酶的生物合成
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酶工程 第三章酶的发酵生产 第一节酶生物合成的基本理论
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。
第一节 酶生物合成的基本理论
转录时，RNA聚合酶首先结合到DNA的特定位点（启动基因）上，DNA的 双螺旋链部分解开，以其中一条链为模板，通过碱基互补方式结合进第一个 核苷三磷酸，然后随着RNA聚合酶的移动，DNA双螺旋逐渐解开，按照模板上 的碱基顺序逐个加入与其互补的核苷三磷酸并聚合而生成多聚核苷酸链。在 RNA聚合酶后面生成的多聚核苷酸链立即与模板分开，DNA分子的两条链又重 新缠绕形成双螺旋。（图3-1）
第一节 酶生物合成的基本理论
三、酶生物合成的调节
如上所述，酶的生物合成要经过一系列的步骤，需要 诸多因素的参与。故此，在转录和翻译过程中，许多因素 都会影响酶的生物合成。那么，究竟哪些因素对酶的生物 合成起主要的调节控制作用呢？研究结果表明，至少在原 核生物中，甚至在所有生物中，转录水平的调节控制对酶 的生物合成是至为重要的。
的过程,称为酶生物合成的诱导作用。简称为诱导作用。 起诱导作用的物质，称为诱导剂。例如，乳糖诱导β—半 乳糖苷酶的合成等。
酶生物合成的诱导作用过程如图3-4所示。
第一节 酶生物合成的基本理论
第一节 酶生物合成的基本理论
(B)
图3-4酶生物合成的诱导作用 （A）-----无诱导物时 （B）----添加诱导物时
转录水平调节控制，又称为基因的调节控制。这种控 制理论最早是由雅各（Jacob）和莫诺德(Monod)于1960年 提出的操纵子学说来阐明的，1966年发现了启动基因，使 这一调节控制理论不断完善。
第一节 酶生物合成的基本理论
根据基因调节控制理论，在DNA分子中，与酶生物合 成有密切关系的基因有4种。它们是调节基因(Regulator gene)、启动基因(Promoter gene)、操纵基因(Operator gene)和结构基因(Strutural gene)。其中，结构基因与 酶有各自的对应关系，结构基因中的遗传信息可转录成 mRNA上的遗传密码，再经翻译成为酶蛋白的多肽链。操纵 基因可以特异性地与调节基因产生的边构蛋白（阻抑蛋白） 中的一种结构结合，从而操纵酶合成的时机及速度。结构 基因与操纵基因一起称为操纵子。启动基因决定酶的合成 能否开始，启动基因由两个位点组成，一个是RNA聚合酶 的结合位点，另一个是环腺苷酸（cAMP）与环腺苷酸接受 蛋白（CRP）的复合物（cAMP- CRP）的结合位点。只有在 cAMP- CRP复合物结合到启动基因的位点上时，RNA
第一节 酶生物合成的基本理论
转录时，RNA聚合酶首先结合到DNA的特定位点（启动基因）上，DNA的 双螺旋链部分解开，以其中一条链为模板，通过碱基互补方式结合进第一个 核苷三磷酸，然后随着RNA聚合酶的移动，DNA双螺旋逐渐解开，按照模板上 的碱基顺序逐个加入与其互补的核苷三磷酸并聚合而生成多聚核苷酸链。在 RNA聚合酶后面生成的多聚核苷酸链立即与模板分开，DNA分子的两条链又重 新缠绕形成双螺旋。（图3-1）
第一节 酶生物合成的基本理论
三、酶生物合成的调节
如上所述，酶的生物合成要经过一系列的步骤，需要 诸多因素的参与。故此，在转录和翻译过程中，许多因素 都会影响酶的生物合成。那么，究竟哪些因素对酶的生物 合成起主要的调节控制作用呢？研究结果表明，至少在原 核生物中，甚至在所有生物中，转录水平的调节控制对酶 的生物合成是至为重要的。
的过程,称为酶生物合成的诱导作用。简称为诱导作用。 起诱导作用的物质，称为诱导剂。例如，乳糖诱导β—半 乳糖苷酶的合成等。
酶生物合成的诱导作用过程如图3-4所示。
第一节 酶生物合成的基本理论
第一节 酶生物合成的基本理论
(B)
图3-4酶生物合成的诱导作用 （A）-----无诱导物时 （B）----添加诱导物时
转录水平调节控制，又称为基因的调节控制。这种控 制理论最早是由雅各（Jacob）和莫诺德(Monod)于1960年 提出的操纵子学说来阐明的，1966年发现了启动基因，使 这一调节控制理论不断完善。
第一节 酶生物合成的基本理论
根据基因调节控制理论，在DNA分子中，与酶生物合 成有密切关系的基因有4种。它们是调节基因(Regulator gene)、启动基因(Promoter gene)、操纵基因(Operator gene)和结构基因(Strutural gene)。其中，结构基因与 酶有各自的对应关系，结构基因中的遗传信息可转录成 mRNA上的遗传密码，再经翻译成为酶蛋白的多肽链。操纵 基因可以特异性地与调节基因产生的边构蛋白（阻抑蛋白） 中的一种结构结合，从而操纵酶合成的时机及速度。结构 基因与操纵基因一起称为操纵子。启动基因决定酶的合成 能否开始，启动基因由两个位点组成，一个是RNA聚合酶 的结合位点，另一个是环腺苷酸（cAMP）与环腺苷酸接受 蛋白（CRP）的复合物（cAMP- CRP）的结合位点。只有在 cAMP- CRP复合物结合到启动基因的位点上时，RNA
酶的生物合成
生产酪氨酸脱羧酶、链激酶、链道酶、双链酶等(有溶解血栓、血 块，加速伤口愈合等作用)
产生葡萄糖异构酶
.
8
2、 放线菌
菌种
(1) 链霉菌属
(Streptomyces)
委内瑞拉链霉菌 (S. venezulae)
灰色链霉菌 (S. griseus) 白色链霉菌 (S. albus)
不产色素链霉菌 (S. achromogenes)
(4) 透明质酸酶
治疗关节损伤、关节周围炎症及膝外伤，传染性肝炎及肝硬 化等
用做药物扩散剂
.
22
四、 产酶微生物的来源
1、土壤中的产酶微生物 2、水体中的产酶微生物 3、空气中的产酶微生物 4、极端环境中的产酶土壤是微生物生活的大本营，为微生物生长繁 殖及生命活动提供了各种条件
用于分析组成和杂质浓度的分析方法的细节
酶或微生物的毒理数据
微生物必须是非致病性的 微生物一定不能产生真菌素或其他毒性化合物 微生物一定不能产生抗生素
.
33
二、 微生物酶的发酵生产
1、酶的发酵生产方法 2、培养基的配制 3、种子培养 4、微生物发酵产酶的一般工艺
.
