微生物发酵产酶

1、1,Chapter 2 The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism,微生物发酵产酶,2,酶的生产方法,提取分离法 血液中提取SOD；木瓜中提取木瓜蛋白酶；动物胰脏中提取胰蛋白酶。来源：器官、组织、细胞。 受到生物资源、地理环境、气候条件的影响。 生物合成法 微生物发酵产酶；（枯草芽孢杆菌生产淀粉酶、蛋白酶、磷酸酶；曲霉产糖化酶等） 植物细胞培养产酶；动物细胞培养产酶。 化学合成法 成本昂贵，效果不好。一般只用于实验室研究,3,定义：利用微生物的生命活动，获得所需的酶的技术过程。,利用微生物产酶主要原因： 微生物种类繁多，分

2、布广泛。可以根据不同的需求从环境中筛选出相应的微生物。 繁殖迅速、代谢能力强。短时间内可获取大量细胞和酶类。,微生物发酵产酶,4,章节内容,一、酶生物合成调节理论,三、酶的发酵工艺条件及控制,四、酶生产过程的动力学,二、产酶微生物,5,一、酶生物合成调节理论,生物体对千变万化的环境采取的一种适应性策略。遵循节约、经济、实用的原则。,组成型酶（Constitutive enzyme）：生物细胞中合成的酶的量比较恒定，这些酶的合成速率变化不大。 调节型酶（Regulated enzyme）：生物细胞中合成的酶的含量变化很大，其合成速率明显受到环境因素的影响。,了解生物体的合成调节模式，有利于在酶的

3、生产采取相应的措施以提高酶产量。,6,调节酶生物合成的方式主要有： 转录水平的调节 转录产物的加工调节 翻译水平的调节 翻译产物的加工调节 酶降解的调节,转录水平的调节是原核生物最常用也最实用的一种调节方式。直接在源头决定产物是否表达。,7,原核生物的调节理论,3. 反馈抑制作用,2. 分解代谢物的阻遏作用,1. 酶合成的诱导作用,生物体采用何种调节模式都存在一定的生物学意义,8,1. 酶合成的诱导作用,加入某些物质，能够使酶的生物合成开始或者加速进行的现象称之为酶的诱导作用。,乳糖操纵子理论（Jocob ,衰亡期:,对数生长期的为常数，且在生长过程中比生长速率最大；它决定了最终细胞产量的多少

4、，即 对数期 越大，则细胞产量越大。,94,细胞生长动力学研究对象中的比生长速率特指为对数生长期的比生长速率；通过研究试验条件对对数期 的的影响来控制细胞产量。,95,Monod方程,1950年，法国的莫诺德(Monod)首先提出了表述微生物细胞生长的动力学方程，用以反映限制性基质浓度与细胞生长速率的关系：,m：为最大比生长速率 S： 限制性基质的浓度 KS ：莫诺德常数,KS,96,当限制性基质的浓度SKs时，增加基质浓度就不能提高细胞比生长速率。,此方程式与米式方程非常相似,KS,97,Monod方程的参数求解(双倒数法)：,将Monod方程取倒数可得：,或：,98,通过测定不同限制性基质

5、浓度下，微生物的比生长速率，就可以通过回归分析计算出Monod方程的两个参数Ks和m 。,S/,S,( y = ax + b ),当x=0时，y=Ks/m 当Y=0时， x=-b/a=-Ks,Ks/m,Ks,99,实例分析计算,1. 设定不同浓度的限制性基质浓度，培养细菌，得到相关细胞数量的试验数据,100,2. 选定对数生长期的几组数据，得到不同基质浓度与比生长速率的线性回归方程，求出对应的比生长速率。,细胞比生长速率:,对上式积分得：InX = t + A0 (A0为积分常数，等于接种量的自然对数),根据几组试验数据中的培养时间和细胞数量得到一线性回归方程，求出比生长速率,101,浓度1时

6、的数据,浓度2时的数据, ,根据各组试验数据中的培养时间和细胞数量得到一系列线性回归方程，求出对应的比生长速率。,102,3. 整理试验数据，求出Monod方程,S(mg/L) 6 33 64 153 (h-1) 0.06 0.24 0.43 0.66,原始数据,( y = ax + b ),通过第2步得到一个基质浓度（S）对应的一个比生长速率（）,103,m 1.11 (h-1); Ks 97.6 mg/L,0,100,200,0,100,200,300,400,s,S/,Ks=97.6,104,Ks和m值随菌种、限制性基质种类的变化,105,Monod方程虽然表述简单，但不足以完整地说明复

7、杂的生化反应过程，并且已发现它在某些情况与实验结果不符。 因此人们针对不同情况又提出了另外一些方程，但最终目的只有一个：就是利用建立起来的动力学方程来控制和优化发酵生产。,106,2.2 产酶动力学,产酶动力学主要研究细胞产酶速率以及各种环境因素对产酶速率的影响规律。,dE/dt：产酶速率 ： 细胞比生长速率 X： 细胞浓度 ： 与细胞生长偶联的产酶系数 ： 与细胞生长非偶联的产酶系数,107,不同的产酶模式所对应的产酶动力学方程形式也有所不同,主要分为三型： 生长偶联型 部分生长偶联型 非生长偶联型,108,产物的形成和菌体的生长相偶联,x,p,同步合成型, 0、= 0,109,产物的形成和

8、菌体的生长相偶联,x,p,中期合成型, 0、= 0,产酶前期： 阻遏作用，不产酶,产酶后期： 产酶与生长相偶联,110,产物的形成和菌体的生长部分偶联,x,p,延续合成型, 0、 0,111,产物的形成和菌体的生长非偶联,x,p,滞后合成型,= 0、 0,产酶前期： 阻遏作用，不产酶,产酶后期： 产酶与生长非偶联,112,本章内容,一、酶生物合成基本理论,三、酶的发酵工艺条件及控制,四、酶生产过程的动力学,二、产酶微生物,113,本章重点掌握内容,1. 酶的调节理论（产物阻遏与分解代谢物阻遏） 2. 从自然界中获取产酶微生物的基本步骤 发酵工艺条件控制有哪些参数需要控制？有何影响，如何产生，如何解决？ 四种产酶模式,114,一种营养成分要成为限制性基质的前提条件是其他营养物必须过量。,生长限制性因子是机体生长所必需的营养物质，如氨基酸和氨等氮源，或是葡萄糖、麦芽糖等碳源或者是无机盐，可在