《酶工程》課件-微生物發(fā)酵產(chǎn)酶

1、1,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,到目前為止，已知的酶有幾千種，按照其化學(xué)組成，可以分為蛋白類酶（P酶）和核酸類酶（R酶）。 酶的生物合成主要是指細(xì)胞內(nèi)RNA和蛋白質(zhì)的合成過程。所以本節(jié)簡要地闡述RNA和蛋白質(zhì)生物合成及其調(diào)節(jié)控制的基本理論，即：,酶生物合成,是指酶在生物體內(nèi)合成的過程。,,1、中心法則- Central Dogma,2、RNA的生物合成-Transcription,3、蛋白質(zhì)的生物合成- Translati

2、on,4、酶生物合成的調(diào)節(jié)- Regulation,2,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（一）中心法則,1958年，克里克提出中心法則，認(rèn)為在通常的細(xì)胞中，遺傳信息的傳遞方向是：,轉(zhuǎn)錄 翻譯 DNA RNA 蛋白質(zhì),某種細(xì)胞能否合成某種酶分子，首先取決于細(xì)胞中的遺傳信息載體——DNA分子中是否存在有該酶所對應(yīng)的基因。,根據(jù)中心法則，DNA分子可以通過復(fù)制生成

3、新的DNA，再通過轉(zhuǎn)錄生成對應(yīng)的RNA，然后再翻譯成為多肽鏈，經(jīng)加工而成為具有完整空間結(jié)構(gòu)的酶分子。,,,3,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（一）中心法則,Replication 復(fù)制：親代DNA或RNA在一系列酶的作用下，生成與親代相同的子代DNA或RNA的過程。Transcription 轉(zhuǎn)錄：是指以DNA為模板，以核苷三磷酸為底物，在依賴DNA的RNA聚合酶（轉(zhuǎn)錄酶）的作用下，生成RNA的過程。 Translati

4、on 翻譯：亦叫轉(zhuǎn)譯，是指以mRNA為模板，以氨基酸為底物，在核糖體上通過各種tRNA、酶和輔助因子的作用，合成多肽鏈的過程。 Reverse translation 逆轉(zhuǎn)錄：以RNA為模板，在逆轉(zhuǎn)錄酶的作用下，生成DNA的過程。,4,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（二）RNA的生物合成——轉(zhuǎn)錄,1、轉(zhuǎn)錄過程,轉(zhuǎn)錄過程分為4個階段,（1）轉(zhuǎn)錄的起始,（2）RNA鏈的延伸,（3）RNA鏈合成的終止,（4）RNA前體的加工,,

5、5,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（二）RNA的生物合成——轉(zhuǎn)錄,3、RNA的生物功能,(1) 在某些RNA病毒中，其所含的雙鏈RNA作為遺傳信息的載體。,(2) 在蛋白質(zhì)的生物合成過程中，各種RNA起著重要的作用。其中，tRNA作為氨基酸載體，并由其上的反密碼子識別mRNA分子上的密碼子；mRNA作為蛋白質(zhì)合成的模板，由其分子上的三聯(lián)體密碼控制蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列順序；rRNA與蛋白質(zhì)一起組成核糖核蛋白體（核糖體），作

6、為蛋白質(zhì)生物合成的場所。,(3) 某些RNA具有生物催化活性，屬于核酸類酶，在一定條件下，可以催化有關(guān)的生化反應(yīng)。,(4) 各種小分子RNA在分子修飾和代謝調(diào)節(jié)等方面有重要作用。,,6,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（三）蛋白質(zhì)的生物合成——翻譯,1、翻譯過程,翻譯實際上是將mRNA分子上的堿基排列次序轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯逆溕习被岬呐帕写涡虻倪^程，分為5個階段：,（1）氨基酸活化生成氨酰—tRNA,（2）肽鏈合成的起始,（3）肽鏈合

7、成的的延伸,（4）肽鏈合成的終止,,（5）蛋白質(zhì)前體的加工,7,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),1、細(xì)胞合成的酶的分類,每一個細(xì)胞都可以在一定的條件下合成多種多樣的酶。細(xì)胞合成的酶的分類：,（1）組成型酶：即在細(xì)胞中的量比較恒定，環(huán)境因素對此類酶的合成速率影響不大。,（2）適應(yīng)型酶：即在細(xì)胞中的量變化較大，環(huán)境因素對此類酶的合成速率影響較大。,,,,8,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶

8、生物合成的調(diào)節(jié),酶生物合成要經(jīng)過一系列的步驟，需要許多因素的參與。因此，在轉(zhuǎn)錄和翻譯過程中，許多因素都會影響適應(yīng)型酶生物合成。研究結(jié)果表明，至少在原核生物中，甚至在所有生物中，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)（又稱為基因的調(diào)節(jié)）是酶生物合成中最重要的調(diào)節(jié)。 下面介紹原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)。,2、基因的調(diào)節(jié)是酶生物合成中最重要的調(diào)節(jié),,9,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),3、基因的調(diào)節(jié)理論,①結(jié)構(gòu)基因,

9、特點與作用,（1）參與酶合成的DNA分子上基因的分類,與酶有各自的對應(yīng)關(guān)系，結(jié)構(gòu)基因中遺傳信息可以轉(zhuǎn)錄成mRNA上的遺傳密碼，再經(jīng)翻譯成蛋白質(zhì)的多肽鏈。,②操縱基因,特點與作用,可以特異性地與調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白（一種變構(gòu)蛋白）中的一種結(jié)合，從而操縱酶合成的時機及速度 。,,10,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),3、基因的調(diào)節(jié)理論,③啟動基因,特點與作用,（1）參與酶合成的DNA分子上基因的分類,,啟