34
1、 酶的发酵生产方法
(1) 固体培养法 (2) 液体培养法
酶)
.
13
4、 霉菌
菌种 (4) 青霉(Penicillium)
酶及功能
点青霉 (P. notatum) 产紫青霉 (P. ururogenum)
产黄青霉 (P. chrysogenum)
橘青霉 (P. citrinum)
(5) 犁头霉(Absidia)
葡萄糖氧化酶
葡萄糖氧化酶，中性、碱性蛋白酶和青霉素V酰化酶 5’-磷酸二脂酶(水解RNA，生产4种5’-单核苷酸，肌苷酸和鸟苷
酶工程第三章酶的生物合成法生产2013-2
的pH值往往会发生变化。
糖代谢
pH下降：糖分解为小分子酸、醇 pH上升：糖缺乏
基质的代谢
氮代谢
pH下降：氨基酸中的-NH2被利用 pH上升：尿素被分解成NH3
硫酸铵 尿素 磷酸盐
pH下降：铵离子被利用，硫酸根积累 pH上升后下降：尿素→氨→ 氨被同化 对pH有缓冲作用
产物形成：氧不足时，代谢积累有机酸，使pH下降。
49
2、 细胞产酶最适pH值与生长最适pH值往往不同。 细胞生产某种酶的最适pH值通常接近于该酶催化反应 的最适pH值。 碱性蛋白酶：碱性（pH 8.5~9.0） 中性蛋白酶：中性或微酸性（pH 6.0~7.0）， 酸性蛋白酶：酸性（pH 4~6）
例外：有些酶在其催化反应的最适条件下，产酶细胞的生 长和代谢可能受到影响 如枯草杆菌碱性磷酸酶，其催化反应的最适pH值为 9.5，而其产酶的最适pH值为7.4
酶、纤维素酶和木聚糖酶
7
二、植物细胞
主要用于色素、药物、香精和酶等初级代谢产物的生产。
酶
产酶植物细胞 年份
酶
产酶植物细胞 年份
糖苷酶
胡萝卜细胞 1981
糖化酶
甜菜细胞 1989
半乳糖苷酶 紫苜蓿细胞 1982 苯丙氨酸裂合酶 花生细胞 1990
漆酶
假挪威械细胞 1983
大豆细胞
过氧化物酶 甜菜细胞 1983 木瓜蛋白酶
55
三、温度的调节控制
1、温度确定原则
细胞生长的最适温度
细菌37℃
霉菌和放线菌28-30℃
嗜热微生物40-50℃
提高mRNA的稳定性
细胞产酶最适温度 往往低于细胞生长最适温度
增加酶的产量和酶的稳定性
温度不能过低，否则生化反应速度慢， 降低酶的产量
第三章酶的生产
第三章酶的生产
2023年5月15日星期一
第三章 酶的生产制备
酶的生产方式
1.提取法: 植物、动物、微生物
2.化学合成法
生物合成法： 利用植物、动物、微生物细胞合成。 上个世纪50年代起利用微生物生产酶
。 1949年细菌发酵生产淀粉酶
上个世纪70年代以来利用植物细胞和 动物细胞培养技术生产酶。
木瓜细胞培养生产木瓜蛋白酶和木瓜 凝乳蛋白酶 人黑色素瘤细胞培养生 产血纤维蛋白溶酶原激活剂
34
2.生长偶联型中的特殊形式——中期合成型
酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，而在细胞生 长进入平衡期以后，酶的合成也随着停止。 特点：酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。
所对应的mRNA是不稳定的。
枯草杆菌碱性磷酸酶合成曲线 35
3.部分生长偶联型（又称延续合成型）
酶的合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入 平衡期后，酶还可以延续合成较长一段时间。 特点：可受诱导，一般不受分解代谢物和产物阻遏。
所对应的mRNA相当稳定。
黑曲霉聚半乳糖醛酸酶合成曲线 36
4. 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以后，酶才开始合成并 大量积累。许多水解酶的生物合成都属于这一类型。 特点：受分解代谢物的阻遏作用。
所对应的mRNA稳定性高。
黑曲霉酸性蛋白酶合成曲线 37
总结：影响酶生物合成模式的主要因素
②发酵代谢调节：理想诱导物的添加，解除 反馈阻遏和分解代谢物阻遏（难利用的碳 氮源的使用，补料发酵）。
③降低产酶温度。
二、细胞生长动力学
微生物细胞生长的动力学方程：
Monod方程：
S－限制性基质浓度； μm—最大比生长速率； Ks —Monod常数
2023年5月15日星期一
第三章 酶的生产制备
酶的生产方式
1.提取法: 植物、动物、微生物
2.化学合成法
生物合成法： 利用植物、动物、微生物细胞合成。 上个世纪50年代起利用微生物生产酶
。 1949年细菌发酵生产淀粉酶
上个世纪70年代以来利用植物细胞和 动物细胞培养技术生产酶。
木瓜细胞培养生产木瓜蛋白酶和木瓜 凝乳蛋白酶 人黑色素瘤细胞培养生 产血纤维蛋白溶酶原激活剂
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2.生长偶联型中的特殊形式——中期合成型
酶的合成在细胞生长一段时间后才开始，而在细胞生 长进入平衡期以后，酶的合成也随着停止。 特点：酶的合成受产物的反馈阻遏或分解代谢物阻遏。
所对应的mRNA是不稳定的。
枯草杆菌碱性磷酸酶合成曲线 35
3.部分生长偶联型（又称延续合成型）
酶的合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进入 平衡期后，酶还可以延续合成较长一段时间。 特点：可受诱导，一般不受分解代谢物和产物阻遏。
所对应的mRNA相当稳定。
黑曲霉聚半乳糖醛酸酶合成曲线 36
4. 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以后，酶才开始合成并 大量积累。许多水解酶的生物合成都属于这一类型。 特点：受分解代谢物的阻遏作用。
所对应的mRNA稳定性高。
黑曲霉酸性蛋白酶合成曲线 37
总结：影响酶生物合成模式的主要因素
②发酵代谢调节：理想诱导物的添加，解除 反馈阻遏和分解代谢物阻遏（难利用的碳 氮源的使用，补料发酵）。
③降低产酶温度。
二、细胞生长动力学
微生物细胞生长的动力学方程：
Monod方程：
S－限制性基质浓度； μm—最大比生长速率； Ks —Monod常数
第二章 酶的生物合成与发酵生产
第二章酶的生物合成与发酵生产酶工程就是将酶所具有的生物催化功能，借助工程手段应用于社会生活的一门科学技术。
酶制剂是如何生产的呢？我们知道，酶是活细胞产生的具有催化作用的生物大分子，广泛存在于动植物和微生物体内。
酶的生产方法有三种：提取分离法、生物合成法、化学合成法。
生物合成法又包括：微生物细胞发酵产酶、植物细胞发酵产酶和动物细胞发酵产酶第一节酶生物合成及调节一、酶的生物合成先从遗传信息传递的中心法则谈起（1958年，Crick提出）遗传信息传递的中心法则：生物体通过DNA复制将遗传信息由亲代传递给子代，通过RNA 转录和翻译而使遗传信息在子代得以表达。
DNA具有基因的具有基因的所有属性。
基因是DNA的一个片段，基因的功能最终由蛋白质来执行，RNA控制着蛋白质的合成。
核酸是遗传的物质基础，蛋白质是生命活动的体现者。
1970年Temin和Baitimore发现了逆转录酶，是对中心法则的补充。
