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文檔簡介

第二章酶的發(fā)酵工程所有的生物為了維持其正常的生命活動,在一定的條件下都能夠合成其自身生長所需要的各種酶,酶的種類和數(shù)量是受到細(xì)胞自身的嚴(yán)格調(diào)控的。通過人為的操作控制,利用生物細(xì)胞的生命活動來大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)人們所需要的酶的技術(shù)過程,稱為酶的發(fā)酵生產(chǎn)。酶的制備方法:提取法、發(fā)酵法、合成法。第二章酶的發(fā)酵工程所有的生物為了維持其正第一節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)機制第二節(jié)酶的發(fā)酵技術(shù)第三節(jié)酶發(fā)酵動力學(xué)第一節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)機制第一節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)機制一、原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)原核生物酶的合成主要是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)方式主要有酶合成的誘導(dǎo)和酶合成的阻遏兩種方式。原核生物中酶合成的誘導(dǎo)和阻遏作用機制都可以用和提出的操縱子理論來解釋。第一節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)機制一、原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)(一)乳糖操縱子學(xué)說操縱子:由調(diào)節(jié)基因()、啟動子()、操縱基因()和結(jié)構(gòu)基因()所構(gòu)成的一個完整的基因表達(dá)單位。.基本概念誘導(dǎo)物:誘導(dǎo)酶起始合成的物質(zhì)。輔阻遏物:阻遏酶產(chǎn)生的物質(zhì)。調(diào)節(jié)蛋白:調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的一種變構(gòu)蛋白。兩個結(jié)合位點:操縱基因結(jié)合位點、效應(yīng)物結(jié)合位點。兩種類型:阻遏蛋白、阻遏蛋白原。(一)乳糖操縱子學(xué)說操縱子:由調(diào)節(jié)基因()、()乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)β半乳糖苷酶透過酶乙?;D(zhuǎn)移酶誘導(dǎo)物阻遏蛋白聚合酶mRNA()阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)。()的正性調(diào)節(jié).乳糖操縱子的誘導(dǎo)機制()乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)β半乳糖苷酶透過酶乙?;D(zhuǎn)移酶誘導(dǎo)物阻遏(二)色氨酸操縱子學(xué)說磷酸核糖鄰氨基苯甲酸分支酸鄰氨基苯甲酸羧苯氨基脫氧核糖磷酸吲哚甘油磷酸色氨酸鄰氨基苯甲酸合酶鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶磷酸核糖鄰氨基苯甲酸異構(gòu)酶吲哚甘油磷酸合酶色氨酸合酶(二)色氨酸操縱子學(xué)說磷酸核糖鄰氨基苯甲酸分支酸鄰氨基苯甲酸.操縱子的調(diào)節(jié)作用阻遏蛋白原輔阻遏物(色氨酸)mRNA.操縱子的調(diào)節(jié)作用阻遏蛋白原輔阻遏物mRNA.衰減子的調(diào)節(jié)作用低色氨酸高色氨酸前導(dǎo)序列432112435/

-mRNAPr4321.衰減子的調(diào)節(jié)作用低色氨酸高色氨酸前導(dǎo)序列43211243(三)酶生物合成的誘導(dǎo)作用酶合成方式組成酶:細(xì)胞所固有的酶誘導(dǎo)酶:在誘導(dǎo)物的誘導(dǎo)作用下合成的酶誘導(dǎo)物—底物、產(chǎn)物、底物結(jié)構(gòu)類似物()誘導(dǎo)作用協(xié)同誘導(dǎo):誘導(dǎo)物同時誘導(dǎo)幾種酶的合成順序誘導(dǎo):先后誘導(dǎo)不同酶的合成生物學(xué)意義:①節(jié)約機制。②環(huán)境適應(yīng)能力(三)酶生物合成的誘導(dǎo)作用酶合成方式組成酶:細(xì)胞所固有的酶誘(四)酶生物合成的阻遏作用.終產(chǎn)物阻遏某一代謝(合成)途徑的終產(chǎn)物阻遏合成途徑中酶的合成的現(xiàn)象。