微生物與酶制劑工業(yè)

微生物與酶制劑工業(yè)第1頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四本章內(nèi)容第一節(jié)酶的生產(chǎn)方法第二節(jié)酶生物合成的基本理論第三節(jié)微生物發(fā)酵產(chǎn)酶工藝（重點(diǎn)）第四節(jié)酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué)第2頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四纖維素燃料乙醇“酶”好時(shí)代秸稈、樹葉，這些在很多人眼中稱之為‘廢料’的東西，其實(shí)都是寶貝。他們甚至可以成為車用燃料。而酶就像是打開生物世界的鑰匙，通過(guò)它的催化作用，能夠?qū)⒅参飶U料中的植物纖維轉(zhuǎn)化為糖，然后再經(jīng)發(fā)酵制成為乙醇。將這些乙醇添加到燃料中，能夠降低石油燃料的消耗，減少有害物質(zhì)的排放，我們把這種用非糧食作物生產(chǎn)出來(lái)的乙醇稱之為第二代燃料乙醇。第3頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第4頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第5頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第一節(jié)酶的生產(chǎn)方法一、酶的生產(chǎn)方法1、提取法

采用各種技術(shù)，直接從動(dòng)、植物細(xì)胞或組織中將酶提取出來(lái)。提取法雖簡(jiǎn)單易行，但受原材料來(lái)源的限制。2、化學(xué)合成法

是20世紀(jì)60年代中期出現(xiàn)的新技術(shù)。只能合成那些已知化學(xué)結(jié)構(gòu)的酶；成本比較高。目前仍然停留在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)合成的階段。第6頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、微生物發(fā)酵法

是20世紀(jì)50年代以來(lái)生產(chǎn)酶的主要方法。利用微生物細(xì)胞的生命活動(dòng)合成所需酶的方法稱為發(fā)酵法。酶的發(fā)酵生產(chǎn)是現(xiàn)在酶生產(chǎn)的主要方法。第7頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、微生物種類多，酶種豐富；2、微生物生長(zhǎng)繁殖快，易提取酶，特別是胞外酶；3、微生物培養(yǎng)基來(lái)源廣泛，價(jià)格便宜；4、可采用微電腦等新技術(shù)，控制酶發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程；5、可利用以基因工程為主的近代分子生物學(xué)技術(shù)選育菌種，增加酶的產(chǎn)率和開發(fā)新酶種。二、應(yīng)用微生物來(lái)開發(fā)酶的優(yōu)點(diǎn)第8頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、酶發(fā)酵生產(chǎn)的類型1、液體深層發(fā)酵：液體培養(yǎng)基，經(jīng)滅菌、冷卻后，接入產(chǎn)酶細(xì)胞，在一定條件下發(fā)酵。2、固體培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)基以麩皮、米糠等為主要原料，經(jīng)滅菌后，接入產(chǎn)酶菌株，在一定條件下發(fā)酵。3、固定化細(xì)胞發(fā)酵（70年代后期發(fā)展）將細(xì)胞固定在載體上后，進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)。第9頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第二節(jié)酶生物合成的基本理論一、酶生物合成的過(guò)程DNARNA蛋白質(zhì)（新生多肽鏈）成熟蛋白質(zhì)（酶）轉(zhuǎn)錄翻譯加工第10頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、酶生物合成的調(diào)節(jié)

按酶生物合成的速度把細(xì)胞中合成的酶分為兩類：組成酶—恒定（速度、濃度）誘導(dǎo)酶—在外界環(huán)境因素誘導(dǎo)下合成速度急增，酶濃度成百上千倍增加第11頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四酶合成的調(diào)控類型：誘導(dǎo)和阻遏1、酶合成的誘導(dǎo)作用

加進(jìn)某些物質(zhì)，使酶的生物合成開始或加速的現(xiàn)象，稱為誘導(dǎo)作用。誘導(dǎo)物一般是酶催化作用的底物或其底物類似物。

例：乳糖誘導(dǎo)?-半乳糖苷酶的合成淀粉誘導(dǎo)α-淀粉酶的合成第12頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、酶合成的阻遏（1）終產(chǎn)物阻遏

指酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物使該酶的生物合成受到阻遏的現(xiàn)象。（2）分解代謝物阻遏（營(yíng)養(yǎng)源阻遏）是指某些物質(zhì)經(jīng)過(guò)分解代謝產(chǎn)生的物質(zhì)阻遏其他酶合成的現(xiàn)象。

葡萄糖阻遏?-半乳糖苷酶的生物合成果糖阻遏α-淀粉酶的生物合成色氨酸過(guò)量時(shí)會(huì)阻遏催化色氨酸合成的相關(guān)酶第13頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第三節(jié)微生物發(fā)酵產(chǎn)酶工藝

發(fā)酵法生產(chǎn)酶制劑，就是給酶的生產(chǎn)菌種提供適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)環(huán)境，使生產(chǎn)菌大量增殖，同時(shí)合成所需要的酶，然后由發(fā)酵所得物料制成酶產(chǎn)品。

現(xiàn)代酶制劑的大規(guī)模生產(chǎn)以深層液體發(fā)酵法為主。無(wú)論哪種發(fā)酵法，都要做三方面的工作：（1）從原料準(zhǔn)備培養(yǎng)基；（2）從原始菌種準(zhǔn)備生產(chǎn)菌種；（3）發(fā)酵過(guò)程管理。一、發(fā)酵產(chǎn)酶的一般工藝流程第14頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四酶發(fā)酵生產(chǎn)的一般工藝流程圖第15頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四保藏菌種

試管斜面培養(yǎng)（活化）搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)發(fā)酵罐分離純化酶培養(yǎng)基無(wú)菌空氣第16頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、產(chǎn)酶菌種（一）產(chǎn)酶菌種的要求（1）產(chǎn)酶量高；（2）繁殖快，發(fā)酵周期短；（3）產(chǎn)酶穩(wěn)定性好，不易退化，不易被感染；（4）能夠利用廉價(jià)原料，容易培養(yǎng)和管理；（5）最好是產(chǎn)生胞外酶的菌種,利于分離。（6）安全性可靠，非致病菌。第17頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（二）常用的產(chǎn)酶微生物大腸桿菌

谷氨酸脫羧酶、天冬氨酸酶、青霉素?；?、天冬酰胺酶、β-半乳糖苷酶、限制性核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、核酸外切酶等。1、細(xì)菌第18頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四直狀、近直狀的桿菌，周生或側(cè)生鞭毛，革蘭氏陽(yáng)性，無(wú)莢膜，芽孢中生或近中生?？莶菅挎邨U菌是工業(yè)發(fā)酵的重要菌種之一。生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶、5’-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷。枯草芽孢桿菌第19頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四鏈霉菌：葡萄糖異構(gòu)酶、青霉素?；?、纖維素酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、幾丁質(zhì)酶等。2、放線菌第20頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四黑曲霉：糖化酶、α-淀粉酶、酸性蛋白酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶、過(guò)氧化氫酶、核糖核酸酶、橙皮苷酶等。米曲霉：氨基?；?、磷酸二酯酶、果膠酶等。紅曲霉：α-淀粉酶、糖化酶、麥芽糖酶、蛋白酶等。青霉：葡萄糖氧化酶、苯氧甲基青霉素?；?、纖維素酶等。木霉：纖維素酶。根霉：糖化酶、蔗糖酶、堿性蛋白酶，脂肪酶、果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶等。毛霉：蛋白酶、糖化酶、α-淀粉酶、脂肪酶、果膠酶、凝乳酶3、霉菌第21頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四啤酒酵母：丙酮酸脫羧酶、醇脫氫酶等。假絲酵母：脂肪酶、尿酸酶、尿囊酸酶、轉(zhuǎn)化酶、醇脫氫酶等。4、酵母第22頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的微生物酶和它們的某些來(lái)源酶產(chǎn)酶微生物用途α-淀粉酶枯草芽胞桿菌地衣芽胞桿菌米曲霉淀粉液化，織物退漿，消化助劑，加酶洗滌劑葡萄糖淀粉酶米曲霉，黑曲霉，米根霉制造葡萄糖，發(fā)酵、釀酒等工業(yè)的淀粉水解糖中性蛋白酶枯草芽胞桿菌，米曲霉皮革、毛皮加工，食品加工，調(diào)味品制造、助消化、消炎、啤酒澄清堿性蛋白酶地衣芽胞桿菌加酶洗滌劑植酸酶黑曲霉，畢赤酵母工程菌株飼料添加劑第23頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四纖維素酶里氏木霉、黑曲霉水洗布生產(chǎn)，飼料添加劑，消化植物細(xì)胞壁半纖維素酶木霉、曲霉、根霉飼料添加劑，消化植物細(xì)胞壁，低聚木糖生產(chǎn)β-葡聚糖酶枯草芽胞桿菌，黑曲霉，Penicilliumemersonii啤酒釀造，飼料添加劑異淀粉酶產(chǎn)氣克雷伯氏菌，芽孢桿菌淀粉加工乳糖酶乳酸酵母，米曲霉，黑曲霉，米根霉乳品工業(yè)（處理牛乳和乳清）果膠酶曲霉、歐文氏菌水果加工，果汁、果酒澄清，麻類纖維脫膠

