酶的生物合成PPT课件

.1，3章酶的生物合成及发酵生产，2、酶的生物合成及发酵生产定义、酶的生物合成：即利用体内酶合成工艺酶的发酵生产：利用微生物代谢活动生产所需酶的工艺。目前业界使用的酶大部分是利用微生物发酵生产的。3、利用微生物发酵剂生产的优点，微生物快速生长繁殖，生活周期短，通过用微生物生产酶几乎不受限制地扩大生产，满足市场需要的微生物种类很多，根据环境生存的微生物都有完全不同的代谢方式，可以分解和利用不同的基质，从而使微生物酶种类多样性的物质基础微生物培养基的广泛、低成本的微生物发酵酶生产过程连续化. 4，工业部分主要酶的生产菌株，5，酶发酵生产菌株的要求，易于高酶生产、生产和应用价值培养，适合可使用低成本原料的批量生产营养和生产条件，需要工艺条件的高新陈代谢率，发酵周期短酶生产稳定性好，菌种生产性能不容易降低，不容易感染噬菌体，需要安全可靠的菌株。其代谢产物安全、无毒，系统发生时产生细胞外酶，与病原体无关，有助于酶的分离和提取。6、微生物产酶菌株的获取，细菌取样菌株的分离纯化菌株的初筛最佳产酶条件进一步提高微生物产酶性能，保存微生物产酶菌株。7，酶发酵工艺条件和控制，培养基营养成分：碳源、氮源、无机盐、生长因子、酶生产促进剂等发酵条件调节剂对酶生产的影响：温度、pH值、溶解氧固定化微生物细胞发酵酶生产工艺及其控制。8，培养基成分，碳源：细菌细胞的主要元素，构成酶骨架的元素之一，细菌生命活动所需能量的主要来源。根据细胞对酶的营养要求，选择合适的碳源氮源。生物体合成各种含氮物质的成分，是酶生产的原料无机盐类。大量元素及微量元素生长因子氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶、激素等。酶生产促进剂：衍生物和表面活性剂，9，发酵条件控制及其对酶生产的影响，温度：对微生物生长和合成酶的影响，酶合成后的稳定性影响pH:对引起微生物代谢途径变化的微生物内多种酶活性的影响。影响微生物的形态和细胞膜通透性，影响微生物从培养基中吸收营养物质，分泌代谢产物。影响微生物利用的培养基特定营养素的分解或中间产物的分解，10，生产中pH调节方法，培养基初始pH值调节，适当调节C/N，调节生理酸性物质和生理碱性物质的比例；饲料调节，即在发酵过程中添加碳源、氮源，以调节ph。添加缓冲液以保持特定的pH值。如果PH值发生很大变化，可以通过直接流化酸或碱进行调整。通过溶解氧的调节，调节中间产品的氧化程度。11，发酵条件控制及其对酶生产的影响(2)，溶解氧：通风越大，氧气分压越高，气液接触时间越长，气液接触面积越大，溶解氧速度越高。另外，培养液的性质主要是粘度、气泡、温度等对溶解氧率有相当大的影响，可以用这种方法调整溶解氧的比例。溶解氧太低会影响微生物生长、繁殖、新陈代谢，从而降低酶的产量。但是过量的溶解氧会对酶发酵生产行业产生不利影响。一方面造成浪费，另一方面高溶解氧也抑制某些酶的生物合成，因此在整个发酵过程中，必须根据需要调节溶解氧。，12、固定化微生物细胞的酶生产工艺条件及其控制必须预先培养固定化微生物细胞，提高溶解氧的供给发酵温度的控制培养基成分的特殊要求：1)培养基的浓度高，但改变培养基成分，减少培养基的粘度，促进氧气的溶解和传递，克服固定化细胞好氧发酵过程中氧气的溶解和传递限制。2)培养基成分不能影响固定化细胞的结构稳定性，或有很小的影响。13、固定化微生物原生质体发酵产生酶的工艺条件及其控制注意事项，培养基的渗透调节培养基成分，防止细胞壁再生保持高原生质体浓度。14，提高酶产量的方法，酶生物合成的调节机制打破酶合成调节机制，提高酶产量的方法。15，作为酶生物合成的调节机制，细胞内酶的含量取决于酶的合成速度和分解速度，细胞根据自身的活动需要严格控制细胞内各种酶的适当含量，对各种生化过程进行酶浓度调节的化学本质是基因表达调节，细胞内进行转录或翻译过程有特定的调节机制，其中转录水平的调节占主导地位。酶生物合成中最重要的调整。