春第二章酶的發(fā)酵生產(chǎn)tostudents2

（優(yōu)選）春第二章酶的發(fā)酵生產(chǎn)tostudents當(dāng)前1頁(yè)，總共106頁(yè)。微生物發(fā)酵產(chǎn)酶利用微生物的生命活動(dòng)獲得所需酶的技術(shù)過(guò)程。（主要方法）特點(diǎn)：微生物種類(lèi)多代謝類(lèi)型多易培養(yǎng)代謝能力強(qiáng)酶種類(lèi)多酶產(chǎn)量高當(dāng)前2頁(yè)，總共106頁(yè)。

酶的生產(chǎn)菌酶的發(fā)酵技術(shù)酶生物合成的調(diào)節(jié)酶的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)固定化微生物細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶固定化微生物原生質(zhì)體產(chǎn)酶微生物發(fā)酵產(chǎn)酶當(dāng)前3頁(yè)，總共106頁(yè)。一、優(yōu)良的產(chǎn)酶菌種應(yīng)該具備的條件

酶的產(chǎn)量高

容易培養(yǎng)和管理

產(chǎn)酶的穩(wěn)定性好

利于酶的分離純化

安全可靠第一節(jié)

酶的生產(chǎn)菌當(dāng)前4頁(yè)，總共106頁(yè)。二、當(dāng)前5頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前6頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前7頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前8頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前9頁(yè)，總共106頁(yè)。鏈霉菌產(chǎn)幾丁質(zhì)酶當(dāng)前10頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前11頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前12頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前13頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前14頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前15頁(yè)，總共106頁(yè)。青霉菌產(chǎn)果膠酶當(dāng)前16頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前17頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前18頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前19頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前20頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前21頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前22頁(yè)，總共106頁(yè)。1、樣品的采集：從富含該酶作用底物的場(chǎng)所采集樣品2、富集培養(yǎng)：投其所好，取其所抗

3.分離：獲得微生物的純培養(yǎng)（pureculture）4.初篩：(平板培養(yǎng)透明圈法）選出產(chǎn)酶菌種，以多為主。5.復(fù)篩：選出產(chǎn)酶水平相對(duì)較高的菌株，以質(zhì)為主。三、產(chǎn)酶微生物的分離和篩選當(dāng)前23頁(yè)，總共106頁(yè)。

-淀粉酶的篩選當(dāng)前24頁(yè)，總共106頁(yè)。蛋白酶產(chǎn)生菌的獲得方法應(yīng)用含酪蛋白的培養(yǎng)基當(dāng)前25頁(yè)，總共106頁(yè)。纖維素酶產(chǎn)生菌的獲得方法當(dāng)前26頁(yè)，總共106頁(yè)。第二節(jié)

酶的發(fā)酵技術(shù)當(dāng)前27頁(yè)，總共106頁(yè)。一、酶的發(fā)酵方式（按微生物培養(yǎng)方式的不同）酶的發(fā)酵生產(chǎn)固體發(fā)酵液體深層發(fā)酵固定化細(xì)胞發(fā)酵固定化原生質(zhì)體發(fā)酵當(dāng)前28頁(yè)，總共106頁(yè)。（一）.固體培養(yǎng)發(fā)酵原料：固體培養(yǎng)基（麩皮、米糠）產(chǎn)品：淀粉酶和蛋白酶等優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大原料利用率低生產(chǎn)周期長(zhǎng)產(chǎn)品分離純化困難當(dāng)前29頁(yè)，總共106頁(yè)。（二）.液體深層發(fā)酵原理：液體培養(yǎng)基在生物反應(yīng)器中產(chǎn)品：多種優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械化程度高技術(shù)管理較嚴(yán)格酶產(chǎn)率高（主要方法）當(dāng)前30頁(yè)，總共106頁(yè)。（三）.固定化細(xì)胞發(fā)酵將細(xì)胞固定在水不溶性載體上發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：易于菌體的分離可連續(xù)使用4.固定化原生質(zhì)體發(fā)酵將原生質(zhì)體在不溶性載體上發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：可生產(chǎn)一些胞內(nèi)酶當(dāng)前31頁(yè)，總共106頁(yè)。二、發(fā)酵產(chǎn)酶的工藝控制一般工藝流程酶保藏細(xì)胞細(xì)胞活化細(xì)胞擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵分離純化菌種選育當(dāng)前32頁(yè)，總共106頁(yè)。（一）菌種選育

野生型微生物無(wú)法滿(mǎn)足酶制劑生產(chǎn)的需要，工業(yè)酶制劑生產(chǎn)中，所有微生物菌種都是經(jīng)過(guò)選育的高產(chǎn)酶菌株。方法：？當(dāng)前33頁(yè)，總共106頁(yè)。（二）菌種保藏

