酶工程02微生物發(fā)酵產(chǎn)酶ppt課件.ppt

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1、酶工程EnzymeEngineering第二課微生物發(fā)酵產(chǎn)酶TheProductionofEnzymebyFermentationofMicroorganism微生物發(fā)酵產(chǎn)酶概述酶的發(fā)酵生產(chǎn)經(jīng)預(yù)先設(shè)計(jì)，通過(guò)人工操作控制，利用細(xì)胞的生命活動(dòng)，獲得人們所需的酶的過(guò)程前提——選育到性能優(yōu)良的產(chǎn)酶微生物生產(chǎn)方式固體培養(yǎng)——霉菌液體深層發(fā)酵——現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的主要方式固定化培養(yǎng)——固定化細(xì)胞、固定化原生質(zhì)體微生物發(fā)酵產(chǎn)酶本章主要內(nèi)容微生物細(xì)胞中酶生物合成的調(diào)節(jié)產(chǎn)酶微生物的特點(diǎn)以及酶發(fā)酵生產(chǎn)常用的微生物發(fā)酵工藝條件及控制酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué)概述固定化細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固

2、定化原生質(zhì)體發(fā)酵產(chǎn)酶微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的基本理論酶是蛋白質(zhì)——如何獲得蛋白？——蛋白生物合成從基因到蛋白質(zhì)：遺傳信息的傳遞——中心法則要生物合成一個(gè)酶，首先應(yīng)知道這個(gè)酶對(duì)應(yīng)的基因生成的多肽鏈必須經(jīng)過(guò)正確的加工修飾，并正確折疊，才能生成有活性的酶轉(zhuǎn)錄和翻譯中的生物調(diào)節(jié)作用微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的過(guò)程RNA的合成——轉(zhuǎn)錄以DNA為模板，以核苷三磷酸（dNTP）為底物，在RNA聚合酶的作用下，生成RNA的過(guò)程起始?延伸?終止轉(zhuǎn)錄后修飾：切除非編碼區(qū)，堿基修飾，獲得成熟的mRNA微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的過(guò)程肽鏈的合成——翻譯以mRNA為模板

3、，以氨基酸為底物，在核糖體上通過(guò)各種tRNA、酶和輔助因子，合成多肽鏈的過(guò)程氨基酸活化生成氨酰-tRNA肽鏈合成起始微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的過(guò)程肽鏈的合成——翻譯肽鏈延伸肽鏈合成的終止肽鏈翻譯后加工Met/fMet切除—S—S—肽鏈折疊……微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的調(diào)節(jié)組成型酶（constitutiveenzyme）在細(xì)胞中的量比較恒定，環(huán)境因素對(duì)這類(lèi)酶的合成速率影響不大適應(yīng)型酶（adaptiveenzyme）在細(xì)胞中含量變化很大，其合成速率受環(huán)境因素影響顯著在所有的生物中，轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)控制，即基因的調(diào)節(jié)控制對(duì)酶的生物合成至關(guān)重要原核生物

4、中酶生物合成的調(diào)節(jié)主要發(fā)生在轉(zhuǎn)錄水平微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的調(diào)節(jié)操縱子學(xué)說(shuō)（operontheory）與生物合成相關(guān)的四個(gè)基因調(diào)節(jié)基因(regulatorgene)啟動(dòng)基因(promotergene)操縱基因(operatorgene)結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)調(diào)節(jié)的主要原理調(diào)節(jié)基因?阻遏蛋白?結(jié)合效應(yīng)物?結(jié)構(gòu)變化?親和力變化阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，產(chǎn)生空間排斥作用，妨礙RNA聚合酶與啟動(dòng)基因結(jié)合，阻礙RNA的轉(zhuǎn)錄效應(yīng)物結(jié)合阻遏蛋白之后，阻遏蛋白結(jié)構(gòu)改變，不能結(jié)合操縱基因，RNA聚合酶可以結(jié)合啟動(dòng)位點(diǎn)，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶

5、生物合成的調(diào)節(jié)操縱子學(xué)說(shuō)啟動(dòng)基因有兩個(gè)位點(diǎn)：(1)RNA聚合酶結(jié)合位點(diǎn)(2)cAMP-CAP復(fù)合物結(jié)合位點(diǎn)微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的調(diào)節(jié)操縱子學(xué)說(shuō)（operontheory）操縱子——結(jié)構(gòu)基因+操縱基因+啟動(dòng)基因誘導(dǎo)型操縱子（inducibleoperon）誘導(dǎo)物激發(fā)基因大量表達(dá)乳糖操縱子（Lacoperon）阻遏型操縱子（repressibleoperon）阻遏物妨礙基因的正常表達(dá)色氨酸操縱子（Trpoperon）微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的調(diào)節(jié)分解代謝物阻遏作用某些物質(zhì)（容易利用的碳源）經(jīng)過(guò)分解代謝產(chǎn)生的物質(zhì)阻遏某些誘導(dǎo)酶生物合成的現(xiàn)象連鎖

6、效應(yīng)實(shí)質(zhì)——cAMP通過(guò)啟動(dòng)基因調(diào)控酶的合成解決——添加cAMP，控制易用碳源的用量微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的調(diào)節(jié)酶生物合成的誘導(dǎo)作用加入某些物質(zhì)（誘導(dǎo)物）使酶的生物合成開(kāi)始或加速進(jìn)行的現(xiàn)象誘導(dǎo)物（inducer）酶催化作用的底物或其底物類(lèi)似物微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的調(diào)節(jié)酶生物合成的反饋?zhàn)瓒糇饔眉串a(chǎn)物阻遏，是指酶催化反應(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)象阻遏物（repressor）一般是酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物阻遏物+阻遏蛋白?O基因微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的模式（重點(diǎn)）微生物細(xì)胞生長(zhǎng)曲線（四階段）延遲期（

7、調(diào)整期）生長(zhǎng)期（對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期）平衡期衰退期酶的生物合成模式（四類(lèi)）——根據(jù)酶產(chǎn)生與細(xì)胞生長(zhǎng)的關(guān)系同步合成型延續(xù)合成型中期合成型滯后合成型微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的模式酶生物合成的四種模式時(shí)間細(xì)胞/酶濃度時(shí)間細(xì)胞/酶濃度時(shí)間細(xì)胞/酶濃度時(shí)間細(xì)胞/酶濃度同步合成型延續(xù)合成型中期合成型滯后合成型細(xì)胞濃度酶濃度微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的模式同步合成型酶的生物合成與細(xì)胞生長(zhǎng)同步進(jìn)行（生長(zhǎng)偶聯(lián)型）大部分組成酶屬于此類(lèi)此類(lèi)酶的合成可由其誘導(dǎo)物誘導(dǎo)生成，不受分解代謝物阻遏和反饋?zhàn)瓒糇饔妹笇?duì)應(yīng)的mRNA很不穩(wěn)定典型例子：米曲霉培養(yǎng)生產(chǎn)單寧酶[EC3.1.1.20

8、]（?書(shū)p36圖2-8）時(shí)間細(xì)胞/酶濃度微生物發(fā)酵產(chǎn)酶酶生物合成的模式延續(xù)合成型酶的合成伴隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)而開(kāi)始，生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期后，酶還能延續(xù)合成一段時(shí)間此類(lèi)酶的合成