(四)酶生物合成的阻遏作用.終產(chǎn)物阻遏某一代謝(合.分解代謝物的阻遏作用當(dāng)培養(yǎng)基中存在兩種碳源(底物)時,容易利用的碳源的分解代謝產(chǎn)物阻遏分解代謝另一種碳源的酶的合成的現(xiàn)象。葡萄糖效應(yīng):葡萄糖抑制微生物利用其他碳源(底物)的現(xiàn)象。.分解代謝物的阻遏作用當(dāng)培養(yǎng)基中存在兩種碳源(底物二、真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)(一)細(xì)胞分化改變酶的生物合成如:端粒酶的生物合成(二)基因擴增加速酶的生物合成如:爪蟾卵細(xì)胞形成時,的基因數(shù)增加倍。中國田鼠細(xì)胞培養(yǎng)在含有氨甲基蝶呤的培養(yǎng)基中生長時,細(xì)胞中編碼二氫葉酸還原酶的基因大量擴增,以合成大量的二氫葉酸還原酶。二、真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)(一)細(xì)胞分化改變酶的生物合成(三)增強子促進(jìn)酶的生物合成增強子:是一段能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的特定序列,長約,核心組件,單拷貝或多拷貝串聯(lián)存在。增強子的作用特點:()提高同一條鏈上基因的轉(zhuǎn)錄效率,可遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用,在基因的上游或下游均可起作用。()與其序列的正反方向無關(guān)。()要有啟動子才能發(fā)揮作用,但對啟動子沒有嚴(yán)格的專一性。()必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合才能發(fā)揮作用,具有組織和細(xì)胞特異性。(三)增強子促進(jìn)酶的生物合成增強子:是一段能夠三、酶生物合成調(diào)節(jié)作用機理的實際應(yīng)用(一)發(fā)酵中的應(yīng)用(二)酶生產(chǎn)中的應(yīng)用(三)微生物菌種選育中的應(yīng)用三、酶生物合成調(diào)節(jié)作用機理的實際應(yīng)用(一)發(fā)酵中的應(yīng)用(二)第二節(jié)酶的發(fā)酵技術(shù)利用微生物的發(fā)酵作用,運用一些技術(shù)手段控制發(fā)酵過程,大規(guī)模產(chǎn)酶的技術(shù),稱為酶的發(fā)酵技術(shù)。內(nèi)容主要包括:菌種的選育、培養(yǎng)基的配置、培養(yǎng)條件控制、發(fā)酵方法。第二節(jié)酶的發(fā)酵技術(shù)利用微生物的發(fā)酵作用,一、酶的生產(chǎn)菌種(一)產(chǎn)酶微生物的種類.細(xì)菌:大腸桿菌—青霉素?;?、天冬酰胺酶。枯草芽孢桿菌—中性蛋白酶、中溫α淀粉酶。地衣芽孢桿菌—高溫α淀粉.放線菌:葡萄糖異構(gòu)酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶.酵母菌:凝血激酶、尿激酶、植酸酶.霉菌:黑曲霉、米曲霉—α淀粉酶、糖化酶、乳糖酶、脂肪酶。理氏木霉—木聚糖酶、纖維素酶。青霉—葡萄糖氧化酶、磷酸二酯酶一、酶的生產(chǎn)菌種(一)產(chǎn)酶微生物的種類.細(xì)菌:大腸桿菌—青(二)產(chǎn)酶菌種的要求()酶的產(chǎn)量高。()容易培養(yǎng)和管理,產(chǎn)酶細(xì)胞容易生長繁殖,適應(yīng)性強,便于管理。()菌株遺傳性能穩(wěn)定,不易變異退化,不易感染噬菌體,保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性;()菌株能利用廉價原料,發(fā)酵周期短,生產(chǎn)成本低;()有利于酶產(chǎn)品的分離純化,最好是分泌型的胞外酶;()菌株安全可靠,非病原菌,不產(chǎn)毒素及其它有害物質(zhì),不影響生產(chǎn)人員的身體健康;()基因工程菌必須符合安全性要求。(二)產(chǎn)酶菌種的要求()酶的產(chǎn)量高。(三)菌種篩選.含菌樣品的采集根據(jù)不同微生物的生態(tài)分布特點,從自然界中采樣。產(chǎn)酶微生物的分布基本規(guī)律:()相近菌種產(chǎn)生的酶性質(zhì)一般相近或相似。()胞外酶的穩(wěn)定性和最適條件通常和菌的最適生長條件接近。()為獲得能降解某種物質(zhì)的產(chǎn)酶菌株,一般可從該物質(zhì)分布比較豐富的地方尋找。(三)菌種篩選.含菌樣品的采集根據(jù)不同微生物的生態(tài)分布特點.菌種的分離純化平板劃線法、稀釋涂布分離法.產(chǎn)酶性能的測定初篩:快速、簡便。平板篩選法—有色圈。復(fù)篩:精確。液體或固體培養(yǎng)發(fā)酵,測定產(chǎn)酶水平。.