10、動基因由兩個位點組成,RNA聚合酶的結(jié)合位點,cAMP—CAP復(fù)合物的結(jié)合位點（當(dāng)cAMP的濃度低時，影響結(jié)合）,只有在cAMP—CAP復(fù)合物結(jié)合到啟動基因的位點上時，RNA聚合酶才能結(jié)合到其在啟動基因的位點上，這樣，酶的合成才有可能開始。啟動基因決定酶的合成能否開始。,,11,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),3、基因的調(diào)節(jié)理論,④調(diào)節(jié)基因,特點與作用,（1）參與酶合成的DNA分子上基因的分類,可以產(chǎn)生

11、一種阻遏蛋白（變構(gòu)蛋白），其分子表面至少有兩個配基結(jié)合部位，一個與操縱基因結(jié)合，一個與效應(yīng)物[誘導(dǎo)物或輔（共）阻遏物]結(jié)合。這種阻遏蛋白的專一性很強，只能與特定操縱子的操縱基因結(jié)合。,,12,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),3、基因的調(diào)節(jié)理論,①概念：是細(xì)胞基因表達系統(tǒng)的一種功能單位。由啟動基因、操縱基因和幾個功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因組成。,（2）操縱子,,②分類：根據(jù)操縱子中阻遏蛋白的性質(zhì)不同， 操縱子分為

12、誘導(dǎo)型和阻遏型兩種基本類型。,13,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),3、基因的調(diào)節(jié)理論,③操縱子的作用機理,（2）操縱子,,A、誘導(dǎo)型操縱子,調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白合成之后就呈活性狀態(tài)，可與操縱基因結(jié)合。(由于空間排擠作用，RNA聚合酶無法結(jié)合到啟動基因的位點上，也就無法進入結(jié)構(gòu)基因位置，遺傳信息不能表達。)誘導(dǎo)物能使阻遏蛋白變構(gòu)脫落，結(jié)構(gòu)基因得以表達。,,14,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合

13、成的調(diào)節(jié),3、基因的調(diào)節(jié)理論,③操縱子的作用機理,（2）操縱子,,B、阻遏型操縱子,調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白合成之后呈無活性狀態(tài)，不能與操縱基因結(jié)合。(此時如果RNA聚合酶已結(jié)合在啟動基因位點上，就能夠通過操縱基因進入結(jié)構(gòu)基因位置，遺傳信息得以表達。)輔阻遏物使其變構(gòu)活化，操縱子被阻，結(jié)果遺傳信息不能表達。,,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,15,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,總結(jié)：轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)

14、節(jié)模式有三種，即分解代謝物阻遏作用、酶生物合成的誘導(dǎo)作用和酶生物合成的反饋阻遏作用。 啟動基因上cAMP-CAP復(fù)合物的結(jié)合與否，對酶的生物合成起調(diào)節(jié)作用。 對于誘導(dǎo)型操縱子，在無誘導(dǎo)物的情況下，其基因表達水平很低或不表達，只有在有誘導(dǎo)物存在的條件下，才能轉(zhuǎn)錄生成mRNA，進而合成酶。 對于阻遏型操縱子，在無阻遏物的情況下，基因表達正常，當(dāng)有阻遏物存在時，轉(zhuǎn)錄受阻。,研究表明，誘導(dǎo)型操縱子同時具有分解代謝物

15、阻遏作用和酶生物合成的誘導(dǎo)作用；阻遏型操縱子同時具有操縱基因的調(diào)節(jié)和衰減子的調(diào)節(jié)兩種反饋阻遏作用。,16,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,主要內(nèi)容：,（1）概念 （2）作用機理 （3）實質(zhì) （4）應(yīng)用,17,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（1）分解代謝物阻遏作用,指某些物質(zhì)（主要是指葡萄

16、糖和其它容易利用的碳源等）分解代謝的產(chǎn)物阻遏某些酶（主要是誘導(dǎo)酶）生物合成的現(xiàn)象。,,① 概 念,,18,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（1）分解代謝物阻遏作用,A、cAMP濃度降低,②作用機理,a、當(dāng)容易利用的碳源過量存在時，通過代謝途徑進行降解，放出的能量有一部分存儲在ATP中，細(xì)胞中ATP濃度增加。,b、ATP是由ADP和AMP通過磷酸化作用生成的，ATP濃度增加，

17、AMP濃度降低。,,19,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（1）分解代謝物阻遏作用,B、轉(zhuǎn)錄受阻,②作用機理,由于cAMP濃度降低，就使cAMP—CAP復(fù)合物的濃度降低，啟動基因上沒有cAMP—CAP復(fù)合物結(jié)合，RNA聚合酶不能結(jié)合到啟動基因的位點上，使結(jié)構(gòu)基因上的遺傳信息無法轉(zhuǎn)錄。,,20,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶

18、,（1）分解代謝物阻遏作用,③分解代謝物阻遏作用的解除,隨著細(xì)胞生長和新陳代謝的進行，細(xì)胞中ATP濃度的下降，而使ADP、AMP、cAMP的濃度增加。當(dāng)cAMP的濃度增加到一定量的時候，cAMP—CAP復(fù)合物結(jié)合到啟動基因的特定位點上，RNA聚合酶也隨著結(jié)合到相應(yīng)的位點上，酶的生物合成就有可能進行。,,21,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（1）分解代謝物阻遏作用,④分解代謝物阻