工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的微生物酶和它們的某些來(lái)源第24頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)化酶啤酒酵母、假絲酵母制造轉(zhuǎn)化糖凝乳酶米赫毛霉,大腸桿菌和真菌生產(chǎn)的重組酶制造乳酪脂肪酶曲霉、根霉、酵母等加酶洗滌劑，油脂加工，生物化工葡萄糖氧化酶青霉、曲霉食品去氧、除葡萄糖，測(cè)定葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶凝結(jié)芽胞桿菌，白色鏈霉菌生產(chǎn)果葡糖漿青霉素?；讣?xì)菌、霉菌、放線菌制造6-氨基青霉烷酸

工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的微生物酶和它們的某些來(lái)源第25頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（三）生產(chǎn)菌種的來(lái)源1、菌種保藏機(jī)構(gòu)向菌種保藏機(jī)構(gòu)索取有關(guān)的菌株，從中篩選所需菌株。

2、篩選由自然界采集樣品，如土壤、水、動(dòng)植物體等，從中進(jìn)行分離篩選。第26頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）樣品的采集：主要是各種富含所需微生物的土壤、水、氣、枯枝爛葉、爛水果等；產(chǎn)酶菌種篩選步驟：（2）初篩：分離產(chǎn)目的酶的菌株；給予特殊的培養(yǎng)基或培養(yǎng)條件，進(jìn)而讓目的菌株得以繁殖，盡可能地把只成為目的菌的菌株分離出來(lái)。-淀粉酶的篩選第27頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）復(fù)篩：從所得菌株中篩選優(yōu)良株在初篩的基礎(chǔ)上，篩選產(chǎn)酶量高、性能更符合生產(chǎn)要求的菌種。誘變育種細(xì)胞雜交原生質(zhì)體融合育種基因工程育種（4）高產(chǎn)菌株的選育第28頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（四）產(chǎn)酶菌種的保存

保藏方法：斜面保藏法，沙土保藏法，真空冷凍干燥保藏法，低溫保藏法，石蠟油保藏法等第29頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（五）生產(chǎn)種子的制備生產(chǎn)種子：由原始保藏菌種，經(jīng)過(guò)活化，擴(kuò)大培養(yǎng)，用于發(fā)酵罐接種的大量菌體。1、種子制備工藝過(guò)程第30頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）菌種活化

目的：保藏的菌種在用于發(fā)酵生產(chǎn)之前，必須接種于新鮮的斜面培養(yǎng)基上，在一定的條件下培養(yǎng)，以恢復(fù)細(xì)胞的生命活動(dòng)能力。方法：在試管斜面上培養(yǎng)1-3代。（2）擴(kuò)大培養(yǎng)

目的：活化后的菌種經(jīng)過(guò)一級(jí)至數(shù)級(jí)的擴(kuò)大培養(yǎng)，以獲得足夠數(shù)量的優(yōu)質(zhì)細(xì)胞。培養(yǎng)基稱為種子培養(yǎng)基。方法：分為實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和車間培養(yǎng)兩個(gè)階段。

