第二節(jié)微生物發(fā)酵產(chǎn)酶

酶的生產(chǎn)方法提取分離法(Extraction)生物合成(Biosynthesis)化學(xué)合成(chemicalsynthesis)SOD-bloodPapain-PapayaChymotrypsin-Pancrea……organ/tissue/cellAmylasefromBacillusProteasefromBacillusPhosphatasefromBacillusGlucoamylasefromAspergillus……PlantcellcultureAnimalcellcultureFewexample現(xiàn)在是1頁\一共有103頁\編輯于星期四一酶生物合成過程（一）中心法則-CentralDogma（二）RNA的生物合成-Transcription（三）蛋白質(zhì)的生物合成-Translation（四）酶生物合成的調(diào)節(jié)-Regulation現(xiàn)在是2頁\一共有103頁\編輯于星期四（一）中心法則-CentralDogmaReversetranscription現(xiàn)在是3頁\一共有103頁\編輯于星期四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：以DNA為模板，按照堿基配對(duì)原則將其所含的遺傳信息傳給RNA，形成一條與DNA鏈互補(bǔ)的RNA的過程。Translation翻譯：亦叫轉(zhuǎn)譯，以mRNA為模板，將mRNA的密碼解讀成蛋白質(zhì)的AA順序的過程。Reversetranslation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。（一）中心法則-CentralDogma現(xiàn)在是4頁\一共有103頁\編輯于星期四（二）RNA的生物合成-Transcription細(xì)胞內(nèi)RNA的生物功能(1)某些RNA病毒，其所含的雙鏈RNA作為遺傳信息的載體。(2)在蛋白質(zhì)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(shí)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），作為蛋白質(zhì)生物合成的場(chǎng)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)各小分子RNA在分子修飾和代謝調(diào)節(jié)等方面有重要作用。現(xiàn)在是5頁\一共有103頁\編輯于星期四轉(zhuǎn)錄過程起始位點(diǎn)的識(shí)別recognition轉(zhuǎn)錄起始initiation鏈的延伸elongation轉(zhuǎn)錄終止termination轉(zhuǎn)錄后加工modification現(xiàn)在是6頁\一共有103頁\編輯于星期四TheE.coliRNApolymeraseholoenzymeconsistsofsixsubunits:a2bb’s.PossiblecatalyticsubunitsPromoterspecificityEnzymeassembly,promoterrecognition,activatorbindingRoleunknown(notneededinvitro)36.5kDa15115511kDa(32-90kDa)現(xiàn)在是7頁\一共有103頁\編輯于星期四現(xiàn)在是8頁\一共有103頁\編輯于星期四（三）蛋白質(zhì)的生物合成-Translation翻譯:以RNA中mRNA為模板，按照其核苷酸順序所組成的密碼指導(dǎo)蛋白質(zhì)的合成的過程。mRNA蛋白質(zhì)翻譯各種信息

各種蛋白質(zhì)（核苷酸排列順序）

（氨基酸排列順序）現(xiàn)在是9頁\一共有103頁\編輯于星期四蛋白質(zhì)合成的幾個(gè)要素-mRNA(模板，template)mRNA是帶有DNA遺傳信息指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成的直接模板。以mRNA為模板，合成一定結(jié)構(gòu)的多肽鏈的過程(翻譯)，就是將mRNA分子中的核苷酸排列順序轉(zhuǎn)變成蛋白質(zhì)分子中的氨基酸排列順序?，F(xiàn)在是10頁\一共有103頁\編輯于星期四蛋白質(zhì)合成的幾個(gè)要素-遺傳密碼,nucleotidetripletcodonmRNA分子中，每三個(gè)相鄰的核苷酸組成的三聯(lián)體代表某種氨基酸或其它信息，稱為密碼子或三聯(lián)密碼。四種核苷酸編成三聯(lián)體可形成64個(gè)密碼子。其中：一個(gè)起始密碼:AUG三個(gè)終止密碼:UAAUGAUAG多數(shù)氨基酸擁有2-4個(gè)密碼現(xiàn)在是11頁\一共有103頁\編輯于星期四現(xiàn)在是12頁\一共有103頁\編輯于星期四蛋白質(zhì)合成的幾個(gè)要素-轉(zhuǎn)運(yùn)RNA(transporter)tRNA是氨基酸的轉(zhuǎn)運(yùn)工具，攜帶活化的氨基酸到核蛋白體。tRNA有特異性，至少有20種。每種tRNA的反密碼環(huán)頂端均有由三個(gè)核苷酸組成的反密碼，能與mRNA上相應(yīng)的密碼互補(bǔ)結(jié)合。現(xiàn)在是13頁\一共有103頁\編輯于星期四酪5’5’AUGGUUUACACA酪氨酰-tRNA反密碼mRNA密碼(codon)與反密碼(anticodon)的堿基配對(duì)現(xiàn)在是14頁\一共有103頁\編輯于星期四核糖體（或稱核糖核蛋白體）由蛋白質(zhì)和rRNA組成。是存在于細(xì)胞質(zhì)內(nèi)的微小顆粒。蛋白質(zhì)合成的幾個(gè)要素-核糖體，ribosome現(xiàn)在是15頁\一共有103頁\編輯于星期四其他輔助因子工具酶蛋白質(zhì)合成的幾個(gè)要素-其他因子和酶現(xiàn)在是16頁\一共有103頁\編輯于星期四蛋白質(zhì)的合成過程肽鏈合成的起始initiation肽鏈合成的延伸elongation肽鏈合成的終止與釋放terminationandrelease合成多肽的輸送和加工transportandmodification蛋白質(zhì)分子的折疊folding現(xiàn)在是17頁\一共有103頁\編輯于星期四（四）酶生物合成的調(diào)節(jié)-Regulation基因水平的表達(dá)控制酶含量的調(diào)節(jié)操縱子（operon）：是一組功能上相關(guān)，受同一調(diào)控區(qū)控制的基因組成的一個(gè)遺傳單位?，F(xiàn)在是18頁\一共有103頁\編輯于星期四基因操縱子調(diào)節(jié)系統(tǒng)示意圖