19、遏作用及該阻遏作用解除的實質(zhì),實質(zhì)是cAMP通過啟動基因?qū)γ干锖铣傻恼{(diào)節(jié)控制。,,22,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（1）分解代謝物阻遏作用,⑤ 應(yīng) 用,在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中，在培養(yǎng)基中碳源的選擇上要注意以下幾點 ：,A、不使用有分解代謝阻遏作用的碳源，采用其它較難利用的碳源。,B、采用補料、分次流加碳源等方法控制容易利用的碳源的濃度。,C、當(dāng)容易利用的碳源過量存在時，

20、加入一定量的cAMP可解除分解代謝物阻遏作用。,,,23,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用,①基本概念,A、酶生物合成的誘導(dǎo)作用,加進某些物質(zhì)，使酶的生物合成開始或加速進行的過程，稱為酶生物合成的誘導(dǎo)作用。,,,24,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用,①基本概念,B、誘導(dǎo)

21、物（誘導(dǎo)劑）,指對酶的生物合成起誘導(dǎo)作用的物質(zhì)。一般是酶催化作用的底物或其底物類似物。,,,25,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用,①基本概念,B、誘導(dǎo)物（誘導(dǎo)劑）,誘導(dǎo)物一般分為四類：,許多誘導(dǎo)酶都可由其作用底物誘導(dǎo)產(chǎn)生。,例如：大腸桿菌生長在以葡萄糖為單一碳源的培養(yǎng)基中，每個細(xì)胞平均只含有1分子β—半乳糖苷酶。若將該細(xì)胞轉(zhuǎn)移到含有乳糖而不含葡萄糖的培

22、養(yǎng)基中，2min后開始大量產(chǎn)生β—半乳糖苷酶，平均每個細(xì)胞產(chǎn)生3000分子β—半乳糖苷酶。,a、酶的作用底物,,,26,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用,①基本概念,B、誘導(dǎo)物（誘導(dǎo)劑）,誘導(dǎo)物一般分為四類：,不能被酶作用或很少被酶作用的底物類似物，是酶生物合物的最有效的誘導(dǎo)物。,例如：異丙基—β—D—硫代半乳糖苷(IPTG)對β—半乳糖苷酶的誘導(dǎo)效果比

23、乳糖高幾百倍；蔗糖甘油單棕櫚酸酯對蔗糖酶的誘導(dǎo)效果比蔗糖高幾十倍等。,b、酶的底物類似（是最有效的誘導(dǎo)物）,,,27,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用,①基本概念,B、誘導(dǎo)物（誘導(dǎo)劑）,誘導(dǎo)物一般分為四類：,有些酶可由其催化反應(yīng)的產(chǎn)物誘導(dǎo)產(chǎn)生。,例如：半乳糖醛酸是果膠酶催化果膠水解的產(chǎn)物，它卻可以作為誘導(dǎo)物，誘導(dǎo)果膠酶的產(chǎn)生。,c、酶的反應(yīng)產(chǎn)物,,,28

24、,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用,①基本概念,B、誘導(dǎo)物（誘導(dǎo)劑）,誘導(dǎo)物一般分為四類：,有些酶的反應(yīng)產(chǎn)物類似物也可誘導(dǎo)酶的產(chǎn)生。,d、酶的反應(yīng)產(chǎn)物類似物,,29,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用,②作用機理,A、在無誘導(dǎo)物存在時，調(diào)節(jié)基因(R)產(chǎn)生的阻抑蛋白與操縱基因

25、(O)的結(jié)合力較強，當(dāng)它們結(jié)合時，就使已經(jīng)在啟動基因(P)上的RNA聚合酶無法經(jīng)過操縱基因位置而進入結(jié)構(gòu)基因(S)的位置。因此遺傳信息無法轉(zhuǎn)錄，酶不能合成(圖2—4A)。,,30,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用,②作用機理,B、當(dāng)有誘導(dǎo)物存在時，誘導(dǎo)物與阻抑蛋白結(jié)合在一起，使阻抑蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，使之與操縱基因的結(jié)合力減弱。阻抑蛋白不能與操縱基因結(jié)合

26、，就使RN A聚合酶可以順利通過操縱基因位置而到達結(jié)構(gòu)基因位置。進行轉(zhuǎn)錄生成mRNA，再近一步翻譯成酶蛋白多肽鏈(圖2—4B)。,,31,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用,③ 實 質(zhì),實質(zhì)是誘導(dǎo)物與阻抑蛋白結(jié)合在一起，使阻抑蛋白的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。,,32,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生

27、物合成的誘導(dǎo)作用,④ 應(yīng) 用,在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中：,A、在培養(yǎng)基中碳源的選擇上，應(yīng)盡量選用對所需的酶有誘導(dǎo)作用的碳源。,例如，α—淀粉酶的發(fā)酵生產(chǎn)中，應(yīng)選用對該酶有誘導(dǎo)作用的淀粉作為碳源，而不用對該酶的生物合成有分解代謝物阻遏作用的果糖作為碳源；β—半乳糖苷酶發(fā)酵應(yīng)選用乳糖為碳源，而不用或少用葡萄糖為碳源等。,,33,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（2）酶生物合成的誘導(dǎo)作用

28、,④ 應(yīng) 用,在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中：,B、不同的酶有不同的誘導(dǎo)物，同一種酶有多種誘導(dǎo)物，實際應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)酶的特性、誘導(dǎo)效果和誘導(dǎo)物來源等進行選擇。,,34,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（3）酶生物合成的反饋阻遏作用（產(chǎn)物阻遏作用）,①基本概念,反饋阻遏作用,指酶催化作用的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物使該酶的生物合成受阻的過程。,,,35,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合

