微生物转化
微生物转化
F
H
O
醋酸地塞米松
HO CH3
O CH3
CH2OCOCH3 OH
H O
醋酸泼尼松龙
（二）糖皮质激素类药物的合成
二、微生物转化与中药现代化
（一）微生物转化进行中药研究的意义
（二）微生物转化中药的途径
三、微生物转化在天然药物研发中的应用
（一）抗癌药 1.紫杉醇
O
HN O
O
脂肪酶PS-30
AcO O
OH
O O
H
O
HO O OAc
O
(6)
2.喜树碱
（二）青篙素
（三）人参皂苷
四、微生物转化与其他药物制备
（一）微生物转化与手性药物合成
➢ 人体内在的手性环境可以识别手性药物对映体， 使对映体在活性、代谢过程和毒性等方面存在显 著差异。
➢ 如用于消除孕妇早期妊娠反应的镇静剂“反应 停”(thalidomide，沙利度胺)被应用不久，就被 发现可以致使婴儿出现畸形，经研究发现具有镇 静作用的是其R一对映体．而致畸变是由s一对映 体引起的。因此必须对不同对映体看成不同的化 合物进行研究。
物转化的反应有9α羟基化、11α,β羟基化及16α羟 基化；A环1，2或4和5位的脱氢；3 α,β位羟基的 脱氢，以及27位侧链的降解、不对称还原3,17,20 位酮基等，它们都已分别在各种皮质激素、性激 素、口服避孕药、蛋白同化激素、抗癌剂、利尿 剂等药物的合成中成为关键步骤。
1. C9α羟化
2.C11α羟化
➢ 采用酵母细胞生物催 化法可将丙酮酸与苯 甲醛缩舍形成L-苯基 乙酰基甲醇
➢ 再经甲胺还原胺化即 可得L-麻黄碱.其苄位 羟基经乙酰化和羟基 取代可以产生构型转 化得到(1S,2S)-2-甲氨 基-1-苯基丙醇,即D麻黄碱
生物转化的四种方式
生物转化的四种方式
生物转化是指生物体内或外部环境中发生的物质的转化过程。
常见的生物转化方式有以下四种：
1. 新陈代谢：生物体通过代谢作用将摄取的营养物质转化为能量和生物体所需的物质。
新陈代谢包括有氧呼吸和无氧呼吸两种方式，有氧呼吸需要氧气参与，产生大量能量；无氧呼吸则在缺氧条件下进行，产生较少能量。
2. 发酵：发酵是一种无氧代谢过程，通过微生物的作用将有机物转化为其他有用的物质。
常见的发酵过程包括酒精发酵、乳酸发酵等，广泛应用于食品工业、制药工业等领域。
3. 光合作用：光合作用是植物和某些细菌利用光能将二氧化碳和水转化为有机物质的过程。
光合作用中，光能被光合色素吸收，并通过光合电子传递链转化为化学能，最终用于合成葡萄糖等有机物。
4. 生物降解：生物降解是指生物体内或外部环境中的有机物质被微生物、酶等生物体降解为无机物质的过程。
生物降解广泛存在于自然界中，有助于环境中有机物的循环利用。
例如，土壤中的微生物可以降解有机肥料中的有机物质，将其转化为植物可以吸收的无机养分。
第四讲 微生物与生物转化
多级种子罐：50立的发酵罐一般使用三级发酵 接种菌龄，接种量 发酵：酶、次级代谢产物，纯种培养，产品提取和精制
4.3 菌种保藏
目的：使菌种的生命得以延续并保持其生物学特性
▪ 菌种保藏方法：
状，上面有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基 连接紧密，那以挑取；菌落正反面颜色常常不一致
最突出的特性： 产生大量的、种类繁多的抗生素
目前已发现和分离的5500种以上的抗生素，其中 4400多种为放线菌所产生。
实际应用的有100多种，如链霉素、井冈霉素等。 此外，还可用于：
生产维生素、嵋制剂； 甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处 放线菌的存在范围： 土壤中最多，河流、湖泊和海洋中较少； 大气中也有很多菌丝和孢子，食品、动物上
放线菌为单细胞，革兰氏阳性。
菌丝分度15分钟）
放线菌的代表属： a. 链霉菌属 b. 诺卡氏菌属：可用于污水处理等 c. 放线菌属：多为致病菌 d. 小单胞菌属 e. 链孢囊菌属：可形成孢子囊和孢囊孢子 f. 游动放线菌属：孢囊孢子可以运动
杆菌：杆状或圆柱形。发酵工业中最常用。 螺旋菌：细胞呈弯曲杆状。（弧菌、螺旋菌） 醋杆菌属、乳杆菌属、芽孢杆菌属、梭状芽孢杆菌属、 大肠杆菌、短杆菌属
2、放线菌 菌落呈放线状而得名（Actinomyces） 厌气菌——放线菌属 好气菌——链霉菌属，也是放线菌