第31頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（1）盡量減少傳代次數(shù)，以降低菌種衰退和污染的可能性；（2）培養(yǎng)基成分一般應(yīng)比發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源豐富；（3）培養(yǎng)時(shí)間一般控制在微生物生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，及時(shí)接入下一級(jí)培養(yǎng)或發(fā)酵罐；（4）嚴(yán)格控制培養(yǎng)條件（pH、溫度、通氣量等），加強(qiáng)培養(yǎng)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。擴(kuò)大培養(yǎng)應(yīng)注意的事項(xiàng)：第32頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、培養(yǎng)基

碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子、水等。

培養(yǎng)基是人工配制的供微生物生長(zhǎng)、繁殖及合成酶的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的混合物。1、選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)2、營(yíng)養(yǎng)物的濃度及配比合適3、物理、化學(xué)條件適宜4、經(jīng)濟(jì)節(jié)約第33頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四微生物發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)基舉例1、枯草桿菌BF7658α-淀粉酶發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉8%

豆餅粉4%

磷酸氫二鈉0.8%

硫酸銨0.4%

氯化鈣0.2%

氯化銨0.15%

自然pH第34頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、黑曲霉糖化酶發(fā)酵培養(yǎng)基

玉米粉10%

豆餅4%

麩皮1%pH4.4~5.0第35頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四四、發(fā)酵條件的控制—影響產(chǎn)酶的幾個(gè)重要條件1、溫度的調(diào)節(jié)控制（2）有些微生物生長(zhǎng)最適溫度與發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度有所不同。例：醬油曲霉生產(chǎn)蛋白酶，28℃時(shí)蛋白酶產(chǎn)量比在40℃條件下高2~4倍，在20℃條件下發(fā)酵，則蛋白酶產(chǎn)量更高，但細(xì)胞生長(zhǎng)速率較慢。

為此，在有些酶的發(fā)酵生產(chǎn)過(guò)程中，要在不同的發(fā)酵階段控制不同的溫度，即在微生物生長(zhǎng)階段控制在生長(zhǎng)的最適溫度范圍，而在產(chǎn)酶階段控制在產(chǎn)酶最適溫度范圍。（1）不同的微生物有不同的最適生長(zhǎng)溫度。第36頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四（3）溫度的控制方法

一般采用熱水升溫，冷水降溫。因此，在發(fā)酵罐中均設(shè)有足夠傳熱面積的熱交換裝置，如排管、蛇管，夾套、噴淋管等。第37頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第38頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第39頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、pH值的調(diào)節(jié)控制（1）不同微生物，其生長(zhǎng)繁殖的最適pH值有所不同。（3）有些微生物可以同時(shí)產(chǎn)生若干種酶，在生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)控制培養(yǎng)基的pH，往往可以改變各種酶之間的產(chǎn)量比例。（2）微生物生長(zhǎng)的最適pH值與產(chǎn)酶最適pH值往往不同。第40頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、溶解氧的調(diào)節(jié)控制

溶解氧指溶解在培養(yǎng)基中的氧。微生物一般只能利用溶解氧。調(diào)節(jié)溶氧速率的方法（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(shí)間；（4）調(diào)節(jié)氣液接觸面積；（5）改變培養(yǎng)液性質(zhì)。第41頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第42頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四5、濕度的調(diào)節(jié)控制