一個(gè)優(yōu)良的菌種被選育出來(lái)以后,必須保持其優(yōu)良性狀不變或盡可能地少變慢變,才不至于降低生產(chǎn)性能。方法：？當(dāng)前34頁(yè)，總共106頁(yè)。（三）細(xì)胞活化

目的：得到純而壯的培養(yǎng)物操作：將保藏菌種接種在新鮮固體培養(yǎng)基上，一定條件下培養(yǎng)，使細(xì)胞活性得以恢復(fù)。當(dāng)前35頁(yè)，總共106頁(yè)。（四）擴(kuò)大培養(yǎng)

將活化細(xì)胞置于種子培養(yǎng)基中培養(yǎng)，得到足夠量的細(xì)胞。培養(yǎng)時(shí)間：細(xì)胞至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期培養(yǎng)量：下一工序10％左右當(dāng)前36頁(yè)，總共106頁(yè)。選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物的濃度及配比合適物理、化學(xué)條件適宜經(jīng)濟(jì)節(jié)約精心設(shè)計(jì)、試驗(yàn)比較（五）培養(yǎng)基1.培養(yǎng)基的配制原則當(dāng)前37頁(yè)，總共106頁(yè)。2.

培養(yǎng)基的五大要素----水、碳源、氮源無(wú)機(jī)鹽和生長(zhǎng)因子（1）碳源：常用淀粉及其水解物：

糊精、淀粉、水解糖、麥芽糖、葡萄糖α-淀粉酶淀粉：誘導(dǎo)果糖：阻遏還需考慮其對(duì)酶合成的調(diào)節(jié)作用需考慮微生物是否易利用當(dāng)前38頁(yè)，總共106頁(yè)。（2）氮源

異養(yǎng)微生物：有機(jī)氮（酪蛋白、豆餅粉、

花生餅粉、酵母膏等）

自養(yǎng)微生物：無(wú)機(jī)氮（氨水、銨根、硝酸根）（3）無(wú)機(jī)鹽

提供大量元素：P、S、K、Na、Ca、Mg、Cl等

添加：磷酸鹽、硫酸鹽、鹽酸鹽、硝酸鹽。

微量元素需嚴(yán)加控制。當(dāng)前39頁(yè)，總共106頁(yè)。（4）生長(zhǎng)因子

細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖必需的微量有機(jī)化合物,如：氨基酸、維生素、嘌呤、嘧啶等。

常用：含多種生長(zhǎng)因子的原料的水解物，

如麥芽汁、麩皮水解液、酵母膏等。當(dāng)前40頁(yè)，總共106頁(yè)。

（六）發(fā)酵條件對(duì)產(chǎn)酶的影響重點(diǎn)提示:

掌握溫度、pH和溶解氧等各種發(fā)酵工藝條件控制的原理與方法溫度的控制pH的控制溶解氧的控制攪拌的作用泡沫的控制濕度的控制當(dāng)前41頁(yè)，總共106頁(yè)。

溫度升高:

微生物分解有機(jī)物釋放的能量，一部分用于合成ATP，另一部分散發(fā)到培養(yǎng)基中時(shí)，會(huì)引起發(fā)酵溫度升高；機(jī)械攪拌也會(huì)產(chǎn)生一部分熱量引起溫度升高。

溫度降低:發(fā)酵罐壁散熱，水分蒸發(fā)會(huì)帶走部分熱量，使發(fā)酵溫度降低。哪些因素會(huì)影響發(fā)酵過(guò)程中的溫度？1.溫度的控制當(dāng)前42頁(yè)，總共106頁(yè)。溫度的調(diào)節(jié)控制（1）細(xì)胞產(chǎn)酶最適溫度與細(xì)胞生長(zhǎng)最適溫度有所不同，且往往低于最適生長(zhǎng)溫度（2）不同階段控制不同的溫度例：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。當(dāng)前43頁(yè)，總共106頁(yè)。（3）溫度調(diào)節(jié)方法：熱水升溫、冷水降溫發(fā)酵罐中均設(shè)有足夠傳熱面積的熱交換裝置當(dāng)前44頁(yè)，總共106頁(yè)。不同微生物，其生長(zhǎng)繁殖的最適pH值有所不同。細(xì)胞產(chǎn)酶pH值與生長(zhǎng)pH往往不同，通常接近該酶的最適pH值。細(xì)胞同時(shí)產(chǎn)多種酶時(shí)，pH不同，各酶產(chǎn)量比例不同。2.pH值的控制（1）pH對(duì)發(fā)酵產(chǎn)酶的影響黑曲霉α-淀粉酶糖化酶pH值中性↑↓pH值偏酸性↓