放线菌多为腐生，少数寄生。 菌落特点：干燥，不透明，表面呈紧密的丝绒
▪ 菌种保藏中心
ATCC（美国标准菌种收藏中心） ARC（美国农业部农业研究服务部） NCTC（英国国立标准菌种收藏所） CBS（荷兰霉菌中心保藏所） IFO（日本大阪发酵研究所） 中国有7个菌种保藏中心
微生物转化的特点
微生物转化的特点1.个体微小，结构简单在形态上，个体微小，肉眼看不见，需用显微镜观察，细胞大小以微米和纳米计量。
2.繁殖快生长繁殖快，在实验室培养条件下细菌几十分钟至几小时可以繁殖一代。
3.代谢类型多，活性强。
4.分布广泛有高等生物的地方均有微生物生活，动植物不能生活的极端环境也有微生物存在。
5.数量多在局部环境中数量众多，如每克土壤含微生物几千万至几亿个。
6.易变异相对于高等生物而言，较容易发生变异。
在所有生物类群中，已知微生物种类的数量仅次于被子植物和昆虫。
微生物种内的遗传多样性非常丰富。
所以微生物是很好的研究对象，具有广泛的用途。
微生物有哪些特点1、体小面大一个体积恒定的物体，被切割的越小，其相对表面积越大。
微生物体积很小，如一个典型的球菌，其体积约1mm??，可是其表面积却很大。
这个特征也是赋予微生物其他如代谢快等特性的基础。
2、吸多转快微生物通常具有极其高效的生物化学转化能力。
据研究，乳糖菌在1个小时之内能够分解其自身重量1000-10000倍的乳糖，产朊假丝酵母菌的蛋白合成能力是大豆蛋白合成能力的100倍。
3、生长繁殖快相比于大型动物，微生物具有极高的生长繁殖速度。
4、适应强，易变异，分布广，种类多。
微生物能够致病，能够造成食品、布匹、皮革等发霉腐烂，但微生物也有有益的一面。
最早是弗莱明从青霉菌抑制其它细菌的生长中发现了青霉素，这对医药界来讲是一个划时代的发现。
后来大量的抗生素从放线菌等的代谢产物中筛选出来。
抗生素的使用在第二次世界大战中挽救了无数人的生命。
一些微生物被广泛应用于工业发酵，生产乙醇、食品及各种酶制剂等；一部分微生物能够降解塑料、处理废水废气等等，并且可再生资源的潜力极大，称为环保微生物；还有一些能在极端环境中生存的微生物。
例如：高温、低温、高盐、高碱以及高辐射等普通生命体不能生存的环境，依然存在着一部分微生物等等。
看上去，我们发现的微生物已经很多，但实际上由于培养方式等技术手段的限制，人类现今发现的微生物还只占自然界中存在的微生简述微生物的基本特点我是学生物的，本来想就我自己的知识告诉你的，后来一查发现，百度上结实得很具体。
微生物在环境物质循环和污染物转化中的作用—重金属的微生物转化
小结
重金属微生物转化金属离子的生物毒性 典型重金属的微生物转化原理 重金属微生物转化的应用2.1电镀废水的生物处理
（3）工艺流程
2.1电镀废水的生物处理
（4）技术关键
本技术对废水成分变化的适应性强，各金属离子浓度 的范围为：铬1mg／L～1000mg／L，锌1mg／L～1000mg／L， 铜1mg／L～1000mg／L，镍1mg／L～500mg／L，镉1mg／ L～500mg／L。本技术不仅能处理单一的金属废水，也可 处理混合的金属废水。废水的pH值可在4～8范围内变化。 每天处理废水量可达1m3～1000m3以上。
重金属微生物转化的应用
重金属微生物转化的应用
微生物转化主要应用在对含重金属的废水处理中。主 要是利用微生物在自然条件下或人工诱导下产生的抗重金 属毒性的酶，通过酶与重金属结合形成失活晶体或促进重 金属排出体外等机制对重金属进行解毒。
2.1电镀废水的生物处理
（1）基本原理 用从电镀污泥中获得的SR系列复合功能菌，高效还原
2.2 硫酸盐生物还原法处理含锌废水
（1）基本原理 硫酸盐生物还原法处理含锌废水其原理是利用硫酸盐
还原菌SRB在厌氧条件下产生硫化氢，硫化氢和废水中的 重金属反应，生成金属硫化物沉淀以去除重金属离子。
2.2 硫酸盐生物还原法处理含锌废水
（2）工艺流程
2.2 硫酸盐生物还原法处理含锌废水
（3）工艺说明
鱼类体表粘液中有许多含有甲基化辅酶的微生物，他们 将无机汞转化为甲基汞，动物和人体肠道中的细菌大部分也 具有这种功能，因此甲基汞中毒是由微生物造成的。
微生物细胞转化的基本过程
微生物细胞转化是指受体细胞从外界直接吸收来自供体细胞的DNA片段，并与其染色体同源片段进行遗传物质的交换，从而使受体细胞获得新的遗传特性的过程。
