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現(xiàn)在是1頁\一共有106頁\編輯于星期日微生物發(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)過程。（主要方法）特點(diǎn)：微生物種類多代謝類型多易培養(yǎng)代謝能力強(qiáng)酶種類多酶產(chǎn)量高現(xiàn)在是2頁\一共有106頁\編輯于星期日

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)酶現(xiàn)在是3頁\一共有106頁\編輯于星期日一、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)菌現(xiàn)在是4頁\一共有106頁\編輯于星期日二、現(xiàn)在是5頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是6頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是7頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是8頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是9頁\一共有106頁\編輯于星期日鏈霉菌產(chǎn)幾丁質(zhì)酶現(xiàn)在是10頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是11頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是12頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是13頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是14頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是15頁\一共有106頁\編輯于星期日青霉菌產(chǎn)果膠酶現(xiàn)在是16頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是17頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是18頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是19頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是20頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是21頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是22頁\一共有106頁\編輯于星期日1、樣品的采集：從富含該酶作用底物的場所采集樣品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現(xiàn)在是23頁\一共有106頁\編輯于星期日

-淀粉酶的篩選現(xiàn)在是24頁\一共有106頁\編輯于星期日蛋白酶產(chǎn)生菌的獲得方法應(yīng)用含酪蛋白的培養(yǎng)基現(xiàn)在是25頁\一共有106頁\編輯于星期日纖維素酶產(chǎn)生菌的獲得方法現(xiàn)在是26頁\一共有106頁\編輯于星期日第二節(jié)

酶的發(fā)酵技術(shù)現(xiàn)在是27頁\一共有106頁\編輯于星期日一、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)酵現(xiàn)在是28頁\一共有106頁\編輯于星期日（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)備簡單，操作簡單缺點(diǎn)：勞動(dòng)強(qiáng)度大原料利用率低生產(chǎn)周期長產(chǎn)品分離純化困難現(xiàn)在是29頁\一共有106頁\編輯于星期日（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）現(xiàn)在是30頁\一共有106頁\編輯于星期日（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)酶現(xiàn)在是31頁\一共有106頁\編輯于星期日二、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現(xiàn)在是32頁\一共有106頁\編輯于星期日（一）菌種選育

野生型微生物無法滿足酶制劑生產(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)過選育的高產(chǎn)酶菌株。方法：？現(xiàn)在是33頁\一共有106頁\編輯于星期日（二）菌種保藏

一個(gè)優(yōu)良的菌種被選育出來以后,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：？現(xiàn)在是34頁\一共有106頁\編輯于星期日（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)?，F(xiàn)在是35頁\一共有106頁\編輯于星期日（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)生長期培養(yǎng)量：下一工序10％左右現(xiàn)在是36頁\一共有106頁\編輯于星期日選擇適宜的營養(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（五）培養(yǎng)基1.培養(yǎng)基的配制原則現(xiàn)在是37頁\一共有106頁\編輯于星期日2.

培養(yǎng)基的五大要素----水、碳源、氮源無機(jī)鹽和生長因子（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現(xiàn)在是38頁\一共有106頁\編輯于星期日（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：無機(jī)氮（氨水、銨根、硝酸根）（3）無機(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?，F(xiàn)在是39頁\一共有106頁\編輯于星期日（4）生長因子

細(xì)胞生長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：含多種生長因子的原料的水解物，

如麥芽汁、麩皮水解液、酵母膏等?，F(xiàn)在是40頁\一共有106頁\編輯于星期日

（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現(xiàn)在是41頁\一共有106頁\編輯于星期日

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)酵過程中的溫度？1.溫度的控制現(xiàn)在是42頁\一共有106頁\編輯于星期日溫度的調(diào)節(jié)控制（1）細(xì)胞產(chǎn)酶最適溫度與細(xì)胞生長最適溫度有所不同，且往往低于最適生長溫度（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)胞生長速率較慢。現(xiàn)在是43頁\一共有106頁\編輯于星期日（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現(xiàn)在是44頁\一共有106頁\編輯于星期日不同微生物，其生長繁殖的最適pH值有所不同。細(xì)胞產(chǎn)酶pH值與生長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↓