29、成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（3）酶生物合成的反饋阻遏作用（產(chǎn)物阻遏作用）,①基本概念,共阻遏物（輔阻遏物）,指對酶的生物合成起反饋阻遏作用的物質(zhì)。一般是酶催化作用的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物。,,例如，無機磷酸是堿性磷酸酶催化磷酸單酯水解的產(chǎn)物，而它的過量存在，卻可阻遏堿性磷酸酶的生物合成；組氨酸作為組氨酸合成途徑的終產(chǎn)物，它的過量積累卻反過來對其合成途徑中的10種酶的生物合成均起反饋阻遏作用。,,36,一、酶生物

30、合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（3）酶生物合成的反饋阻遏作用（產(chǎn)物阻遏作用）,②作用機理,A、在沒有共阻遏物存在時，調(diào)節(jié)基因(R)產(chǎn)生的阻抑蛋白與操縱基因(O)的親和力弱，不能與操縱基因結(jié)合，所以已結(jié)合在啟動基因(P)上的RNA聚合酶能順利通過操縱基因位置到達結(jié)構(gòu)基因(S)位置，進行轉(zhuǎn)錄，進而合成酶蛋白多肽鏈(圖2—5A)。,,37,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、

31、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（3）酶生物合成的反饋阻遏作用（產(chǎn)物阻遏作用）,③實質(zhì),實質(zhì)是阻抑蛋白與共阻遏物特異結(jié)合，使阻抑蛋白結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。,,38,一、酶生物合成的基本理論,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),4、轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)模式,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（3）酶生物合成的反饋阻遏作用（產(chǎn)物阻遏作用）,④應(yīng)用,在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中，控制阻遏物濃度能解除阻遏，提高酶產(chǎn)量。,例如，枯草桿菌堿性磷酸酶受其反應(yīng)產(chǎn)物無機磷酸的阻遏，當(dāng)培養(yǎng)基中無機磷含量在1

32、．0umol／mL以上時，該酶的合成完全受阻遏。當(dāng)培養(yǎng)基中無機磷含量在0．01umol／mL以下時，該酶大量產(chǎn)生。所以，為了提高堿性磷酸酶的產(chǎn)量，必須限制培養(yǎng)基中無機磷的含量。,,,39,一、酶生物合成的基本理論,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,酶生物合成的基本理論學(xué)習(xí)要點：,1、轉(zhuǎn)錄、翻譯的概念及主要過程2、基因調(diào)節(jié)控制理論3、基因?qū)γ干锖铣烧{(diào)節(jié)控制的三種模式的概念、作用機理、實質(zhì)及應(yīng)用。,（四）酶生物合成的調(diào)節(jié),40,一、酶生物合成的基本理論

33、,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（五）真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)機制,真核生物比原核生物的結(jié)構(gòu)復(fù)雜得多，其基因的表達和調(diào)節(jié)控制也復(fù)雜得多。到目前為止，還沒有統(tǒng)一的理論和模型來闡述真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)規(guī)律。,41,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,二、常用的產(chǎn)酶微生物,2、常用的產(chǎn)酶微生物舉例,1、用于酶生產(chǎn)的細(xì)胞必須具備的條件,本節(jié)主要內(nèi)容：,42,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,二、常用的產(chǎn)酶微生物,（一）用于發(fā)酵產(chǎn)酶的細(xì)胞必須具備的條件,（5）安全可靠、無毒性。,（4）利于

34、酶產(chǎn)品的分離純化。,（3）產(chǎn)酶穩(wěn)定性好。,（2）容易培養(yǎng)和管理。,（1）酶的產(chǎn)量高。,,43,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,二、常用的產(chǎn)酶微生物,（2）應(yīng)用：是制醬、釀酒、制醋的主要菌種。是生產(chǎn)酶制劑（蛋白酶、淀粉酶、果膠酶）的菌種。生產(chǎn)有機酸（如檸檬酸、葡萄糖酸等）。農(nóng)業(yè)上用作生產(chǎn)糖化飼料的菌種。,（1）特點：廣泛分布于土壤、空氣和谷物上，可引起食物、谷物和果蔬的霉腐變質(zhì)，有的可產(chǎn)生致癌性的黃曲霉毒素。,3、曲霉(Aspergillus),（二）舉

35、例,44,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,二、常用的產(chǎn)酶微生物,（2）應(yīng)用：根霉能產(chǎn)生一些酶類，如淀粉酶、果膠酶、脂肪酶等，是生產(chǎn)這些酶類的菌種。在釀酒工業(yè)上常用做糖化菌。有些根霉還能產(chǎn)生乳酸、延胡索酸等有機酸。,（1）形態(tài)、特點：因有假根（Rhizoid）而得名（假根的功能是在培養(yǎng)基上固著，并吸收營養(yǎng)）。分布于土壤、空氣中，常見于淀粉食品上，可引起霉腐變質(zhì)和水果、蔬菜的腐爛。代表種：米根霉（R.oryzae)黑根霉(R.nigrican)等。,5、根

36、霉(Rhizopus),（二）舉例,45,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,酶的發(fā)酵生產(chǎn)是以獲得大量所需的酶為目的。因此，除了選擇性能優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞以外，還必須滿足細(xì)胞生長、繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶的各種工藝條件，并要根據(jù)發(fā)酵過程的變化進行優(yōu)化控制。 此外，還可以采取某些行之有效的措施。,本節(jié)主要內(nèi)容：,（一）酶發(fā)酵生產(chǎn)的一般工藝流程,（二）細(xì)胞活化和擴大培養(yǎng),（三）培養(yǎng)基的配制,（四）pH值的調(diào)節(jié)控制,（五）溫度的調(diào)節(jié)控制,（六）溶解氧的