转化过程主要包括以下几个步骤：
1. 制备培养系统：准备适合微生物生长和转化的培养基。
2. 加入底物：将需要转化的物质加入到培养基中。
3. 加入效应物：根据需要，加入适当的效应物来促进转化反应。
4. 保温反应：保持适当的温度和时间，让转化反应进行。
5. 监测反应过程：通过适当的方法监测转化反应的进度和效果。
6. 终止反应：当转化反应达到预期效果后，停止反应。
7. 产物分离：将转化生成的产物从培养基中分离出来。
微生物细胞转化是一个复杂的过程，需要根据具体情况进行适当的调整和优化。
在进行转化实验时，需要严格控制实验条件，以确保转化的成功率和产物的质量。
微生物对污染物的降解与转化
微生物对污染物的降解与转化微生物的一大特点，是代谢类型的多样性，自然界存在的各种物质，特别是有机化合物，几乎都可找到使之降解或转化的微生物。
就是随着工业发展，排入环境引起环境污染的许多人工合成物，由于微生物繁殖迅速，个体微小，比表面大等特点，它们较其他生物更易适应环境，已有不少证据表明，微生物“正学着”对付众多的“陌生的”人造化合物。
可见微生物对污染物的降解和转化具有巨大的潜力。
（1）微生物对无毒有机物的降解无毒有机物主要是生活废弃物。
很多微生物都有能力降解这为在污染物。
微生物通过好氧分解或厌氧分解来分解有机物。
（2）微生物对有毒有机物的降解有毒有机物一般属于难生物降解性物质和不可生物降解性物质。
研究这些有机物的可溶解性，从环境保护角度来看，具有重要的实践意义。
①农药农药是除草剂、杀虫剂、杀菌剂等化学药剂的总称。
由于农药对粮食生产的重要，目前全世界农药的总产量已达200多万吨，品种约有500余种，常用的也有100种。
而当前使用的农药多是有机氯制剂、有机磷制剂和有机汞制剂。
这些有毒化合物在环境中的存留时间一般较长。
因此，大量农药累积于自然环境中，对人和动物具有严重的危害。
微生物与农药之间的关系可概括成两个方面。
一方面农药抑制土著种群的数量和作用可用于杀害和抑制某些有害种类；另一方面，几乎全部现代农药都是有机的，因而可以想象微生物可以代谢这些药物，改变和破坏它们的毒性。
现已了解，环境中有机农药的消失，主要是由于微生物的降解作用。
并已从土壤、水体、污泥、污水中分离到能降解农药的细菌、放线菌、真菌等微生物。
由此，可利用微生物降解有机污染物。
微生物以两种方式降解农药，一种方式是以农药作为生长的唯一碳源和能源，有时还作为唯一的氮源，而使农药降解，具有这种能力的微生物很多，其中假单胞菌属、诺卡氏菌属及曲霉属中的一些种类最为突出；另一种方式是通过共代谢作用，即微生物从其它化合物获得碳源和能源后，才能使农药转化甚至完全降解。
微生物转化、转导和接合的异同
微生物转化、转导和接合的异同微生物转换、转导和接合是生物工程中常用的方法。
它们之间在概念上有所不同，但又有着共同的地方。
微生物转换是把一种或多种外源DNA中的基因导入到一个微生物细胞中，使它们在微生物体内得到表达。
在微生物转换过程中，DNA以质粒的形式通过离子电压、热或其它力学方法把DNA片段的表达基因导入到微生物体内，从而使它们赋予目标基因在特定微生物中的表达功能。
微生物转换不仅能用于表达新型基因，还能用于分析和研究几乎所有微生物等基因表达及其功能子程序之间的关系。
微生物转导是一种在没有改外源DNA的情况下，通过引入生物体本身的某种影响因素，如药物、磷酸化或程序化的遗传基因表达水平而改变微生物特性的过程。
在微生物转导过程中，可以把特定的药物、磷酸或其它影响因子用于程序控制遗传基因的表达水平，从而影响其生物活性。
例如，通过使用不同药物，可以改变含氮代谢、光合物质合成和毒素生物合成等特定细胞过程中的微生物表现。
微生物接合是把外源DNA和微生物体细胞中存在的DNA共同组成“复合体”，从而使外源DNA得到表达的过程。
这是一种有意识的基因改造过程，通过蛋白质-酶介导的组合反应将外源DNA（基因）“接入”到复合体，从而改变了原来的生物体的遗传特性。
从本质上来说，微生物转换和微生物转导都是改变基因表达，使其获得某种特定表现的过程，但他们的区别在于对外源DNA的要求不同：微生物转换要求有一定的受体载体（一般是质粒），而微生物转导则没有这种要求。
有很多种微生物接合，也有很多种转换和转导技术。
