第二章 微生物发酵产酶

Reverse transcription
2、RNA的生物合成(转录)- Transcription
细胞内RNA的生物功能 在蛋白质的生物合成过程中，各种RNA起着 重要的作用。其中，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；mRNA作为蛋白质合成的模板，由其分子 上的三联体密码控制蛋白质分子中氨基酸的 排列顺序；rRNA与蛋白质一起组成核糖核蛋 白体（核糖体），作为蛋白质生物合成的场 所。


1、细菌
细菌属于真细菌纲(Schizomycetes)，是单细胞， 横分裂或二分裂繁殖，依细胞的形状和分裂后的 集合状态而给予各种名称。按形状分为球菌、杆 菌、螺旋菌等。球菌又有单球菌、双球菌、四联 球菌、八叠球菌、链球菌、葡萄球菌等。
常见产酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production
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酶的生产方法
提取分离法 (Extraction)
生物合成 (Biosynthesis)
化学合成 (chemicalsynthesis)
SOD - blood Papain-Papaya Chymotrypsin-Pancrea …… organ/tissue/cell
Amylase from Bacillus Protease from Bacillus Phosphatase from Bacillus Glucoamylase from Aspergillus …… Plant cell culture Animal cell culture


常用的产酶微生物


放线菌
链霉菌属 诺卡氏菌属
常用的产酶微生物



放线菌
诺卡氏菌属
多为需氧型腐生菌，少数厌 氧型寄生菌。已报道有 100 余种，主要分布于土壤。许 多种能产生抗生素，如利福 霉 素 （ rifomycin ） 等 ， 有 的用于石油脱蜡，烃类发酵 及 污 水 处 理 等 。
球菌
链球菌
常见产酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production
四联球菌
葡萄球菌
常见产酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production
杆菌
螺旋菌
(1) 大肠埃希氏杆菌，简称为大肠杆菌，是最为著 名的原核生物。
诱导型操纵子（Inducible operon）—大肠杆菌 乳糖操纵子
酶生物合成的调节


原核生物中酶生物合成的调节机制 操纵子学说概述
阻遏型操纵子（Repressible operon）—色氨酸 操纵子 ( Trp operon ) 色氨酸操纵子 (tryptophane operon) 负责色氨酸 的生物合成，当培养基中有足够的色氨酸时，这 个操纵子自动关闭，缺乏色氨酸时操纵子被打开， trp基因表达，色氨酸或与其代谢有关的某种物质 在阻遏过程（而不是诱导过程）中起作用。
酶生物合成的调节


原核生物中酶生物合成的调节机制 操纵子学说概述
结构基因（Strutural gene）：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。
酶生物合成的调节


原核生物中酶生物合成的调节机制 操纵子学说概述
Chapter 2 The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism
微生物发酵产酶
制作：崔建东 cjd007cn@
Contents of chapter 2
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1、酶生物合成过程 2、常见产酶微生物 3、酶的发酵工艺条件及控制 4、酶生产过程的动力学

酶生物合成的调节


原核生物中酶生物合成的调节机制 操纵子学说概述
调节基因（Regulator gene）: 产生一种阻遏蛋 白。阻遏蛋白是一种由多个亚基组成的变构蛋白， 它可以通过与某些小分子效应物（诱导物或阻遏 物）的特异结合而改变其结构，从而改变它与操 纵基因的结合力。当阻遏蛋白与操纵基因结合时， 由于空间排挤作用，RNA聚合酶就无法结合到启动 基因的位点上，也无法进行结构基因的位置进行 转录，酶的生物合成也就无法进行。
常见产酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production
(2) 醋酸杆菌（Acetobacter）


菌体从椭圆至杆状，单个、 成对或成链，革兰氏阴性， 运动（周毛）或不运动， 不生芽孢。好气。含糖、 乙醇和酵母膏的培养基上 生长良好。 应用：有机酸(食醋等）、 葡萄糖异构酶(高果糖浆 )、 山梨糖 (维C中间体）
(3)枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）
Few example
微生物发酵产酶


酶的发酵生产：经过预先设计，通过人工操作， 利用微生物的生命活动，获得所需的酶的技术 过程。 大多数酶的生产采用发酵生产→原因：微生物 具有种类多、繁殖快、易培养、代谢能力强等 特点
微生物发酵产酶