菌種的選育誘變育種、雜交育種、原生質(zhì)體融合育種、基因工程育種.菌種的保藏斜面低溫保藏法、沙土管保藏法、石蠟油封藏法、真空冷凍干燥法、超低溫保藏法、固體曲法等。.菌種的分離純化平板劃線法、稀釋涂布分離法.產(chǎn)酶性能的測.菌種的退化與復(fù)壯()菌種退化現(xiàn)象:隨著菌種保藏時間的延長或多次的轉(zhuǎn)接傳代,菌種本身所具有的優(yōu)良遺傳性狀發(fā)生了不利于發(fā)酵生產(chǎn)的遺傳變異現(xiàn)象。()防止退化措施:創(chuàng)造合適的培養(yǎng)條件,采取有效的菌種保藏方法,盡量減少傳代次數(shù)。()退化菌種的復(fù)壯:純種分離和性能測定。包括已發(fā)生退化菌種的復(fù)壯和菌種退化之前的復(fù)壯和提高。.菌種的退化與復(fù)壯()菌種退化現(xiàn)象:隨著菌種保藏時間(四)菌種活化與擴大培養(yǎng).菌種擴大培養(yǎng)保藏菌種試管斜面活化三角瓶培養(yǎng)種子罐培養(yǎng).種子制備的過程防止雜菌污染,減少轉(zhuǎn)接次數(shù),避免種子培養(yǎng)基的長時高溫滅菌。培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件是細(xì)胞生長繁殖的最適條件。培養(yǎng)時間以對數(shù)生長期為宜。(四)菌種活化與擴大培養(yǎng).菌種擴大培養(yǎng)保藏菌種試管斜面活化.種子質(zhì)量的控制()影響種子質(zhì)量的因素及其控制培養(yǎng)基營養(yǎng)成分豐富,盡可能滿足細(xì)胞生長繁殖。營養(yǎng)成分盡可能與發(fā)酵培養(yǎng)基接近。值穩(wěn)定培養(yǎng)條件必須是菌種細(xì)胞生長繁殖的最適條件。包括溫度、值、通氣攪拌、通風(fēng)、翻曲、濕度種齡生命力最為旺盛的對數(shù)生長期。細(xì)菌:;霉菌:;放線菌:;.種子質(zhì)量的控制()影響種子質(zhì)量的因素及其控制培養(yǎng)基種子質(zhì)量的判斷細(xì)菌、酵母菌——菌體健壯,菌形一致,均勻整齊,一定的排列和形態(tài)。霉菌、放線菌——菌絲粗壯,染色力強,生長旺盛,菌絲分枝和內(nèi)含物情況良好。種子的異常情況菌種生長緩慢或過快,菌絲結(jié)團接種量與菌種特性、種子質(zhì)量和發(fā)酵條件有關(guān)。

種子質(zhì)量的判斷細(xì)菌、酵母菌——菌體健壯,菌形種子的()種子質(zhì)量的控制措施菌種穩(wěn)定性檢查:保藏菌種無(雜)菌檢查:顯微鏡觀察,肉湯或瓊脂斜面培養(yǎng)生化分析:養(yǎng)分消耗速度,變化,溶解氧利用,色澤,氣味等()種子質(zhì)量的控制措施菌種穩(wěn)定性檢查:保藏菌種無(雜)菌檢二、培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)(一)培養(yǎng)基成分對產(chǎn)酶的影響.碳源淀粉及其水解物.氮源無機氮和有機氮.無機鹽類大量元素和微量元素.生長因子氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素、激素.產(chǎn)酶促進(jìn)劑表面活性劑、植酸鈣鎂、、聚乙烯醇、等二、培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)(一)培養(yǎng)基成分對產(chǎn)酶(二)培養(yǎng)條件對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制.對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制細(xì)菌、放線菌:中性至微堿性。霉菌、酵母菌:微酸性培養(yǎng)基的改變會影響產(chǎn)酶的種類或比例調(diào)節(jié)控制控制培養(yǎng)基的組分或比例。添加緩沖物種。流加酸堿溶液或補料;提高空氣流量(二)培養(yǎng)條件對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制.對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控.溫度對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制不同的微生物生長與產(chǎn)酶的最適溫度各不不同。很多微生物發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度與生長繁殖的最適溫度不同,且往往低于生長最適溫度。在酶發(fā)酵生產(chǎn)的不同階段控制不同的溫度條件,進(jìn)行變溫發(fā)酵。