不过，无论采用哪种技术，它们在一定程度上仍具有共同的性质，都是为了改变一种生物体的特定表现而对其基因的表达水平进行改造的过程。
微生物转化名词解释
微生物转化名词解释
微生物转化是指通过微生物代谢活动将某些物质转化为其他有用的化合物的过程。
微生物转化可以用于产生化学品、药物和酶等工业产品。
通常采用微生物发酵、微生物代谢和微生物合成等技术实现对原材料的转化。
微生物转化的目的是通过利用微生物的天然代谢过程或利用人工生物反应器等工具，将一些低价值的废弃物和副产物转化成为高附加值的化学品或药物。
常见的微生物转化方式包括发酵、生物降解、脱色、产酶、生物脱硫、生物除臭和生物防腐等。
微生物残体在土壤中的积累转化过程与稳定机制
微生物残体在土壤中的积累转化过程与稳定机制微生物残体是指微生物死亡后留下的残留物质，包括细胞壁、胞质等。
这些微生物残体在土壤中的积累转化过程非常复杂，涉及到多种生物、化学和物理过程。
首先，当微生物死亡后，其残体会迅速被土壤中的微生物和其他生物降解。
一些真菌和细菌会分泌酶类物质，将微生物残体分解为小分子有机物和无机物。
这一过程可以释放出有机氮和磷等养分，为土壤中其他微生物的生长提供营养物质。
其次，微生物残体的分解过程也会释放出一些化学物质，如脂质、蛋白质和多糖等。
这些化学物质可以作为土壤有机质的来源，提高土壤的肥力。
同时，释放出的二氧化碳也可以促进土壤中的微生物活动，进一步促进微生物残体的降解。
另外，微生物残体在土壤中的稳定机制也非常重要。
一些土壤微生物残体会形成持久的有机质组分，与土壤矿物颗粒结合形成团聚体。
这些团聚体可以增加土壤的结构稳定性，减少土壤侵蚀和水土流失。
此外，微生物残体还可以通过与土壤中的黏土矿物发生吸附作用，形成固定态，延缓其降解速率。
这种稳定机制可以使微生物残体在土壤中长期存在，为土壤中的生物多样性提供丰富的碳源和养分。
总的来说，微生物残体在土壤中的积累转化过程与稳定机制是一个动态平衡的过程，既包括了微生物残体的分解和降解过程，也包括了微生物残体的稳定和积累过程。
这些过程不仅影响着土壤中的有机质循环和养分转化，也对土壤的生态功能和生物多样性起着至关重要的作用。
因此，在土壤生态系统的管理和保护中，应该充分考虑微生物残体的作用，促进其有机质的稳定和循环利用。
微生物转化的特点
微生物转化的特点微生物转化是一种技术，可以将微生物用于合成大分子，改变活体中蛋白质，尤其是重要药物和抗原体的合成。
微生物转化最初被用来培育菌种，但是后来发现它可以被用来制备各种蛋白质，改变它们的功能和结构，以及用于拆分复杂物质。
这种技术比传统方法更加安全，更易于控制，仅仅需要许多几个小时就可以完成任务。
微生物转化的最大特点是，可以迅速、低成本地生产蛋白质，并可以有效地改变蛋白质的结构和功能。
因此，这种技术在生物技术领域中广泛应用，用于研究定量分析，蛋白质表达，药物研发，细胞分离等。
微生物转化可以把一种蛋白质转换成另一种蛋白质，例如把细胞壁生物膜蛋白转换成可溶性蛋白，也可以把一种活性蛋白转换成另一种活性蛋白，从而可以获得更加特异性的活性蛋白，有助于研究各种基因功能以及药物开发。
此外，微生物转化具有更好的安全性，不会像其他分子生物学技术那样有辐射污染和介入细胞的基因干扰的危险。
相反，这种技术大部分是在低温环境下完成的，不会引起细胞损伤，并且操作非常简单，只需要短时间就可以完成任务。
最后，微生物转化可以迅速而有效地生产目标蛋白，也可以获得更高的产量，更低的成本，更少的废物。
然而，由于微生物转化需要严格的操作流程，因此研究人员需要正确的培养条件来确保微生物的生长，而且必须谨慎选择转化载体，以确保其正常表达。
总而言之，微生物转化是一种高度可控的，低成本的技术，为药物研发，研究定量分析和蛋白质表达等提供了极大的帮助和便利。
综上所述，微生物转化具有以下特点：（1）可以迅速、低成本地生产蛋白质；（2）可以有效地改变蛋白质的结构和功能；（3）具有更高的安全性；（4）可以迅速而有效地生产目标蛋白；（5）可以获得更高的产量，更低的成本，更少的废物。
因此，微生物转化是一种重要的技术，可以极大地提高科学实验的效率，为各种生物技术提供便利。
微生物对污染物的降解和转化
