微生物发酵产酶ppt课件
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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。
.
3
章节内容
一、酶生物合成调节理论 二、产酶微生物 三、酶的发酵工艺条件及控制 四、酶生产过程的动力学
.
4
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
3. 当再次换回葡萄糖培养基时，三种酶又基本消失；
经济性原则：有需要，才合成！！
.
9
理论支撑
乳糖操纵子（Jocob &
Monod,1960）
在原核生物细胞中，多数基因是按照功能相
regulator
promoter operator
关性而组成基因群共同存在。单个基因群在同一
操纵体系下进行表达和调节。
.
11
在乳糖操纵子中，除阻遏状态（乳糖诱导） 与阻遏状态下（无乳糖诱导）的β- 半乳糖苷酶 的酶产量比例约为1000 : 1。
在没有-半乳糖苷酶(lacZ)、 -半乳糖苷透过酶 (lacY)的情况下，细胞怎样进行乳糖的吸收利用？？
正常情况下，细胞会本底产生极少量(1~5 个)β- 半乳糖苷酶和透过酶。用于监测环境中是 否存在乳糖，监测到便可将乳糖生成别乳糖进 行诱导作用，而打开结构基因的表达。
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。
.
6
生物体采用何种调节模式都存在一定的生物学意义
原核生物的调节理论
1. 酶合成的诱导作用 2. 分解代谢物的阻遏作用 3. 反馈抑制作用
.
7
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。
Structual gene
对基因表达进行统一控制的完整单元称为操 纵子。一个操纵子包括结构基因、调节基因、操 纵基因和启动基因等。
.
10
乳糖操纵子模型
• 无乳糖存在的情况下，
阻遏蛋白与操纵基因结合，阻 碍RNA聚合酶与启动基因的正 常结合，转录关闭。
• 乳糖存在的情况下，
乳糖在β- 半乳糖苷酶的作用 下生成别乳糖，与阻遏蛋白结 合改变其结构，使之从操纵基 因上解离；RNA聚合酶与启动 基因结合，开启转录。
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
.
2
微生物发酵产酶
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，分布广泛。可以根据不同的需求从环境
• 细菌在葡萄糖和乳糖培养基中生长的时候， 只利用葡萄糖，而不利用乳糖！
.
wk.baidu.com
16
理论支撑
葡萄糖效应理论
乳糖操纵子的启动基因内，除RNA聚合酶结合位点外， 还有一个称为CAP-cAMP复合物的结合位点。
其中，cAMP 是环腺苷酸，CAP是称为cAMP受体蛋白， 当CAP与cAMP结合为复合物后结合到CAP-cAMP结合位点， 激活启动基因，使RNA 聚合酶在启动子处能解开DNA双链。
Chapter 2
The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism
微生物发酵产酶
.
1
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。
即只要有葡萄糖存在，这些操纵子就不会表达。
.
17
所以乳糖结构基因要表达，除了RNA聚合酶能 够结合在启动子上，还需要cAMP-CAP在结合位点 上的结合。
细胞内分解葡萄糖的酶类属于组成酶，当同时 存在葡萄糖和乳糖时，细胞能够优先分解葡萄糖， 其中产生了阻碍乳糖操纵子转录的因子，这种阻遏 因子与cAMP-CAP的结合有关。
.
18
ATP
AMP
.
12
与分解代谢相关的酶常采用这种调节模式， 目的就是避免浪费。比如半乳糖操纵子、阿拉伯 糖操纵子等。
在相关酶的生产中可以考虑加入酶的诱导物， 从而提高酶产量。
.
13
原核生物的调节理论
1. 酶合成的诱导作用 2. 分解代谢物的阻遏作用 3. 反馈抑制作用
.
14
2. 分解代谢物的阻遏作用
指一些物质经过分解代谢产生的物质会阻遏 某些酶生物合成的现象；
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 的生产采取相应的措施以提高酶产量。
.
5
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
乳糖操纵子理论（Jocob & Monod,1960）
.
8
实验现象：
已知与分解利用乳糖相关的酶类有：-半乳糖苷酶
(lacZ)、 -半乳糖苷透过酶(lacY)和-半乳糖乙酰化酶 (lacA) 。
1. 大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内上述三 种酶基本不合成；
2. 大肠杆菌生长在以乳糖为唯一碳源培养基上时，三种 酶都大量合成，达到细胞总蛋白量的6%~7%左右；
cAMP
葡萄糖效应模型
只要外界存在葡萄糖， 细胞会优先并迅速分解葡 萄糖产生大量ATP；
• AMP的浓度ATP产生因 此降低，使体内cAMP转 化为AMP，进而降低 cAMP浓度；
• 同时腺苷酸环化酶的活 性受到抑制。
最终结果：cAMP浓 度不足，无法形成CAPcAMP复合物，转录关闭。
.
19
凡是在降解过程中能被转化成葡萄糖或糖酵解途 径中的其他中间产物的糖代谢（乳糖、半乳糖、麦芽 糖、阿拉伯糖等）中，其有关酶都是由这种cAMPCAP诱导控制的。
当培养基中含有多种能源物质（比如同时存 在葡萄糖和乳糖）时，微生物首先利用易于分解 利用的能源物质（葡萄糖），而这种首先被利用 的物质的分解可以阻碍微生物对另外一种能源物 质的利用。
葡萄糖效应（二次生长现象）
.