16、操纵器、操纵器(operon)是由功能相关的、由相同控制区域控制的基因组构成的遗传单位操纵器，是酶合成控制的结构基础。17，根据操作员调节模型、基因调节理论，DNA分子中有4个与酶的生物合成密切相关的基因。这些是调整基因、启动基因、操纵基因、结构基因。结构基因与多肽链有对应关系。结构基因中的遗传信息转录成mRNA中的基因代码，然后翻译成酶蛋白的多肽链，每个结构基因对应一个多肽链。通过操纵基因，可以结合基因产生的弹性蛋白(抑制蛋白)的一种结构，操纵酶生物合成的时机和合成速度。18，操作者调节模型(2)，启动基因决定酶的合成是否开始，启动基因由RNA聚合酶的结合部位和环腺苷酸(cAMP-CAP)和CAP组成的复合物(cAMP-CAP)的结合部位组成。CAP是脂环腺苷受体蛋白(cAMPacceptorprotein)或分解代谢激活蛋白(cataboliteactivatorprotein)。RNA聚合酶必须到达基因开始的部位，才能在开始基因的相应部位结合，否则酶无法开始合成。19，抑制蛋白，调节基因能产生抑制蛋白。抑制蛋白是由多个子键组成的变形蛋白质，通过与特定小分子效应(衍生物或抑制物质)的特定结合，改变其结构，改变操纵基因的结合力。抑制蛋白和操作基因结合时，由于空间推挤，RNA聚合酶不能在启动基因的部位结合或进入结构基因转录，因此DNA的遗传信息不能转录到mRNA分子，酶的生物合成也不可能。RNA聚合酶与抑制蛋白不是操纵基因的效果物(也称为辅助抑制物)结合，只有在改变结构时，才能在基因开始的部位结合转录，与结构基因对应的酶生物合成。20，原核操作员类型，诱导操作员：没有诱导剂的情况下，基因表达或表达的水平很低，只有在诱导体存在的情况下，才能全企业生成mRNA，使用翻译合成酶。乳糖操纵器抑制操纵器(repressibleoperon):在不抑制的情况下，基因正常表达，抑制的情况下，转录被抑制，酶不合成。色氨酸操纵器，21，转录水平的调节，酶生物合成的诱导作用酶生物合成的反馈抑制作用分解代谢物质抑制效果，22、酶根据酶是否产生环境中存在的那种酶基质或与相关物质的关系，将酶分为1构成酶：1构成酶：无论其基质或结构类似物是否存在，细胞内固有酶都以一定量存在，其合成由该基因完成，EMP途径中的酶2诱导酶：细胞为适应外来基质或结构类似物而有时合成的酶，对环境因素影响很大，23、酶合成诱导现象，大肠杆菌不能产生利用葡萄糖培养基中乳糖的酶，培养基中有使用乳糖的酶时，利用乳糖的酶在培养基中添加葡萄糖后利用乳糖的酶消失了。24，乳糖操纵子诱导酶合成的过程，R:调控基因o:操纵基因s:结构基因，25，酶生物合成的诱导作用，酶合成的诱导作用：添加某种物质使酶的生物合成开始或加快的现象，这称为酶生物合成的衍生物：能诱导酶合成的物质，称为衍生物。被称为诱导合成酶的诱导酶衍生物一般是酶催化作用的基质、酶基质类似物或酶催化反应的产物。例如，-半乳糖苷酶的作用基质乳糖及其基质类似物异丙基-D-硫半乳糖(IPTG)诱导-半乳糖苷酶的生物合成。蔗糖和蔗糖甘油单棕榈酸诱导蔗糖酶的生物合成。一些酶也可以由催化反应产物诱导。例如，它是果胶酶催化的果胶水解的产物，可以用作诱导果胶酶生成的衍生物。纤维素酶的催化反应产物纤维二糖类诱导纤维素酶的生物合成等。26，酶合成抑制现象，大肠杆菌可以从无机盐类和葡萄糖培养基中检测色氨酸合酶来满足自己的需要；向培养基中添加色氨酸会降低色氨酸合成酶的活性，从而消失或发现色氨酸不再合成。色氨酸的存在阻止了色氨酸合酶的合成，表明真菌生长的经济原理，即不需要也不需要合成。27，分解代谢物抑制效果，分解代谢物抑制效果是指分解代谢产生的分解代谢物抑制特定酶(主要是诱导酶)生物合成现象。例如葡萄糖抑制-半乳糖苷酶的生物合成，果糖抑制-淀粉酶的生物合成。产生新陈代谢物分解抑制效果的原因是葡萄糖等特定物质分解释放能量，部分能量储存在ATP中。ATP通过磷酸化由AMP和ADP生成。这将增加细胞内的ATP浓度，降低AMP浓度，细胞内存在的cAMP通过磷酸酯酶的水解生成AMP。