調(diào)節(jié)基因

啟動(dòng)基因操縱基因結(jié)構(gòu)基因

DNA

轉(zhuǎn)錄

（-）

RNA聚合酶（+）轉(zhuǎn)錄

翻譯

mRNA

翻譯

阻遏蛋白

蛋白質(zhì)

誘導(dǎo)劑

控制區(qū)信息區(qū)操縱子現(xiàn)在是19頁\一共有103頁\編輯于星期四ABEX底物水平的調(diào)節(jié)酶水平的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶含量的調(diào)節(jié)酶的定位調(diào)節(jié)輔助因子調(diào)節(jié)生長發(fā)育的不同時(shí)期外界環(huán)境變化酶合成與分解速度的變化（基因表達(dá)調(diào)控）產(chǎn)物調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)酶的調(diào)控模式現(xiàn)在是20頁\一共有103頁\編輯于星期四酶在細(xì)胞內(nèi)的含量取決于酶的合成速度和分解速度。細(xì)胞根據(jù)自身活動(dòng)需要，嚴(yán)格控制細(xì)胞內(nèi)各種酶的合理含量，從而對(duì)各種生物化學(xué)過程進(jìn)行調(diào)控。酶濃度調(diào)節(jié)的化學(xué)本質(zhì)是基因表達(dá)的調(diào)節(jié)。在細(xì)胞內(nèi)，所合成的酶的種類及數(shù)量是由特殊的基因信息決定的。DNA所攜帶的酶蛋白遺傳信息，需要通過轉(zhuǎn)錄和翻譯而合成酶蛋白。在細(xì)胞內(nèi)進(jìn)行的轉(zhuǎn)錄或翻譯過程都有特定的調(diào)節(jié)控制機(jī)制，其中轉(zhuǎn)錄的調(diào)控占主導(dǎo)地位。因此，基因表達(dá)的調(diào)控主要在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行?，F(xiàn)在是21頁\一共有103頁\編輯于星期四酶合成調(diào)節(jié)的類型①誘導(dǎo)(induction)組成酶：細(xì)胞固有的酶類。誘導(dǎo)酶：是細(xì)胞為適應(yīng)外來底物或其結(jié)構(gòu)類似物而臨時(shí)合成的一類酶。②阻遏(repression)分解代謝物阻遏(cataboliterepression)反饋?zhàn)瓒?feedbackrepression)現(xiàn)在是22頁\一共有103頁\編輯于星期四3酶合成的調(diào)節(jié)機(jī)制

①酶合成的誘導(dǎo)加進(jìn)某種物質(zhì)，使酶生物合成開始或加速進(jìn)行。酶合成誘導(dǎo)的現(xiàn)象：已知分解利用乳糖的酶有：

-半乳糖苷酶；-半乳糖苷透過酶；硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰酶。實(shí)驗(yàn)：（1）大腸桿菌生長在葡萄糖培養(yǎng)基上時(shí)，細(xì)胞內(nèi)無上述三種酶合成；（2）大腸桿菌生長在乳糖培養(yǎng)基上時(shí)，細(xì)胞內(nèi)有上述三種酶合成；（3）表明菌體生物合成的經(jīng)濟(jì)原則：需要時(shí)才合成?，F(xiàn)在是23頁\一共有103頁\編輯于星期四調(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)

乳糖阻遏蛋白（有活性）誘導(dǎo)現(xiàn)在是24頁\一共有103頁\編輯于星期四②末端產(chǎn)物阻遏

由某代謝途徑末端產(chǎn)物的過量累積引起的阻遏。

酶合成阻遏的現(xiàn)象：

實(shí)驗(yàn)：

（1）大腸桿菌生長在無機(jī)鹽和葡萄糖的培養(yǎng)基上時(shí)，檢測(cè)到細(xì)胞內(nèi)有色氨酸合成酶的存在；

（2）在上述培養(yǎng)基中加入色氨酸，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)細(xì)胞內(nèi)色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。

