嗜热微生物.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,嗜热菌的生物化学原理,庄晓珊,2011 11 07,概述,.,嗜热微生物(thermophilicmicroorganisms)是在高温环境下生存的一类高适应微生物，它们有其自己的适应机构和特定的新陈代谢能力，具有独特的基因类型、特殊的生理机制及代谢产物，是地球上的边缘生命形式。,嗜热菌的最适生长温度6570，40以下不能生长。超嗜热菌又称之为嗜高温菌，其最适生长温在80110，最低生长温度在55左右。大部分超嗜热菌是古生菌，但也有真细菌归属此类。,高温环境。嗜热微生物生长的环境有热泉(温度可达100)、草堆、厩肥、煤堆、地热区土壤及海底火山附近等处。在美国黄石国家公园的热泉中，热溶芽孔杆菌(Bacillcu caLdolyticus)可在9293(该地水的沸点)下生长(实际上，在实验室条件下该菌可在100105下生长)，1983年J.A.Barros等在太平洋底部发现的可生长在250300高温高压下的嗜热菌更是生命的奇迹。,耐热机制（生物化学原理）,嗜热微生物对高温的适应机制主要表现在,1 细胞膜上脂肪酸的成分,2 耐高温酶,3 生物大分子的热稳定性上。,4 细胞壁,5 热休克蛋白的作用,嗜热酶,嗜热酶是从嗜热微生物中分离得到的一类热稳定性酶，具有化学催化剂无法比拟的优点，尤其是在高温条件下保持极好的稳定性，克服了中温酶(2055)及低温酶(220)在应用过程中出现的化学性质不稳定现象，从而使很多高温化学反应得以实现，从而将极大地促进生物技术产业的发展。,近年来，人们已从嗜热微生物中分离得到多种嗜热酶，其中，从嗜热真菌中分离和纯化到的有20多种(主要有：蛋白酶、脂肪酶、淀粉酶、纤维素酶、木聚糖酶、糖苷酶、植酸酶、磷酸酶、脱氢酶、转移酶、漆酶、转化酶、硫酸化酶、脂氧合酶等）今后，还应继续在嗜热酶的结构与功能、基因克隆、表达和应用、蛋白质工程等方面作深入而全面的研究。,嗜热酶的结构特征与其稳定性,嗜热酶的耐热性主要是由其分子内部结构决定的。维持嗜热酶内部立体结构的化学键，主要是氢键、二硫键的存在及数量与其热稳定性有关。一般认为，当这些键存在及数量增加时，酶的热稳定性增强；这些键断开，则酶的热稳定性降低或丧失。,通过建立计算机模型进行研究，结果表明：嗜热酶分子的许多微妙构造很可能与其热稳定性有关。这些包括：稍长的螺旋结构，三股链组成的-折叠结构，C和N端氨基酸残基间的离子作用以及较小的表面环等。这些构造形成了嗜热酶紧密而有韧性的空间结构，从而提高其稳定性。,嗜热酶的获得,1利用嗜热菌分离纯化,2利用基因工程技术筛选,3 利用定向分子进化技术筛选,应用,1环境保护,嗜热酶在污水及废物处理方面有着其它方法无法比拟的优越性。嗜热菌在高温环境下，有相对高的生长率及较高的酶活性，易达到动态平衡，故污泥净增长低，剩余污泥量少。废物中，的主要成份是烷类化合物，可利用嗜热酶的耐热性及对有机溶剂的抗性，在高温反应中去除烷类化合物。,造纸工业中用嗜热酶处理木浆可有效地去除木质素，减少对化学漂白剂及强酸或强碱的用量，从而减少了对环境的污染,嗜热菌在烟草行业中也有非常重要的应用价值。Malik等研究发现，烟草经反硝化嗜热菌Bacillus sp高温厌氧处理后，烟草燃烧只释放少量的NO、CO和HCN，对减轻吸烟的有害性和空气净化起到一定的积极作用。,2能源利用,石油开采,煤和石油脱硫处理 1982年，Detz和Barvinchak第一次在脱硫过程中利用了嗜热酶，反应迅速，无硫酸生成，因而具有较高的经济价值和社会效益。,利用嗜热酶催化不同的反应，可以得到乙醇、甲醇等液体燃料。例如：甲醇可以从果胶得到；乙醇则要求嗜热菌在葡萄糖上厌氧生长才能获得；而丙醇、丁醇、戊醇、己醇等则需要在氨基酸或肽的培养基中加入酵母提取物或蛋白胨而获得。,3生物转化及抗生素的产生,已有报道，嗜热菌对维生素及类固醇等生物物质的修饰有重要作用。,在抗生素的生产中，利用嗜热酶催化获得的抗生素已有报道。在利用嗜热菌Thermoactinomyces spp.获得的9种抗生素中，两种热红菌素及热绿链菌素已进行工业化生产并在医药领域得到应用12。,当前，嗜热菌及其嗜热酶越来越受到人们的重视。但因嗜热酶的稳定性机理仍不太清楚、培养条件苛刻、虽然利用基因工程技术已在中温宿主中得到表达，但酶的表达量低等原因，其广泛应用受到限制。今后，随着机理研究的进一步深入以及重组DNA技术等的应用，嗜热酶在各个领域的应用将会有更加广阔的应景。,学界认为热泉附近是生命最初诞生之处，因为当你回溯进化链条，你会发现那些最古老的低等生命形式都是嗜热微生物（大多是甲烷菌）。这些微生物在6080摄氏度的温度环境下才能生存，这样的热泉环境在深海海底，以及美国黄石国家公园的火山温泉地区都存在。这是地球上的一道开放性问题，不过热泉系统确实是一个选项。在这里你可以得到能量，食物和水，这是所有生命体所需要的全部。,