酶工程ppt课件

1、在第二章，酶发酵工程中，为了维持其正常的生命活动，所有的生物都可以在一定条件下合成自身生长所需的各种酶，而酶的种类和数量都受到细胞自身的严格控制。通过人工操作控制，利用生物细胞的生命活动来大规模生产人们所需的酶称为酶发酵生产。酶是通过提取、发酵和合成制备的。第一节是酶生物合成的调控机制，第二节是酶的发酵技术，第三节是酶的发酵动力学，第一节是原核生物中酶生物合成的调控机制，原核生物中的酶合成主要是在转录水平上调控，调控方式主要包括酶合成的诱导和酶合成的抑制。原核生物中酶合成的诱导和抑制机制可以用Jacob和Monod提出的操纵子理论来解释。(1)乳糖操纵子理论，操纵子：由调节基因(r)、启动子(

2、p)、操纵基因(o)和结构基因(s)组成的完整基因表达单位。1.基本概念，诱导剂：诱导酶最初合成的物质。抑制酶生成的物质。调节蛋白：一种调节基因产生的变构蛋白。两个结合位点：操作者结合位点和效应物结合位点。两种类型：阻遏蛋白和阻遏蛋白。(1)乳糖操纵子的结构、I、P、O、Z、Y、A、-半乳糖苷酶、跨膜酶、乙酰转移酶、诱导剂、阻遏蛋白、(3)3)CAP的正调节，(2)乳糖操纵子的诱导机制，DNA，(2)色氨酸操纵子理论，邻氨基苯甲酸磷酸核糖，支链酸，邻氨基苯甲酸，羧苯基脱氧核糖磷酸，吲哚甘油磷酸酯，色氨酸、邻氨基苯甲酸合成酶，邻氨基苯甲酸磷酸核糖转移酶，邻氨基苯甲酸核糖1.操纵子、R、P、O、D

3、、B、A、C、E、阻遏物、辅阻遏物(色氨酸)、环境适应性的调节，(4)酶生物合成的阻遏，1)终产物的阻遏，即某一代谢(合成)途径的终产物抑制合成途径中酶的合成的现象。A、B、C、D、E、E1、E2、E3、E4、2。分解代谢产物的抑制。当培养基中有两种碳源(底物)时，容易获得的碳源的分解代谢物抑制分解另一种碳源的酶的合成。葡萄糖效应：葡萄糖抑制微生物利用其他碳源(底物)。I，p，o，z，y，a，camp-cap，真核生物中酶生物合成的调节，(1)细胞分化改变酶生物合成，如端粒酶生物合成，和(2)基因扩增加速酶生物合成，如爪蟾卵母细胞。(3)增强子促进酶的生物合成。增强子是一种能提高转录效率的特异

4、性DNA序列，长度约为100200bp，核心成分为812bp，单拷贝或多拷贝串联存在。增强子的特点如下：(1)提高同一条DNA链上基因的转录效率可以起到远距离的作用，并且可以在基因的上游或下游发挥作用。(2)它与序列的正负方向无关。(3)启动子需要发挥作用，但对启动子没有严格的特异性。(4)它必须与特定的蛋白质因子结合才能发挥作用，并且具有组织和细胞特异性。第三，酶生物合成调节机制的实际应用，(1)在发酵中的应用，(2)在酶生产中的应用，(3)在微生物菌株育种中的应用，酶发酵技术的第二部分，以及通过使用一些技术手段控制发酵过程并大规模生产酶的技术，称为酶发酵技术。内容主要包括：菌种选育、培养基

5、配置、培养条件控制和发酵方法。1.产生酶的菌株；1.产生酶的微生物类型；1.细菌：大肠杆菌的青霉素酰化酶和l-天冬酰胺酶；枯草芽孢杆菌中性蛋白酶和中温淀粉酶；地衣芽孢杆菌高温-淀粉，2。放线菌：葡萄糖异构酶，谷氨酰胺转氨酶，3。酵母：血栓激酶，尿激酶，植酸酶，4。霉菌：黑曲霉、米曲霉淀粉酶、糖化酶、乳糖酶、脂肪酶；里氏木霉木聚糖酶和纤维素酶；青霉葡萄糖氧化酶，5/-磷酸二酯酶，(2)对产酶菌株的要求，(1)高酶产量；(2)易于培养和管理，产酶细胞易于生长和繁殖，适应性强，易于管理；(3)该菌株遗传性能稳定，不易突变和降解，不易感染噬菌体，保证了生产的稳定性；(4)该菌株可以利用廉价的原料，发酵

6、周期短，生产成本低；(5)有利于酶产物的分离和纯化，优选分泌型胞外酶；(六)安全可靠，无致病性，不产生毒素和其他有害物质，不影响生产人员健康；(7)基因工程菌必须符合安全要求。(3)菌株筛选，1。收集含有细菌的样品，根据不同微生物的生态分布特征从自然界取样。产酶微生物的基本分布规律如下：(1)相似菌株产生的酶的性质一般相似或相近。(2)胞外酶的稳定性和最适条件通常接近细菌的最适生长条件。(3)为了获得能够降解某种物质的产酶菌株，通常可以在物质大量分布的地方找到该菌株。2.菌株的分离纯化，平板划线法，稀释涂布分离法，3。产酶性能测定，初筛：快速简便；平板筛选法着色圆。重新筛选：准确；液体或固体培