（3）表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，體現(xiàn)了菌體生長的經(jīng)濟(jì)原則:不需要就不合成?，F(xiàn)在是25頁\一共有103頁\編輯于星期四色氨酸操縱子——酶的阻遏調(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)現(xiàn)在是26頁\一共有103頁\編輯于星期四酶的誘導(dǎo)和阻遏操縱子模型B.有活性阻遏蛋白加誘導(dǎo)劑A.有活性阻遏蛋白C.無活性阻遏蛋白D.無活性阻遏蛋白加輔阻遏劑操縱基因啟動(dòng)基因調(diào)節(jié)基因結(jié)構(gòu)基因阻遏蛋白(有活性)阻遏蛋白阻擋操縱基因結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物與阻遏蛋白結(jié)合,使阻遏蛋白不能起到阻擋操縱基因的作用,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)酶蛋白mRNA阻遏蛋白不能跟操縱基因結(jié)合,結(jié)構(gòu)基因可以表達(dá)阻遏蛋白(無活性)酶蛋白mRNA代謝產(chǎn)物與阻遏蛋白結(jié)合,從而使阻遏蛋白能夠阻擋操縱基因,結(jié)構(gòu)基因不表達(dá)代謝產(chǎn)物現(xiàn)在是27頁\一共有103頁\編輯于星期四調(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)比現(xiàn)在是28頁\一共有103頁\編輯于星期四③分解代謝物阻遏指細(xì)胞內(nèi)同時(shí)有兩種分解底物（碳源或氮源）存在時(shí)，利用快的那種分解底物會(huì)阻遏利用慢的底物的有關(guān)酶合成的現(xiàn)象。分解代謝物的阻遏作用，并非由于快速利用的甲碳源本身直接作用的結(jié)果，而是通過甲碳源（或氮源等）在其分解過程中所產(chǎn)生的中間代謝物所引起的阻遏作用。現(xiàn)在是29頁\一共有103頁\編輯于星期四分解代謝物阻遏現(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，優(yōu)先利用葡萄糖。待葡萄糖耗盡后才開始利用乳糖，產(chǎn)生了兩個(gè)對(duì)數(shù)生長期中間隔開一個(gè)生長延滯期的“二次生長現(xiàn)象”(diauxie或biphasicgrowth）。這一現(xiàn)象又稱葡萄糖效應(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（CRP）,亦稱降解物基因活化蛋白（CAP）?，F(xiàn)在是30頁\一共有103頁\編輯于星期四分解代謝物阻遏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：降解物基因活化蛋白（catabolicgeneactivationprotein）降低cAMP濃度使CAP呈失活狀態(tài)現(xiàn)在是31頁\一共有103頁\編輯于星期四二常見產(chǎn)酶微生物（一）基本要求：不是致病菌發(fā)酵周期短,產(chǎn)酶量高不易變異退化最好是產(chǎn)生胞外酶的菌種,利于分離。對(duì)醫(yī)藥和食品用酶,還應(yīng)考慮安全性：凡從可食部分或食品加工中傳統(tǒng)使用的微生物生產(chǎn)的酶,安全!由非致病微生物制取的酶,需作短期毒性實(shí)驗(yàn)。非常見微生物制取酶,需做廣泛毒性實(shí)驗(yàn),包括慢性中毒實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)在是32頁\一共有103頁\編輯于星期四（二）常見產(chǎn)酶微生物1.大腸埃希氏桿菌2.醋酸桿菌（Acetobacter）3.枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）4.根霉（Rhizopus）5.曲霉（Aspergillus）現(xiàn)在是33頁\一共有103頁\編輯于星期四1.大腸埃希氏桿菌簡(jiǎn)稱大腸桿菌，是最為著名的原核生物。Escherich屬菌株和大多數(shù)大腸桿菌是無害，但也有些大腸桿菌是致病的，會(huì)引起腹瀉和尿路感染。大腸桿菌：易在實(shí)驗(yàn)室操作、生長迅速，而且營養(yǎng)要求低。應(yīng)用：作為宿主供大量細(xì)菌病毒生長繁殖是最早用作基因工程的宿主菌生產(chǎn)谷氨酸脫羧酶、天冬酰胺酶和制備天冬氨酸、蘇氨酸及纈氨酸。現(xiàn)在是34頁\一共有103頁\編輯于星期四2.醋酸桿菌（Acetobacter）應(yīng)用：有機(jī)酸(食醋等）；葡萄糖異構(gòu)酶(高果糖漿)；山梨糖(維C中間體）。菌體從橢圓至桿狀，單個(gè)、成對(duì)或成鏈，革蘭氏陰性，運(yùn)動(dòng)（周毛）或不運(yùn)動(dòng)，不生芽孢。好氣。在含糖、乙醇和酵母膏的培養(yǎng)基上生長良好?，F(xiàn)在是35頁\一共有103頁\編輯于星期四3.枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）直狀、近直狀的桿菌，周生或側(cè)生鞭毛，革蘭氏陽性，無莢膜，芽孢0.5×1.51.8m，中生或近中生。枯草芽孢桿菌是工業(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?，F(xiàn)在是36頁\一共有103頁\編輯于星期四4.根霉（Rhizopus）因有假根（Rhizoid）而得名。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。應(yīng)用：根霉能產(chǎn)生一些酶類，如淀粉酶、果膠酶、脂肪酶等；在釀酒工業(yè)上常用做糖化菌；有些能產(chǎn)生乳酸、延胡索酸等有機(jī)酸。現(xiàn)在是37頁\一共有103頁\編輯于星期四5.