↑

當(dāng)前45頁(yè)，總共106頁(yè)。培養(yǎng)基pH隨細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖和代謝會(huì)發(fā)生變化。C/N比的高低：一般來(lái)說(shuō)，培養(yǎng)基成分中C/N比高，發(fā)酵液傾向于酸性，pH低；C/N比低，發(fā)酵液傾向于堿性，pH高。糖和脂肪被分解和氧化的程度無(wú)機(jī)氮源的利用情況（如：尿素和硫酸銨）蛋白質(zhì)和氨基酸的利用生理酸堿性鹽類(lèi)的利用（1）pH對(duì)發(fā)酵產(chǎn)酶的影響當(dāng)前46頁(yè)，總共106頁(yè)。

（2）PH的控制調(diào)節(jié)方法調(diào)節(jié)培養(yǎng)基的原始pH緩沖液穩(wěn)定pH值保持一定的C/N值調(diào)節(jié)通氣量，使發(fā)酵液中的氧化還原電位差能維持在一定水平流加適宜的酸、堿溶液補(bǔ)料的方式當(dāng)前47頁(yè)，總共106頁(yè)。3.溶解氧的控制溶氧太低時(shí)，供氧不足，不利于生長(zhǎng)產(chǎn)酶溶氧太高時(shí)，浪費(fèi)且會(huì)抑制酶的合成溶氧速率Kd稍≥耗氧速率Ko2不同生長(zhǎng)階段的細(xì)胞耗氧速率不同(1)溶解氧對(duì)發(fā)酵產(chǎn)酶的影響細(xì)胞生長(zhǎng)＋酶合成能量需要有氧降解氧氣Kd：?jiǎn)挝惑w積發(fā)酵液?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所溶解的氧的量當(dāng)前48頁(yè)，總共106頁(yè)。（2）溶解氧的控制方法調(diào)節(jié)通氣量：通氣量

，Kd調(diào)節(jié)氧分壓：氧分壓

，Kd調(diào)節(jié)氣液接觸面積：面積

，Kd

使空氣分散成小氣泡調(diào)節(jié)氣液接觸時(shí)間：t，Kd

增加擋板等改變培養(yǎng)液特性：降低粘度當(dāng)前49頁(yè)，總共106頁(yè)。4.攪拌（的作用）好氣性微生物液體深層發(fā)酵時(shí)，除需要通氣外還需要攪拌。（1）攪拌能將空氣泡打碎，增加氣液接觸面積，加速氧的溶解速度（2）攪拌還能使液體形成渦流，延長(zhǎng)氣泡在液體中的停留時(shí)間，增加氣液接觸時(shí)間，（3）攪拌增加液體湍動(dòng)程度，因而減少氣泡周?chē)囊耗ず穸?，減少溶氧的阻力，也就提高了空氣的利用率（4）攪拌可加強(qiáng)液體的湍流作用，有利于熱交換和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)與菌種細(xì)胞的均勻接觸，同時(shí)稀釋細(xì)胞周?chē)拇x產(chǎn)物，有利于促進(jìn)細(xì)胞的新陳代謝。在考慮動(dòng)力和經(jīng)濟(jì)因素的前提下，一般均采用較高速的攪拌。當(dāng)前50頁(yè)，總共106頁(yè)。5.泡沫的控制（2）泡沫對(duì)發(fā)酵產(chǎn)酶的影響？泡沫的存在阻礙二氧化碳的排除，影響氧的溶解。泡沫層過(guò)高，往往造成逃液。（染菌）泡沫上升，降低發(fā)酵罐的利用率。（3）消泡措施機(jī)械力消泡化學(xué)消泡劑如甘油聚醚、硅酮類(lèi)物質(zhì)等（1）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。當(dāng)前51頁(yè)，總共106頁(yè)。6.濕度：

當(dāng)用固體發(fā)酵法生產(chǎn)酶制劑時(shí)，培養(yǎng)基的濕度（即水分）和發(fā)酵室空氣中的相對(duì)濕度對(duì)微生物菌體的生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)酶關(guān)系很大。不同菌種、酶種、不同的生長(zhǎng)繁殖和產(chǎn)酶時(shí)期，對(duì)濕度要求也不一樣。酶制劑發(fā)酵過(guò)程中，一般說(shuō)來(lái)，培養(yǎng)前期濕度低些，培養(yǎng)后期濕度高些有利于產(chǎn)酶。當(dāng)前52頁(yè)，總共106頁(yè)。第三節(jié)