用固體培養(yǎng)基生產(chǎn)酶制劑時(shí)，一般前期濕度低些，培養(yǎng)后期濕度大些，有利于產(chǎn)酶。4、泡沫形成：通氣攪拌、培養(yǎng)基中某些成分的變化、代謝產(chǎn)生的氣體。危害：阻礙CO2的排除，影響氧的溶解；引起染菌。消泡方法：機(jī)械消泡、化學(xué)消泡。第43頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四五、提高酶產(chǎn)量的措施A添加誘導(dǎo)物對(duì)于誘導(dǎo)酶的發(fā)酵生產(chǎn)，在發(fā)酵過(guò)程中的某個(gè)適宜的時(shí)機(jī)，添加適宜的誘導(dǎo)物，可以顯著提高酶的產(chǎn)量。例如，乳糖誘導(dǎo)β-半乳糖苷酶，纖維二糖誘導(dǎo)纖維素酶，蔗糖甘油單棕櫚酸誘導(dǎo)蔗糖酶的生物合成等。1)通過(guò)條件控制提高酶產(chǎn)量第44頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四B控制阻遏物的濃度1.產(chǎn)物阻遏作用是由酶催化作用的產(chǎn)物或者代謝途徑的末端產(chǎn)物引起的阻遏作用。2.分解代謝物阻遏作用是由分解代謝物（葡萄糖等和其它容易利用的碳源等物質(zhì)經(jīng)過(guò)分解代謝而產(chǎn)生的物質(zhì)）引起的阻遏作用?？刂谱瓒粑锏臐舛仁墙獬瓒簟⑻岣呙府a(chǎn)量的有效措施。第45頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四采用其他較難利用的碳源，如淀粉等采用補(bǔ)料、分次流加碳源添加一定量的環(huán)腺苷酸（cAMP）對(duì)于受代謝途徑末端產(chǎn)物阻遏的酶，可以通過(guò)控制末端產(chǎn)物的濃度的方法使阻遏解除。為了減少或者解除分解代謝物阻遏作用，應(yīng)當(dāng)控制培養(yǎng)基中葡萄糖等容易利用的碳源的濃度。第46頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四C添加表面活性劑表面活性劑可以與細(xì)胞膜相互作用，增加細(xì)胞的透過(guò)性，有利于胞外酶的分泌，從而提高酶的產(chǎn)量。將適量的非離子型表面活性劑，如吐溫（Tween）添加到培養(yǎng)基中，可以加速胞外酶的分泌，而使酶的產(chǎn)量增加。由于離子型表面活性劑對(duì)細(xì)胞有毒害作用，尤其是季胺型表面活性劑是消毒劑，對(duì)細(xì)胞的毒性較大，不能在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中添加到培養(yǎng)基中。第47頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四D添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑

產(chǎn)酶促進(jìn)劑是指可以促進(jìn)產(chǎn)酶、但是作用機(jī)理未闡明清楚的物質(zhì)。例如，添加一定量的植酸鈣鎂，可使霉菌蛋白酶或者桔青霉磷酸二酯酶的產(chǎn)量提高1～20倍；添加聚乙烯醇可以提高糖化酶的產(chǎn)量。第48頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2)通過(guò)基因突變提高酶產(chǎn)量突變：是指生物的遺傳性狀發(fā)生變異，以致影響了生物的正常遺傳，可遺傳的基因突變發(fā)生在結(jié)構(gòu)基因上，往往導(dǎo)致酶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變：基因突變引起酶產(chǎn)量提高的方式：

1.誘導(dǎo)型組成型

2.阻遏型去阻遏型第49頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3）通過(guò)體內(nèi)基因重組提高酶的產(chǎn)量體內(nèi)基因重組包括少數(shù)或者個(gè)別基因的重組，主要通過(guò)接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化等方法進(jìn)行；也包括整個(gè)染色體的重組，主要的途徑是原生質(zhì)體融合4）通過(guò)體外基因重組提高酶的產(chǎn)量第50頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四第四節(jié)酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué)

研究發(fā)酵過(guò)程中細(xì)胞生長(zhǎng)速度,產(chǎn)物生成速度及環(huán)境因素對(duì)這些速度的影響。酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究意義:了解酶生物合成模式；發(fā)酵工藝條件優(yōu)化控制；提高酶產(chǎn)量。第51頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四一、微生物生長(zhǎng)曲線