即：细胞能否合成某种酶分子。
首先取决于细胞中的遗传信息载体－DNA分子中是否存在有该酶所对应的基因。
DNA分子可以通过复制生成新的DNA，再通过转录（transcription）生成所对应的RNA，然后再翻译（translation）成为多肽链，经加工而成为具有完整空间结构的酶分子。
（一）RNA的生物合成--转录(transcription)P102DNA分子中的遗传信息转移到RNA分子中的过程，称为转录。
转录：见课件附图，书P102定义：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分子的过程。
模板链（template strand）：又称反意义链（antisense strand），指导转录作用的一条DNARNA的转录过程：转录过程分为三步：起始、延长、.终止补充：原核生物的RNA聚合酶(DDRP)-见课件附图E.coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的五聚体（α2、β、β′、）全酶（holoenzyme）包括起始因子σ和核心酶（core enzyme）。
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生
要有黑曲霉、米曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉等。 黑曲霉：黑曲霉，半知菌亚门，丝孢纲，丝孢目，
丛梗孢科，曲霉属真菌中的一个常见种。
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
米曲霉：半知菌亚门，丝孢纲，丝孢目，从梗孢科， 曲霉属真菌中的一个常见种。米曲霉菌落生长快， 10d直径达5~6cm，质地疏松，初白色、黄色，后变 为褐色至淡绿褐色。背面无色。分生孢子头放射状， 一直径150~300μm，也有少数为疏松柱状。分生孢 子梗2mm左右。
链霉菌
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
3．酵母菌 酵母菌(yeast)是—类单细胞微生物，但不同于细菌，
属于真核微生物。
酿酒酵母 球拟酵母 假丝酵母
拟酵母
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
4. 霉菌 霉菌是一类丝状真菌，用于酶的发酵生产的霉菌主
二、产酶微生物的来源
1．土壤中的产酶微生物 2．水体中的产酶微生物 3．空气中的产酶微生物 4．极端环境中的产酶微生物
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
三、产酶微生物的分离和筛选
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
第三章 酶的生物合成
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生
第一节 微生物发酵产酶
微生物发酵产酶的优点： 1）微生物种类繁多； 2) 微生物生长周期短，繁育快； 3) 微生物易改造，可通过多种手段育种。
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Sciences
一、产酶微生物的种类 用于酶的生产的细胞必须具备几个条件 (1)酶的产量高 (2) 容易培养和管理 (3) 产酶稳定性好，不易变异退化，不易被感染 (4) 利于酶的分离纯化 (5) 安全可靠，无毒性
丛梗孢科，曲霉属真菌中的一个常见种。
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
米曲霉：半知菌亚门，丝孢纲，丝孢目，从梗孢科， 曲霉属真菌中的一个常见种。米曲霉菌落生长快， 10d直径达5~6cm，质地疏松，初白色、黄色，后变 为褐色至淡绿褐色。背面无色。分生孢子头放射状， 一直径150~300μm，也有少数为疏松柱状。分生孢 子梗2mm左右。
链霉菌
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
3．酵母菌 酵母菌(yeast)是—类单细胞微生物，但不同于细菌，
属于真核微生物。
酿酒酵母 球拟酵母 假丝酵母
拟酵母
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
4. 霉菌 霉菌是一类丝状真菌，用于酶的发酵生产的霉菌主
二、产酶微生物的来源
1．土壤中的产酶微生物 2．水体中的产酶微生物 3．空气中的产酶微生物 4．极端环境中的产酶微生物
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
三、产酶微生物的分离和筛选
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
第三章 酶的生物合成
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生
第一节 微生物发酵产酶
微生物发酵产酶的优点： 1）微生物种类繁多； 2) 微生物生长周期短，繁育快； 3) 微生物易改造，可通过多种手段育种。
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Sciences
一、产酶微生物的种类 用于酶的生产的细胞必须具备几个条件 (1)酶的产量高 (2) 容易培养和管理 (3) 产酶稳定性好，不易变异退化，不易被感染 (4) 利于酶的分离纯化 (5) 安全可靠，无毒性
第三章第一节酶生物合成的调节PPT课件
AUG
反密码
GUU UAC ACA
5’
3’ mRNA
密码(codon)与反密码(anticodon) 的碱基配对
.
31
蛋白质合成的几个要素-核糖体，ribosome
• 核糖体（或称核糖核蛋白体）由蛋白质和rRNA组成。 是存在于细胞质内的微小颗粒。
.
32
The ribosome composition of
.
Few example
2
一、提取分离法
• 酶的提取：在一定的条件下，用适当的溶剂处理 含酶原料，使酶充分溶解到溶剂中的过程。
• 主要提取方法：
– 盐溶液提取
– 酸溶液提取
– 碱溶液提取
– 有机溶剂提取等
注意选择适当 的溶剂！！！
.
3
• 优点：提取方法简单方便 • 缺点：
– 必须先获得含酶组织或细胞 – 受气候环境影响 – 若培养细胞则工艺路线变复杂 – 产品含杂质较多，分离纯化较困难
.
4
适用范围
• 在动植物资源丰富的地区 • 从动物胰脏中提取各种胰蛋白酶，小肠中
提取碱性磷酸酶
.
5
二、生物合成法（发酵法）
• 利用微生物细胞、植物细胞或动物细胞的 生命活动而获得人们所需酶的技术。
依细胞 种类不同
微生物 植物细胞 动物细胞
发酵产酶 培养产酶 培养产酶
.