曲霉（Aspergillus）分布：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)，有的產(chǎn)生致癌性黃曲霉毒素。代表種：黑曲霉Asp.Niger、黃曲霉Asp.flavus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(jī)酸（如檸檬酸、葡萄糖酸等）；用作生產(chǎn)糖化飼料的菌種?，F(xiàn)在是38頁\一共有103頁\編輯于星期四酵母(1)啤酒酵母(Saccharomycescerevisiae)啤酒酵母是啤酒工業(yè)上廣泛應(yīng)用的酵母。細(xì)胞由圓形、卵形、橢圓形到臘腸形。在麥芽汁培養(yǎng)基上，菌落為白色，有光澤，平滑，邊緣整齊。營養(yǎng)細(xì)胞可以直接變?yōu)樽幽遥總€(gè)子囊含有1～4個(gè)圓形光亮的子囊孢子。啤酒酵母除了主要用于啤酒、酒類的生產(chǎn)外，還可以用于轉(zhuǎn)化酶、丙酮酸脫羧酶、醇脫氫酶等的生產(chǎn)。(2)假絲酵母(Candida)假絲酵母的細(xì)胞圓形，卵形或長形。無性繁殖為多邊芽殖，形成假菌絲，也有真菌絲，可生成無節(jié)孢子、子囊孢子、冬孢子或擲孢子。不產(chǎn)生色素。在麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基上，菌落呈乳白色或奶油色。假絲酵母可以用于生產(chǎn)脂肪酶、尿酸酶、尿囊素酶、轉(zhuǎn)化酶、醇脫氫酶等。具有較強(qiáng)的17-羥基化酶，可以用于甾體轉(zhuǎn)化?，F(xiàn)在是39頁\一共有103頁\編輯于星期四（三）產(chǎn)酶微生物的分離和篩選樣品的采集:從富含該酶作用底物的場(chǎng)所采集樣品富集培養(yǎng):投其所好，取其所抗分離：獲得微生物的純培養(yǎng)（pureculture）。初篩：選出產(chǎn)酶菌種，以多為主。復(fù)篩：選出產(chǎn)酶水平相對(duì)較高的菌株，以質(zhì)為主。1.方法：現(xiàn)在是40頁\一共有103頁\編輯于星期四現(xiàn)在是41頁\一共有103頁\編輯于星期四2.產(chǎn)酶微生物優(yōu)良菌種的選育誘變育種原生質(zhì)體融合育種基因工程育種現(xiàn)在是42頁\一共有103頁\編輯于星期四3.微生物發(fā)酵產(chǎn)酶方法（1）固體培養(yǎng):特別適合于霉菌培養(yǎng)（2）液體培養(yǎng):目前酶發(fā)酵生產(chǎn)的主要方式（3）固定化細(xì)胞:需要特殊的固定化細(xì)胞反應(yīng)器現(xiàn)在是43頁\一共有103頁\編輯于星期四（四）微生物酶的類型1.胞外酶：大多是水解酶（如淀粉酶、蛋白酶、纖維素酶、果膠酶），是微生物為了利用環(huán)境中的大分子而釋放到細(xì)胞外的，即使胞外濃度很高，胞內(nèi)也能維持較低水平，受到的調(diào)節(jié)控制少。2.胞內(nèi)酶：指合成后仍留在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用的酶，酶活性和濃度受到中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物的調(diào)控?，F(xiàn)在是44頁\一共有103頁\編輯于星期四植物、動(dòng)物、微生物細(xì)胞的特性比較細(xì)胞種類植物細(xì)胞微生物細(xì)胞動(dòng)物細(xì)胞細(xì)胞大小/um200～3001～1010～100倍增時(shí)間/h﹥120.3-6﹥15營養(yǎng)要求簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單復(fù)雜光照要求大多數(shù)要求不要求不要求對(duì)剪切力敏感大多數(shù)不敏感非常敏感主要產(chǎn)物色素、藥物、香精、酶等醇、有機(jī)酸、氨基酸、抗生素、核苷酸、酶等疫苗、激素、單克隆抗體、酶等現(xiàn)在是45頁\一共有103頁\編輯于星期四三酶的發(fā)酵工藝條件及控制現(xiàn)在是46頁\一共有103頁\編輯于星期四三酶的發(fā)酵工藝條件及控制（一）培養(yǎng)基（二）發(fā)酵條件及控制（三）提高產(chǎn)酶的措施現(xiàn)在是47頁\一共有103頁\編輯于星期四（一）培養(yǎng)基現(xiàn)在是48頁\一共有103頁\編輯于星期四1.培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原則選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì)，營養(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)比較培養(yǎng)不同的微生物必須采用不同的培養(yǎng)條件；培養(yǎng)目的不同，原料的選擇和配比不同；不同階段，培養(yǎng)條件也有所差異?，F(xiàn)在是49頁\一共有103頁\編輯于星期四任何培養(yǎng)基都應(yīng)該具備微生物生長所需要五大營養(yǎng)要求；培養(yǎng)基（medium）是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。培養(yǎng)基幾乎是一切對(duì)微生物進(jìn)行研究和利用工作的基礎(chǔ)；五大要素：碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長因子、水。1.