酶的生物合成法生产
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
文档：酶的制备
酶的制备酶的制备主要有两种方法，即直接提取法和微生物发酵生产法。
早期酶制剂是以动植物作为原料，从中直接提取的。
由于动植物生长周期长，又受地理、气候和季节等因素的影响，因此原料的来源受到限制，不适于大规模的工业生产。
目前，人们正越来越多地转向以微生物作为酶制备的主要来源。
—、酶的微生物发酵生产法1.微生物发酵生产法的优点酶的品种齐全微生物种类繁多，目前已鉴定的微生物约有20万种，几乎自然界中存在的所有的酶，我们都可以在微生物中找到。
酶的产量高微生物生长繁殖快，生活周期短，因而酶的产量高。
许多细菌在合适条件下20min左右就可繁殖一代，为大量制备酶制剂提供了极大的便利。
生产成本低培养微生物的原料，大部分比较廉价，与从动、医学教育|网搜集整理植物体内制备酶相比要经济得多。
便于提高酶制品获得率由于微生物具有较强的适应性和应变能力，可以通过适应、诱变等方法培育出高产量的菌种。
另外，结合基因工程、细胞融合等现代化的生物技术手段，可以完全按照人类的需要使微生物产生出目的酶。
正是由于微生物发酵生产具有这些独特的优点，因此目前工业上得到的酶，绝大多数来自于微生物，如淀粉酶类的α一淀粉酶、β一淀粉酶、葡萄糖淀粉酶以及异淀粉酶等都是从微生物中生产的。
2.微生物发酵生产法中尚待解决的问题尽管微生物发酵法生产酶制剂存在上述优点，但仍存在一些问题需要解决。
消除毒性微生物发酵法生产的酶制品中会带人一些细菌自身的生理活性物质，这些生理活性物质往往对人体有害，因此进行毒性实验是必需的。
优良产酶菌种的筛选、培育目前，大多数工业微生物制酶生产采用的菌种较少，仅局限于11种真菌、8种细菌和4种酵母菌。
只有不断寻找更多的适用的产酶菌种，才可能使越来越多的酶采用微生物发酵法进行工业化生产。
3.微生物发酵生产法的条件控制微生物酶的发酵生产是在人为控制的条件下有目的迸行的，因此条件控制是决定酶制剂质量好坏的关键因素。
条件控制包括以下几个方面。
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
生物酶制备方法
生物酶制备方法全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：生物酶是一种生物催化剂，能够加速化学反应的速率，降低反应所需的能量，提高反应的效率。
生物酶在生物技术、制药和食品工业等领域起着至关重要的作用。
生物酶的制备方法有多种，包括基因工程法、筛选法、提取法等。
下面就来详细介绍一下生物酶的制备方法。
一、基因工程法基因工程法是目前生物酶制备的主要方法之一。
通过改造目的基因，将其插入到细胞内，使细胞具有产生特定酶的能力。
基因工程法的步骤可以分为以下几个部分：1.选择目的基因：首先需要确定想要制备的酶的基因序列，包括编码蛋白质的DNA序列。
2.构建表达载体：将目的基因插入到表达载体中，通常是一个质粒或病毒基因组，以便将其导入到宿主细胞中。
3.转染宿主细胞：将构建好的表达载体导入到宿主细胞中，使其具有表达目的基因的能力。
4.培养发酵：将转染宿主细胞进行培养和发酵，使其产生目的酶。
5.酶的纯化：通过离心、过滤、色谱等方法对酶进行分离和纯化。
基因工程法制备生物酶不仅可以大幅提高酶的产量，还可以实现对酶性质的精确调控，提高了生物酶的工业应用价值。
二、筛选法筛选法是一种通过筛选高产酶菌株的方法，主要包括自然选择和人工筛选。
1.自然选择：利用自然环境对酶产生菌株进行筛选，比如在含有特定底物的培养基上培养细菌，通过检测培养基的变化来筛选高产酶株。
2.人工筛选：通过改造细菌菌株，使其表达高效的酶，然后通过培养和筛选找到高产酶株。
筛选法制备生物酶虽然效率较低，但可以利用自然选择或人工筛选的方法获得具有特定性能的酶，是一种简单有效的制备方法。
三、提取法提取法是将含有酶的细菌或真菌通过破碎、搅拌等方式分离出酶，然后通过离心、过滤等方法对酶进行纯化。
1.破碎细胞：首先需要将含有酶的微生物体进行破碎，打破细胞壁，释放出酶。
2.提取酶：将破碎后的微生物体经过离心、过滤等方式分离出酶。
提取法虽然效率较低，但较为简便，适用于小规模制备生物酶的情况。
酶工程考试重点