酶的生物合成及調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)翻譯轉(zhuǎn)錄逆轉(zhuǎn)錄復(fù)制復(fù)制DNARNA遺傳信息傳遞的中心法則一、酶的生物合成當(dāng)前53頁(yè)，總共106頁(yè)。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工調(diào)節(jié)翻譯水平的調(diào)節(jié)翻譯產(chǎn)物的加工調(diào)節(jié)和酶降解的調(diào)節(jié)等二、酶生物合成的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)對(duì)原核生物中酶的生物合成是最重要的調(diào)節(jié)!組成型酶（Constitutiveenzyme）：生物細(xì)胞中合成的酶的量比較恒定，環(huán)境因素這些酶的合成速率影響不大。如DNA聚合酶、RNA聚合酶、糖酵解途徑中的各種酶等。適應(yīng)型酶（Adaptiveenzyme）或調(diào)節(jié)型酶（Regulatedenzyme）：生物細(xì)胞中合成的酶的含量變化很大，其合成速率明顯受到環(huán)境因素的影響。如大腸桿菌β-半乳糖苷酶。當(dāng)前54頁(yè)，總共106頁(yè)。轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)三種主要模式：1）酶合成的誘導(dǎo)作用（induction）加進(jìn)某些物質(zhì)（誘導(dǎo)物，inducer），使酶的生物合成開(kāi)始或加速的現(xiàn)象2）酶合成的反饋?zhàn)瓒糇饔茫╢eedbackrepression)酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物（阻遏物，repressor)使該酶的生物合成受到阻遏的現(xiàn)象3）分解代謝物阻遏作用（cataboliterepression)

某些物質(zhì)（主要是葡萄糖和其他容易利用的碳源等）經(jīng)過(guò)分解代謝產(chǎn)生的物質(zhì)阻遏某些酶（主要是誘導(dǎo)酶）生物合成的現(xiàn)象。當(dāng)前55頁(yè)，總共106頁(yè)。（一）.酶合成的誘導(dǎo)作用：

在細(xì)菌中普通存在，如大腸桿菌可利用多種糖作為碳源，當(dāng)用乳糖作為唯一碳源時(shí)，開(kāi)始細(xì)菌不能利用乳糖，但2～3分鐘后就合成了與乳糖代謝有關(guān)的三種酶

（1）β—半乳糖苷酶：水解乳糖的酶，使乳糖水解成

半乳糖和葡萄糖

（2）β-半乳糖透性酶：促使乳糖通過(guò)細(xì)胞膜。

（3）β-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙?；福虼肴樘擒辙D(zhuǎn)乙

?；福捍嗣傅墓δ懿磺?，可能是將不能

代謝的乳糖類(lèi)似物乙?；?，并將它們排出體外。

這里乳糖是誘導(dǎo)物、誘導(dǎo)了這三種酶的合成，這三種酶就是誘導(dǎo)酶。

當(dāng)前56頁(yè)，總共106頁(yè)。乳糖究竟如何誘導(dǎo)了這三種酶的合成呢？

1961年法國(guó)Monod和Jacob提出了著名的乳糖操縱子(lactoseoperon）模型，這模型的提出猶如當(dāng)年Watson和Crick發(fā)現(xiàn)DNA雙螺旋模型一樣，受到人們的重視，人們把它看作生物學(xué)的第二個(gè)里程碑。

當(dāng)前57頁(yè)，總共106頁(yè)。乳糖操縱子FrancoisJacobJacquesLucienMonod1965年他們和AndreLwoff一起分享了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。DaviesJ,JacobF.,Geneticmappingoftheregulatorandoperatorgenesofthelacoperon.JMolBiol.1968Sep28;36(3):413-7.當(dāng)前58頁(yè)，總共106頁(yè)。結(jié)構(gòu)基因(structuralgene)：決定酶蛋白或蛋白質(zhì)的基因。

操縱基因(operatorgene)：轉(zhuǎn)錄的開(kāi)關(guān)，可打開(kāi)或關(guān)閉結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。

啟動(dòng)基因（promotergene)：專(zhuān)管轉(zhuǎn)錄起始，兩個(gè)位點(diǎn)組成（1）有RNA聚合酶的結(jié)合位點(diǎn)（2）環(huán)腺苷酸（cyclicAMP,cAMP)與CAP（環(huán)腺苷酸受體蛋白-cAMPacceptor

protein或分解代謝物活化劑蛋白-cataboliteactivatorprotein)組成的復(fù)合物（cAMP-CAP)的結(jié)合位點(diǎn)

