第二章酶制剂发酵生产

AMP
cAMP-CRP复合物的浓度降低 启动基因(P)上没有cAMP-CRP复合物结合 RNA聚合酶无法结合到启动基因 酶的生物合成无法第二章进酶制行剂发。酵生产
分解代谢阻遏实例
酶 α-淀粉酶
微生物
引起阻遏作用物质
嗜热脂肪芽孢杆菌 果糖
纤维素酶
绿色木霉
葡萄糖、甘油、纤维二糖
蛋白酶
巨大芽孢杆菌
淀粉葡萄糖苷酶 二孢内孢酶
RNA聚合酶
mRNAZ mRNAY
mRNAa
翻译
酶
利用现代育种技术，使操纵基因发生突变，使 其不与阻遏蛋白作用，使诱导酶变成组成酶。
第二章酶制剂发酵生产
二、酶合成的反馈阻遏 Repression
❖ 反馈阻遏是指酶作用的终产物对酶合成产 生阻遏作用
第二章酶制剂发酵生产
调节基因
操纵基因
结构基因
mRNA
第二章酶制剂发酵生产
一、诱导作用（Induction）
1、概念： 某些酶在通常情况下生物体不能合成或合成 很少，但加入“诱导物”后，就能大量合 成，这种现象称为诱导。
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20世纪60年代初 法国 巴斯德研究所 F. Jacob and J. Monod “乳糖操纵子假说”
Lac z Lac y Lac a
第二章酶制剂发酵生产
实验确定
生产实例：酵母生产β- 半乳糖苷酶
以葡萄糖作唯一碳源 培养酵母菌
几分钟后 以乳糖作为唯一碳源 培养酵母菌
乳糖最佳诱导浓度：120g/L
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β-半乳 糖苷酶
意义2：利用现代诱变育种技术 使基因发生突变
① 使调节基因R发生突变 ② 使操纵基因O发生突变
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葡萄糖 麦芽糖、葡萄糖、甘油
第二章酶制剂发酵生产
❖ 用甘油代替果糖培养嗜热脂肪芽孢杆菌，α淀粉酶产量可提高25倍。
❖ 采用甘露糖作为荧光假单胞杆菌培养基时， 纤维素酶的产量比用半乳糖作为培养基时要 高1500倍以上。
❖ 如果微生物需要某些代谢阻遏物作为碳源， 在工业生产中则可采用限量流加碳源的办法， 便可减少或避免这种阻遏作用。
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第二节 产酶微生物的筛选
动物 酶 植物
微生物
微生物易于大量培养，倍增时间短； DNA技术使微生物生产特殊作用的酶， 并大大提高产量；
阻遏蛋白
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②启动基因（Promotor）：
是RNA聚合酶的结合部位和转录起点。
S
R
P O Lac z Lac y Lac a
DNA
RNA聚合酶
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③结构基因（Structure）：
是DNA模板，在RNA聚合酶作用下，根据其 碱基序列转录出mRNA。
S
R
P O Lac z Lac y Lac a
阻遏蛋白
酶代谢产物一旦大量积累
酶蛋白
阻遏蛋白不能与操纵基因结合，所以结构基因表达。 阻遏蛋白被产物激活，结构基因不表达。
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❖ 这一理论在实践意义： (1)设法从培养基中除去其终产物，以消除反馈
阻遏。
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三、酶合成的分解代谢阻遏作用
❖ 又称葡萄糖效应 是指微生物在其培养基中由于葡萄糖的存在 虽然能迅速生长，但明显地抑制某些分解代 谢诱导酶的形成。
第二章 酶制剂发酵生产技术
第二章酶制剂发酵生产
第一节 酶生物合成调控机制
❖ 酶合成方式： 1958 Crick 中心法则
转录 DNA
翻译
mRNA
酶
RNA聚合酶
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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。
翻译：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，合成多肽的过程。
A、无诱导物（乳糖）存在
调节 基因
R
阻遏蛋白（ 有活性）
启动 操纵 基因 基因
P O Lac z
S 结构基因 Lac y Lac a
RNA聚合酶
转录
mRNA
翻译
酶
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B、有诱导物（乳糖）存在
调节 基因
R
阻遏蛋白(有活性) 阻遏蛋白(无活性)
乳糖
启动 操纵 基因 基因
PO
S 结构基因
Lac z Lac y
Lac a
转录
mRNAZ mRNAY
mRNAA
翻译
RNA聚合酶
酶
第二章酶制剂发酵生产
Question： 以上理论对指导酶制剂 生产有何实际意义？
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3、乳糖操纵子假说对指导 酶制剂生产的意义
在酶合成时添加诱导物
Fra Baidu bibliotek
关键：选择合适的诱导物和其浓度
底物 底物的 结构类似物
RNA聚合酶 mRNA z
mRNA y
DNA 转录
mRNA a
酶
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翻译
④操纵基因（Operator）：
位于启动基因和结构基因之间的一段碱基序 列，是阻遏蛋白的结合位点。在操纵子中起 “开关”作用。
S
R
P O Lac z Lac y Lac a
DNA
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（2）乳糖酶合成调控方式
① 调节基因R突变
S
R
P O Lac z Lac y Lac a
mRNAz
转录
mRNAy mRNAa
阻遏蛋白
RNA聚合酶
酶
翻译
利用现代育种技术，使调节基因发生突变，致 使其不能产生阻遏蛋白，使诱导酶变成组成酶。
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② 操纵基因O突变
S
R
PO
Lac z Lac y Lac a
转录
阻遏蛋白(有活性)
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调节 基因
R
启动 基因
结构 S 基因
P O Lac z Lac y Lac a
操纵
DNA
基因
Operon 操纵子
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①调节基因（Regulatory gene）：
可产生阻遏蛋白，阻遏蛋白能与操纵基因 结合。
S
R
P O Lac z Lac y Lac a
R
DNA
乳糖酶
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2、乳糖操纵子假说
（1）决定酶合成有两个不同的基因群。
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决定酶合成的 两个基因群
操纵子 （operon）
调节基因R (Regulatory gene)
启动基因P 操纵基因O 结构基因S
P: Promotor O: Operator S: Structure
第二章酶制剂发酵生产
将E.coli培养在含有葡萄糖和乳糖的培养基上，
出现“二峰生长现象” 即使有乳糖存在，也要等葡萄糖耗尽之后诱 导形成-半乳糖苷酶 葡萄糖分解产物对-半乳糖苷酶形成阻遏
第二章酶制剂发酵生产
葡萄糖过量存在——放出的能量部分储存在ATP中
ADP+AMP ——ATP
磷酸二酯酶
cAMP +H2O