調(diào)節(jié)控制液態(tài)發(fā)酵可利用發(fā)酵罐的夾套、盤管或蛇管等通過溫(冷)水進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,固態(tài)發(fā)酵可通過通風(fēng)量或風(fēng)溫來進(jìn)行調(diào)節(jié)。.溫度對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制不同的微生物生長.溶解氧對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制臨界氧濃度——不影響細(xì)胞正常代謝的最低氧濃度溶氧濃度是由溶氧速率和耗氧速率來決定的。調(diào)節(jié)控制①調(diào)節(jié)氧分壓改變進(jìn)氣壓力或罐壓,改變氧含量,添加氧載體②增加通氣量③延長氣液接觸時間,增加氣液接觸面積④改變培養(yǎng)液的性質(zhì)改變組分或濃度,添加消泡劑.溶解氧對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制臨界氧濃度——不影響細(xì)胞正常.泡沫對產(chǎn)酶的影響與控制泡沫的不利影響:①阻礙的排除,影響的溶解。②發(fā)酵液溢出,造成原料浪費,引起雜菌污染。③發(fā)酵罐裝料量受限,降低發(fā)酵罐的利用率??刂婆菽姆椒ǎ孩龠x育不易產(chǎn)生泡沫的菌種。②調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分,減少或緩加易起泡的原料。③機械消泡或化學(xué)消泡。化學(xué)消泡劑:天然油類,甘油聚醚,泡敵(聚環(huán)氧丙烷環(huán)氧乙烷甘油)。勤加、少加較好.泡沫對產(chǎn)酶的影響與控制泡沫的不利影響:①阻礙的排除,影.濕度對產(chǎn)酶的影響與控制對固體發(fā)酵產(chǎn)酶而言,影響微生物的產(chǎn)酶量,也會影響產(chǎn)酶達(dá)到高峰的時間。特定菌種,發(fā)酵過程的不同時期,對濕度要求不同。固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酶,前期濕度低,后期濕度高,有利于產(chǎn)酶。調(diào)節(jié)控制配制培養(yǎng)基時,控制物料的含水量??刂乒娘L(fēng)量大小,或調(diào)節(jié)空氣的濕度。噴灑水分.濕度對產(chǎn)酶的影響與控制對固體發(fā)酵產(chǎn)酶而言,影響微三、發(fā)酵方法(一)液體深層發(fā)酵優(yōu)點:①產(chǎn)酶純度高,質(zhì)量穩(wěn)定。②較易控制發(fā)酵條件,易自動化控制。③機械化程度高,勞動強度小;④設(shè)備利用率高。缺點:設(shè)備投資大三、發(fā)酵方法(一)液體深層發(fā)酵優(yōu)點:缺點:(二)固體發(fā)酵固體發(fā)酵方式:淺盤培養(yǎng)、轉(zhuǎn)鼓培養(yǎng)、厚層通風(fēng)培養(yǎng)優(yōu)點:設(shè)備簡單,環(huán)境污染少。產(chǎn)酶率高。適合霉菌的培養(yǎng)。困難。傳質(zhì)傳熱效率低,發(fā)酵條件不易控制,產(chǎn)酶不穩(wěn)定。不能進(jìn)行胞內(nèi)酶的生產(chǎn)。缺點:勞動強度大。原料利用率低。產(chǎn)酶純度差,提取精制(二)固體發(fā)酵固體發(fā)酵方式:淺盤培養(yǎng)、轉(zhuǎn)鼓培養(yǎng)、厚層通風(fēng)培養(yǎng)(三)分批發(fā)酵(四)連續(xù)發(fā)酵特點:操作簡單。發(fā)酵初期營養(yǎng)物過多可能抑制微生物的生長,中后期可能因為營養(yǎng)物的減少及有害代謝產(chǎn)物的積累而降低培養(yǎng)效率優(yōu)點:可有效實現(xiàn)自動化,降低勞動強度,設(shè)備利用率高,可消除反饋阻遏作用,酶產(chǎn)率高。適合于與生長相偶聯(lián)的發(fā)酵產(chǎn)物的生產(chǎn)。缺點:菌種易變異退化,易染雜菌。原料利用率低,生產(chǎn)成本增加。(三)分批發(fā)酵(四)連續(xù)發(fā)酵特點:操作簡單。(五)補料分批發(fā)酵優(yōu)點:可解除營養(yǎng)基質(zhì)的抑制和分解代謝物阻遏作用。可改善好氧發(fā)酵的溶氧狀況。減少菌體生成量,提高有用產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率。菌絲減少可降低發(fā)酵液的粘度,便于發(fā)酵培養(yǎng)物的輸送及后處理。不易產(chǎn)生菌種退化和變異,雜菌污染易控制;使用范圍廣。