7、养发酵，酶生产水平的测定。4.菌种选育、诱变育种、杂交育种、原生质体融合育种和基因工程育种；5.菌种保藏、斜面低温保藏、砂管保藏、石蜡油密封、真空冷冻干燥、超低温保藏、固体曲等。6。菌株的降解和复壮，(1)菌株的降解现象：随着保藏时间的延长或菌株的多次转移，菌株的优良遗传性状发生了不利于发酵生产的遗传变异。(2)防止降解的措施：创造合适的培养条件，采用有效的菌种保藏方法，尽量减少传代次数。(3)退化菌株的复壮：纯菌株分离和性能测量。包括退化菌株的复壮和菌株退化前的复壮和改良。(4)菌种活化和扩大培养，1)菌种扩大培养，菌种保存，试管斜面活化，三角瓶培养，种子罐培养，2)种子制备过程，防止杂菌污

8、染，减少切换次数，避免种子培养基长期高温灭菌；培养基和培养条件是细胞生长和繁殖的最佳条件。最佳培养时间为对数生长期。3.种子质量的控制，(1)影响种子质量的因素及其控制，培养基的营养成分丰富，能最大限度地满足细胞的生长和繁殖；营养成分尽可能接近发酵培养基；pH值稳定，培养条件必须是菌株细胞生长和繁殖的最佳条件。包括温度、酸碱度、通风和搅拌、通风、翻面和湿度，是种子时代生命力最旺盛的对数生长期。细菌：724小时；模具：1650小时；放线菌：2164h，种子的判断问0.110%，(2)种子质量控制措施，菌种稳定性检验：菌种保藏，无(杂)菌检验，显微镜观察，肉汤或琼脂斜面培养，生化分析：营养消耗率，

9、酸碱度变化，溶解氧利用率，颜色，气味等。2)培养基和培养条件对产酶的影响和调节，(1)培养基组成对产酶的影响，1 2。氮源：无机氮和有机氮；3.无机盐：常量元素和微量元素；4.生长因子：氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素、激素；5.产酶促进剂表面活性剂、植酸钙镁、一元醇、聚乙烯醇、乙二胺四乙酸等。2.培养条件对产酶的影响及调控；1.酸碱度对产酶的影响及调控，细菌和放线菌霉菌和酵母菌：微酸性，培养基酸碱度的变化会影响产酶的种类或比例，调控和控制培养基的组成或比例；加入酸碱度缓冲物质；加入酸碱溶液或辅料；增加空气流量，2。温度对产酶的影响及其调控，不同微生物生长产酶的最适温度不同；许多微生物产酶的最适温度

10、不同于生长和繁殖的最适温度，通常低于生长的最适温度。在酶发酵生产的不同阶段控制不同的温度条件，进行变温发酵。调节和控制，液体发酵可以通过使用发酵罐的夹套、盘管或盘管由温(冷)水来调节和控制，固体发酵可以通过通风或空气温度来调节。3.溶解氧对酶生产的影响及其调控。临界氧浓度不影响细胞正常代谢的最低氧浓度，溶解氧浓度由溶解氧速率和耗氧速率决定。调节和控制，调节氧分压以改变入口压力或罐压，改变氧含量，添加氧载体，增加通气速率，延长气液接触时间，增加气液接触面积，改变培养基性质，改变组分或浓度，添加消泡剂，4。泡沫对产酶的影响和控制，泡沫的不利影响：阻碍CO2的去除和影响O2的溶解；发酵液溢出，造成原

11、料浪费和杂菌污染；发酵罐负荷有限，降低了发酵罐的利用率；控制泡沫的方法：培育不易产生泡沫的菌株；调整培养基中的营养成分，减少或缓慢添加易起泡的原料；机械消泡或化学消泡；化学消泡剂：天然油、甘油、聚醚和泡沫(聚环氧丙烷、环氧乙烷、甘油)。最好增加频率，减少次数。5.湿度对产酶的影响及控制。对于固体发酵，它影响微生物的产酶量和产酶量达到峰值的时间。特定的菌株在发酵过程的不同阶段对湿度有不同的要求。固态发酵可以产生前期湿度低、后期湿度高的酶，有利于产酶。调节和控制，并在配制培养基时控制物料的含水量；控制风量或调节空气湿度；喷水，3)发酵法，1)液体深层发酵，优点：酶制剂纯度高，质量稳定；易于控制发酵

12、条件和自动控制；机械化程度高，劳动强度低；设备利用率高。缺点：设备投资大，(2)固体发酵，固体发酵方法：浅盘培养，鼓式培养，厚层通风培养，优点：设备简单，环境污染少；产酶率高；适合霉菌培养。困难；传质传热效率低，发酵条件不易控制，产酶不稳定；细胞内的酶不能产生。缺点：劳动强度大；原材料利用率低；产酶纯度差，提取精制，(3)分批发酵，(4)连续发酵，操作简单；过量营养(5)补料分批发酵，具有缓解营养底物抑制和分解代谢产物抑制的优点；它能改善好氧发酵的溶解氧条件；减少产生的细菌数量，提高有用产品的转化率；菌丝的减少可以降低发酵液的粘度，有利于发酵培养物的运输和后处理；不易产生菌株降解和变异，杂菌污染容易控制；应用范围广。(4)提高酶产量的措施：(1)添加诱导剂，包括作用底物、反应产物和底物类似物；(2)降低阻遏物、分解代谢物和最终产物的浓度(反馈)；(3)加入表面活性剂和非离子表面活性剂，如吐温80；(4)添加产酶促进剂、植酸钙镁等。合成可以被诱导，但不能被分解代谢物和反馈抑制。与酶相对应的基因非常不稳定。特点：2 .连续合成型