微生物对污染物的降解和转化•有机污染物生物净化（天然物质、人工合成物质）•无机污染物生物净化第一节有机污染物的生物净化机理•净化本质——微生物转化有机物为无机物•依靠——好氧分解与厌氧分解一、好氧分解•细菌是其中的主力军•原理：好氧有机物呼吸• C → CO2 + 碳酸盐和重碳酸盐•H → H2O• N → NH3→ HNO2→ HNO3•S → H2SO4•P → H3PO4•二、厌氧分解•厌氧细菌•原理：发酵、厌氧无机盐呼吸C → RCOOH（有机酸）→CH4 + CO2•N → RCHNH2COOH →NH3（臭味） + 有机酸（臭味）•S →H2S（臭味）•P → PO3-4•水体自净的天然过程中厌氧分解（开始）→好氧分解（后续）第二节各类有机污染物的转化一、碳源污染物的转化•包括糖类、蛋白质、脂类、石油和人工合成的有机化合物等。
1．纤维素的转化•β葡萄糖高聚物，每个纤维素分子含1400~10000个葡萄糖基（β1-4糖苷键）。
•来源：棉纺印染废水、造纸废水、人造纤维废水及城市垃圾等，其中均含有大量纤维素。
A．微生物分解途径B．分解纤维素的微生物•好氧细菌——粘细菌、镰状纤维菌和纤维弧菌•厌氧细菌——产纤维二糖芽孢梭菌、无芽孢厌氧分解菌及嗜热纤维芽孢梭菌。
•放线菌——链霉菌属。
•真菌——青霉菌、曲霉、镰刀霉、木霉及毛霉。
•需要时可以向有菌种库的研究机构购买或自行筛选。
2．半纤维素的转化•存在于植物细胞壁的杂多糖。
造纸废水和人造纤维废水中含半纤维素。
•分解过程•分解纤维素的微生物大多数能分解半纤维素。
•许多芽孢杆菌、假单胞菌、节细菌及放线菌能分解半纤维素。
霉菌有根霉、曲霉、小克银汉霉、青霉及镰刀霉。
3．木质素的转化自然界中哪些微生物能够进行木质素的降解呢？•确证的只有真菌中的黄孢原毛平革菌，疑似的有软腐菌。
黄孢原平毛革菌(Phanerochaete chrysosprium)是白腐真菌的一种，隶属于担子菌纲、同担子菌亚纲、非褶菌目、丝核菌科。
第二十五章 微生物转化(共46张PPT)
第二节 生物转化反应类型
1 氧化反应 应用干燥细胞进行生物转化
选择需要的菌株
培养成熟菌丝或孢子
阳葵等等报道了采用超声强度，超声方式和时间对绿僵菌(Metarhizium sp．)氧化16α,17α-环氧黄体酮的影响，并对微生物转化体系中的超
声效应进行分析，
2 还原反应 甾体生物转化的原理和方法
)将胆甾醇转化为胆甾烯酮以来，在有机介质中进行微生物转化成为了近几年在该领域的研究热点。
在宋代，采用老的曲子进行接种酿酒。不过当时人们并没有认识到可以利用微生物
来合成化学物质。
1864年巴斯德利用乙酸杆菌将乙醇氧化为乙酸。
工业化的里程碑是50年代美国普强药厂利用微生物黑根霉的羟化酶将 黄体酮转化为11α-羟基黄体酮，即对甾体化合物的结构改造。
固定化细胞，基因重组等技术的发展，能将几种不同合成基因构建到同一 个工程菌中使得一次培养同时进行几步转化反应，使微生物转化在天然药 物修饰中发挥更重要的作用。
应用干燥细胞进行生物转化
静息细胞转化法
微生物转化的过程
微生物转化实验概要过程如下：
选择需要的菌株
培养成熟菌丝或孢子
选择合适的转化方式
转化培养或转化菌丝及孢子悬浮
液转化
转化液的分离提取 产品纯化
微生物转化的特点
由有活性中心都和特殊空间结构的酶作为催化剂；
酶催化作用的速度极快；
在常温常压和中性条件下进行高效转化反应，简化设备，降低成本； 生物转化的专一性，故底物不要求很纯（Ex. 粗淀粉） 转化过程容易调节（简单的用酸，碱，温度，离子调节） 转化过程产生杂质少，过程无毒，无臭，无味，可用于食品，医疗。 把含酶细胞或酶本身固定在载体上，可使转化过程连续化。 酶来源广泛。 可以实现化学反应无法做到的转化。
微生物对污染物的降解和转化
单击此处添加副标题
单击此处添加正文，文字是您思想的提炼，请尽量言简意赅的阐述观点。
一、有机污染物的降解途径
第一节 有机污染物的生物降解
（具有紫外线吸收峰的化合物）
光降解（光解作用）
（由于温度、氧气、pH、金属离子等发生化学降解或转化）
化学降解
（通过动物、植物和微生物的代谢活动来分解各种有机物） 自然界化学物质的降解主要通过上述三种途径交叉进行，其中与微生物降解作用的关系最大。
二、微生物的生物化学转化作用
乙酰化作用 氨基转化为酰胺 NH2 ―NH-CO-CH3
01
微生物的生物化学转化作用