(五)補料分批發(fā)酵優(yōu)點:可解除營養(yǎng)基質(zhì)的抑制四、提高產(chǎn)酶的措施(一)添加誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物類型:作用底物、反應(yīng)產(chǎn)物、底物類似物(二)降低阻遏物濃度分解代謝物阻遏、末端產(chǎn)物(反饋)阻遏(三)添加表面活性劑非離子型表面活性劑,如吐溫(四)添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑植酸鈣鎂,聚乙烯醇等四、提高產(chǎn)酶的措施(一)添加誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物類型:作用底物、反應(yīng)第三節(jié)酶發(fā)酵動力學(xué)一、酶生物合成的模式(一)細(xì)胞生長曲線細(xì)胞濃度/(mg/ml)時間/h延遲期對數(shù)生長期穩(wěn)定期衰亡期細(xì)胞生長曲線圖第三節(jié)酶發(fā)酵動力學(xué)一、酶生物合成的模式(一)細(xì)胞生長曲線(二)酶生物合成的模式.同步合成型:酶的合成與細(xì)胞的生長同步。合成可以誘導(dǎo),但不受分解代謝物阻遏和反饋阻遏。酶對應(yīng)的很不穩(wěn)定。特點:細(xì)胞濃度酶濃度0時間/h濃度(二)酶生物合成的模式.同步合成型:酶的合成與細(xì)胞的生長同.延續(xù)合成型:酶的合成伴隨著細(xì)胞的生長而開始,細(xì)胞生長進(jìn)入穩(wěn)定期后,酶還可以延續(xù)合成一段時間。合成可以誘導(dǎo),但不受分解代謝物阻遏和反饋阻遏。酶對應(yīng)的相當(dāng)穩(wěn)定。特點:0時間/h濃度細(xì)胞濃度酶濃度.延續(xù)合成型:合成可以誘導(dǎo),但不受分解代謝物阻遏和.中期合成型:酶的合成在細(xì)胞的生長一段時間以后才開始,細(xì)胞進(jìn)入穩(wěn)定期后,酶的合成也隨之停止。0時間/h濃度細(xì)胞濃度酶濃度合成受到反饋阻遏。酶對應(yīng)的不穩(wěn)定。特點:.中期合成型:0時間/h濃度細(xì)胞濃度酶濃度合成受到.滯后合成型:當(dāng)細(xì)胞生長進(jìn)入穩(wěn)定期以后,酶才開始合成并大量積累。0時間/h濃度細(xì)胞濃度酶濃度受分解代謝物阻遏。酶對應(yīng)的穩(wěn)定性高。特點:.滯后合成型:0時間/h濃度細(xì)胞濃度酶濃度受分解代細(xì)胞濃度酶濃度0時間/h濃度0時間/h濃度細(xì)胞濃度酶濃度0時間/h濃度細(xì)胞濃度酶濃度0時間/h濃度細(xì)胞濃度酶濃度細(xì)胞濃度酶濃度0時間/h濃度0時間/h濃度細(xì)胞濃度酶濃度0時第二章酶的發(fā)酵工程所有的生物為了維持其正常的生命活動,在一定的條件下都能夠合成其自身生長所需要的各種酶,酶的種類和數(shù)量是受到細(xì)胞自身的嚴(yán)格調(diào)控的。通過人為的操作控制,利用生物細(xì)胞的生命活動來大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)人們所需要的酶的技術(shù)過程,稱為酶的發(fā)酵生產(chǎn)。酶的制備方法:提取法、發(fā)酵法、合成法。第二章酶的發(fā)酵工程所有的生物為了維持其正第一節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)機制第二節(jié)酶的發(fā)酵技術(shù)第三節(jié)酶發(fā)酵動力學(xué)第一節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)機制第一節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)機制一、原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)原核生物酶的合成主要是在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)方式主要有酶合成的誘導(dǎo)和酶合成的阻遏兩種方式。原核生物中酶合成的誘導(dǎo)和阻遏作用機制都可以用和提出的操縱子理論來解釋。第一節(jié)酶生物合成的調(diào)節(jié)機制一、原核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)(一)乳糖操縱子學(xué)說操縱子:由調(diào)節(jié)基因()、啟動子()、操縱基因()和結(jié)構(gòu)基因()所構(gòu)成的一個完整的基因表達(dá)單位。.基本概念誘導(dǎo)物:誘導(dǎo)酶起始合成的物質(zhì)。輔阻遏物:阻遏酶產(chǎn)生的物質(zhì)。調(diào)節(jié)蛋白:調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的一種變構(gòu)蛋白。兩個結(jié)合位點:操縱基因結(jié)合位點、效應(yīng)物結(jié)合位點。兩種類型:阻遏蛋白、阻遏蛋白原。