調(diào)節(jié)基因(regulatorgene)：編碼阻遏蛋白（別構(gòu)蛋白）。與酶的生物合成有密切關(guān)系的四種基因：它可以通過(guò)與某些小分子效應(yīng)物（誘導(dǎo)物或阻遏物）的特異結(jié)合而改變其結(jié)構(gòu)，從而改變它與操縱基因的結(jié)合力當(dāng)前59頁(yè)，總共106頁(yè)。操縱子模型的基本要點(diǎn)：

調(diào)節(jié)基因啟動(dòng)子操縱基因結(jié)構(gòu)基因A

操縱子（operon）BC一群功能相關(guān)的結(jié)構(gòu)基因（structuralgene）和操縱基因（operator）、啟動(dòng)子（promoter）組成了一個(gè)操縱子(operon)。

為什么稱(chēng)它們?yōu)橐粋€(gè)操縱子呢？因?yàn)樗鼈冇止餐芤粋€(gè)調(diào)節(jié)基

因（regulatorgene）所調(diào)節(jié)。

當(dāng)前60頁(yè)，總共106頁(yè)。調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因PLacZLacYLacamRNA

阻遏蛋白（有活性）基

因

關(guān)

閉啟動(dòng)子ORPLacZLacYLaca調(diào)節(jié)基因操縱基因乳糖結(jié)構(gòu)基因啟動(dòng)子ORmRNAZmRNAYmRNAa

阻遏蛋白（無(wú)活性）

基

因

表達(dá)mRNAA、乳糖操縱子的結(jié)構(gòu)

B、乳糖酶的誘導(dǎo)

別乳糖

阻遏蛋白（有活性）誘導(dǎo)當(dāng)前61頁(yè)，總共106頁(yè)。

色氨酸操縱子調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因mRNA酶蛋白阻遏蛋白不能與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因表達(dá)調(diào)節(jié)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因輔阻遏物代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合，使之構(gòu)象發(fā)生變化與操縱基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因不能表達(dá)（二）

反饋?zhàn)瓒?產(chǎn)物阻遏）

由酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物某代謝途徑末端產(chǎn)物的過(guò)量累積引起的阻遏。當(dāng)前62頁(yè)，總共106頁(yè)。調(diào)控方式阻遏蛋白添加物與操縱基因結(jié)合阻遏效應(yīng)舉例酶的誘導(dǎo)有活性－＋不轉(zhuǎn)錄，繼而不翻譯誘導(dǎo)物－轉(zhuǎn)錄，繼而翻譯乳糖操縱子酶的阻遏無(wú)活性－阻遏物＋不轉(zhuǎn)錄，繼而不翻譯色氨酸操縱子酶合成的誘導(dǎo)與阻遏操縱子模型調(diào)控作用對(duì)比當(dāng)前63頁(yè)，總共106頁(yè)。（三）.分解代謝物阻遏

指某些物質(zhì)（主要是葡萄糖和其他容易利用的碳源等）經(jīng)過(guò)分解代謝產(chǎn)生的物質(zhì)阻遏某些酶（主要是誘導(dǎo)酶）生物合成的現(xiàn)象。比如：葡萄糖阻遏β-半乳糖苷酶的生物合成。當(dāng)前64頁(yè)，總共106頁(yè)。（三）.分解代謝物阻遏

指某些物質(zhì)（主要是葡萄糖和其他容易利用的碳源等）經(jīng)過(guò)分解代謝產(chǎn)生的物質(zhì)阻遏某些酶（主要是誘導(dǎo)酶）生物合成的現(xiàn)象。比如：葡萄糖阻遏β-半乳糖苷酶的生物合成。當(dāng)前65頁(yè)，總共106頁(yè)。分解代謝物阻遏現(xiàn)象：

實(shí)驗(yàn)：細(xì)菌在含有葡萄糖和乳糖的培養(yǎng)基上生長(zhǎng)，優(yōu)先利用葡萄糖。待葡萄糖耗盡后才開(kāi)始利用乳糖，產(chǎn)生了兩個(gè)對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期中間隔開(kāi)一個(gè)生長(zhǎng)延滯期的“二次生長(zhǎng)現(xiàn)象”(biphasicgrowth）。

這一現(xiàn)象又稱(chēng)葡萄糖效應(yīng)，產(chǎn)生的原因是由于葡萄糖降解物阻遏了分解乳糖酶系的合成。此調(diào)節(jié)基因的產(chǎn)物是環(huán)腺苷酸受體蛋白CAP（cAMPacceptorprotein）,亦稱(chēng)分解代謝物活化劑蛋白（catabolicgeneactivationprotein