02
小结：以上各种微生物的化学作用，实质上是微生物代谢过程中的酶反应！（在化学条件下也能够发生上述反应，但是条件苛刻，经常是高温、高压等，但是酶的反应一般在常温常压下进行。）
反应条件温和：常温、常压、中性。
酶的化学本质
酶的蛋白质本质 所有的酶都是蛋白质。有的是简单蛋白质，有的是结合蛋白质。 酶同其他蛋白质一样，由氨基酸组成。 不能说所有蛋白质都是酶，只是具有催化作用的蛋白质，才能称为酶
结合蛋白质酶（结合非蛋白组分后才表现出酶的活性）
4
酶蛋白结合非蛋白组分后形成的复合物称“全酶”，全酶=酶蛋白+辅助因子。
敏感性：对环境条件极为敏感，酶容易失活
酶活力的调节控制：如抑制剂调节、共价修饰调节、反馈调节、酶原激活及激素控制等。调整的本质是酶的活性中心的改变（有或无、优或劣）
酶的催化活力与辅酶、辅基及金属离子有关，有些酶是复合蛋白质，其中的小分子物质(辅酶、辅基及金属离子)与酶的催化活性密切相关。若将它们除去，酶就失去活性。
二、微生物的生物化学转化作用
微生物在物质转化中的作用
微生物在物质转化中的作用
第39页
４、 固氮酶防氧保护机制
４.1 好氧自生固氮: 呼吸保护 构象保护
• 呼吸保护:用强呼吸速度快速消耗细胞周
围环境氧分子, 使固氮酶处于无氧环境。
（如固氮菌属）
• 构象保护:在高氧分压条件下, 固氮酶分
子构象改变, 形成一个无固氮活性但能预 防氧害特殊构象。(如褐球固氮菌).
亚硝化单胞菌属、亚硝化叶菌属
2.NO2- →NO3-
硝酸化细菌
硝化杆菌属、硝化刺菌属
微生物在物质转化中的作用
第26页
环境条件对硝化作用影响:
最适pH值: 6.6～8.0， 最适温度: 25～35ºC， 通气良好有利于硝化作用
微生物在物质转化中的作用
第27页
硝化作用与土壤肥力及环境污染
• 促进难溶化合物溶解； • 更易被植物吸收同化。
微生物在物质转化中的作用
第6页
多糖分解
1. 淀粉:
直链淀粉 支链淀粉
微生物在物质转化中的作用
第7页
水解淀粉酶及产酶微生物:
液化型淀粉酶: α-淀粉酶
产液化型淀粉酶微 生物: 枯草芽孢杆 菌、黄单胞菌、木 霉、根霉等
糖化型淀粉酶: 淀粉1,4-麦芽糖苷酶 淀粉1,4-葡萄糖苷酶 淀粉α1,6-葡萄糖苷酶
微生物在物质转化中的作用
水解阶段
产酸阶段
产甲烷阶段
第20页
二、氮素循环 Nitrogen Cycle
微生物在物质转化中的作用
第21页
（一）氨化作用
含氮有机物经微生物分解而产 生氨作用。
芽孢杆菌、梭菌、普通变形杆菌、 荧光假单胞菌氨化作用较强。
氨化作用对提供农作物氮素营 养十分主要。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
4、回收率高、成本低
• 微生物转化反应是在细胞内进行，保持原来整 体酶系比较符合生物催化所需环境和条件。 • 在氧化一还原等催化反应时不需要添加辅酶； 辅酶往往很不稳定，难以分离提取，从这点来说 微生物转化比酶法转化要好多了。 • 微生物 反应可以持续进行、反应量大、回收率 高并可以大规模工业化生产。从设备和原料方面 来说生产成本低于酶法和化学合成法
第三节几种常用的微生物转化方法
• 随着固定化细胞、诱变和基因重组等重 要的生物技术的发展，不仅使得微生物转 化在天然药物修饰中发挥更重要的作用， 使生物转化成倍地提高转化率，并且使得 微生物转化方法更加丰富。现在将几种微 生物转化方法简介如下。
1、分批培养转化法
• 分批培养(batch culture)转化法是在摇瓶和 发酵罐中待菌体生长到一定阶段加入底物 进行转化的方法。 • 底物加入时间因菌种和底物不同而各异， 一般在对数生长期，但也有在延迟期和稳 定期加入的。
• ②丙酮干粉制备法： • 将菌丝体悬浮于一20℃的丙酮中处理3次， 每次获得泥浆状的丙酮液，用抽气过滤进 行收集，最后用冷乙醚洗涤，以帮助洗去 残余的丙酮。 • 丙酮干粉剂必须冰冻贮藏，以供随时使用。
7 静息细胞转化法
• 静息细胞转化法是指将微生物培养至～定 阶段后分离出菌丝体，将其重新悬浮于不 完全培养基(缺少某种营养物质，如氮源等) 中，使其处于不再生长但仍保持原有各种 酶活的状态，再加入底物，在适当的温度、 pH和振荡条件下进行转化的方法。 • 它是一种将生长影响减至最小的生物转化 方法。