(一)乳糖操縱子學(xué)說操縱子:由調(diào)節(jié)基因()、()乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)β半乳糖苷酶透過酶乙?;D(zhuǎn)移酶誘導(dǎo)物阻遏蛋白聚合酶mRNA()阻遏蛋白的負(fù)性調(diào)節(jié)。()的正性調(diào)節(jié).乳糖操縱子的誘導(dǎo)機制()乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)β半乳糖苷酶透過酶乙?;D(zhuǎn)移酶誘導(dǎo)物阻遏(二)色氨酸操縱子學(xué)說磷酸核糖鄰氨基苯甲酸分支酸鄰氨基苯甲酸羧苯氨基脫氧核糖磷酸吲哚甘油磷酸色氨酸鄰氨基苯甲酸合酶鄰氨基苯甲酸磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶磷酸核糖鄰氨基苯甲酸異構(gòu)酶吲哚甘油磷酸合酶色氨酸合酶(二)色氨酸操縱子學(xué)說磷酸核糖鄰氨基苯甲酸分支酸鄰氨基苯甲酸.操縱子的調(diào)節(jié)作用阻遏蛋白原輔阻遏物(色氨酸)mRNA.操縱子的調(diào)節(jié)作用阻遏蛋白原輔阻遏物mRNA.衰減子的調(diào)節(jié)作用低色氨酸高色氨酸前導(dǎo)序列432112435/

-mRNAPr4321.衰減子的調(diào)節(jié)作用低色氨酸高色氨酸前導(dǎo)序列43211243(三)酶生物合成的誘導(dǎo)作用酶合成方式組成酶:細(xì)胞所固有的酶誘導(dǎo)酶:在誘導(dǎo)物的誘導(dǎo)作用下合成的酶誘導(dǎo)物—底物、產(chǎn)物、底物結(jié)構(gòu)類似物()誘導(dǎo)作用協(xié)同誘導(dǎo):誘導(dǎo)物同時誘導(dǎo)幾種酶的合成順序誘導(dǎo):先后誘導(dǎo)不同酶的合成生物學(xué)意義:①節(jié)約機制。②環(huán)境適應(yīng)能力(三)酶生物合成的誘導(dǎo)作用酶合成方式組成酶:細(xì)胞所固有的酶誘(四)酶生物合成的阻遏作用.終產(chǎn)物阻遏某一代謝(合成)途徑的終產(chǎn)物阻遏合成途徑中酶的合成的現(xiàn)象。(四)酶生物合成的阻遏作用.終產(chǎn)物阻遏某一代謝(合.分解代謝物的阻遏作用當(dāng)培養(yǎng)基中存在兩種碳源(底物)時,容易利用的碳源的分解代謝產(chǎn)物阻遏分解代謝另一種碳源的酶的合成的現(xiàn)象。葡萄糖效應(yīng):葡萄糖抑制微生物利用其他碳源(底物)的現(xiàn)象。.分解代謝物的阻遏作用當(dāng)培養(yǎng)基中存在兩種碳源(底物二、真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)(一)細(xì)胞分化改變酶的生物合成如:端粒酶的生物合成(二)基因擴增加速酶的生物合成如:爪蟾卵細(xì)胞形成時,的基因數(shù)增加倍。中國田鼠細(xì)胞培養(yǎng)在含有氨甲基蝶呤的培養(yǎng)基中生長時,細(xì)胞中編碼二氫葉酸還原酶的基因大量擴增,以合成大量的二氫葉酸還原酶。二、真核生物中酶生物合成的調(diào)節(jié)(一)細(xì)胞分化改變酶的生物合成(三)增強子促進(jìn)酶的生物合成增強子:是一段能夠提高轉(zhuǎn)錄效率的特定序列,長約,核心組件,單拷貝或多拷貝串聯(lián)存在。增強子的作用特點:()提高同一條鏈上基因的轉(zhuǎn)錄效率,可遠(yuǎn)距離發(fā)揮作用,在基因的上游或下游均可起作用。()與其序列的正反方向無關(guān)。()要有啟動子才能發(fā)揮作用,但對啟動子沒有嚴(yán)格的專一性。()必須與特定的蛋白質(zhì)因子結(jié)合才能發(fā)揮作用,具有組織和細(xì)胞特異性。(三)增強子促進(jìn)酶的生物合成增強子:是一段能夠三、酶生物合成調(diào)節(jié)作用機理的實際應(yīng)用(一)發(fā)酵中的應(yīng)用(二)酶生產(chǎn)中的應(yīng)用(三)微生物菌種選育中的應(yīng)用三、酶生物合成調(diào)節(jié)作用機理的實際應(yīng)用(一)發(fā)酵中的應(yīng)用(二)第二節(jié)酶的發(fā)酵技術(shù)利用微生物的發(fā)酵作用,運用一些技術(shù)手段控制發(fā)酵過程,大規(guī)模產(chǎn)酶的技術(shù),稱為酶的發(fā)酵技術(shù)。內(nèi)容主要包括:菌種的選育、培養(yǎng)基的配置、培養(yǎng)條件控制、發(fā)酵方法。第二節(jié)酶的發(fā)酵技術(shù)利用微生物的發(fā)酵作用,一、酶的生產(chǎn)菌種(一)產(chǎn)酶微生物的種類.細(xì)菌:大腸桿菌—青霉素?;?、天冬酰胺酶??莶菅挎邨U菌—中性蛋白酶、中溫α淀粉酶。地衣芽孢桿菌—高溫α淀粉.放線菌:葡萄糖異構(gòu)酶、谷氨酰胺轉(zhuǎn)氨酶.