6
• 酶的发酵生产：经过预先设计，通过
60年代中期，在操纵子中还发现了另一个开关基因，称为启动基因。启
动基因位于操纵基因之前，二者紧密相邻。启动基因由环腺苷酸（cAMP）启 动，而环腺苷酸能被葡萄糖所抑制。这样，葡萄糖便通过抑制环腺苷酸而间 接抑制启动基因，使结构基因失活，停止合成半乳糖苷酶。
第三章酶的生物合成法生产
• 10）红曲霉
• 淀粉酶、糖化酶、蛋白酶
• 11）啤酒酵母
• 啤酒和酒类生产 • 转化酶、丙酮酸脱羧酶
• 12假丝酵母
• 脂肪酶、尿酸酶、转化酶、醇脱氢酶
2植物细胞
• 植物细胞培养主要用于:色素、药物、香精 和酶蛋白的生产 • 其中用于产酶的细胞 • 番木瓜细胞------木瓜蛋白酶 • 大蒜细胞----------超氧化物歧化酶 • 胡萝卜细胞-------糖苷酶
•解除反馈阻遏 选育结构类似物抗性突变株 •解除分解代谢物阻遏——选育抗分解代谢阻遏突变株
2. 基因工程育种
（二）条件控制 1. 添加诱导物
酶的底物类似物最有效。
2. 降低阻遏物浓度
除去终产物 产物阻遏 添加阻止产物形成的抑制剂 避免使用葡萄糖 分解代谢物阻遏 避免培养基过于丰富 添加一定量的cAMP
固定化原生质体技术
• 20世纪80年代发展 • 便于胞内酶的分离纯化
微生物酶的类型
1.胞外酶：大多是水解酶（如淀粉酶、蛋白酶、
纤维素酶、果胶酶），是微生物为了利用环境中的 大分子而释放到细胞外的，即使胞外浓度很高，胞 内也能维持较低水平，受到的调节控制少。 2.胞内酶：指合成后仍留在细胞内发挥作用的酶， 酶活性和浓度受到中间产物和终产物的调控。
所需的 酶
分离纯化技术
酶的发酵液
第一节 细胞的选择
• • • • • • 用于酶生产的细胞必须具备条件： 1）酶的产量高； 2）容易培养和管理； 3）产酶稳定性好； 4）利于酶的分离纯化； 5）安全可靠，无毒性。
大多数酶采用微生物发酵生产，部分采用 植物细胞和动物细胞
1产酶微生物
• 利用微生物产酶优势：
4动物细胞培养基
酶的生物合成法生产
D.无活性阻遏蛋白加辅阻遏剂
代谢产物与阻遏蛋白结合,从而使阻遏蛋 白能够阻挡操纵基因,结构基因不表达
代谢产物
40
酶合成的诱导与阻遏操纵子模型调控作用对比
调控方式 阻遏蛋白 添加物 与操纵基 阻遏效应 因结合 酶的诱导 有活性 － 诱导物 酶的阻遏 无活性 － 阻遏物 ＋ 不转录， 色氨酸 继而不翻译 操纵子 ＋ － 不转录， 继而不翻译 转录， 继而翻译 乳糖操 纵子 举例
第二章 内容总结
1
属原核单细胞生物，有球菌、杆菌和螺旋菌三类， 1、细菌 分革兰氏阳性菌和阴性菌。在发酵专业中常用的是杆菌， 它易形成芽孢。
2、放线菌 属原核生物，菌落呈放射状，广泛存在于泥土中，
最大经济价值是用来生产抗生素。
3、霉菌 属真核生物，俗称丝状真菌。在发酵工业、农业、食品 和皮革等方面有重要用途，但易引起工业原料、产品和农副 产品的发霉变质。
实验：细菌在含有葡萄糖和乳糖的培养基上生长，优
先利用葡萄糖。待葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖，产 生了两个对数生长期中间隔开一个生长延滞期的‚二 次生长现象‛(diauxie或biphasic growth）。
4、酵母菌 属真核单细胞生物，主要生长在偏酸含糖量较高的 环境中，酒精、饮料等生产中有重要用途。 2
微生物工业对菌种的要求
： (1)廉价原料、生长迅速、目的产物产量高。 (2)易于控制培养条件，酶活性高；发酵周期较短。 (3)抗杂菌和嗜菌体的能力强。 (4)菌种纯，不易变异和退化，不产生任何有害的生 物活物质和毒素，保证安全生产。
合成多肽链的过程。
16
蛋白质的合成过程
（大肠杆菌）
氨基酸的活化
肽链合成的起始 肽链的延伸 肽链合成的终止与释放
《酶生物合成的调节》课件
添加文档副标题
目录
01.
02.
03.
04.
05.
06.
酶具有高效性、专一性和稳 定性等特点
酶是一种生物催化剂，能够 加速生物化学反应的速度
酶在生物体内参与各种代谢过 程，如糖代谢、脂质代谢、蛋
白质代谢等
酶的缺乏或异常会导致代谢 紊乱和疾病发生
转录： DNA模板 链被RNA 聚合酶识 别并转录 成mRNA
酶生物合成调节在药物筛选 中的应用
酶生物合成调节在药物研发 中的作用
酶生物合成调节在药物合成 中的应用
酶生物合成调节在药物代谢 中的应用
酶生物合成调节 在生物制药中的 应用
酶生物合成调节 在生物能源中的 应用
酶生物合成调节 在生物环保中的 应用
酶生物合成调节 在生物农业中的 应用
农业：提高作物产量，改善作物品质 工业：提高生产效率，降低生产成本 环保：减少污染，降低能耗 医药：开发新药，提高药物疗效
翻译效率可以通过翻译起始、延伸和终止来调节
蛋白质稳定性可以通过蛋白质的降解和合成来调节
翻译水平调节在细胞内具有广泛的应用，如细胞分化、细胞周期和应激 反应等
转录后修饰：在 mRNA转录后进行 的修饰，如5'端加 帽、3'端加尾等
修饰类型：包括甲 基化、乙酰化、磷 酸化、泛素化等
பைடு நூலகம்
修饰作用：影响 mRNA的稳定性、 翻译效率和蛋白质 的活性
免疫球蛋白的合成调节实例： 抗体的产生、免疫应答等
基因克隆：通过 PCR技术将目标基 因克隆到载体中
基因表达分析：通 过RT-PCR、 Western blot等技 术分析基因表达情 况
蛋白质纯化：通过 亲和层析、离子交 换等技术纯化目标 蛋白质
目录
01.
02.
03.
04.
05.
06.