第一节 微生物转化的反应
• 随着现代生物技术的不断进步，特别是固 定化细胞、诱变和基因重组等的发展，使 微生物转化的转化率成倍提高，也为天然 药物结构修饰带来了广大的发展空间。 • 不同类的微生物都含有不同的酶系。现在 将目前应用和研究上用得比较多的微生物 按化学反应分类。
1．应用于氧化反应
• (1)脱氢反应
微生物转化
• UM-BBD
•
第一章 微生物转化方法
• 从20世纪50年代开始，微生物学家通过有机化学、 物理学、生物化学和遗传基因学等学科的帮助， 来研究了微生物代谢产物中的化学组成以及生命 活动中酶和酶的化学反应使生物学科向分子水平 发展；同时也提供了微生物学向化学学科的渗透。 微生物学研究者应用现代的生物技术来帮助生物 化学和有机化学工作者解决一些复杂和疑难的微 生物代谢产物和化学合成的反应．创造出不少人 工合成的新化合物，推动了生物化学和有机化学 的发展。 •
• 温度也是影响转化率的一个重要因素。 • 温度升高，转化率会提高，但超过一定的 限度，会使得酶失活速率也加快，所以只 有在一个适当的温度下转化，才能达到最 佳转化率。
• 最佳温度的选择也可通过上述分析检测手 段来确定
二、底物添加方法
• 在微生物转化中，根据能否溶于水来分， 可以把底物分为两大类，即可溶于水和不 可溶于水底物。
• 含酶活力强和含酶量多的微生物进行转化 时，添加底物的速度可以快点，底物的量 也可以多点。 • 加底物速度和量要与微生物的耐受能力相 挂钩，底物舔加的速度和总量不能超过微 生物的耐受范围， • 同时产物的积累也会对酶产生抑制，所以 必须有一个合适的底物添加量，
6、应用于脱水反应
• 应用于脱水反应的主要是细菌和霉菌ຫໍສະໝຸດ 第二节微生物转化的一般过程
• 微生物转化实验概要过程如下： 选择需要的菌株 培养成熟菌丝或孢子 选择合适的转化方式 转化培养或转 化菌丝及孢子悬浮液转化 转化液的分离 提取 产品纯化
1．选择菌种 • 选择好的菌种是做好微生物转化反应的关 键；根据微生物转化反应的类型，选择哪 类微生物含这类反应的酶。一般可以向国 家或地方保管菌种机构去函索取。
• 增大细胞渗透性或改变细胞膜孔，一般采 用表面活性剂或有机溶剂，有时也可利用 抗生素来增加细胞膜的渗透性，但用量应 适当控制，以免杀死微生物。
4、应用孢子进行生物转化
• 细菌的孢子一般无活性，而真菌的分生孢 子和子囊孢子往往有较高的酶活力，与菌 丝体比较具有杂质相对少的优点。 • 孢子转化需要注意的是不能让孢子萌芽， 否则不能保持稳定的生物转化活力。 • 应用于生物转化的孢子悬浮液和培养基成 分与静止细胞转化法相似．也是采用不完 全培养基，仅含有缓冲液及葡萄糖等产生 能量的碳源。
5、应用固定化细胞进行生物转化
• 固定化细胞在适宜的转化条件下进行生物 转化能保持细胞相对活的状态，它的最大 优点是可以长期反复使用，有的能维持有 效催化达数月之久。 • 另外使用固定化细胞还使得产物提取简单， 便于自动化和大规模的工业化生产。 • 目前常用的固定化方法有聚丙烯酰胺聚合 法和卡拉胶包埋法。
3、对立体结构合成上具有高度的专一选择性
• 微生物转化反应其实也是一种酶反应．对 底物作用时，具有高度的立讳一构选择性。 • 微生物转化反应不仅对结构有化学选择性， 还有区域选择性、面选择性和对映异构选 择性。
• 严格的立体结构选择性对天然药物微生物 转化来说是非常重要的。 • 因为药物的异构不仅无用或者低效，并且 会带来副作用，有时会有相反的药效和强 力的毒性。 • 特别是生理活性很高的激素、抗生素以及 心血管系统和神经系统等药物的药效对对 映体结构的要求很高，往往具有严格对映 体结构要求，这是有机化学合成等方法根 难达到的。
5 控制好转化反应培养时间 • 按有关微生物转化反应各种因素，控制好转化反 应培养终点电，使底物转化达到最大反应完全值。
6 调控好影响因素 • 调控好整个转化过程中各项影响因素。 7 控制好转化反应终点 • 当取样分析反映转化培养液中转化产物积累不 再增加时，立刻采用物理方法将菌丝体及培养物 除去来停止转化反应。 8 分离纯化转化产物 • 此时转化产物已与生物转化系统分开，可按化学 方法将产物分离提纯
第四节 微生物转化反应的特点