酵母菌:凝血激酶、尿激酶、植酸酶.霉菌:黑曲霉、米曲霉—α淀粉酶、糖化酶、乳糖酶、脂肪酶。理氏木霉—木聚糖酶、纖維素酶。青霉—葡萄糖氧化酶、磷酸二酯酶一、酶的生產(chǎn)菌種(一)產(chǎn)酶微生物的種類.細(xì)菌:大腸桿菌—青(二)產(chǎn)酶菌種的要求()酶的產(chǎn)量高。()容易培養(yǎng)和管理,產(chǎn)酶細(xì)胞容易生長繁殖,適應(yīng)性強,便于管理。()菌株遺傳性能穩(wěn)定,不易變異退化,不易感染噬菌體,保證生產(chǎn)的穩(wěn)定性;()菌株能利用廉價原料,發(fā)酵周期短,生產(chǎn)成本低;()有利于酶產(chǎn)品的分離純化,最好是分泌型的胞外酶;()菌株安全可靠,非病原菌,不產(chǎn)毒素及其它有害物質(zhì),不影響生產(chǎn)人員的身體健康;()基因工程菌必須符合安全性要求。(二)產(chǎn)酶菌種的要求()酶的產(chǎn)量高。(三)菌種篩選.含菌樣品的采集根據(jù)不同微生物的生態(tài)分布特點,從自然界中采樣。產(chǎn)酶微生物的分布基本規(guī)律:()相近菌種產(chǎn)生的酶性質(zhì)一般相近或相似。()胞外酶的穩(wěn)定性和最適條件通常和菌的最適生長條件接近。()為獲得能降解某種物質(zhì)的產(chǎn)酶菌株,一般可從該物質(zhì)分布比較豐富的地方尋找。(三)菌種篩選.含菌樣品的采集根據(jù)不同微生物的生態(tài)分布特點.菌種的分離純化平板劃線法、稀釋涂布分離法.產(chǎn)酶性能的測定初篩:快速、簡便。平板篩選法—有色圈。復(fù)篩:精確。液體或固體培養(yǎng)發(fā)酵,測定產(chǎn)酶水平。.菌種的選育誘變育種、雜交育種、原生質(zhì)體融合育種、基因工程育種.菌種的保藏斜面低溫保藏法、沙土管保藏法、石蠟油封藏法、真空冷凍干燥法、超低溫保藏法、固體曲法等。.菌種的分離純化平板劃線法、稀釋涂布分離法.產(chǎn)酶性能的測.菌種的退化與復(fù)壯()菌種退化現(xiàn)象:隨著菌種保藏時間的延長或多次的轉(zhuǎn)接傳代,菌種本身所具有的優(yōu)良遺傳性狀發(fā)生了不利于發(fā)酵生產(chǎn)的遺傳變異現(xiàn)象。()防止退化措施:創(chuàng)造合適的培養(yǎng)條件,采取有效的菌種保藏方法,盡量減少傳代次數(shù)。()退化菌種的復(fù)壯:純種分離和性能測定。包括已發(fā)生退化菌種的復(fù)壯和菌種退化之前的復(fù)壯和提高。.菌種的退化與復(fù)壯()菌種退化現(xiàn)象:隨著菌種保藏時間(四)菌種活化與擴大培養(yǎng).菌種擴大培養(yǎng)保藏菌種試管斜面活化三角瓶培養(yǎng)種子罐培養(yǎng).種子制備的過程防止雜菌污染,減少轉(zhuǎn)接次數(shù),避免種子培養(yǎng)基的長時高溫滅菌。培養(yǎng)基及培養(yǎng)條件是細(xì)胞生長繁殖的最適條件。培養(yǎng)時間以對數(shù)生長期為宜。(四)菌種活化與擴大培養(yǎng).菌種擴大培養(yǎng)保藏菌種試管斜面活化.種子質(zhì)量的控制()影響種子質(zhì)量的因素及其控制培養(yǎng)基營養(yǎng)成分豐富,盡可能滿足細(xì)胞生長繁殖。營養(yǎng)成分盡可能與發(fā)酵培養(yǎng)基接近。值穩(wěn)定培養(yǎng)條件必須是菌種細(xì)胞生長繁殖的最適條件。包括溫度、值、通氣攪拌、通風(fēng)、翻曲、濕度種齡生命力最為旺盛的對數(shù)生長期。細(xì)菌:;霉菌:;放線菌:;.種子質(zhì)量的控制()影響種子質(zhì)量的因素及其控制培養(yǎng)基種子質(zhì)量的判斷細(xì)菌、酵母菌——菌體健壯,菌形一致,均勻整齊,一定的排列和形態(tài)。霉菌、放線菌——菌絲粗壯,染色力強,生長旺盛,菌絲分枝和內(nèi)含物情況良好。種子的異常情況菌種生長緩慢或過快,菌絲結(jié)團接種量與菌種特性、種子質(zhì)量和發(fā)酵條件有關(guān)。

種子質(zhì)量的判斷細(xì)菌、酵母菌——菌體健壯,菌形種子的()種子質(zhì)量的控制措施菌種穩(wěn)定性檢查:保藏菌種無(雜)菌檢查:顯微鏡觀察,肉湯或瓊脂斜面培養(yǎng)生化分析:養(yǎng)分消耗速度,變化,溶解氧利用,色澤,氣味等()種子質(zhì)量的控制措施菌種穩(wěn)定性檢查:保藏菌種無(雜)菌檢二、培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)(一)培養(yǎng)基成分對產(chǎn)酶的影響.碳源淀粉及其水解物.氮源無機氮和有機氮.無機鹽類大量元素和微量元素.生長因子氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素、激素.