）。當(dāng)前66頁(yè)，總共106頁(yè)。分解代謝物阻遏RLacZLacYLacamRNAmRNAZmRNAYmRNAa基

因

表達(dá)CAP基因結(jié)構(gòu)基因TCAPOCAP結(jié)合部位RNA聚合酶TcAMP-CAPP葡萄糖分解代謝產(chǎn)物腺苷酸環(huán)化酶磷酸二酯酶ATPcAMP5'-AMP抑制激活葡萄糖降解物與cAMP的關(guān)系cAMPCAP：分解代謝物活化劑蛋白（cataboliteactivatorprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)當(dāng)前67頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前68頁(yè)，總共106頁(yè)。細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)說(shuō)Q：打破酶的合成調(diào)節(jié)機(jī)制，提高酶產(chǎn)量？酶的合成調(diào)節(jié)機(jī)制當(dāng)前69頁(yè)，總共106頁(yè)。第四節(jié)

提高酶產(chǎn)率的措施一、使用優(yōu)良的產(chǎn)酶細(xì)胞：通過(guò)篩選、誘變、原生質(zhì)體融合、基因重組、定向進(jìn)化等手段，獲得生長(zhǎng)快、產(chǎn)率高、穩(wěn)定性好的產(chǎn)酶細(xì)胞。二、使用優(yōu)良的發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備：通過(guò)精心設(shè)計(jì)或者選擇使用高產(chǎn)、低耗的發(fā)酵罐等發(fā)酵生產(chǎn)設(shè)備。三、采用先進(jìn)的分離純化技術(shù)和設(shè)備：采用操作簡(jiǎn)便、收得率高的分離純化技術(shù)和設(shè)備，以達(dá)到高產(chǎn)豐收的效果。四、控制好工藝條件：在發(fā)酵過(guò)程中，要根據(jù)菌種特性，確定培養(yǎng)基和發(fā)酵工藝條件，進(jìn)行工藝優(yōu)化，并根據(jù)需要和變化的情況及時(shí)加以調(diào)節(jié)控制。五、采取某些行之有效的措施，諸如添加誘導(dǎo)物、控制阻遏物濃度、添加表面活性劑等。當(dāng)前70頁(yè)，總共106頁(yè)。（一）、添加誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物的種類(lèi)

（1）酶的作用底物

（2）酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物

（3）酶作用底物的類(lèi)似物控制合適的誘導(dǎo)物濃度控制合適的誘導(dǎo)條件：培養(yǎng)基的pH和溫度提高酶產(chǎn)率的措施當(dāng)前71頁(yè)，總共106頁(yè)。（二）、控制阻遏物的濃度提高酶產(chǎn)率的措施

控制終產(chǎn)物的濃度產(chǎn)物阻遏

添加代謝途徑的某個(gè)抑制因子，切斷代謝途徑通路，

限制細(xì)胞內(nèi)末端產(chǎn)物的積累。

避免使用葡萄糖分解代謝物阻遏

避免培養(yǎng)基過(guò)于豐富

添加一定量的cAMP當(dāng)前72頁(yè)，總共106頁(yè)。（三）、添加表面活性劑

離子型

對(duì)細(xì)胞有毒害作用表面活性劑

Tween－80

非離子型

TritonX－100表面活性劑能提高酶產(chǎn)量的原因：提高細(xì)胞膜的滲透性，利于胞內(nèi)酶的分泌保護(hù)酶活性，因而提高了酶的產(chǎn)量在氣液界面改善了氧的傳遞速度提高酶產(chǎn)率的措施當(dāng)前73頁(yè)，總共106頁(yè)。（四）、添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑添加聚乙烯醇可提高糖化酶的產(chǎn)量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)率提高1-20倍無(wú)規(guī)律可循，要通過(guò)試驗(yàn)確定所添加的產(chǎn)酶促進(jìn)劑的種類(lèi)和濃度產(chǎn)酶促進(jìn)劑：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)提高酶產(chǎn)率的措施當(dāng)前74頁(yè)，總共106頁(yè)。第五節(jié)

酶的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)

發(fā)酵動(dòng)力學(xué)是研究發(fā)酵過(guò)程中細(xì)胞生長(zhǎng)速率、產(chǎn)物生成速率、基質(zhì)消耗速率及其影響因素的學(xué)科。

發(fā)酵動(dòng)力學(xué)包括細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)（酶產(chǎn)生動(dòng)力學(xué)）和基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué)。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。當(dāng)前75頁(yè)，總共106頁(yè)。一、細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)

細(xì)胞在一定條件下培養(yǎng)生長(zhǎng)，

其生長(zhǎng)過(guò)程一般經(jīng)歷延遲期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期四個(gè)階段

當(dāng)前76頁(yè)，總共106頁(yè)。

細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)：主要研究細(xì)胞生長(zhǎng)速率及外界環(huán)境因素對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)速度影響的規(guī)律莫諾德（Monod）方程假設(shè)培養(yǎng)基中只有一種限制性基質(zhì)