15
实验现象：
二次生长现象
• 细菌在只有葡萄糖的培养基中生长的时候， 可以利用葡萄糖。
• 细菌在以乳糖为单一碳源的培养基中生长的 时候，可以利用乳糖。
• 繁殖迅速、代谢能力强。短时间内可获取大量细胞和酶类。
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章节内容
一、酶生物合成调节理论 二、产酶微生物 三、酶的发酵工艺条件及控制 四、酶生产过程的动力学
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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
3. 当再次换回葡萄糖培养基时，三种酶又基本消失；
经济性原则：有需要，才合成！！
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理论支撑
乳糖操纵子（Jocob &
Monod,1960）
在原核生物细胞中，多数基因是按照功能相
regulator
promoter operator
关性而组成基因群共同存在。单个基因群在同一
操纵体系下进行表达和调节。
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在乳糖操纵子中，除阻遏状态（乳糖诱导） 与阻遏状态下（无乳糖诱导）的β- 半乳糖苷酶 的酶产量比例约为1000 : 1。
在没有-半乳糖苷酶(lacZ)、 -半乳糖苷透过酶 (lacY)的情况下，细胞怎样进行乳糖的吸收利用？？
正常情况下，细胞会本底产生极少量(1~5 个)β- 半乳糖苷酶和透过酶。用于监测环境中是 否存在乳糖，监测到便可将乳糖生成别乳糖进 行诱导作用，而打开结构基因的表达。
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。
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生物体采用何种调节模式都存在一定的生物学意义
原核生物的调节理论
1. 酶合成的诱导作用 2. 分解代谢物的阻遏作用 3. 反馈抑制作用
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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。
Structual gene
对基因表达进行统一控制的完整单元称为操 纵子。一个操纵子包括结构基因、调节基因、操 纵基因和启动基因等。
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乳糖操纵子模型
• 无乳糖存在的情况下，
阻遏蛋白与操纵基因结合，阻 碍RNA聚合酶与启动基因的正 常结合，转录关闭。
• 乳糖存在的情况下，
乳糖在β- 半乳糖苷酶的作用 下生成别乳糖，与阻遏蛋白结 合改变其结构，使之从操纵基 因上解离；RNA聚合酶与启动 基因结合，开启转录。
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
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微生物发酵产酶
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，分布广泛。可以根据不同的需求从环境
• 细菌在葡萄糖和乳糖培养基中生长的时候， 只利用葡萄糖，而不利用乳糖！
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wk.baidu.com
16
理论支撑
葡萄糖效应理论
乳糖操纵子的启动基因内，除RNA聚合酶结合位点外， 还有一个称为CAP-cAMP复合物的结合位点。
其中，cAMP 是环腺苷酸，CAP是称为cAMP受体蛋白， 当CAP与cAMP结合为复合物后结合到CAP-cAMP结合位点， 激活启动基因，使RNA 聚合酶在启动子处能解开DNA双链。
Chapter 2
The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism
微生物发酵产酶
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1
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。
即只要有葡萄糖存在，这些操纵子就不会表达。
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所以乳糖结构基因要表达，除了RNA聚合酶能 够结合在启动子上，还需要cAMP-CAP在结合位点 上的结合。
细胞内分解葡萄糖的酶类属于组成酶，当同时 存在葡萄糖和乳糖时，细胞能够优先分解葡萄糖， 其中产生了阻碍乳糖操纵子转录的因子，这种阻遏 因子与cAMP-CAP的结合有关。
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ATP
AMP
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与分解代谢相关的酶常采用这种调节模式， 目的就是避免浪费。比如半乳糖操纵子、阿拉伯 糖操纵子等。
在相关酶的生产中可以考虑加入酶的诱导物， 从而提高酶产量。
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原核生物的调节理论
1. 酶合成的诱导作用 2. 分解代谢物的阻遏作用 3. 反馈抑制作用
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2. 分解代谢物的阻遏作用
指一些物质经过分解代谢产生的物质会阻遏 某些酶生物合成的现象；
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 的生产采取相应的措施以提高酶产量。
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5
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
乳糖操纵子理论（Jocob & Monod,1960）
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8
实验现象：
已知与分解利用乳糖相关的酶类有：-半乳糖苷酶
(lacZ)、 -半乳糖苷透过酶(lacY)和-半乳糖乙酰化酶 (lacA) 。
1. 大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内上述三 种酶基本不合成；
2. 大肠杆菌生长在以乳糖为唯一碳源培养基上时，三种 酶都大量合成，达到细胞总蛋白量的6%~7%左右；
cAMP
葡萄糖效应模型
只要外界存在葡萄糖， 细胞会优先并迅速分解葡 萄糖产生大量ATP；
• AMP的浓度ATP产生因 此降低，使体内cAMP转 化为AMP，进而降低 cAMP浓度；
• 同时腺苷酸环化酶的活 性受到抑制。
最终结果：cAMP浓 度不足，无法形成CAPcAMP复合物，转录关闭。
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凡是在降解过程中能被转化成葡萄糖或糖酵解途 径中的其他中间产物的糖代谢（乳糖、半乳糖、麦芽 糖、阿拉伯糖等）中，其有关酶都是由这种cAMPCAP诱导控制的。
当培养基中含有多种能源物质（比如同时存 在葡萄糖和乳糖）时，微生物首先利用易于分解 利用的能源物质（葡萄糖），而这种首先被利用 的物质的分解可以阻碍微生物对另外一种能源物 质的利用。
葡萄糖效应（二次生长现象）
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实验现象：
二次生长现象
• 细菌在只有葡萄糖的培养基中生长的时候， 可以利用葡萄糖。
• 细菌在以乳糖为单一碳源的培养基中生长的 时候，可以利用乳糖。