培養(yǎng)基的設(shè)計(jì)原則現(xiàn)在是50頁\一共有103頁\編輯于星期四水是微生物最基本的組成分（70%~95%）水是微生物體內(nèi)和體外的溶劑（吸收營養(yǎng)成分和代謝廢物）水是細(xì)胞質(zhì)組分，直接參與各種代謝活動(dòng)調(diào)節(jié)細(xì)胞溫度和保持環(huán)境溫度的穩(wěn)定（比熱高，傳熱快）水現(xiàn)在是51頁\一共有103頁\編輯于星期四常用碳源：糖類、醇類、脂類、有機(jī)酸、烴類、蛋白質(zhì)及其降解物異養(yǎng)微生物：糖類是最好碳源（葡萄糖最為通用）碳源選擇合適碳源，以適應(yīng)目的酶的合成調(diào)節(jié)機(jī)制對(duì)于一些特殊的產(chǎn)酶菌需要特殊的碳源，如利用黃青霉生產(chǎn)葡萄糖氧化酶，以甜菜作碳源就達(dá)不到產(chǎn)酶目的，而以蔗糖為碳源時(shí)產(chǎn)酶量顯著提高；現(xiàn)在是52頁\一共有103頁\編輯于星期四構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物中氮素（不能用作能源）氮源有機(jī)氮源蛋白胨、酵母膏、牛肉膏無機(jī)氮源銨鹽、硝酸鹽氮源需要注意合適的碳氮比一般生產(chǎn)蛋白酶、淀粉酶多用豆餅、花生餅等有機(jī)氮源，原因是高分子氮對(duì)酶的誘導(dǎo)作用；而生產(chǎn)纖維素酶時(shí)多用無機(jī)氮源，因?yàn)橛袡C(jī)氮會(huì)促進(jìn)菌體的生長繁殖，對(duì)產(chǎn)酶不利。現(xiàn)在是53頁\一共有103頁\編輯于星期四不同的細(xì)胞對(duì)氮源有不同的要求。應(yīng)當(dāng)根據(jù)細(xì)胞的營養(yǎng)要求進(jìn)行選擇和配置。一般說來，動(dòng)物細(xì)胞要求有機(jī)氮源；植物細(xì)胞主要使用無機(jī)氮源；微生物細(xì)胞中，異養(yǎng)型細(xì)胞要求有機(jī)氮源，自養(yǎng)型細(xì)胞可以采用無機(jī)氮源。碳和氮兩者的比例，即碳氮比（C/N），對(duì)酶的產(chǎn)量有顯著影響。所謂碳氮比一般是指培養(yǎng)基中碳元素（C）的總量與氮元素（N）總量之比?，F(xiàn)在是54頁\一共有103頁\編輯于星期四參與酶的組成、構(gòu)成酶活性基團(tuán)、激活酶活性維持細(xì)胞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，調(diào)節(jié)細(xì)胞滲透壓控制細(xì)胞的氧化還原電位有時(shí)可作某些微生物生長的能源物質(zhì)常用：硫酸鹽、磷酸鹽、氯化物及鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等元素的化合物。無機(jī)鹽一般的無機(jī)鹽在低濃度情況下有利于酶產(chǎn)量的提高，而高濃度對(duì)產(chǎn)酶有抑制作用現(xiàn)在是55頁\一共有103頁\編輯于星期四生長因子生長因子是指某些微生物不能用普通的碳源、氮源物質(zhì)進(jìn)行合成，而必須另外加入少量的生長需求的有機(jī)物質(zhì)。分類：依據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)分成維生素、氨基酸、嘌呤（或嘧啶）及衍生物和類脂成分等四類。功能：以輔酶與輔基的形式參與代謝中的酶促反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室中常用酵母膏、蛋白胨、牛肉膏等作為各種生長因子的需要，麥芽汁、米曲汁等天然培養(yǎng)基中本身含有各種生長因子?，F(xiàn)在是56頁\一共有103頁\編輯于星期四在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中，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，如酵母膏、玉米漿、麥芽汁、麩皮水解液等，以提供細(xì)胞所需的各種生長因素。也可以加入某種或某幾種提純的有機(jī)化合物，以滿足細(xì)胞生長繁殖之需?，F(xiàn)在是57頁\一共有103頁\編輯于星期四細(xì)菌：牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基（或簡(jiǎn)稱普通肉湯培養(yǎng)基）；放線菌：高氏1號(hào)合成培養(yǎng)基培養(yǎng)；酵母菌：麥芽汁培養(yǎng)基；霉菌：查氏合成培養(yǎng)基；2.實(shí)驗(yàn)室的常用培養(yǎng)基現(xiàn)在是58頁\一共有103頁\編輯于星期四例如枯草芽孢桿菌：一般培養(yǎng)：肉湯培養(yǎng)基或LB培養(yǎng)基；自然轉(zhuǎn)化：基礎(chǔ)培養(yǎng)基；觀察芽孢：生孢子培養(yǎng)基；產(chǎn)蛋白酶：以玉米粉、黃豆餅粉為主的產(chǎn)酶培養(yǎng)基；2.實(shí)驗(yàn)室的常用培養(yǎng)基現(xiàn)在是59頁\一共有103頁\編輯于星期四枯草桿菌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%，氯化按0.15%（自然pH）。枯草桿菌AS1.398中性蛋白酶發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉4%，豆餅粉3%，麩皮3.2%,糠1%,磷酸氫二鈉0.4%,磷酸二氫鉀0.03%（自然pH）。黑曲霉糖化酶發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉10%，豆餅粉4%，麩皮1%（pH4.4～5.0）。地衣芽孢桿菌2709堿性蛋白酶發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉5.5%,豆餅4%,磷酸氫二鈉0.4%,磷酸二氫鉀0.03%(pH8.5)。黑曲霉AS3.350酸性蛋白酶發(fā)酵培養(yǎng)基:玉米粉6%,豆餅粉4%,玉米漿0.6%,氯化鈣0.5%,氯化銨1%,磷酸氫二鈉0.2%(pH5.5)。2.實(shí)驗(yàn)室的常用培養(yǎng)基現(xiàn)在是60頁\一共有103頁\編輯于星期四游動(dòng)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。1%，硫酸鎂0。05%(pH7.2)。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%(自然pH)。