酶具有高效性、专一性和稳 定性等特点
酶是一种生物催化剂，能够 加速生物化学反应的速度
酶在生物体内参与各种代谢过 程，如糖代谢、脂质代谢、蛋
白质代谢等
酶的缺乏或异常会导致代谢 紊乱和疾病发生
转录： DNA模板 链被RNA 聚合酶识 别并转录 成mRNA
酶生物合成调节在药物筛选 中的应用
酶生物合成调节在药物研发 中的作用
酶生物合成调节在药物合成 中的应用
酶生物合成调节在药物代谢 中的应用
酶生物合成调节 在生物制药中的 应用
酶生物合成调节 在生物能源中的 应用
酶生物合成调节 在生物环保中的 应用
酶生物合成调节 在生物农业中的 应用
农业：提高作物产量，改善作物品质 工业：提高生产效率，降低生产成本 环保：减少污染，降低能耗 医药：开发新药，提高药物疗效
翻译效率可以通过翻译起始、延伸和终止来调节
蛋白质稳定性可以通过蛋白质的降解和合成来调节
翻译水平调节在细胞内具有广泛的应用，如细胞分化、细胞周期和应激 反应等
转录后修饰：在 mRNA转录后进行 的修饰，如5'端加 帽、3'端加尾等
修饰类型：包括甲 基化、乙酰化、磷 酸化、泛素化等
பைடு நூலகம்
修饰作用：影响 mRNA的稳定性、 翻译效率和蛋白质 的活性
免疫球蛋白的合成调节实例： 抗体的产生、免疫应答等
基因克隆：通过 PCR技术将目标基 因克隆到载体中
基因表达分析：通 过RT-PCR、 Western blot等技 术分析基因表达情 况
蛋白质纯化：通过 亲和层析、离子交 换等技术纯化目标 蛋白质
酶的生物合成与发酵生产
定义 以mRNA为模板，以氨基酸为底物，在核糖 体上通过各种tRNA、酶和辅助因子的作用，合 成多肽链的过程。
教学ppt
10
酪
5’
酪氨酰- tRNA
AUG
反密码
GUU UAC ACA
5’
3’ mRNA
密码与反密码的碱基配对
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11
给位
(P位)
蛋 苏
大亚基
UGU
5’AUG ACA GUU
受位 (A位)
反意义链:指导转录作用的一条DNA链 有意义链:无转录功能的一条DNA链.
教学ppt
4
5’ 3’
反意义链
有意义链
5’ 3’ T C GAG TAC
AGCTCATG
RNA聚合酶
CGAGUAC 3’
5’ RNA
PPi
UTP
GTP
ATP
CTP UTP
RNA在DNA模板上的生物合成
教学ppt
5
RNA的转录过程(三步)
终
终
UAC 5’AUG UAA 3’
教学ppt
21
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22
二、酶生物合成的调节
定义：通过调节酶合成的量来控制微生物
代谢速度的调节机制，是在基因转录水平上 进行的。
意义：通过阻止酶的过量合成，节约生物
合成的原料和能量。
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23
（一）基因调控理论 Jacob and Monod的操纵子学说（operon theory）
3.大小亚基结合
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16
mRNA
给位
小亚基 蛋
受位
5’AUG ACA 3’
蛋氨酰tRNA
GTP
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酪
5’
酪氨酰- tRNA
AUG
反密码
GUU UAC ACA
5’
3’ mRNA
密码与反密码的碱基配对
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11
给位
(P位)
蛋 苏
大亚基
UGU
5’AUG ACA GUU
受位 (A位)
反意义链:指导转录作用的一条DNA链 有意义链:无转录功能的一条DNA链.
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4
5’ 3’
反意义链
有意义链
5’ 3’ T C GAG TAC
AGCTCATG
RNA聚合酶
CGAGUAC 3’
5’ RNA
PPi
UTP
GTP
ATP
CTP UTP
RNA在DNA模板上的生物合成
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RNA的转录过程(三步)
终
终
UAC 5’AUG UAA 3’
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22
二、酶生物合成的调节
定义：通过调节酶合成的量来控制微生物
代谢速度的调节机制，是在基因转录水平上 进行的。
意义：通过阻止酶的过量合成，节约生物
合成的原料和能量。
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23
（一）基因调控理论 Jacob and Monod的操纵子学说（operon theory）
3.大小亚基结合
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mRNA
给位
小亚基 蛋
受位
5’AUG ACA 3’
蛋氨酰tRNA
GTP
酶生物合成的模式
同步生长型 滞后合成型 （李永泉，1995）
谢谢！
延续合成型
酶的生物合成在细胞的生长阶段开始，在细胞生长进 入平衡期后，酶还可以延续合成一段较长时间。 属于该类型的酶可以是组成酶，也可以是诱导酶。例 如， 在黑曲霉在以半乳糖醛酸或果胶为单一碳源的培养 基中培养，可以诱导聚半乳糖醛酸酶 （Polygalacturonase，EC3.2.1.15）的生物合成。
酶生物合成的四ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ模式
• 制作人：秦玉杰 杨珂
酶生物合成的模式
细胞在一定条件下培养生长， 其生长过程一般经历调整期、 生长期、平衡期和衰退期等4个阶段
通过分析比较细胞生长与酶产生的关系, 可以把酶生物合 成的模式分为4种类型。即同步合成型，延续合成型，中 期合成型和滞后合成型。
同步合成型
酶的生物合成与细胞生长同步进行的一种酶生物合成模式。该类 型酶的生物合成速度与细胞生长速度紧密联系， 又称为生长偶联型。 属于该合成型的酶，其生物合成伴随着细胞的生长而开始；在细 胞进入旺盛生长期时，酶大量生成；当细胞生长进入平衡期后，酶的 合成随着停止。 大部分组成酶的生物合成属于同步合成型，有部分诱导酶也按照 此种模式进行生物合成。 例如米曲霉在含有单宁或者没食子酸的培养基中生长，在单宁或 没食子酸的诱导作用下，合成单宁酶（tanase EC3.1.1.20）。
滞后合成型