μ：

比生長(zhǎng)速率μm：

最大比生長(zhǎng)速率

S：

限制性基質(zhì)的濃度Ks：

莫諾德常數(shù)，

μ=0.5μm時(shí)的限制性基質(zhì)濃度Rx=dX/dt=μX當(dāng)前77頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前78頁(yè)，總共106頁(yè)。

同步合成型延續(xù)合成型中期合成型滯后合成型（一）酶生物合成的模式

通過(guò)分析比較細(xì)胞生長(zhǎng)和酶產(chǎn)生的關(guān)系，可將酶的生物合成分為以下四種模式：二、產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)當(dāng)前79頁(yè)，總共106頁(yè)。1.

同步合成型（生長(zhǎng)偶聯(lián)型）

酶生物合成的模式

酶的生物合成速度與細(xì)胞生長(zhǎng)速度緊密聯(lián)系

酶的合成可誘導(dǎo)，但不受分解代謝物阻遏和反應(yīng)產(chǎn)物阻遏。

對(duì)應(yīng)的mRNA很不穩(wěn)定大部分組成酶和部分誘導(dǎo)酶的合成屬于此種模式。

如：米曲霉在含有膽寧或者沒(méi)食子酸的

培養(yǎng)基中生長(zhǎng)，合成膽寧酶

當(dāng)前80頁(yè)，總共106頁(yè)。2.

延續(xù)合成型

酶生物合成的模式

酶的合成在細(xì)胞的生長(zhǎng)階段開(kāi)始，在細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期

后，酶還可以延續(xù)合成較長(zhǎng)一段時(shí)間

可受誘導(dǎo)，一般不受分解代謝物和產(chǎn)物阻遏

對(duì)應(yīng)的mRNA相當(dāng)穩(wěn)定

屬于該類(lèi)型的酶可以是組成酶，也可以是誘導(dǎo)酶

enzymecell黑曲霉聚半乳糖醛酸酶合成曲線(xiàn)當(dāng)前81頁(yè)，總共106頁(yè)。3.

中期合成型

酶生物合成的模式酶的合成在細(xì)胞生長(zhǎng)一段時(shí)間后才開(kāi)始，而在細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期以后，酶的合成也隨著停止。

酶的合成受產(chǎn)物的反饋?zhàn)瓒艋蚍纸獯x物阻遏。對(duì)應(yīng)的mRNA不穩(wěn)定枯草桿菌堿性磷酸酶合成曲線(xiàn)enzymecell02468100.00.10.20.30.40.5

細(xì)胞濃度

酶濃度細(xì)胞濃度

(OD500)酶濃度(U/mL)時(shí)間

(h)enzymecell當(dāng)前82頁(yè)，總共106頁(yè)。4.

滯后合成型（非生長(zhǎng)偶聯(lián)型）

酶生物合成的模式只有當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期以后，酶才開(kāi)始合成并大量積累。許多水解酶的生物合成都屬于這一類(lèi)型受分解代謝物的阻遏作用所對(duì)應(yīng)的mRNA穩(wěn)定性高黑曲霉酸性蛋白酶合成曲線(xiàn)enzymecell當(dāng)前83頁(yè)，總共106頁(yè)。時(shí)間(h)酶生物合成模式

濃度細(xì)胞濃度酶濃度酶濃度酶濃度細(xì)胞濃度細(xì)胞濃度ABD細(xì)胞濃度酶濃度C同步合成型;中期合成型;延續(xù)合成型;滯后合成型當(dāng)前84頁(yè)，總共106頁(yè)。總結(jié)：影響酶生物合成模式的主要因素

高：可在細(xì)胞停止生長(zhǎng)后繼1）mRNA的穩(wěn)定性

續(xù)合成酶

差：隨著細(xì)胞停止生長(zhǎng)而終

止酶的合成

2）培養(yǎng)基中阻遏物的存在

不受阻遏：隨著細(xì)胞的生長(zhǎng)而開(kāi)始酶的合成。

受阻遏：細(xì)胞生長(zhǎng)一段時(shí)間或平衡期后，酶才開(kāi)始合成。當(dāng)前85頁(yè)，總共106頁(yè)。

延續(xù)合成型：發(fā)酵過(guò)程中沒(méi)有生長(zhǎng)期和產(chǎn)酶期的明顯

差別。細(xì)胞開(kāi)始生長(zhǎng)就有酶的產(chǎn)生，直至細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入平衡期后，酶還可以繼續(xù)生成一段時(shí)間。