黑曲霉AS3.396果膠酶發(fā)酵培養(yǎng)基:麩皮5%,果膠0.3%,硫酸銨2%,磷酸二氫鉀0.25%,硫酸鎂0.05%,硝酸鈉0.02%,硫酸亞鐵0.001%(自然pH)。枯草桿菌AS1.398堿性磷酸酶發(fā)酵培養(yǎng)基:葡萄糖0.4%,乳蛋白水解物0.1%,硫酸銨1%,氯化鉀0.1%,氯化鈣0.1mmol/L,氯化鎂1.0mmol/L,磷酸氫二鈉20mol/L(用pH7.4Tris-HCl緩沖液配制)現(xiàn)在是61頁\一共有103頁\編輯于星期四（二）發(fā)酵條件及控制培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。為了維持培養(yǎng)基pH的相對(duì)恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，或在進(jìn)行工業(yè)發(fā)酵時(shí)補(bǔ)加酸、堿。1.pH值的控制現(xiàn)在是62頁\一共有103頁\編輯于星期四通常培養(yǎng)條件：細(xì)菌與放線菌：pH7-7.5酵母菌和霉菌：pH4.5-6范圍內(nèi)生長細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶最適pH與生長最適pH值往往有所不同。細(xì)胞生產(chǎn)某種酶的最適pH通常接近于該酶催化反應(yīng)的最適pH。有些細(xì)胞可同時(shí)產(chǎn)生若干種酶，在生產(chǎn)過程中，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。1.pH值的控制現(xiàn)在是63頁\一共有103頁\編輯于星期四例如，采用米曲霉發(fā)酵生產(chǎn)蛋白酶時(shí)，當(dāng)培養(yǎng)基的pH值為堿性時(shí)，主要生產(chǎn)堿性蛋白酶；培養(yǎng)基的pH值為中性時(shí)，主要生產(chǎn)中性蛋白酶；而在酸性的條件下，則以生產(chǎn)酸性蛋白酶為主。隨著細(xì)胞的生長繁殖和新陳代謝產(chǎn)物的積累,培養(yǎng)基的pH值往往會(huì)發(fā)生變化。這種變化的情況與細(xì)胞特性有關(guān)，也與培養(yǎng)基的組成成分以及發(fā)酵工藝條件密切相關(guān)?，F(xiàn)在是64頁\一共有103頁\編輯于星期四◆含糖量高的培養(yǎng)基，由于糖代謝產(chǎn)生有機(jī)酸，會(huì)使pH值向酸性方向移動(dòng)；◆含蛋白質(zhì)、氨基酸較多的培養(yǎng)基，經(jīng)過代謝產(chǎn)生較多的胺類物質(zhì)，使pH值向堿性方向移動(dòng)；◆以硫酸銨為氮源時(shí)，隨著銨離子被利用，培養(yǎng)基中積累的硫酸根會(huì)使pH值降低；◆以尿素為氮源的，隨著尿素被水解生成氨，而使培養(yǎng)基的pH值上升，然后又隨著氨被細(xì)胞同化而使pH值下降；◆磷酸鹽的存在，對(duì)培養(yǎng)基的pH值變化有一定的緩沖作用?！粼谘鯕夤?yīng)不足時(shí)，由于代謝積累有機(jī)酸，可使培養(yǎng)基的pH值向酸性方向移動(dòng)?，F(xiàn)在是65頁\一共有103頁\編輯于星期四通常在生物學(xué)范圍內(nèi)每升高10℃，生長速度加快一倍，溫度直接影響酶反應(yīng)，對(duì)于微生物來說，溫度直接影響其生長和合成酶。2.溫度的控制有些細(xì)胞發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度與細(xì)胞生長最適溫度有所不同，而且往往低于生長最適溫度。這是由于在較低的溫度條件下，可以提高酶所對(duì)應(yīng)的mRNA的穩(wěn)定性，增加酶生物合成的延續(xù)時(shí)間，從而提高酶的產(chǎn)量。枯草桿菌的最適生長溫度為34～37℃黑曲霉的最適生長溫度為28～32℃現(xiàn)在是66頁\一共有103頁\編輯于星期四在細(xì)胞生長和發(fā)酵產(chǎn)酶過程中，由于細(xì)胞的新陳代謝作用，會(huì)不斷放出熱量，使培養(yǎng)基的溫度升高，同時(shí)，由于熱量的不斷擴(kuò)散，會(huì)使培養(yǎng)基的溫度不斷降低。為此必須經(jīng)常及時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，使培養(yǎng)基的溫度維持在適宜的范圍內(nèi)?！魷囟鹊恼{(diào)節(jié)一般采用熱水升溫、冷水降溫的方法。為了及時(shí)地進(jìn)行溫度的調(diào)節(jié)控制，在發(fā)酵罐或其他生物反應(yīng)器中，均應(yīng)設(shè)計(jì)有足夠傳熱面積的熱交換裝置，如排管、蛇管、夾套、噴淋管等，并且隨時(shí)備有冷水和熱水，以滿足溫度調(diào)控的需要?，F(xiàn)在是67頁\一共有103頁\編輯于星期四3.溶解氧的控制在酶的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，處于不同生長階段的細(xì)胞，其細(xì)胞濃度和細(xì)胞呼吸強(qiáng)度各不相同，致使耗氧速率有很大的差別。因此必須根據(jù)耗氧量的不同，不斷供給適量的溶解氧。培養(yǎng)液中溶解氧的量，決定于在一定條件下氧氣的溶解速度。溶氧速率與通氣量、氧氣分壓、氣液接觸時(shí)間、氣液接觸面積以及培養(yǎng)液的性質(zhì)等有密切關(guān)系。一般說來，通氣量越大、氧氣分壓越高、氣液接觸時(shí)間越長、氣液接觸面積越大，則溶氧速率越大。培養(yǎng)液的性質(zhì)，主要是黏度、氣泡、以及溫度等對(duì)于溶氧速率有明顯影響?，F(xiàn)在是68頁\一共有103頁\編輯于星期四3.溶解氧的控制調(diào)節(jié)通氣量調(diào)節(jié)氧的分壓調(diào)節(jié)氣液接觸時(shí)間調(diào)節(jié)氣液接觸面積改變培養(yǎng)液的性質(zhì)控制溶氧方法現(xiàn)在是69頁\一共有103頁\編輯于星期四調(diào)節(jié)氣液接觸面積

