第二章 酶的发酵工程ppt课件.ppt

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1、第二章酶的发酵工程EnzymeEngineering1.酶生物合成的调节机制2.酶的微生物发酵技术3.酶发酵动力学酶的发酵工程EnzymeEngineering第一节酶生物合成的调节机制一、原核生物中酶生物合成的调节原核生物酶的合成主要是在转录水平上进行调节，调节方式主要有酶合成的诱导和酶合成的阻遏两种方式。原核生物中酶合成的诱导和阻遏作用机制都可以用Jacob和Monod提出的操纵子理论来解释。一、原核生物中酶生物合成的调节（一）乳糖操纵子学说1.基本概念操纵子：由调节基因（R）、启动子（P）、操纵基因（O）和结构基因（S）所构成的一个完整的基因表达单位。

2、诱导物：诱导酶起始合成的物质。辅阻遏物：阻遏酶产生的物质。调节蛋白：调节基因产生的一种变构蛋白。两个结合位点：操纵基因结合位点、效应物结合位点。两种类型：阻遏蛋白、阻遏蛋白原。（1）阻遏蛋白的负性调节IPOZYAβ-半乳糖苷酶透过酶乙酰基转移酶诱导物阻遏蛋白cAMP-CAPRNA聚合酶mRNA（2）CAP的正性调节DNA一、原核生物中酶生物合成的调节（二）色氨酸操纵子学说磷酸核糖邻氨基苯甲酸分支酸邻氨基苯甲酸羧苯氨基脱氧核糖磷酸吲哚甘油磷酸色氨酸邻氨基苯甲酸合酶邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶磷酸核糖邻氨基苯甲酸异构酶吲哚甘油磷酸合酶色氨酸合酶一、原核生物中酶生物

3、合成的调节1.操纵子的调节作用RPODBACE阻遏蛋白原辅阻遏物（色氨酸）mRNADNA一、原核生物中酶生物合成的调节2.衰减子的调节作用RPODBACE低色氨酸高色氨酸前导序列4321DNA12435/-mRNAPr4321一、原核生物中酶生物合成的调节一、原核生物中酶生物合成的调节（三）酶生物合成的诱导作用酶的合成方式：组成酶：细胞所固有的酶诱导酶：在诱导物的诱导作用下合成的酶诱导物—底物、产物、底物结构类似物（IPTG）诱导作用协同诱导：诱导物同时诱导几种酶的合成顺序诱导：先后诱导不同酶的合成生物学意义：①节约机制；②环境适应能力一、原核生物中酶生物合

4、成的调节（四）酶生物合成的阻遏作用1.终产物阻遏某一代谢（合成）途径的终产物阻遏合成途径中酶的合成的现象。ABCDEE1E2E3E4一、原核生物中酶生物合成的调节2.分解代谢物的阻遏作用当培养基中存在两种碳源（底物）时，容易利用的碳源的分解代谢产物阻遏分解代谢另一种碳源的酶的合成的现象。葡萄糖效应：葡萄糖抑制微生物利用其他碳源（底物）的现象。二、真核生物中酶生物合成的调节（一）细胞分化改变酶的生物合成如：端粒酶的生物合成（二）基因扩增加速酶的生物合成如：爪蟾卵细胞形成时，rRNA的基因数增加4000倍；中国田鼠细胞培养在含有氨甲基蝶呤的培养基中生长时，细胞中

5、编码二氢叶酸还原酶的基因大量扩增，以合成大量的二氢叶酸还原酶。二、真核生物中酶生物合成的调节（三）增强子促进酶的生物合成增强子：是一段能够提高转录效率的特定DNA序列，长约100~200bp，核心组件8~12bp，单拷贝或多拷贝串联存在。增强子的作用特点：（1）提高同一条DNA链上基因的转录效率，可远距离发挥作用，在基因的上游或下游均可起作用。（2）与其序列的正反方向无关。（3）要有启动子才能发挥作用，但对启动子没有严格的专一性。（4）必须与特定的蛋白质因子结合才能发挥作用，具有组织和细胞特异性。三、酶生物合成调节作用机理应用（一）发酵中的应用枯草芽胞杆菌的

6、鸟苷发酵是典型的代谢控制发酵，采用腺嘌呤营养缺陷型突变株。限制腺嘌呤浓度，不引起关键酶的反馈抑制和阻遏的水平，有利于鸟苷的积累。枯草芽胞杆菌5’-二磷酸鸟苷二钠三、酶生物合成调节作用机理应用（二）诱导酶生产中的应用在培养基中加入诱导物诱导酶合成的例子非常多，食品和饲料工业中应用的酶如：α-淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、植酸酶、葡萄糖异构酶、β-半乳糖苷酶，它们均属于诱导酶，在酶的合成时必须在培养基中加入底物或底物类似物等诱导物时才会产酶。酶结构、诱导酶三、酶生物合成调节作用机理应用（三）微生物选育中的应用若通过基因工程手段和传统诱变的技术获得在抗代谢

7、物（代谢物的结构类似物）存在时也能正常生长的突变株，则说明该突变株的相关酶系对这种抗代谢物不敏感，这也就解除了某些代谢物对有关酶系的反馈阻遏。通过基因工程手段的农作物酶的发酵工程EnzymeEngineering第二节酶的微生物发酵技术一、酶的生产菌种细菌利用微生物的发酵作用，运用一些技术手段控制发酵过程，大规模产酶的技术，称为酶的发酵技术。内容主要包括：菌种的选育培养基的配置培养条件控制发酵方法一、酶的生产菌种（一）产酶微生物的种类1、细菌大肠杆菌（E.coli）一般产胞内酶主要的酶品种谷氨酸脱羧酶、天冬氨酸酶、青霉素酰化酶等基因工程操作酶：限制性内切酶、

8、DNA聚合酶、DNA连接酶等枯草杆菌（B.subti