第一章绪论1.酶工程：酶的生产与应用的技术过程叫酶工程。
2.酶：酶是具有生物催化功能的生物大分子。
3.酶的分类：①蛋白类酶（P酶）【氧化还原酶，转移酶、水解酶、裂合酶，异构酶，合成酶】；②核酸类酶（R酶）：a 分子内催化R酶（自我剪切酶，自我剪接酶）；b 分子间催化R酶（DNA剪切酶，RNA剪切酶，多肽剪切酶···）4.酶的命名：底物名称+催化反应的类型+酶。
如葡萄糖氧化酶。
5.酶活力单位：在特定条件下，每1min催化1umol（微摩尔）的底物转化为产物的酶量定义为1个酶活力单位。
国际单位IU。
6.酶比活力：酶的比活力是酶纯度的一个指标，是指在特定条件下，单位质量（mg）蛋白质或RNA所具有的酶活力单位数。
酶比活力=酶活力（单位）/mg（蛋白质或RNA）7.酶工程发展概况：1894年日本的高峰让吉从米曲霉中制备得到高峰淀粉酶，开创了近代酶的生产和应用的先例。
1949年微生物液体深层培养技术成功地应用于细菌α-淀粉酶的发酵生产，揭开了现代酶制剂工业的序幕。
1960年，法国的雅各和莫诺德提出操纵子学说，为酶的生物合成提供了理论根据。
20世纪80年代的动植物细胞培养技术，为酶的生产提供了新途径。
随着酶生产技术的发展，酶在医药、食品、工业、农业、能源、环保和科研等领域得到广泛应用。
此后产生酶固定化和分子修饰技术。
第二章酶生物合成的基本理论1.酶的生物合成：指细胞内RNA和蛋白质的合成过程。
2.转录：以DNA为模板，以核苷三磷酸为底物，在依赖DNA的RNA聚合酶的作用下，生成RNA的过程。
转录分以下四步：㈠转录的起始：RNA的生物合成的起始位点是在DNA的启动基因（启动子）上。
识别启动基因的任务由σ因子完成。
σ因子的作用是转录的起始所必需，故又称为转录因子。
起始阶段的重要问题是RNA聚合酶与DNA的启动基因的相互作用。
㈡RNA链的延伸：核心酶沿着模板DNA移动，DNA的双链逐渐解旋，按照模板上的碱基序列，逐个加入与其互补的核苷三磷酸，聚合生成多聚核苷酸链。
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
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
酶工程
滞后合成型：设法降低培养基中阻遏物的浓度 ，尽量减少甚 至解除产物阻遏或分解代谢物阻遏作用，使酶 的生物合成提早开始；
中期合成型：在提高mRNA的稳定性以及解除阻遏两方面下 功夫，使其生物合成的开始时间提前， 并尽量 延迟其生物合成停止的时间。
生长因子：细胞生长繁殖所必需的微量有机化合物。
二、微生物培养基
碳源：淀粉或其水解产物 氮源：混合氮源
三、植物细胞培养基
特点：需要大量的无机盐；需要多种维生素和植物生长激素； 一般要求无机氮源；一般以蔗糖为碳源。
常用的培养基：MS培养基、B5培养基、White培养基、KM-8P培养基等。
配制方法：先配制母液； 大量元素母液、微量元素母液、铁盐母液、微生素 母液、植物激素母液。
第三节 产酶工艺条件及其调节控制
保藏细胞
原生质体
细胞活化 细胞扩大培养
固定化细胞
固定化原生质体
培养基
产酶
分离纯化
预培养
无菌空气
酶
图3-1 酶生产的工艺流程
一、细胞活化与扩大培养
将保藏的细胞接种于新鲜的培养基上，在一定的条件下进行 培养，使细胞的生命活性得以恢复的过程。
条件：适合细胞生长、繁殖的最适条件
四、固定化微生物细胞发酵产酶
固定化细胞：采用各种方法固定在载体上，在一定的空间范 围内进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞。
（一）固定化细胞发酵产酶的特点
提高产酶率 可以反复使用或连续使用较长时间 稳定性好 缩短发酵周期，提高设备利用率 产品容易分离纯化 适用于胞外酶等胞外产物的生产
（二）固定化细胞发酵产酶的工艺条件控制
同，进行光照的调节控制； 前体的添加：目的代谢物代谢途径上游的物质。 刺激剂的应用：常用的刺激剂有微生物细胞的碎片和果胶酶、
酶的生物合成与发酵生产
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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.