此类型酶是在细胞生长一段时间或者进入平衡期以后才开始其生 物合成并大量积累。又称为非生长偶联型。许多水解酶的生物合成都 属于这一类型。 属于滞后合成型的酶，之所以要在细胞生长一段时间甚至进入平衡 期以后才开始合成，主要原因是由于受到培养基中存在的阻遏物的阻 遏作用。只有随着细胞的生长，阻遏物几乎被细胞用完而使阻遏解除 后，酶才开始大量合成。 若培养基中不存在阻遏物，该酶的合成可以 转为延续合成型。该类型酶所对应的mRNA稳定性很好，可以在细胞生长 进入平衡期后的相当长的一段时间内，继续进行酶的生物合成。
第二章_酶的生物合成法生产
Section 4 固定化微生物细胞发酵产酶
一、固定化微生物细胞发酵产酶的特点： 二、固定化微生物细胞发酵产酶的工艺条件控制： 三、固定化微生物细胞生长和产酶动力学：
Section 5 固定化微生物原生质体发酵产酶
一、固定化微生物原生质体的特点： 二、固定化微生物原生质体发酵产酶的工艺条件控制：
三、发酵工艺条件及其控制 1、细胞活化与扩大培养
2、培养基的配制： ①碳源: ②氮源: ③无机盐: ④生长因子等。 3、pH值的调节控制： 4、温度的调节控制： 5、溶解氧的调节控制：
四、提高酶产量的措施： 1、添加诱导物： ①酶的作用底物 ②酶的反应产物 ③酶的底物类似物： 2、控制阻遏物的浓度： 3、添加表面活性剂： 如：吐温(Tween)、特里顿(Triton)等， 4、添加产酶活性剂：
Chapter Two 酶的生物合成法生产
Section 1 基本概述 一、酶的生物合成法生产概念 1、酶的生物合成 2、酶的发酵生产 3、酶的生物合成法生产 二、优良的产酶细胞应具备的条件 1、酶的产量高； 2、易培养和管理； 3、产酶稳定性好； 4、利于分离纯化； 5、安全可靠等。
开始，而在细胞进入平衡期后，酶的合成也随之停止。
④滞后合成型：只有当细胞生长进人平衡以后，酶才
开始合成并大量积累。
2、细胞生长动力学：
在培养过程中，细胞生长速率与细胞浓度成正比：
式中: rX——细胞生长速率 X-----细胞浓度 μ——比生长速率
当培养物中只有一种限制性基质，而不 存在其它限制生长的因素时，μ为此限制性 基质浓度的函数，这就是Monod生长动力学 模型：
酶生物合成的基本理论
（1）双链RNA：在某些RNA病毒中，作为遗传信息的载体。
（2）tRNA: 在蛋白质的生物合成过程中，tRNA作为氨基酸载体，并 由其上的反密码子识别mRNA分子上的密码子；
（ 3 ）催化活性 RNA： 属于核酸类酶，在一定条件下，可以催化有关 的生化反应。 （4）sRNA：各种小分子RNA在分子修饰和代谢调节等方面有重要作 用。 （5） mRNA：携带遗传信息，在蛋白质合成时充当模板的RNA。 （ 6 ） rRNA ：是细胞中含量最多的 RNA ，约占 RNA 总量的 82% 。 rRNA单独存在时不执行其功能，它与多种蛋白质结合成核糖体， 作为蛋白质生物合成的“装配机”。
转录过程
起始位点的识别 recognition 转录起始 initiation 链的延伸 elongation 转录终止 termination 转录后加工 modification
2018/11/25
11
湖州师范学院 Ming
RNA合成过程
起始 双链DNA 局部解开 磷酸二酯 键形成
中心法则
Reverse transcription
2018/11/25
4
湖州师范学院 Ming
中心法则
Replication 复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下， 生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。 Transcription 转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将
其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的
2018/11/25 13 湖州师范学院 Ming
转录的主要过程（以大肠杆菌为例）
二、RNA链的延伸 1 、从起始阶段到延伸阶段， RNA 聚合酶 分子的构象发生变化。 2、RNA链的延伸沿着5’至3’的方向进行。 延伸的速率大约为50 nt/s. 3 、 RNA 聚合酶不具有外切核酸酶的活性， 无校对功能， RNA生物合成的差错率为 10-4-10-5，比DNA复制的差错率10-9-10-10 大的多。
（2）tRNA: 在蛋白质的生物合成过程中，tRNA作为氨基酸载体，并 由其上的反密码子识别mRNA分子上的密码子；
（ 3 ）催化活性 RNA： 属于核酸类酶，在一定条件下，可以催化有关 的生化反应。 （4）sRNA：各种小分子RNA在分子修饰和代谢调节等方面有重要作 用。 （5） mRNA：携带遗传信息，在蛋白质合成时充当模板的RNA。 （ 6 ） rRNA ：是细胞中含量最多的 RNA ，约占 RNA 总量的 82% 。 rRNA单独存在时不执行其功能，它与多种蛋白质结合成核糖体， 作为蛋白质生物合成的“装配机”。
转录过程
起始位点的识别 recognition 转录起始 initiation 链的延伸 elongation 转录终止 termination 转录后加工 modification
2018/11/25
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RNA合成过程
起始 双链DNA 局部解开 磷酸二酯 键形成
中心法则
Reverse transcription
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中心法则
Replication 复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下， 生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。 Transcription 转录：以DNA为模板，按照碱基配对原则将
其所含的遗传信息传给RNA，形成一条与DNA链互补的
2018/11/25 13 湖州师范学院 Ming
转录的主要过程（以大肠杆菌为例）
二、RNA链的延伸 1 、从起始阶段到延伸阶段， RNA 聚合酶 分子的构象发生变化。 2、RNA链的延伸沿着5’至3’的方向进行。 延伸的速率大约为50 nt/s. 3 、 RNA 聚合酶不具有外切核酸酶的活性， 无校对功能， RNA生物合成的差错率为 10-4-10-5，比DNA复制的差错率10-9-10-10 大的多。
酶的生物合成模式文档
酶生物合成的模式分为4种，即同步合成型、延续合成型、中期合成型和滞后合成型。
特点