优良的产酶微生物具备的条件： （1）酶的产量高； （2）产酶稳定性好； （3）容易培养和管理； （4）利于酶的分离纯化； （5）安全可靠、无毒性等。
曲霉(Aspergillus)



分类：多数属于子囊菌亚门， 少数属于半知菌亚门。 分布：广泛分布于土壤、空气 和谷物上，可引起食物、谷物 和果蔬的霉腐变质，有的可产 生致癌性的黄曲霉毒素。 代表种：黑曲霉Asp. Niger、 黄曲霉Asp.flavus 应用：是制酱、酿酒、制醋的 主要菌种。是生产酶制剂（蛋 白酶、淀粉酶、果胶酶）的菌 种。生产有机酸（如柠檬酸、 葡萄糖酸等）。农业上用作生 产糖化饲料的菌种。


直状、近直状的杆菌， 周生或侧生鞭毛，革兰 氏阳性，无荚膜，芽孢 0.5×1.51.8m，中生 或近中生。 枯草芽孢杆菌是工业发 酵的重要菌种之一。生 产淀粉酶、蛋白酶、 5’-核苷酸酶、某些氨 基酸及核苷。
常用的产酶微生物


放线菌(actinomycetes)
放线菌是具有分支状菌丝的单细胞原核微生物。常用于酶 发酵生产的放线菌主要是链霉菌(Streptomyces)。 链 霉 菌 菌 落 呈 放 射状 ， 具 有分 枝 的菌丝 体 ，菌丝 直 径 0.2 ～ 1.2μm。革兰氏染色阳性。菌丝有气生菌丝和基内 菌丝之分，基内菌丝不断裂，只有气生菌丝形成孢子链。 链霉菌是生产葡萄糖异构酶的主要微生物。还可以用于生 产青霉素酰化酶、纤维素酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、 几丁质酶等。此外，链霉菌还含有丰富的16α羟化酶，可 用于甾体转化。
常见产酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production
常见产酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production


米曲霉(Aspergillus oryzae) 米曲霉是曲霉属黄曲霉群霉菌。பைடு நூலகம்丛一般为黄 绿色，后变为黄褐色，分生孢子头呈放射形， 顶囊球形或瓶形，小梗一般为单层，分生孢子 球形，平滑，少数有刺，分生孢子梗长达 2 mm 左右，粗糙。 米曲霉中糖化酶和蛋白酶的活力较强，这使米 曲霉在我国传统的酒曲和酱油曲的制造中广泛 应用。此外，米曲霉还可以用于生产氨基酰化 酶、磷酸二酯酶、果胶酶、核酸酶P等。
常见产酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production

1、细菌 细菌是在工业上有重要应用价值的原核微生物。 在酶的生产中常用的细菌有大肠杆菌、枯草芽 孢杆菌等。
常见产酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production

酶生物合成的调节

真核生物酶生物合成的调节 目前为止，还没有统一的理论和模型来阐述真 核生物酶生物合成的调节规律。
常见产酶微生物 Common microorganism in Enzyme Production
基本要求：


不是致病菌 发酵周期短,产酶量高 不易变异退化 最好是产生胞外酶的菌种,利于分离。 对医药和食品用酶,还应考虑安全性： 凡从可食部分或食品加工中传统使用的微生物生产的酶, 安全! 由非致病微生物制取的酶,需作短期毒性实验。 非常见微生物制取的酶,需做广泛的毒性实验,包括慢性中 毒实验。
微生物发酵产酶



酶的发酵生产的方式： 固体培养发酵 液体深层发酵 固定化微生物细胞发酵 固定化微生物原生质体发酵
微生物发酵产酶


酶生物合成的基本理论 蛋白类酶和核酸类酶→酶的生物合成主要是指 细胞内RNA和蛋白质的合成过程. 合成过程: 酶的基因（DNA）→（转录）→RNA →（翻 译）→多肽链→（加工、组装）蛋白质

酶生物合成的调节


原核生物中酶生物合成的调节机制 操纵子学说概述
操纵子（Operon）：是基因表达和控制的一个完 整单元，其中包括结构基因，调节基因，操纵基 因和启动基因。
酶生物合成的调节


原核生物中酶生物合成的调节机制 操纵子学说概述
启动基因（Promoter gene）：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 AMP, cAMP ） 与 CAP 组 成 的 复 合 物 ( cAMP-CAP) 的结合位点。 操纵基因（Operator gene）：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。