• 微生物转化反应，可以用静止地按洗涤 细胞进行研究．也可以用发酵方式进行转 化以及应用固定化细胞进行生产等。
它跟酶法转化和有机化学转化比较有以下 特点
•
1、反应条件温和、公害少、设备简单且反应速度 快 • ① 在微生物转化的反应中一般无需高压、强热 等比较苛刻的条件，只需在常温和pH为7左右的 环境下进行反应即可； • ② 原料除了普通的培养基和底物外没有其他化 学品，一般普遍认为公害比较少； • ③ 设备简单，反应条件比较温和，生产安全。 • ④ 微生物转化反应是酶催化的反应。在最合适 条件下，一秒内酶能催化底物转化成产物的分子 个数数量级是102～lO6
• 利用微生物的作用来进行某种化学反应称为微生 物转化反应(microbial transformation or microbial bioconversion)。 • 准确地说应该是利用微生物代谢过程中某一个酶 或者一组酶系对底物进行催化反应称为微生物转 化反应。 • 随着生物学科进一步发展，特别是固定化细胞、 诱变和基因重组等重要的生物技术的发展，不仅 使得生物转化成倍地提高转化率，并且能将几种 不同合成基因构建到同一个工程菌中使得一次培 养同时进行几步转化反应，使微生物转化在天然 药物修饰中发挥更重要的作用。
• 微生物转化历史悠久，早在2500年前的春秋战国 时期，人们就已经知道制酱和醋。在宋代，采用 老的曲子进行接种，还根据酸大米和明矾水在较 高温下培养制造红曲。不过当时人们并没有认识 到可以利用微生物来合成化学物质。 • 因此一般认为微生物转化研究始于1864年巴斯德 利用乙酸杆菌将乙醇氧化为乙酸，但工业化微生 物转化的重要里程碑应该是20世纪50年代美国普 强药厂的Murray和Peterson利用微生物黑根霉 (Rhizonpus nigricans)的羟化酶将黄体酮转化为 11α-羟基黄体酮，即对甾体化合物的结构改造。
一、转化的时间和温度
• 微生物转化反应本质上是酶反应，是单酶或多 酶的催化反应。 • 既然是酶反应，就存在一个最佳的反应时间， 时间太短则转化不完全；时间太长，会造成微生 物衰亡及酶失活。 • 最佳反应时间的确定可以采用高效液相色谱 (HPLC)、气相色谱(GC)、薄层扫描(TLCS)、分 光光度法等定量分析手段来完成。 • 不同的反应类型、不同的微生物、不同的酶， 最佳反应时间不同，有的只需几小时，有的则持 续数天
第二章 微生物转化的影响因素
• 利用微生物代谢过程中某一个酶或一组酶系对底 物进行催化反应，称为微生物转化反应。 • 微生物转化反应本质上是一个酶反应，因此，同 酶反应一样，在这个催化反应过程中涉及一系列 的影响因素，其中最为重要的是转化的时间、温 度、底物添加方法、酶的抑制剂、酶的诱导剂以 及生长调节剂等。 • 上述因素的变化皆会对转化率有一定的影响。下 面分别针对上述因素对微生物转化的影响加以具 体叙述
6、应用干燥细胞进行生物转化
• 干燥细胞转化法实际上是另一种静息细胞转化法， 便于贮备随时使用。干燥细胞的制备有以下两种 常用方法。 • ①冰冻干燥法：将培养好的菌丝液，通过离心或 过滤，洗涤后获得干净的菌丝体并重新悬浮于稀 的缓冲液或纯水中，冰冻后抽真空，直接升华除 去水分．得到蓬松的粉末。这种干燥菌丝体在冰 冻保存的条件下可以保持活力达数年之久，适合 于大规模的工业化生产。
• 能溶于水的底物添加方法中有许多是与培 养基中添加碳源的方法相类似，但是其转 化率与其添加方法有很大的影响。
• 对于能溶于水的底物来说，将其添加到水 的培养基中进行微生物转化是比较容易的， 不过要注意加底物量的多少、添加速度和 底物是否对微生物有毒性。 • 添加底物的量一般与微生物转化反应的类 型，细胞内含酶的多、少、强、弱和底物 的化学性质有关；
2、可以减少反应步骤 • 随着现代生物技术的迅速发展，酶合成基因构建 的基因工程菌可以把需要几步催化合成的中间体 在一次发酵中转化完成。 • 将几步中间体合成的酶通过基因构建到同一工程 菌中，使在发酵法转化时需要几步催化台成的中 间体只要一步就可以转化成功。 • 如维生素c生物合成中基因重组葡萄糖酸氧化杆菌 的代谢工程菌，将L-山梨醇脱氢酶基因和L-山梨 酮脱氢酶基因，通过基因重组构建出一个工程菌 株，发酵过程可以在同一次转化发酵中将D一山 梨醇转化成α一酮一L古洛糖酸。