37、調(diào)節(jié)控制,（七）提高酶產(chǎn)量的措施,46,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（一）酶發(fā)酵生產(chǎn)的一般工藝流程,酶發(fā)酵生產(chǎn)的一般工藝流程如下圖,,47,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（二）細(xì)胞活化和擴大培養(yǎng),細(xì)胞活化,性能優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞選育出來以后，必須盡可能保持其生長和產(chǎn)酶特性不變異，不死亡，不被雜菌污染等。就必須采取妥善的保藏方法，以備隨時應(yīng)用。,細(xì)胞活化是指保藏的菌種在用于發(fā)酵之前，必須接種于新鮮的固體培養(yǎng)基上，在一定的

38、條件下進行培養(yǎng)，以恢復(fù)細(xì)胞的生命活動能力的過程。,,,48,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（二）細(xì)胞活化和擴大培養(yǎng),擴大培養(yǎng),為了保證發(fā)酵時有足夠數(shù)量的優(yōu)質(zhì)細(xì)胞，活化了的細(xì)胞一般要經(jīng)過一級至數(shù)級的擴大培養(yǎng)。,用于細(xì)胞擴大培養(yǎng)的培養(yǎng)基稱為種子培養(yǎng)基。,49,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（二）細(xì)胞活化和擴大培養(yǎng),種子培養(yǎng)基的要求,1、含氮源豐富。,2、碳源含量相對較少。,3、種子培養(yǎng)條件應(yīng)滿足細(xì)胞生長要求。,4、培養(yǎng)時

39、間不宜太長，一般培養(yǎng)至對數(shù)生長期，即可接入下一級擴大培養(yǎng)或接入發(fā)酵。,5、控制好種子量與培養(yǎng)量的比例。接入發(fā)酵的種子的量一般為發(fā)酵培養(yǎng)基總量的1～10％。,,50,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（三）培養(yǎng)基的配制,1、培養(yǎng)基,指人工配制的用于細(xì)胞培養(yǎng)和發(fā)酵的各種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物。,,2、培養(yǎng)基的設(shè)計和配制原則,（1）營養(yǎng)成分的種類及比例要恰當(dāng)。,（2）控制適當(dāng)pH值。,（3）經(jīng)濟節(jié)約。,,3、培養(yǎng)基的組成,一般包括碳源、氮源、

40、無機鹽、生長因素和水。,51,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（三）培養(yǎng)基的配制,3、培養(yǎng)基的組成,（1）碳 源,概 念,指能夠向細(xì)胞提供碳素化合物的營養(yǎng)物質(zhì)。,,選擇碳源的要求,①滿足細(xì)胞生長、發(fā)酵的營養(yǎng)要求。,②注意碳源對酶生物合成的調(diào)節(jié)作用。,③考慮原料的價格及供求狀況。,,,來源,糖類、醇類、脂類、有機酸、烴類、蛋白質(zhì)及其降解物等。,,52,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（三）培養(yǎng)基的配制,3、培養(yǎng)基的組成

41、,（2）氮 源,概 念,指能夠向細(xì)胞提供氮元素的營養(yǎng)物質(zhì)。,,①有機氮源：各種蛋白質(zhì)及其水解產(chǎn)物。如酪蛋白、豆餅粉、花生餅粉、蛋白胨、酵母膏、牛肉膏、多肽和氨基酸等。,②無機氨源：含氮的各種無機化合物。如硫酸銨、磷酸銨、硝酸銨、硝酸鉀和硝酸鈉等。,,,氮源可分為有機氮源和無機氮源兩種：,氮源的分類,,53,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（三）培養(yǎng)基的配制,3、培養(yǎng)基的組成,（2）氮 源,選擇氮源的要求,①滿足不同細(xì)

42、胞的要求,一般說來，動物細(xì)胞要求有機氨，植物細(xì)胞主要要求無機氮，微生物細(xì)胞中，異養(yǎng)型微生物用有機氮，自養(yǎng)型微生物用無機氮。,②碳和氮的比例要恰當(dāng),所謂碳氮比(C／N)—般是指培養(yǎng)基中碳元素(C)的總量與氮元素(N)總量之比。有時也采用培養(yǎng)基中碳源總量和氮源總量之比來表示碳氮比。使用時要注意兩種比值是不同的。,,,,,54,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（三）培養(yǎng)基的配制,3、培養(yǎng)基的組成,（3）無機鹽,作用,來源,①提供細(xì)胞生

43、命活動不可缺少的無機元素。,添加無機鹽。 如硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物以及含有鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等元素的化合物。,②對培養(yǎng)基的pH值，氧化還原電位和滲透壓起調(diào)節(jié)作用。,,,,55,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（三）培養(yǎng)基的配制,3、培養(yǎng)基的組成,（4）生長因素（生長因子）,概念,來源,①一般在培養(yǎng)基中添加含有多種生長因素的天然原料的水解物，如玉米漿、酵母膏、麩皮水解液等。,指細(xì)胞生長繁殖必不可少的微量有機化合物，主要包括各種氨基

44、酸、嘌呤、嘧啶、維生素以及動植物生長激素等。,②在培養(yǎng)基中加入某種或某幾種提純的有機化合物。,,,,56,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（三）培養(yǎng)基的配制,3、培養(yǎng)基的組成,（5）水,作用,①微生物最基本的組成成分。,②微生物體內(nèi)和體外的溶劑。,,,③細(xì)胞質(zhì)組分，直接參與各種代謝活動。,④調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度和保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定。,57,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（三）培養(yǎng)基的配制,3、培養(yǎng)基的組成,（5）常用的幾種酶發(fā)