酶生產(chǎn)中最理想的合成模式當(dāng)前86頁(yè)，總共106頁(yè)。對(duì)于：同步合成型：提高對(duì)應(yīng)的mRNA的穩(wěn)定性，如降低發(fā)酵溫度

。滯后合成型：盡量減少甚至解除分解代謝物阻遏，使酶的

合成提早開(kāi)始。中期合成型：要在提高mRNA穩(wěn)定性以及解除阻遏兩方面努力。選擇與改造選擇：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：當(dāng)前87頁(yè)，總共106頁(yè)。

（二）、產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)—研究細(xì)胞產(chǎn)酶速率及各種因素對(duì)產(chǎn)酶速率的影響規(guī)律一般產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)方程可表達(dá)為：式中X——細(xì)胞濃度(g/L)

——細(xì)胞比生長(zhǎng)速率(h-1) ——生長(zhǎng)偶聯(lián)的比產(chǎn)酶系數(shù)(IU/g) ——非生長(zhǎng)偶聯(lián)的比產(chǎn)酶速率(IU/(gh))E——酶濃度(IU/L)t——時(shí)間(h)當(dāng)前88頁(yè)，總共106頁(yè)。同步合成（生長(zhǎng)偶聯(lián)）型延續(xù)合成型

滯后合成型

當(dāng)前89頁(yè)，總共106頁(yè)。第六節(jié)

固定化細(xì)胞產(chǎn)酶一、固定化細(xì)胞

采用各種方法固定在水不溶性載體上，在一定的空間范圍內(nèi)進(jìn)行生長(zhǎng)、繁殖和新陳代謝的細(xì)胞。當(dāng)前90頁(yè)，總共106頁(yè)。二、固定化細(xì)胞的特點(diǎn)提高產(chǎn)酶率

可以反復(fù)使用或連續(xù)使用較長(zhǎng)時(shí)間基因工程菌的質(zhì)粒穩(wěn)定，不易丟失發(fā)酵穩(wěn)定性好縮短生產(chǎn)周期，提高設(shè)備利用率產(chǎn)品容易分離純化適用于胞外酶等胞外產(chǎn)物的生產(chǎn)當(dāng)前91頁(yè)，總共106頁(yè)。

優(yōu)越性：

(1)降低成本，省去酶的分離純化工作;(2)既可作為單一酶，也可作為復(fù)合酶系完成部分代謝過(guò)程。

局限性：

(1)細(xì)胞內(nèi)多種酶的存在，會(huì)形成不需要的副產(chǎn)物。

(2)細(xì)胞膜、細(xì)胞壁和載體都存在著擴(kuò)散限制作用。當(dāng)前92頁(yè)，總共106頁(yè)。當(dāng)前93頁(yè)，總共106頁(yè)。三、工藝條件控制1、固定化細(xì)胞的預(yù)培養(yǎng)，利于固定化細(xì)胞生長(zhǎng)繁殖2、溶解氧的供給（1）不能劇烈攪拌（2）加大通氣量（3）改變固定化方法3、溫度的控制：

連續(xù)培養(yǎng)時(shí)，培養(yǎng)液需預(yù)先調(diào)溫4、培養(yǎng)基成分的控制：

需注意載體的穩(wěn)定性、溶氧當(dāng)前94頁(yè)，總共106頁(yè)。(1)稱(chēng)取一定量的海藻酸鈉，溶于水，配制成一定濃度的海藻酸鈉溶液。

(2)經(jīng)殺菌冷卻后，與一定體積的酶液或細(xì)胞、原生質(zhì)體懸浮液混合均勻。（3）用注射器或滴管將冷凝懸浮液滴到一定濃度的氯化鈣溶液中，形成球狀固定化細(xì)胞顆粒。注意：控制磷酸鹽濃度；控制鈣離子濃度，維持凝膠結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性通過(guò)改變海藻酸鈉的濃度可改變凝膠的孔徑

海藻酸鈣凝膠包埋法當(dāng)前95頁(yè)，總共106頁(yè)。

在固定化細(xì)胞的培養(yǎng)系統(tǒng)中，細(xì)胞包括固定在載體上的細(xì)胞和游離細(xì)胞兩部分。其生長(zhǎng)速率也由兩部分組成。即：式中，下標(biāo)g和f分別代表固定在載體上的細(xì)胞和游離細(xì)胞。四.固定化細(xì)胞生長(zhǎng)和產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)

（一）.固定化細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)當(dāng)前96頁(yè)，總共106頁(yè)。細(xì)胞生長(zhǎng)速率與細(xì)胞濃度（X）和比生長(zhǎng)速率（μ）成正比。根據(jù)莫諾德(Monod)方程,固定化細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程可以表達(dá)為:式中,μmg,μmf分別代