↑

現(xiàn)在是45頁\一共有106頁\編輯于星期日培養(yǎng)基pH隨細(xì)胞生長繁殖和代謝會(huì)發(fā)生變化。C/N比的高低：一般來說，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的利用（1）pH對(duì)發(fā)酵產(chǎn)酶的影響現(xiàn)在是46頁\一共有106頁\編輯于星期日

（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)料的方式現(xiàn)在是47頁\一共有106頁\編輯于星期日3.溶解氧的控制溶氧太低時(shí)，供氧不足，不利于生長產(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＋酶合成能量需要有氧降解氧氣Kd：單位體積發(fā)酵液單位時(shí)間內(nèi)所溶解的氧的量現(xiàn)在是48頁\一共有106頁\編輯于星期日（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：降低粘度現(xiàn)在是49頁\一共有106頁\編輯于星期日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，因而減少氣泡周圍的液膜厚度，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)胞周圍的代謝產(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?，F(xiàn)在是50頁\一共有106頁\編輯于星期日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?，F(xiàn)在是51頁\一共有106頁\編輯于星期日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)微生物菌體的生長繁殖和產(chǎn)酶關(guān)系很大。不同菌種、酶種、不同的生長繁殖和產(chǎn)酶時(shí)期，對(duì)濕度要求也不一樣。酶制劑發(fā)酵過程中，一般說來，培養(yǎng)前期濕度低些，培養(yǎng)后期濕度高些有利于產(chǎn)酶?，F(xiàn)在是52頁\一共有106頁\編輯于星期日第三節(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、酶的生物合成現(xiàn)在是53頁\一共有106頁\編輯于星期日轉(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?，F(xiàn)在是54頁\一共有106頁\編輯于星期日轉(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?，F(xiàn)在是55頁\一共有106頁\編輯于星期日（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：促使乳糖通過細(xì)胞膜。

（3）β-半乳糖苷轉(zhuǎn)乙酰基酶（硫代半乳糖苷轉(zhuǎn)乙

?；福捍嗣傅墓δ懿磺澹赡苁菍⒉荒?/p>

代謝的乳糖類似物乙?；⑺鼈兣懦鲶w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。

現(xiàn)在是56頁\一共有106頁\編輯于星期日乳糖究竟如何誘導(dǎo)了這三種酶的合成呢？

1961年法國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。

現(xiàn)在是57頁\一共有106頁\編輯于星期日乳糖操縱子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.現(xiàn)在是58頁\一共有106頁\編輯于星期日結(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)錄的開關(guān)，可打開或關(guān)閉結(jié)構(gòu)基因的轉(zhuǎn)錄。

啟動(dòng)基因（promotergene)：專管轉(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)合力現(xiàn)在是59頁\一共有106頁\編輯于星期日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)。

現(xiàn)在是60頁\一共有106頁\編輯于星期日調(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)

別乳糖

阻遏蛋白（有活性）誘導(dǎo)現(xiàn)在是61頁\一共有106頁\編輯于星期日

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)物的過量累積引起的阻遏。現(xiàn)在是62頁\一共有106頁\編輯于星期日調(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63頁\一共有106頁\編輯于星期日（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?，F(xiàn)在是64頁\一共有106頁\編輯于星期日（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。現(xiàn)在是65頁\一共有106頁\編輯于星期日分解代謝物阻遏現(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”(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CAP（cAMPacceptorprotein）,亦稱分解代謝物活化劑蛋白（catabolicgeneactivationprotein

）?，F(xiàn)在是66頁\一共有106頁\編輯于星期日分解代謝物阻遏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)現(xiàn)在是67頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是68頁\一共有106頁\編輯于星期日細(xì)胞經(jīng)濟(jì)學(xué)說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)制現(xiàn)在是69頁\一共有106頁\編輯于星期日第四節(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?，F(xiàn)在是70頁\一共有106頁\編輯于星期日（一）、添加誘導(dǎo)物誘導(dǎo)物的種類

（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)率的措施現(xiàn)在是71頁\一共有106頁\編輯于星期日（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)基過于豐富