為了增大氣液兩相接觸面積，應(yīng)是通過培養(yǎng)液的空氣盡量分散成小氣泡。

在發(fā)酵容器的底部安裝空氣分配管，使氣體分散成小氣泡進(jìn)入培養(yǎng)液中，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)擋板等可以使氣泡進(jìn)一步打碎和分散，也可以有效地增加氣液接觸面積，從而提高溶氧速率?，F(xiàn)在是70頁\一共有103頁\編輯于星期四酶發(fā)酵生產(chǎn)的一般工藝流程

現(xiàn)在是71頁\一共有103頁\編輯于星期四（三）提高產(chǎn)酶的措施1.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。誘導(dǎo)物可以分3類：

酶的作用底物：青霉素是青霉素?；傅恼T導(dǎo)物；酶的催化反應(yīng)產(chǎn)物：纖維二糖可誘導(dǎo)纖維素酶的產(chǎn)生；

底物的類似物：IPTG對(duì)β-半乳糖苷酶的效果要好于乳糖?，F(xiàn)在是72頁\一共有103頁\編輯于星期四2.控制阻遏物的濃度據(jù)機(jī)理不同阻遏作用分為兩種：產(chǎn)物阻遏和分解代謝物阻遏。a.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。b.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。例如在β-半乳糖苷酶生產(chǎn)中，只有在培養(yǎng)基中不含有葡萄糖時(shí)才能夠大量誘導(dǎo)產(chǎn)酶?，F(xiàn)在是73頁\一共有103頁\編輯于星期四2.控制阻遏物的濃度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。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，可以通過控制末端產(chǎn)物的濃度的方法使阻遏解除。現(xiàn)在是74頁\一共有103頁\編輯于星期四3.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）、特里頓(Triton)等添加到培養(yǎng)基中，可以加速胞外酶的分泌，而使酶的產(chǎn)量增加。如霉菌發(fā)酵產(chǎn)纖維素酶時(shí)，加1%吐溫可使酶產(chǎn)量提高數(shù)倍。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（如‘新潔而滅’等）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?，F(xiàn)在是75頁\一共有103頁\編輯于星期四4.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。產(chǎn)酶促進(jìn)劑對(duì)不同細(xì)胞、不同酶的作用效果各不相同，現(xiàn)在還沒有規(guī)律可循，要通過試驗(yàn)確定所添加的產(chǎn)酶促進(jìn)劑的種類和濃度?，F(xiàn)在是76頁\一共有103頁\編輯于星期四酶生產(chǎn)過程的動(dòng)力學(xué)1、酶生物合成的模式2、酶生產(chǎn)過程中細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)3、酶生產(chǎn)過程中產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)GoGoGo本章目錄現(xiàn)在是77頁\一共有103頁\編輯于星期四1、酶生物合成的模式細(xì)胞在一定條件下培養(yǎng)生長，其生長過程一般經(jīng)歷調(diào)整期、生長期、平衡期和衰退期等4個(gè)階段通過分析比較細(xì)胞生長與酶產(chǎn)生的關(guān)系,可以把酶生物合成的模式分為4種類型。即同步合成型，延續(xù)合成型，中期合成型和滯后合成型。

現(xiàn)在是78頁\一共有103頁\編輯于星期四同步合成型酶的生物合成與細(xì)胞生長同步進(jìn)行的一種酶生物合成模式。該類型酶的生物合成速度與細(xì)胞生長速度緊密聯(lián)系，又稱為生長偶聯(lián)型。屬于該合成型的酶，其生物合成伴隨著細(xì)胞的生長而開始；在細(xì)胞進(jìn)入旺盛生長期時(shí)，酶大量生成；當(dāng)細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期后，酶的合成隨著停止。

大部分組成酶的生物合成屬于同步合成型，有部分誘導(dǎo)酶也按照此種模式進(jìn)行生物合成。例如米曲霉在含有單寧或者沒食子酸的培養(yǎng)基中生長，在單寧或沒食子酸的誘導(dǎo)作用下，合成單寧酶（tanaseEC3.1.1.20）。細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml總細(xì)胞濃度活細(xì)胞濃度胞外酶濃度胞內(nèi)酶濃度現(xiàn)在是79頁\一共有103頁\編輯于星期四延續(xù)合成型

酶的生物合成在細(xì)胞的生長階段開始，在細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期后，酶還可以延續(xù)合成一段較長時(shí)間。屬于該類型的酶可以是組成酶，也可以是誘導(dǎo)酶。例如，在黑曲霉在以半乳糖醛酸或果膠為單一碳源的培養(yǎng)基中培養(yǎng)，可以誘導(dǎo)聚半乳糖醛酸酶（Polygalacturonase，EC3.2.1.15）的生物合成。細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml以半乳糖醛酸為誘導(dǎo)物以含有葡萄糖的果膠為誘導(dǎo)物現(xiàn)在是80頁\一共有103頁\編輯于星期四中期合成型

該類型的酶在細(xì)胞生長一段時(shí)間以后才開始，而在細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期以后，酶的生物合成也隨著停止。例如，枯草桿菌堿性磷酸酶（Alkalinephophatase，EC3.1.3.1)的生物合成模式屬于中期合成型。這是由于該酶的合成受到其反應(yīng)產(chǎn)物無機(jī)磷酸的反饋?zhàn)瓒?，而磷又是?xì)胞生長所必不可缺的營養(yǎng)物質(zhì)，培養(yǎng)基中必須有磷的存在。這樣，在細(xì)胞生長的開始階段,培養(yǎng)基中的磷阻遏堿性磷酸酶的合成，只有當(dāng)細(xì)胞生長一段時(shí)間，培養(yǎng)基中的磷幾乎被細(xì)胞用完（低于0.01mmol/L）以后，該酶才開始大量生成。又由于堿性磷酸酶所對(duì)應(yīng)的mRNA不穩(wěn)定，其壽命只有30min左右，所以當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入平衡期后，酶的生物合成隨著停止。細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml現(xiàn)在是81頁\一共有103頁\編輯于星期四滯后合成型

此類型酶是在細(xì)胞生長一段時(shí)間或者進(jìn)入平衡期以后才開始其生物合成并大量積累。又稱為非生長偶聯(lián)型。許多水解酶的生物合成都屬于這一類型。