28，酶生物合成的反馈作用，酶生物合成抑制剂的反馈也称为产品抑制效果，是指酶催化的产品或代谢产物的末端产物抑制其酶的生物合成的现象，是通过阻止编码该酶的基因的表达来实现的。能合成抑制剂的物质称为辅助抑制剂或共同抑制剂。由于次作用而停止合成的酶通常是酶催化反应的产物，或代谢途径的终点产物。例如，无机磷酸是碱性磷酸酶催化的单酯水解的产物，其过剩阻止了碱性磷酸酶的生物合成。色氨酸作为色氨酸合成途径的终点，其超积累对该合成途径中4种酶(o-氨基苯甲酸合成酶、磷酸核糖-氨基苯甲酸转发器酶、磷酸核糖-氨基苯甲酸异构酶、色氨酸合成酶)的生物合成有反馈抑制作用。29，酶生物合成抑制作用调节机制不存在时，控制基因产生的抑制蛋白和操作基因的亲和力，不能与操作基因结合。RNA聚合酶可以在激活基因的部位结合转录，合成结构基因对应的酶在环境中有辅助抑制剂，达到一定浓度后，抑制蛋白和辅助抑制剂结合改变抑制蛋白结构，使抑制蛋白和操作基因结合。RNA聚合酶不能通过操纵基因转移到结构基因，从而抑制酶生物合成，30，抑制分解代谢物质，特定物质(主要是葡萄糖和其他易于使用的碳源等)分解代谢的产物，使特定酶(特别是参与分解代谢的酶)生物合成现象被称为分解代谢抑制，葡萄糖效果分解代谢抑制效果。原因是糖等分解代谢导致ATP浓度增加，细胞内CCP浓度增加。因为消费了。第二，当葡萄糖等是唯一的碳源时，葡萄糖的分解物抑制腺苷酸环化酶活性，减少营地生成。31，机制，葡萄糖等利用碳源通过分解代谢释放的部分能量储存在cAMP中。ATP通过磷酸化由AMP和ADP生成。这将增加细胞内的ATP浓度，降低AMP浓度，细胞内存在的cAMP通过磷酸酯酶的水解生成AMP。随着阵营浓度降低，营-帽复合体减少，RNA聚合酶也无法在运转基因的相应部位结合，因此战士无法进行，酶的生物合成被抑制，随着细胞生长和新陈代谢的进行，ATP的消耗，浓度降低，细胞内ADP和cAMP浓度增加，营生成量增加，营浓度增加到一定水平，CAMP-CAP复合物在启动基因的特定部位结合，RNA聚合酶也必须在该部位结合，才能进行酶的生物合成.32、打破酶合成调节机制限制，提高酶产量，通过条件控制(包括添加衍生物和减少抑制剂浓度)提高酶产量，通过基因突变和基因重组提高酶产量的其他方法，33，通过条件控制提高酶产量，添加衍生物。只适合于衍生物的合成，其核心在于衍生物和浓度。衍生物包括：1)酶基质；2)部分新陈代谢困难的气质类似物；3)酶催化产品；(4)衍生物前体物质降低抑制物的浓度。抑制作用有两种：产物抑制和分解代谢物质抑制。产品抑制是酶催化作用或代谢途径末端产物产生的抑制效果，而分解代谢物质抑制是分解代谢产生的抑制效果，如葡萄糖和其他容易使用的碳源，34、减少或解除分解代谢物抑制措施，使葡萄糖等碳源不容易接近，如何使用更难使用的碳源分割补充剂和碳源，将碳源的浓度抑制到较低水平，有助于在分解代谢物质抑制的存在下扩大酶的生产，投入一定量的cAMP，解除分解代谢物质的抑制效果，或解除分解代谢物的抑制效果。35、解除对产物的抑制措施，在培养基中添加后遗物类似物，后尾产物阻止利用后尾产品生成营养不足型菌株发酵酶，添加这种营养物质，人工调节其营养成分到次适量状态，在培养基中添加阻止尾部产物形成的抑制剂，减少抑制物质积累，36、通过基因突变和基因重组增加酶的生产途径，使诱导菌株成为构成菌株。也就是说，获得的突变体不管衍生物是否存在，酶都会正常合成。这种菌称为构成型突变，将抑制菌株改为抑制型菌株(抗抑制菌株)。也就是说，获得的突变体在有抑制的条件下，达到酶产量不受抑制的水平。还有通过基因工程等方法增加细胞内基因副本的数量，提高酶产量，添加表面活性剂的其他方法。也就是说，活化剂能提高细胞膜通透性，有助于细胞外酶分泌，打破细胞内酶合成的“反馈平衡”，提高酶产量，提高其他酶生产促进剂。添加38，3.4酶发酵动力学，研究发酵中影响速度和科学的因素，包括细胞生长动力学和酶生成动力学。通过这些研究，可以了解酶的生物合成模式，优化控制发酵工艺条件，提高酶的产量。39，建立了数学模型，细胞生长、繁殖和代谢是复杂的生化过