添加一定量的cAMP現(xiàn)在是72頁\一共有106頁\編輯于星期日（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)率的措施現(xiàn)在是73頁\一共有106頁\編輯于星期日（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)率的措施現(xiàn)在是74頁\一共有106頁\編輯于星期日第五節(jié)

酶的發(fā)酵動(dòng)力學(xué)

發(fā)酵動(dòng)力學(xué)是研究發(fā)酵過程中細(xì)胞生長速率、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?，F(xiàn)在是75頁\一共有106頁\編輯于星期日一、細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)

細(xì)胞在一定條件下培養(yǎng)生長，

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

現(xiàn)在是76頁\一共有106頁\編輯于星期日

細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)：主要研究細(xì)胞生長速率及外界環(huán)境因素對(duì)細(xì)胞生長速度影響的規(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：

比生長速率μm：

最大比生長速率

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現(xiàn)在是77頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是78頁\一共有106頁\編輯于星期日

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

通過分析比較細(xì)胞生長和酶產(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)現(xiàn)在是79頁\一共有106頁\編輯于星期日1.

同步合成型（生長偶聯(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食子酸的

培養(yǎng)基中生長，合成膽寧酶

現(xiàn)在是80頁\一共有106頁\編輯于星期日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)合成較長一段時(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現(xiàn)在是81頁\一共有106頁\編輯于星期日3.

中期合成型

酶生物合成的模式酶的合成在細(xì)胞生長一段時(shí)間后才開始，而在細(xì)胞生長進(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現(xiàn)在是82頁\一共有106頁\編輯于星期日4.

滯后合成型（非生長偶聯(lián)型）

酶生物合成的模式只有當(dāng)細(xì)胞生長進(jìn)入平衡期以后，酶才開始合成并大量積累。許多水解酶的生物合成都屬于這一類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enzymecell現(xiàn)在是83頁\一共有106頁\編輯于星期日時(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;滯后合成型現(xiàn)在是84頁\一共有106頁\編輯于星期日總結(jié)：影響酶生物合成模式的主要因素

高：可在細(xì)胞停止生長后繼1）mRNA的穩(wěn)定性

續(xù)合成酶

差：隨著細(xì)胞停止生長而終

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)胞的生長而開始酶的合成。

受阻遏：細(xì)胞生長一段時(shí)間或平衡期后，酶才開始合成。現(xiàn)在是85頁\一共有106頁\編輯于星期日

延續(xù)合成型：發(fā)酵過程中沒有生長期和產(chǎn)酶期的明顯

差別。細(xì)胞開始生長就有酶的產(chǎn)生，直至細(xì)胞生長進(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現(xiàn)在是86頁\一共有106頁\編輯于星期日對(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：現(xiàn)在是87頁\一共有106頁\編輯于星期日

（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)胞比生長速率(h-1) ——生長偶聯(lián)的比產(chǎn)酶系數(shù)(IU/g) ——非生長偶聯(lián)的比產(chǎn)酶速率(IU/(gh))E——酶濃度(IU/L)t——時(shí)間(h)現(xiàn)在是88頁\一共有106頁\編輯于星期日同步合成（生長偶聯(lián)）型延續(xù)合成型

滯后合成型

現(xiàn)在是89頁\一共有106頁\編輯于星期日第六節(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、繁殖和新陳代謝的細(xì)胞?，F(xiàn)在是90頁\一共有106頁\編輯于星期日二、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)現(xiàn)在是91頁\一共有106頁\編輯于星期日

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。現(xiàn)在是92頁\一共有106頁\編輯于星期日現(xiàn)在是93頁\一共有106頁\編輯于星期日三、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、溶氧現(xiàn)在是94頁\一共有106頁\編輯于星期日(1)稱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現(xiàn)在是95頁\一共有106頁\編輯于星期日

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)胞生長和產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)

（一）.固定化細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)現(xiàn)在是96頁\一共有106頁\編輯于星期日細(xì)胞生長速率與細(xì)胞濃度（X）和比生長速率（μ）成正比。根據(jù)莫諾德(Monod)方程,固定化細(xì)胞生長動(dòng)力學(xué)方程可以表達(dá)為:式中,μmg,μm