45、酵培養(yǎng)基,實驗室的常用培養(yǎng)基：細(xì)菌： 牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡稱普通肉湯培養(yǎng)基）。放線菌：高氏1號合成培養(yǎng)基。酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基。霉菌： 查氏合成培養(yǎng)基。,58,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（三）培養(yǎng)基的配制,3、培養(yǎng)基的組成,（5）常用的幾種酶發(fā)酵培養(yǎng)基,①黑曲霉糖化酶發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉10％，豆餅粉4％，麩皮4%(pH4.4～5.0)。,②游動放線菌葡萄糖異構(gòu)酶發(fā)酵培養(yǎng)基：糖蜜2％，豆餅粉2％，磷酸氫二鈉0

46、．1％，硫酸鎂0．05％(PH7．2)。,③桔青霉磷酸二酯酶發(fā)酵培養(yǎng)基：淀粉水解糖5％，蛋白胨0．5％，硫酸鎂0．05％，氯化鈣0．04％，磷酸氫二鈉0．05％，磷酸二氫鉀0．05％。,,59,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（四）pH值的調(diào)節(jié)控制,1、原 因,培養(yǎng)基的pH值與細(xì)胞的生長、繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶有密切關(guān)系。,（1）不同細(xì)胞生長繁殖的最適pH值有所不同。,例如；一般細(xì)菌和放線菌的生長最適pH值為中性或微堿性(pH 6

47、．5～8．0)；霉菌和酵母的生長最適pH值為偏酸性(pH 4．0～6．0)；植物細(xì)胞生長的生長最適pH值為 pH5～6。,（2）細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適pH值通常接近于該酶反應(yīng)的最適pH值。,例如：發(fā)酵生產(chǎn)堿性蛋白酶的最適pH值為堿性(pH8．5～9．0)；生產(chǎn)中性蛋白酶的pH為中性至微酸性(pH6．0～7．0)為宜；而酸性(pH 4～6)條件有利于酸性蛋白酶的產(chǎn)生。,,60,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（四）pH值的調(diào)節(jié)控制,1

48、、原 因,（3）有些細(xì)菌在該酶反應(yīng)的最適pH條件下，細(xì)胞受到影響，故有些細(xì)胞的產(chǎn)酶最適pH值與酶作用的最適pH有明顯差別。,例如：枯草桿菌堿性磷酸酶作用最適pH為9．5，而產(chǎn)酶最適pH值為7．4。,（4）有些細(xì)胞可以同時產(chǎn)生多種酶，通過控制培養(yǎng)基的pH值，往往可以改變各種酶之間的產(chǎn)量比例。,例如：用米曲霉生產(chǎn)蛋白酶，當(dāng)培養(yǎng)基的pH值為堿性時，主要生產(chǎn)堿性蛋白酶，降低培養(yǎng)基的pH值，則主要生產(chǎn)中性或酸性蛋白酶。,,61,三、發(fā)酵工藝

49、條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（四）pH值的調(diào)節(jié)控制,1、原 因,（5）培養(yǎng)基的pH值在細(xì)胞生長繁殖和代謝物產(chǎn)生的過程中往往會發(fā)生變化。這種變化與細(xì)胞特性有關(guān)，也與培養(yǎng)基的組分密切相關(guān)。,①含糖量高的培養(yǎng)基，由于糖代謝產(chǎn)生有機酸，會使培養(yǎng)基的pH使向酸性方向移動。,②含蛋白質(zhì)、氨基酸較多的培養(yǎng)基，經(jīng)代謝產(chǎn)生較多的胺類物質(zhì)，使pH值向堿性方向移動。,③以硫酸銨為氮源時，隨著銨離子被細(xì)胞利用，使培養(yǎng)基pH值下降。,,④以尿素為氮源時，先

50、隨著尿素被脲酶水解生成氨，使培養(yǎng)基pH上升，然而又隨著氨被細(xì)胞同化而使pH值下降。,⑤磷酸鹽的存在，對培養(yǎng)基的pH值起一定的緩沖作用。,例 如,62,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（四）pH值的調(diào)節(jié)控制,2、方 法,（1）調(diào)整培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的種類或比例。,（2）加入緩沖溶液穩(wěn)定pH值。,（3）添加適宜的酸、堿溶液。,,63,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（五）溫度的調(diào)節(jié)控制,1、原 因,溫度是影響細(xì)胞生長

51、、繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶的重要因素之一。,（1）細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度往往低于最適生長溫度。,由于在較低的溫度條件下，可提高酶的穩(wěn)定性，延長細(xì)胞產(chǎn)酶時間。但并不是溫度越低越好，若溫度過低，生化反應(yīng)速度很慢，反而降低酶產(chǎn)量，延長發(fā)酵周期。故必須進行試驗，以確定最佳產(chǎn)酶溫度。,例如，用醬油曲霉生產(chǎn)蛋白酶，在28℃條件下發(fā)酵，其蛋白酶的產(chǎn)量比在40℃條件下高2～4倍。,（2）不同的細(xì)胞有各自不同的最適生長溫度。,例如：枯草桿菌的最適生長溫度為34～3

52、7℃，黑曲霉的最適生長溫度為28～32℃，植物細(xì)胞的最適生長溫度為25℃左右。,,,64,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（五）溫度的調(diào)節(jié)控制,2、方 法,一般采用熱水升溫，冷水降溫。,,65,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,1、原 因,只有在溶解氧存在時，培養(yǎng)基中的供能物質(zhì)才能進行有氧降解而產(chǎn)生大量的ATP等高能物質(zhì)，以滿足細(xì)胞生長繁殖和發(fā)酵產(chǎn)酶所需要的大量能量。,,66,三、發(fā)酵工藝