產(chǎn)酶促進(jìn)劑表面活性劑、植酸鈣鎂、、聚乙烯醇、等二、培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)(一)培養(yǎng)基成分對產(chǎn)酶(二)培養(yǎng)條件對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制.對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制細(xì)菌、放線菌:中性至微堿性。霉菌、酵母菌:微酸性培養(yǎng)基的改變會影響產(chǎn)酶的種類或比例調(diào)節(jié)控制控制培養(yǎng)基的組分或比例。添加緩沖物種。流加酸堿溶液或補料;提高空氣流量(二)培養(yǎng)條件對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制.對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控.溫度對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制不同的微生物生長與產(chǎn)酶的最適溫度各不不同。很多微生物發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度與生長繁殖的最適溫度不同,且往往低于生長最適溫度。在酶發(fā)酵生產(chǎn)的不同階段控制不同的溫度條件,進(jìn)行變溫發(fā)酵。調(diào)節(jié)控制液態(tài)發(fā)酵可利用發(fā)酵罐的夾套、盤管或蛇管等通過溫(冷)水進(jìn)行調(diào)節(jié)控制,固態(tài)發(fā)酵可通過通風(fēng)量或風(fēng)溫來進(jìn)行調(diào)節(jié)。.溫度對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制不同的微生物生長.溶解氧對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制臨界氧濃度——不影響細(xì)胞正常代謝的最低氧濃度溶氧濃度是由溶氧速率和耗氧速率來決定的。調(diào)節(jié)控制①調(diào)節(jié)氧分壓改變進(jìn)氣壓力或罐壓,改變氧含量,添加氧載體②增加通氣量③延長氣液接觸時間,增加氣液接觸面積④改變培養(yǎng)液的性質(zhì)改變組分或濃度,添加消泡劑.溶解氧對產(chǎn)酶的影響與調(diào)節(jié)控制臨界氧濃度——不影響細(xì)胞正常.泡沫對產(chǎn)酶的影響與控制泡沫的不利影響:①阻礙的排除,影響的溶解。②發(fā)酵液溢出,造成原料浪費,引起雜菌污染。③發(fā)酵罐裝料量受限,降低發(fā)酵罐的利用率。控制泡沫的方法:①選育不易產(chǎn)生泡沫的菌種。②調(diào)節(jié)培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分,減少或緩加易起泡的原料。③機械消泡或化學(xué)消泡?;瘜W(xué)消泡劑:天然油類,甘油聚醚,泡敵(聚環(huán)氧丙烷環(huán)氧乙烷甘油)。勤加、少加較好.泡沫對產(chǎn)酶的影響與控制泡沫的不利影響:①阻礙的排除,影.濕度對產(chǎn)酶的影響與控制對固體發(fā)酵產(chǎn)酶而言,影響微生物的產(chǎn)酶量,也會影響產(chǎn)酶達(dá)到高峰的時間。特定菌種,發(fā)酵過程的不同時期,對濕度要求不同。固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)酶,前期濕度低,后期濕度高,有利于產(chǎn)酶。調(diào)節(jié)控制配制培養(yǎng)基時,控制物料的含水量。控制鼓風(fēng)量大小,或調(diào)節(jié)空氣的濕度。噴灑水分.濕度對產(chǎn)酶的影響與控制對固體發(fā)酵產(chǎn)酶而言,影響微三、發(fā)酵方法(一)液體深層發(fā)酵優(yōu)點:①產(chǎn)酶純度高,質(zhì)量穩(wěn)定。②較易控制發(fā)酵條件,易自動化控制。③機械化程度高,勞動強度??;④設(shè)備利用率高。缺點:設(shè)備投資大三、發(fā)酵方法(一)液體深層發(fā)酵優(yōu)點:缺點:(二)固體發(fā)酵固體發(fā)酵方式:淺盤培養(yǎng)、轉(zhuǎn)鼓培養(yǎng)、厚層通風(fēng)培養(yǎng)優(yōu)點:設(shè)備簡單,環(huán)境污染少。產(chǎn)酶率高。適合霉菌的培養(yǎng)。困難。傳質(zhì)傳熱效率低,發(fā)酵條件不易控制,產(chǎn)酶不穩(wěn)定。不能進(jìn)行胞內(nèi)酶的生產(chǎn)。缺點:勞動

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