第三章-酶的生物合成与发酵生产.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,*,第三章 酶的生物合成与发酵生产,酶生物合成的调节,酶发酵动力学,酶发酵生产的工艺控制,一、酶生物合成的调节,酶的生物合成,酶生物合成的调节,生物酶产量提高的策略,1、,RNA,的生物合成转录,转录是以,DNA,为模板，以核苷三磷酸为底物，在,RNA,聚合酶（转录酶）的作用下，生成,RNA,的过程。,（,一）酶的生物合成,（二）酶生物合成的调节,酶合成调节的类型：诱导和阻遏,1、酶合成的诱导,乳糖诱导,-,半乳糖苷酶的合成,淀粉诱导,a-,淀粉酶的合成,2、酶合成的阻遏,酶合成的反馈阻遏作用（末端代谢物阻遏、产物阻遏作用）,酶催化作用的产物或代谢物途径的末端产物使该酶的生物合成,受阻。引起反馈阻遏的物质，称为共阻遏物（辅阻遏物）。,组氨酸对组氨酸合成途径中的10种酶的生物合成均起反馈作用,3、分解代谢物阻遏作用,葡萄糖阻遏,-,半乳糖苷酶的生物合成；,果糖阻遏,a-,淀粉酶的生物合成,4、控制方法,条件控制,（1）添加诱导物,4类诱导物 1）酶的作用底物 2）酶作用底物的前体,3）酶的反应产物 4）底物类似物,（2）降低阻遏物浓度,分解代谢物阻遏与解除：,终产物阻遏与解除：,（3）促进分泌：表面活性剂,（4）添加产酶促进剂：,遗传控制,（1）改良菌种 诱变育种、原生质体融合、杂交育种、代谢控制育种等。,（2）基因工程育种,二、,酶发酵动力学,发酵动力学：主要研究在发酵过程中细胞生长速率，产物形成速率以及环境因素对速率的影响；在酶的发酵生产中,研究酶发酵动力学对于了解酶生物合成模式；发酵条件的优化控制,提高酶产量具有重要的理论指导意义。,二、,酶发酵动力学,（一）细胞生长动力学,莫诺德（,Monod,）,方程。分批培养（,batch culture,）,中，细胞生长速率与细胞浓度成正比。,（二）基质消耗动力学,基本质量消耗表现为能量产生、细胞质量增加与产物合成。,（三）产酶动力学,1、酶生物合成模式,分批培养中，根据酶的合成与细胞生长之间的关系，酶的生物合成分为3种模式。不同模式的主要原因是酶所对应,mRNA,的稳定性与培养基中是否存在阻遏物。,（1）生长偶联型 又称同步生长型。细胞进入生长期，酶即开始大量合成；细胞进入平衡期后，酶的合成随之停止。其生物合成可以诱导，但不受分解代谢物阻遏和终产物阻遏。当除去诱导物或细胞进入平衡期后，酶的合成立即停止。其所对应的,mRNA,很不稳定。,（2）非生长偶联型 又称滞后合成型。只有当细胞生长进入平衡期后，酶才开始合成并大量积累。其生物合成受分解代谢物阻遏。该酶所对应的,mRNA,稳定性好。如多数水解酶类。,（3）部分生长偶联型 又称延续合成型。酶的合成与细胞同步开始，细胞生长进入平衡期后，酶还可以继续合成。其生物合成可以诱导，但不受分解代谢物阻遏和终产物阻遏。该酶所对应的,mRNA,很稳定。酶生产中最理想的生物合成模式。,浓度,时间(,h),细胞浓度,酶浓度,细胞浓度,酶浓度,酶浓度,酶浓度,细胞浓度,细胞浓度,图3-1 酶生物合成模式,A.,同步合成型;,B.,延续合成型;,C.,中期合成型;,D.,滞后合成型,A,B,C,D,影响酶生物合成模式的因素主要是,mRNA,和培养基中存在的阻遏物,：,mRNA,稳定性高的，可以在细胞停止生长后继续合成相应的酶；,mRNA,稳定性差的，随着细胞生长停止而终止酶的合成；不受阻遏物阻遏的,可随着细胞生长而开始酶的合成；受阻遏物阻遏的,要在细胞生长一段时间或进入稳定期后解除阻遏,才能开始酶的合成。,在酶的工业生产中，为了提高酶产率和缩短发酵周期,最理想的酶合成模式是延续合成型；对于其它类型的酶,要在菌种选育和工艺条件上加以调节；对于同步合成型，尽量提高,mRNA,的稳定性，如降低发酵温度;对于滞后合成型,尽量减少阻遏物；对于中期合成型，要从提高,mRNA,稳定性和解除阻遏两方面进行。,原理与意义,三、,酶发酵生产的工艺控制,根据细胞培养方式的不同，酶的发酵生产可以分为固体发酵、液体发酵、和固定化细胞发酵等方式。,三种方式不同的含义与不同的特点（,P,117,）。,酶工程的基本过程图解,发酵罐示意图,试管菌种培养,茄子瓶菌种培养 摇瓶菌种培养,孢子（菌体）悬液制备,种子罐菌种培养,发酵罐发酵,发酵液预处理,酶的分离纯化精制,图3.21 酶发酵生产的一般工艺流程,5、发酵工艺条件控制,（1）温度对发酵的影响,1）发酵温度的影响,2）影响发酵温度变化的因素 发酵热（,Q,发酵,）,产热因素：生物热（,Q,生物,）、搅拌热（,Q,搅拌,）,散热因素：蒸发热（,Q,蒸发,）、辐射热（,Q,辐射,）、显热（,Q,显热,）,3）最适温度的选择与控制,选择：产酶最适温度与生长最适温度不同。,控制：夹套、蛇管、排管、喷淋管等热交换装置。,（2）,pH,的影响及其控制,1）,pH,对发酵的影响,2）影响,pH,变化的因素 培养基营养成分与细胞代谢影响,pH,的变化。,3）发酵,pH,的确定与控制,发酵,pH,的确定：单因素实验摸索方法（,P,123,）。,pH,的控制:基础培养基配方、补料,3、溶氧的影响与控制,（1）溶氧的影响 每小时1,m3,培养液中需要的氧是溶解氧量的750倍。,（2）溶氧浓度的控制,1）从供氧方面考虑,dC/dt=K,la,*(C,*,-C),提高氧分压；增加通气量；延长气液接触时间；增加气液比表面积；改变培养液的性质。,2）从需氧方面考虑,r=Qo,2,*Cc,1、诱导，阻遏，反馈阻遏作用，末端代谢物阻遏，酶生物合成模式,2、酶诱导与阻遏例子。,3、,控制酶的生物合成方法有哪些？你能举例说明吗？,4、,酶生物合成的,四类诱导物？,5、酶生物合成存在不同模式的主要原因是什么？为什么？掌握酶生物合成的模式对生产有什么意义？,6、比较酶生物合成不同模式的特点。指出下图酸性蛋白酶合成模式。,7、酶发酵生产的方式有哪几种？比较其特点。,8、简述酶发酵生产的工艺过程。,第三章 思考题,