（Microbialgrowthcurve）遲緩期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期穩(wěn)定生長(zhǎng)期衰亡期時(shí)間細(xì)胞數(shù)量的對(duì)數(shù)第52頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四二、酶的生物合成模式（1）同步合成型（2）中期合成型（3）延續(xù)合成型（4）滯后合成型酶的生物合成模式可發(fā)分為4種類型：第53頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四1、同步合成型酶的生物合成與細(xì)胞生長(zhǎng)同步進(jìn)行，又稱生長(zhǎng)偶聯(lián)型。特點(diǎn)：（1）發(fā)酵開始，細(xì)胞生長(zhǎng)，酶也開始合成，說(shuō)明不受分解代謝物和終產(chǎn)物阻遏。（2）生長(zhǎng)至穩(wěn)定期后，酶濃度不再增長(zhǎng)。第54頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四2、中期合成型酶的合成在細(xì)胞生長(zhǎng)一段時(shí)間以后才開始，而進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)期后，酶的合成也終止。特點(diǎn)：（1）該類酶的合成受分解代謝物阻遏。（2）該酶對(duì)應(yīng)的mRNA不穩(wěn)定。第55頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四3、延續(xù)合成型酶的合成伴隨著細(xì)胞生長(zhǎng)而開始，但在細(xì)胞進(jìn)入穩(wěn)定期后，酶還可以延續(xù)合成較長(zhǎng)的一段時(shí)間。特點(diǎn)：（1）該類酶不受分解代謝產(chǎn)物阻遏和終產(chǎn)物阻遏。（2）該酶對(duì)應(yīng)的mRNA是相當(dāng)穩(wěn)定的。第56頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四4、滯后合成型只有當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期后，酶才開始合成。又稱非生長(zhǎng)偶聯(lián)型。特點(diǎn)：（1）該類酶受分解代謝物阻遏作用的影響，阻遏解除后，酶才大量合成。（2）該酶對(duì)應(yīng)的mRNA穩(wěn)定性高。第57頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四

選擇：在酶的工業(yè)生產(chǎn)中，為了提高酶產(chǎn)率和縮短發(fā)酵周期，最理想的合成模式是延續(xù)合成型。

改造非理想模式：在細(xì)胞選育上下功夫，并適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝條件：（1）同步合成型：適當(dāng)降低發(fā)酵溫度，盡量提高酶所對(duì)應(yīng)的mRNA的穩(wěn)定性。（2）中期合成型：要從解除阻遏和提高mRNA的穩(wěn)定性兩方面進(jìn)行努力。（3）滯后合成型在發(fā)酵過(guò)程中要盡量減少甚至解除分解代謝物阻遏，使酶的合成提早開始。選擇與改造第58頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四三、細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)主要研究細(xì)胞生長(zhǎng)速度及外界因素對(duì)其影響的規(guī)律。在發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化及發(fā)酵過(guò)程控制等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。Monod認(rèn)為，在培養(yǎng)過(guò)程中，細(xì)胞生長(zhǎng)速率與細(xì)胞濃度成正比：Rx=dXdt=μXRx—生長(zhǎng)速率，單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞濃度的增加值，mg/mL·min，g/L·hX—細(xì)胞濃度，mg/mL，g/Lμ—比生長(zhǎng)速率，生長(zhǎng)速率與細(xì)胞濃度之比（單位細(xì)胞在單位時(shí)間內(nèi)濃度增加值），h-1第59頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四若培養(yǎng)基中只有一種限制性基質(zhì)時(shí)，μ為此限制性基質(zhì)濃度的函數(shù)：微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型（后人稱Monod方程）：μ

=μmax·SKs+SS—限制性基質(zhì)濃度，mol/L，g/Lμmax—最大比生長(zhǎng)速率，限制性基質(zhì)濃度過(guò)量時(shí)的比生長(zhǎng)速率Ks—Monod常數(shù)，μ=1/2μmax時(shí)，Ks=S限制性基質(zhì)：指對(duì)發(fā)酵起決定性作用的基質(zhì)成分，通常是碳源物質(zhì)。只考慮限制性基質(zhì)，可簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)分析。第60頁(yè)，共66頁(yè)，2023年，2月20日，星期四Monod方程是基本的細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程;從不同情況出發(fā)對(duì)其進(jìn)行修飾.

連續(xù)全混流反應(yīng)器發(fā)酵過(guò)程中,穩(wěn)態(tài)時(shí)游離細(xì)胞連續(xù)發(fā)酵的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程:D=0時(shí),分批發(fā)酵;D<μ

時(shí),細(xì)胞濃度增加;D=μ

時(shí)