1同步合成型：属于该合成型的酶，其生物合成伴随着细胞的生长而开始，在细胞进入旺盛生长期时，酶大量合成，当细胞生长进入平衡期后，酶的合成随着停止。
2延续合成型：属于该合成型的酶，其生物合成可以受诱导物的诱导，在细胞生长达到平衡期以后，仍然可以延续合成，说明这些酶所对应的mRNA相当稳定，在平衡期后相当长的一段时间内，仍然可以通过翻译而合成所对应的酶。
3中期合成型：酶的生物合成收到产物的反阻遏作用或分解代谢物阻遏作用，而酶所对应的mRNA稳定性较差。
4滞后合成型：属于该合成型的酶，要在细胞生长进入平衡期以后才开始合成，该类酶所对应的mRNA稳定性很好，可以在细胞生长进入平衡期后相当长一段时间内，继续进行酶的生物合成。
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酶的生物合成与发酵生产定义
酶的生物合成：即生物体内酶合成的 过程
酶的发酵生产：利用微生物代谢活动 生产所需酶的过程
目前工业上使用的酶大多数是利 用微生物发酵生产的。
利用微生物发酵产酶的优点
微生物生长繁殖快，生活周期短，用微生物产酶 几乎可以不受限制的扩大生产，满足市场需求
微生物种类多，且在不同环境下生存的微生物都 有其完全不同的代谢方式，能分解利用不同底物， 这为微生物酶种类的多样性提供了物质基础
固定化微生物细胞产酶的工艺条件及其控 制应注意事项
需要对固定化微生物细胞进行预培养 增加溶宜解氧的供给 发酵温度的控制 培养基组分的特殊要求：1）培养基浓度不
过高，并可通过改变培养基组分来降低培养 基粘度，有利于氧的溶解和传递，从而克服 固定化细胞好氧发酵过程中氧溶解和传递的 限制；2）培养基组分不能影响固定化细胞 的结构稳定性，或影响很小
溶解氧：通气量越大、氧分压越高、气液接触 时间越长、气液接触面积越大，则溶氧速率越 大。此外，培养液的性质，主要是粘度、气泡 以及温度等对溶氧速率有明显的影响，可通过 以上方面调节溶氧速率。
溶氧量过低，会对微生物生长、繁殖和新陈代 谢产生影响，从而使酶产量降低。但，过高的 溶氧量对酶的发酵生产业会产生不利影响，一 方面会造成浪费，另一方面高溶氧也会抑制某 些酶的生物合成，因此在整个发酵过程中应根 据需要控制好溶氧量。
固定化微生物原生质体发酵产酶的工艺条 件及其控制应注意事项
培养基渗透压的控制 控制培养基组分，防止细胞壁再生 维持较高的原生质体浓度
提高酶产率的方法
酶生物合成的调控机制 打破酶合成调节机制及提高酶产量的方法
酶生物合成的调控机制
酶在细胞内的含量取决于酶的合成速度和分 解速度，细胞根据其自身活动需要，严格控 制细胞内各种酶的合理含量，从而对各种生 物化学过程进行调控
安全可靠，要求菌种不是致病菌，其代谢物安 全无毒，在系统发育上与病原体无关
选用产胞外酶菌种，有利于酶的分离提取
微生物产酶菌株的获得
含菌样品采集 菌种分离纯化 菌种的初筛 菌种的复筛 最佳产酶条件初步确定 微生物产酶性能的进一步提高 微生物产酶菌种保存
酶发酵工艺条件及控制
氮源：是生物体合成各种含氮物质的组成成分， 是酶制剂生产的原料
无机盐：大量元素和微量元素 生长因子：氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶、激
素等。 产酶促进剂：诱导物和表面活性剂
发酵条件控制及对产酶的影响
温度：影响微生物生长和合成酶、影响酶合成 后的稳定性
pH:影响微生物体内各种酶活性，从而导致微生 物代谢途径发生变化；影响微生物形态和细胞 膜通的透性，从而影响微生物对培养基中营养 成分的吸收以及代谢产物的分泌；影响培养基 中某些营养物质的分解或中间产物的解离，从 而影响微生物对这些营养物质的利用
生产中pH调控方法
调节培养基初始pH值，控制合适C/N，调整生 理酸性物质与生理碱性物质之比例；
补料调节，即通过发酵过程中流加碳源、氮源 来调节pH；
添加缓冲液，维持一定pH值； 如pH值变化较大，可直接流加酸或碱进行调节； 通过对溶解氧的调节，来控制中间产物的氧化
程度。
发酵条件控制及对产酶的影响（二）
微生物培养基来源广泛易得、价格便宜 微生物发酵产酶过程可以采用连续化、自动化控
制，生产效率高，经济效益好 可利用分子生物学技术选育菌种，提高酶产率 利用基因工程可使动植物细胞中存在的酶用微生
物细胞来生产获得
工业用部分主要酶的生产菌种
微生物类别
菌名
产生的酶
用途
细菌
枯草杆菌 大肠杆菌
淀粉酶 蛋白酶 L-天冬氨酸酶 青霉素酰化酶
培养基营养成分：碳源、氮源、无机盐、生长 因子、产酶促进剂等
发酵条件控制剂对产酶的影响：温度、pH值、 溶解氧
固定化微生物细胞发酵产酶的工艺及其控制
培养基成分
碳源：是构成菌体细胞的主要元素、构成酶骨 架的元素之一，也是菌体生命活动所需能量的 主要来源。应根据细胞对酶营养要求的不同而 选择合适碳源点青酶葡 Nhomakorabea糖氧化酶
转化微白色放线 蛋白酶 菌
分解淀粉的α-1,6-糖苷键 绢丝原料脱脂、洗涤剂、医药、乳品增香 制造转化糖
食品加工中食品去氧、除葡萄糖，作试剂测定葡 萄糖 皮革脱毛
酶发酵生产菌种要求
产酶量高，具有生产应用价值 易培养，既能适应大生产粗放的营养和生产条
件，包括能利用廉价原料、对工艺条件要求不 苛刻 代谢速率高，发酵周期短 产酶稳定性好，菌种的生产性能不易退化，不 易感染噬菌体
1. 结构基因与多肽链有各自的对应关系。结构基因上的 遗传信息可以转录成为 mRNA上的遗传密码，再经翻 译成为酶蛋白的多肽链，每一个结构基因对应一条多 肽链。
2. 操纵基因可以与调节基因产生的变构蛋白（阻遏蛋白） 中的一种结构结合，从而操纵酶生物合成的时机和合 成速度。
操纵子调控模型（二）
3. 启动基因决定酶的合成能否开始，启动基 因由两个位点组成：一个是 RNA 聚合酶的 结合位点，另一个是环腺苷酸（cyclic AM P，cAM P）与 CAP 组成的复合物（cAM P-CAP）的结合位点。CAP 是指环腺苷酸 受体蛋白（cAM P acceptor protein）或分解 代谢物活化剂蛋白（catabolite activator protein）。只有到达启动基因的位点时， RNA 聚合酶才能结合到其在启动基因上的 相应位点上，转录才有可能开始，否则酶 就无法开始合成。
酒精与啤酒工业、洗涤剂、糊精加工、纺织品脱浆等
生丝脱胶、皮革脱毛、胶卷回收、酱油酿造 生产L-天冬氨酸：治疗白血病 制备新青霉素的母核6-氨基青霉素烷酸
异型乳酸杆菌 短小芽孢杆菌
葡萄糖异构酶 由葡萄糖制果糖 碱性蛋白酶 皮革脱毛
酵母
霉菌 放线菌
产气气杆菌
异淀粉酶
解脂假丝酵母 脂肪酶
啤酒酵母、假丝 转化酶 酵母
酶浓度调节的化学本质是基因表达的调节， 在细胞内进行的转录或翻译过程都有特定的 调节控制机制，其中，转录水平的调控占主 导地位，是酶生物合成中最重要的调节
操纵子