53、條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,2、原 理,（1）相關(guān)概念,①耗氧速率KO2,是指單位體積的培養(yǎng)液中的細(xì)胞在單位時間內(nèi)所消耗的氧氣量。KO2=QO2.Cc,QO2：細(xì)胞呼吸強度，是指單位細(xì)胞量在單位時間內(nèi)的耗氧量。,,,Cc：細(xì)胞濃度，是指單位體積培養(yǎng)液中細(xì)胞的量。,在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中，不同生長階段的細(xì)胞，QO2和Cc各不相同，所以KO2也不相同，必須根據(jù)耗氧量的不同給適量的溶解氧。,67,三、發(fā)酵工藝條件及控制

54、,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,2、原 理,（1）相關(guān)概念,,,②溶氧速率（又稱氧的溶解速度，溶氧系數(shù)）Kd,是指單位體積的發(fā)酵液在一定時間內(nèi)所有能溶解的氧的量。,Kd與通氣量、氧的分壓、氣液接觸時間及面積、培養(yǎng)液的性質(zhì)有關(guān)。,68,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,2、原 理,,根據(jù)細(xì)胞對溶解氧的需要量，進行連續(xù)不斷地供氧，使培養(yǎng)基中的溶解氧量維持在一定的濃度范圍內(nèi)。,（2）原 理

55、,,69,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,3、方 法,（1）調(diào)節(jié)通氣量,,（2）調(diào)節(jié)氧的分壓,（3）調(diào)節(jié)氣液接觸時間,（4）調(diào)節(jié)氣液接觸面積,（5）改變培養(yǎng)液的特性,70,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,3、方 法,隨著發(fā)酵過程的進行，細(xì)胞耗氧速率不斷改變，必須相應(yīng)地對溶氧速率進行調(diào)節(jié)。,（1）調(diào)節(jié)通氣量,通氣量是指單位時間內(nèi)流經(jīng)培養(yǎng)液的空氣量(L／min)

56、。,當(dāng)通氣量增大時，可提高溶氧速率，反之，減少通氣量，則使溶氧速率降低。,,71,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,3、方 法,隨著發(fā)酵過程的進行，細(xì)胞耗氧速率不斷改變，必須相應(yīng)地對溶氧速率進行,（2）調(diào)節(jié)氧的分壓,增加空氣壓力，或提高空氣中氧的含量，都能提高氧的分壓，從而提高溶氧速率。反之剛使溶氧速率降低。,,72,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,3、方 法

57、,隨著發(fā)酵過程的進行，細(xì)胞耗氧速率不斷改變，必須相應(yīng)地對溶氧速率進行。,（3）調(diào)節(jié)氣液接觸時間,氣液兩相接觸時間延長，可使更多的氧溶解，從而提高溶氧速率；反之則使溶氧速率降低。 可以通過增加液層高度，在反應(yīng)器中增設(shè)擋板等方法以延長氣液接觸時間。,,73,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,3、方 法,隨著發(fā)酵過程的進行，細(xì)胞耗氧速率不斷改變，必須相應(yīng)地對溶氧速率進行。,（4）調(diào)節(jié)氣液

58、接觸面積,氧氣溶解到培養(yǎng)液是通過氣液兩相的界面進行的。增加氣流接觸界而的面積，有利于提高溶氣速率。為了增大氣液接觸面積，應(yīng)使通過培養(yǎng)液的空氣盡量分散。,,在發(fā)酵容器的底部安裝空氣分配管，使分散的氣泡進入液層，是增加氣液接觸面積的主要方法。裝設(shè)攪拌裝置或增設(shè)擋板等可使氣泡進一步打碎和分散，也能有效地增加氣液兩相的接觸面積，從而提高溶氧速率。,74,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,3、方 法,隨著發(fā)酵

59、過程的進行，細(xì)胞耗氧速率不斷改變，必須相應(yīng)地對溶氧速率進行。,（5）改變培養(yǎng)液的特性,培養(yǎng)液的特性對溶氧速率有明顯影響，若培養(yǎng)液的粘度大，產(chǎn)生泡沫多，則不利于氧的溶解。通過改變培養(yǎng)液的組分或濃度，可有效地降低培養(yǎng)液粘度，加入適宜的消泡劑或設(shè)置消泡裝置，以消除泡沫的影響，都可提高溶氧速率。,,75,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（六）溶解氧的調(diào)節(jié)控制,4、調(diào)節(jié)控制溶解氧應(yīng)注意的問題：,應(yīng)使溶氧速率等于或稍高于耗氧速率。,①如果溶

60、氧速率低于耗氧速率，則細(xì)胞得不到所需的供氧量，必然影響其生長和產(chǎn)酶。,②溶氧速率過高，對發(fā)酵也不利，表現(xiàn)在：,A、造成浪費。,B、抑制某些酶的生成。,C、要獲得高溶氧速率而采用的相關(guān)措施會使某些細(xì)胞等受到損傷。,,76,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（七）提高酶產(chǎn)量的措施,在酶的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，為了提高酶產(chǎn)量，除了選育優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞，保證發(fā)酵工藝條件并根據(jù)需要和變化情況及時加以調(diào)節(jié)控制以外，還可以采取某些行之有效的措施。主要有

61、：,1、添加誘導(dǎo)物。,2、控制阻遏物濃度。,3、添加表面活性劑。,,4、添加產(chǎn)酶促進劑 。,77,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（七）提高酶產(chǎn)量的措施,在酶的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，為了提高酶產(chǎn)量，除了選育優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞，保證發(fā)酵工藝條件并根據(jù)需要和變化情況及時加以調(diào)節(jié)控制以外，還可以采取某些行之有效的措施。主要有：,1、添加誘導(dǎo)物。,2、控制阻遏物濃度。,3、添加表面活性劑,①表面活性劑可分為離子型和非離子型兩大類。由于離子型表面活

