位上fMet-tRNAFfMet-tRNAF的甲酰
16、甲硫氨酰的甲酰甲硫氨酰(fMet)(fMet)与与A A位位上的氨酰上的氨酰-tRNA(aa1-tRNA-tRNA(aa1-tRNA:)以肽键结合,形成肽酰以肽键结合,形成肽酰-tRNA-tRNA。第二十三张,PPT共六十页,创作于2022年6月nnmRNAmRNA和核糖体作相对移动,和核糖体作相对移动,A A位上的肽酰位上的肽酰t-RNAt-RNA转至转至P P位,而原在位,而原在P P位上的位上的t-RNAFt-RNAF游离出去。然后下一个氨酰游离出去。然后下一个氨酰-tRNA-tRNA进入进入A A位,再重复上述位,再重复上述过程,使肽链不断延伸,直至终止密码子为止。过程,使肽链不断延伸
17、,直至终止密码子为止。第二十四张,PPT共六十页,创作于2022年6月nnD D、肽链合成的终止:肽链合成的终止:nn随随着着肽肽链链的的延延伸伸,mRNAmRNA与与70s70s核核糖糖体体不不断断地地作作相相对对移动。移动。n当mRNA分子中的终止密码子(UAA,UAG,UGA)移动到核糖体的A位时,没有相应的氨酰-tRNA进入,此时释放因子(Release Factor)进入A位,并与终止密码子结合。第二十五张,PPT共六十页,创作于2022年6月n新合成的肽链释放出来需经过加工形成完整空间结构的酶或蛋白质。n先经过肽脱甲酰酶的作用,使甲酰甲硫氨酸残基上的甲酰基除去。n有时还需在氨肽酶的
18、作用下从肽链的N-末端切除一个或数个氨基酸残基。n然后自动折迭弯曲成完整的空间结构。第二十六张,PPT共六十页,创作于2022年6月n三、酶生物合成的调节三、酶生物合成的调节 n雅各布(Jacob)和莫诺德(Monod)于1960年提出的操纵子学说来阐明酶生物合成的调节。操纵子调节基因调节基因Regulator gene启动基因启动基因Promoter gene操纵基因操纵基因Operator gene结构基因结构基因Strutural gene第二十七张,PPT共六十页,创作于2022年6月n(1)基因调控模式)基因调控模式3种调控模式:种调控模式:分解代谢物阻遏作用;分解代谢物阻遏作用;酶
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- 生产条件 优化 以及 常用 应用 PPT 课件
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