操纵子（operon）是一组功能上相关且受同 一调控区控制的基因组成的遗传单位
操纵子是酶合成调控的结构基础
操纵子调控模型
根据基因调节理论，在 DNA 分子中，与酶的生物 合成有密切关系的基因有 4 种。它们是调节基因 （regulator gene）、启动基因（promoter gene）、 操纵基因（operator gene）和结构基因（structural gene）。
酶的生物合成：即生物体内酶合成的 过程
酶的发酵生产：利用微生物代谢活动 生产所需酶的过程
目前工业上使用的酶大多数是利 用微生物发酵生产的。
利用微生物发酵产酶的优点
微生物生长繁殖快，生活周期短，用微生物产酶 几乎可以不受限制的扩大生产，满足市场需求
微生物种类多，且在不同环境下生存的微生物都 有其完全不同的代谢方式，能分解利用不同底物， 这为微生物酶种类的多样性提供了物质基础
固定化微生物细胞产酶的工艺条件及其控 制应注意事项
需要对固定化微生物细胞进行预培养 增加溶宜解氧的供给 发酵温度的控制 培养基组分的特殊要求：1）培养基浓度不
过高，并可通过改变培养基组分来降低培养 基粘度，有利于氧的溶解和传递，从而克服 固定化细胞好氧发酵过程中氧溶解和传递的 限制；2）培养基组分不能影响固定化细胞 的结构稳定性，或影响很小
溶解氧：通气量越大、氧分压越高、气液接触 时间越长、气液接触面积越大，则溶氧速率越 大。此外，培养液的性质，主要是粘度、气泡 以及温度等对溶氧速率有明显的影响，可通过 以上方面调节溶氧速率。
溶氧量过低，会对微生物生长、繁殖和新陈代 谢产生影响，从而使酶产量降低。但，过高的 溶氧量对酶的发酵生产业会产生不利影响，一 方面会造成浪费，另一方面高溶氧也会抑制某 些酶的生物合成，因此在整个发酵过程中应根 据需要控制好溶氧量。
固定化微生物原生质体发酵产酶的工艺条 件及其控制应注意事项
培养基渗透压的控制 控制培养基组分，防止细胞壁再生 维持较高的原生质体浓度
提高酶产率的方法
酶生物合成的调控机制 打破酶合成调节机制及提高酶产量的方法
酶生物合成的调控机制
酶在细胞内的含量取决于酶的合成速度和分 解速度，细胞根据其自身活动需要，严格控 制细胞内各种酶的合理含量，从而对各种生 物化学过程进行调控
安全可靠，要求菌种不是致病菌，其代谢物安 全无毒，在系统发育上与病原体无关
选用产胞外酶菌种，有利于酶的分离提取
微生物产酶菌株的获得
含菌样品采集 菌种分离纯化 菌种的初筛 菌种的复筛 最佳产酶条件初步确定 微生物产酶性能的进一步提高 微生物产酶菌种保存
酶发酵工艺条件及控制
氮源：是生物体合成各种含氮物质的组成成分， 是酶制剂生产的原料
无机盐：大量元素和微量元素 生长因子：氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶、激
素等。 产酶促进剂：诱导物和表面活性剂
发酵条件控制及对产酶的影响
温度：影响微生物生长和合成酶、影响酶合成 后的稳定性
pH:影响微生物体内各种酶活性，从而导致微生 物代谢途径发生变化；影响微生物形态和细胞 膜通的透性，从而影响微生物对培养基中营养 成分的吸收以及代谢产物的分泌；影响培养基 中某些营养物质的分解或中间产物的解离，从 而影响微生物对这些营养物质的利用
生产中pH调控方法
调节培养基初始pH值，控制合适C/N，调整生 理酸性物质与生理碱性物质之比例；
补料调节，即通过发酵过程中流加碳源、氮源 来调节pH；
添加缓冲液，维持一定pH值； 如pH值变化较大，可直接流加酸或碱进行调节； 通过对溶解氧的调节，来控制中间产物的氧化
程度。
发酵条件控制及对产酶的影响（二）
微生物培养基来源广泛易得、价格便宜 微生物发酵产酶过程可以采用连续化、自动化控
制，生产效率高，经济效益好 可利用分子生物学技术选育菌种，提高酶产率 利用基因工程可使动植物细胞中存在的酶用微生
物细胞来生产获得
工业用部分主要酶的生产菌种
微生物类别
菌名
产生的酶
用途
细菌
枯草杆菌 大肠杆菌
淀粉酶 蛋白酶 L-天冬氨酸酶 青霉素酰化酶
培养基营养成分：碳源、氮源、无机盐、生长 因子、产酶促进剂等
发酵条件控制剂对产酶的影响：温度、pH值、 溶解氧
固定化微生物细胞发酵产酶的工艺及其控制
培养基成分
碳源：是构成菌体细胞的主要元素、构成酶骨 架的元素之一，也是菌体生命活动所需能量的 主要来源。应根据细胞对酶营养要求的不同而 选择合适碳源点青酶葡 Nhomakorabea糖氧化酶
转化微白色放线 蛋白酶 菌
分解淀粉的α-1,6-糖苷键 绢丝原料脱脂、洗涤剂、医药、乳品增香 制造转化糖
食品加工中食品去氧、除葡萄糖，作试剂测定葡 萄糖 皮革脱毛
酶发酵生产菌种要求
产酶量高，具有生产应用价值 易培养，既能适应大生产粗放的营养和生产条
件，包括能利用廉价原料、对工艺条件要求不 苛刻 代谢速率高，发酵周期短 产酶稳定性好，菌种的生产性能不易退化，不 易感染噬菌体
1. 结构基因与多肽链有各自的对应关系。结构基因上的 遗传信息可以转录成为 mRNA上的遗传密码，再经翻 译成为酶蛋白的多肽链，每一个结构基因对应一条多 肽链。
2. 操纵基因可以与调节基因产生的变构蛋白（阻遏蛋白） 中的一种结构结合，从而操纵酶生物合成的时机和合 成速度。
操纵子调控模型（二）
3. 启动基因决定酶的合成能否开始，启动基 因由两个位点组成：一个是 RNA 聚合酶的 结合位点，另一个是环腺苷酸（cyclic AM P，cAM P）与 CAP 组成的复合物（cAM P-CAP）的结合位点。CAP 是指环腺苷酸 受体蛋白（cAM P acceptor protein）或分解 代谢物活化剂蛋白（catabolite activator protein）。只有到达启动基因的位点时， RNA 聚合酶才能结合到其在启动基因上的 相应位点上，转录才有可能开始，否则酶 就无法开始合成。
酒精与啤酒工业、洗涤剂、糊精加工、纺织品脱浆等
生丝脱胶、皮革脱毛、胶卷回收、酱油酿造 生产L-天冬氨酸：治疗白血病 制备新青霉素的母核6-氨基青霉素烷酸
异型乳酸杆菌 短小芽孢杆菌
葡萄糖异构酶 由葡萄糖制果糖 碱性蛋白酶 皮革脱毛
酵母
霉菌 放线菌
产气气杆菌
异淀粉酶
解脂假丝酵母 脂肪酶
啤酒酵母、假丝 转化酶 酵母
酶浓度调节的化学本质是基因表达的调节， 在细胞内进行的转录或翻译过程都有特定的 调节控制机制，其中，转录水平的调控占主 导地位，是酶生物合成中最重要的调节
操纵子
操纵子（operon）是一组功能上相关且受同 一调控区控制的基因组成的遗传单位
操纵子是酶合成调控的结构基础
操纵子调控模型
根据基因调节理论，在 DNA 分子中，与酶的生物 合成有密切关系的基因有 4 种。它们是调节基因 （regulator gene）、启动基因（promoter gene）、 操纵基因（operator gene）和结构基因（structural gene）。