62、性劑有些對細(xì)胞有毒害作用，特別是季胺型離子表面活性劑(如“新潔而滅”等)是消毒劑。不能用于酶的發(fā)酵生產(chǎn)。,（1）使用表面活性劑時應(yīng)注意的問題：,②非離子型表面活性劑，如吐溫(Tween)、特里頓(Triton)等，在使用時，要注意表面活性劑添加量，過多或過少部效果不好，應(yīng)控制在最佳濃度范圍內(nèi)。,,,78,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（七）提高酶產(chǎn)量的措施,在酶的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，為了提高酶產(chǎn)量，除了選育優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞，保證發(fā)酵

63、工藝條件并根據(jù)需要和變化情況及時加以調(diào)節(jié)控制以外，還可以采取某些行之有效的措施。主要有：,1、添加誘導(dǎo)物。,2、控制阻遏物濃度。,3、添加表面活性劑,（2）作用,（1）使用表面活性劑時應(yīng)注意的問題：,②有利于提高酶的穩(wěn)定性和催化能力。,,,①增加細(xì)胞的通透性，有利于酶的分泌而提高酶產(chǎn)量。,79,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,（七）提高酶產(chǎn)量的措施,在酶的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，為了提高酶產(chǎn)量，除了選育優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞，保證發(fā)酵工藝條件并

64、根據(jù)需要和變化情況及時加以調(diào)節(jié)控制以外，還可以采取某些行之有效的措施。主要有：,1、添加誘導(dǎo)物。,2、控制阻遏物濃度。,3、添加表面活性劑。,,4、添加產(chǎn)酶促進劑 。,產(chǎn)酶促進劑是指可以促進產(chǎn)酶、但作用機理并未闡明清楚的物質(zhì)。,添加產(chǎn)酶促進劑往往對提高酶產(chǎn)量有顯著效果。,例如，添加植酸鈣鎂，可使霉菌蛋白酶和桔青霉磷酸二酯酶的產(chǎn)量提高1～20倍。添加聚乙烯醇可提高糖化酶的產(chǎn)量。,80,三、發(fā)酵工藝條件及控制,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,小

65、 結(jié),在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中，提高酶產(chǎn)量的主要方法有 ：,1、選育優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞。,2、保證細(xì)胞生長、繁殖和發(fā)酵工藝條件并根據(jù)需要和變化情況及時加以調(diào)節(jié)控制。,3、采取某些行之有效的措施：,（1）添加誘導(dǎo)物。,（2）控制阻遏物濃度。,（3）添加表面活性劑。,（4）添加產(chǎn)酶促進劑。,,,81,四、酶發(fā)酵動力學(xué),微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,選育性能優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞（具備的條件是什么？）,保藏細(xì)胞（為什么？）,細(xì)胞活化（為什么？）,細(xì)胞擴大培養(yǎng)（為什么？）,發(fā)酵

66、產(chǎn)酶,基質(zhì),分離純化,,細(xì)胞生長,細(xì)胞產(chǎn)酶,過程是轉(zhuǎn)錄和翻譯,過程受很多因素的影響-調(diào)節(jié)控制的理論及模式,,細(xì)胞生長速度及影響因素,產(chǎn)物生成速度及影響因素,基質(zhì)消耗速度及影響因素,,,,,,,,,,酶發(fā)酵動力學(xué)的研究內(nèi)容,,,酶產(chǎn)品,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶第一～三節(jié)總結(jié)：,82,四、酶發(fā)酵動力學(xué),微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,本節(jié)主要內(nèi)容：,（一）研究酶發(fā)酵動力學(xué)的意義,（二）酶生物合成的模式,（三）細(xì)胞生長動力學(xué),（四）細(xì)胞產(chǎn)酶動力學(xué),83,四、酶發(fā)酵動力

67、學(xué),微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,(一)研究酶發(fā)酵動力學(xué)的意義,1、酶發(fā)酵動力學(xué)的研究內(nèi)容,主要研究發(fā)酵過程中細(xì)胞生長速度、產(chǎn)物生成速度、基質(zhì)消耗速度以及環(huán)境因素對這些速度的影響。,,2、研究酶發(fā)酵動力學(xué)的意義,（1）有助于了解酶生物合成及其調(diào)節(jié)理論和調(diào)節(jié)控制的模式。,（2）有助于了解酶發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化控制。,（3）有助于了解酶生物合成的模式。,（4）有助于了解細(xì)胞中酶生物合成的一般模型。,,84,四、酶發(fā)酵動力學(xué),微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,(二)酶生物合成

68、的模式,根據(jù)細(xì)胞生長和產(chǎn)酶的關(guān)系，酶生物合成的模式分為4種類型，即同步合成型（生長偶聯(lián)型）、延續(xù)合成型（部分生長偶聯(lián)型）、中期合成型（特殊的生長偶聯(lián)型）和滯后合成型（非生長偶聯(lián)型）。,85,四、酶發(fā)酵動力學(xué),微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,(二)酶生物合成的模式,學(xué)習(xí)要求,（1）會繪酶生物合成的模式圖。,（2）看圖能判斷是哪一種模式。,（3）看圖能說出有關(guān)特點。,（4）影響產(chǎn)酶模式的主要因素是什么？,,（5）每一種產(chǎn)酶模式是不是固定不變的？如果不是，哪