屬于滯后合成型的酶，之所以要在細(xì)胞生長一段時(shí)間甚至進(jìn)入平衡期以后才開始合成，主要原因是由于受到培養(yǎng)基中存在的阻遏物的阻遏作用。只有隨著細(xì)胞的生長，阻遏物幾乎被細(xì)胞用完而使阻遏解除后，酶才開始大量合成。若培養(yǎng)基中不存在阻遏物，該酶的合成可以轉(zhuǎn)為延續(xù)合成型。該類型酶所對(duì)應(yīng)的mRNA穩(wěn)定性很好，可以在細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期后的相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行酶的生物合成。黑曲霉羧基蛋白酶生物合成放線菌素D對(duì)產(chǎn)酶的影響細(xì)胞濃度mg/ml酶濃度U/ml酶濃度U/ml酶濃度U/ml30℃22℃不加加入不加加入現(xiàn)在是82頁\一共有103頁\編輯于星期四理想的酶合成模式酶所對(duì)應(yīng)的mRNA的穩(wěn)定性以及培養(yǎng)基中阻遏物的存在是影響酶生物合成模式的主要因素。其中，mRNA穩(wěn)定性好的，可以在細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期以后，繼續(xù)合成其所對(duì)應(yīng)的酶；mRNA穩(wěn)定性差的，就隨著細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期而停止酶的生物合成；不受培養(yǎng)基中存在的某些物質(zhì)阻遏的，可以伴隨著細(xì)胞生長而開始酶的合成；受到培養(yǎng)基中某些物質(zhì)阻遏的，則要在細(xì)胞生長一段時(shí)間甚至在平衡期后，酶才開始合成并大量積累。在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中，為了提高產(chǎn)酶率和縮短發(fā)酵周期，最理想的合成模式應(yīng)是延續(xù)合成型。因?yàn)閷儆谘永m(xù)合成型的酶，在發(fā)酵過程中沒有生長期和產(chǎn)酶期的明顯差別。細(xì)胞一開始生長就有酶產(chǎn)生，直至細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期以后，酶還可以繼續(xù)合成一段較長的時(shí)間。對(duì)于其他合成模式的酶，可以通過基因工程\細(xì)胞工程等先進(jìn)技術(shù),選育得到優(yōu)良的菌株,并通過工藝條件的優(yōu)化控制,使他們的生物合成模式更加接近于延續(xù)合成型。其中對(duì)于同步合成型的酶，要盡量提高其對(duì)應(yīng)的mRNA的穩(wěn)定性，為此適當(dāng)降低發(fā)酵溫度是可取的措施；對(duì)于滯后合成型的酶，要設(shè)法降低培養(yǎng)基中阻遏物的濃度，盡量減少甚至解除產(chǎn)物阻遏或分解代謝物阻遏作用，使酶的生物合成提早開始；而對(duì)于中期合成型的酶，則要在提高mRNA的穩(wěn)定性以及解除阻遏兩方面下功夫，使其生物合成的開始時(shí)間提前，并盡量延遲其生物合成停止的時(shí)間。回本節(jié)現(xiàn)在是83頁\一共有103頁\編輯于星期四2、酶生產(chǎn)過程中細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)細(xì)胞在控制一定條件的培養(yǎng)基中生長的過程中,其生長速度受到細(xì)胞內(nèi)外各種因素的影響,變化比較復(fù)雜，情況各不相同。細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)主要研究細(xì)胞生長速度以及外界環(huán)境因素對(duì)細(xì)胞生長速度影響的規(guī)律。1950年，法國的莫諾德(Monod)首先提出了表述微生物細(xì)胞生長的動(dòng)力學(xué)方程。在培養(yǎng)過程中，細(xì)胞生長速率與細(xì)胞濃度成正比假設(shè)培養(yǎng)基中只有一種限制性基質(zhì)，而不存在其他生長限制因素時(shí)，μ為這種限制性基質(zhì)濃度的函數(shù)。KS為莫諾德常數(shù)，是指比生長速率達(dá)到最大比生長速率一半時(shí)的限制性基質(zhì)濃度?，F(xiàn)在是84頁\一共有103頁\編輯于星期四回本節(jié)限制性基質(zhì)的物料平衡式莫諾德方程是基本的細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)方程。在發(fā)酵過程優(yōu)化以及發(fā)酵過程控制方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。不少學(xué)者從不同的情況出發(fā)或運(yùn)用不同的方法，對(duì)莫諾德方程進(jìn)行了修正，得出了適用于不同情況的各種動(dòng)力學(xué)模型。連續(xù)培養(yǎng)時(shí)的方程變化形式現(xiàn)在是85頁\一共有103頁\編輯于星期四3、產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)主要研究細(xì)胞產(chǎn)酶速率以及各種環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)酶速率的影響規(guī)律。產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)的研究可以從整個(gè)發(fā)酵系統(tǒng)著眼，研究群體細(xì)胞的產(chǎn)酶速率及其影響因素，這稱為宏觀產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)或這稱為非結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)。也可以從細(xì)胞內(nèi)部著眼，研究細(xì)胞中酶合成速率及其影響因素，這謂之微觀產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)或稱為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)。現(xiàn)在是86頁\一共有103頁\編輯于星期四在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中，酶的產(chǎn)量高低，是發(fā)酵系統(tǒng)中群體細(xì)胞產(chǎn)酶的集中體現(xiàn)，宏觀產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)的研究表明，產(chǎn)酶速率與細(xì)胞比生長速率、細(xì)胞濃度以及細(xì)胞產(chǎn)酶模式有關(guān)。與生長相關(guān)與生長部分相關(guān)與生長無關(guān)現(xiàn)在是87頁\一共有103頁\編輯于