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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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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
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：
酶的生产 名词解释
酶的生产名词解释酶的生产是指酶在生物体内或通过工业化方法制备的过程。
酶是一种具有催化作用的蛋白质，能够加速化学反应的进行，降低反应活化能，促进生物体的代谢和生理功能。
一、酶的基本概念酶是生物催化剂，其分子结构与功能密切相关。
在生物体内，酶能够选择性地与底物结合，通过改变反应的活化能，使反应发生速率加快。
酶的催化作用具有高效、专一和可逆性等特点，使得生命活动得以顺利进行。
二、酶的结构与功能酶由氨基酸残基组成，具有特定的三维空间结构。
酶的结构与功能密切相关，其中最重要的是酶的活性中心。
活性中心是酶分子上能够与底物结合并发生催化反应的部分，它的形状和电荷分布能够与底物相互适应。
酶与底物结合后，形成酶底物复合物，通过酶的催化作用，底物被转化为产物。
三、酶的生物合成在生物体内，酶的合成通常是通过基因的转录和翻译过程进行的。
先以DNA 为模板，经过转录过程合成mRNA，将基因信息转移到mRNA上。
然后，mRNA 通过核糖体的翻译过程，将信息转化为氨基酸序列，合成蛋白质。
蛋白质进一步经过修饰和折叠，形成功能完整的酶分子。
酶的合成过程受到基因表达的调控，包括转录调控和翻译调控，确保酶在适当的时间和位置合成。
四、酶的工业生产除了生物体内产生的酶，酶也可以通过工业化方法进行大规模的制备。
工业生产的酶被广泛应用于食品、制药、农业等领域。
工业生产酶的常用方法包括微生物发酵法和重组DNA技术。
微生物发酵法是利用微生物代谢产生的酶，通过合适的培养基和发酵条件培养大量的酶。
重组DNA技术则是利用基因工程技术将酶基因导入到寄宿细胞中，通过寄宿细胞的表达合成酶。
五、酶的应用领域酶具有广泛的应用领域，在食品加工过程中，酶能够改善食品质量，提高产量和减少能源消耗。
例如，在面包制作中使用的面粉酶可以促进面团发酵，增加面包的体积和口感。
在制药领域，酶被用于药物的合成和代谢途径的研究。
此外，酶还被广泛应用于纺织、生物传感器、环境保护和能源生产等领域。
酶的生物合成与发酵生产
已知分解利用乳糖的酶有： -半乳糖苷酶； -半乳糖苷透过酶；硫代半乳糖苷转乙酰酶。
实验：（1）大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞 内无上述三种酶合成；
（2）大肠杆菌生长在乳糖培养基上时，细胞内有 上述三种酶合成；
（3）表明菌体生物合成的经济原则：需要时才合成。
A.有活性阻遏蛋白
调节基因
阻遏蛋白 (有活性) 启动基因 操纵基因
结构基因
阻遏蛋白阻挡操纵基因 结构基因不表达
B.有活性阻遏蛋白加诱导剂
mRNA 酶蛋白 诱导物 诱导物与阻遏蛋白结合,使阻遏蛋白不能起 到阻挡操纵基因的作用,结构基因可以表达
C.无活性阻遏蛋白
mRNA
阻遏蛋白(无活性)
酶蛋白 阻遏蛋白不能跟操纵基因结合, 结构基因可以表达
体现了菌体生长的经济原则:不需要就不合成。
色氨酸操纵子——酶的阻遏
结构基因 调节基因 操纵基因 调节基因
操纵基因
结构基因
mRNA 酶蛋白
辅阻遏物
代谢产物与阻遏蛋白结 阻遏蛋白不能与操纵基因结合， 合，使之构象发生变化 与操纵基因结合，结构基 结构基因表达 因不能表达
酶 的 诱 导 和 阻 遏 操 纵 子 模 型
有两个位点： （1）RNA聚合酶的结合位点 （2）cAMP-CAP的结合位点。 CAP：分解代谢产物基因活化蛋白（catabolite gene activator protein），又称环腺苷酸受体蛋白(cAMP receptor protein，CRP）。 只有cAMP-CRP复合物结合到启动子的位点上，RNA 聚合酶才能结合到其在启动子的位点上，酶的合成才 能开始。 P S DNA O R
酶生物合成的基本理论
（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。
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酶的生物合成法生产
酶的生物合成法生产
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。
酶的生物合成法生产
（一）基因调控理论 Jacob and Monod的操纵子学说（operon theory）
GTP 5’ AUG ACA GUU 3’
转肽
酶的生物合成法生产
肽链合成的终止阶段
1.出现终止密码并与终止因子结合; 2.肽键水解,多肽释放; 3.tRNA,mRNA,大小亚基解离.
酶的生物合成法生产
终
UAC 5’ AUG UAA 3’
肽链
终
UAC 5’ AUG UAA 3’源自5’3’ UAC终
终
酶的生物合成法生产
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
酶的生物合成法生产
给位 (P位)
蛋 苏
大亚基
UGU
5’ AUG ACA GUU
受位 (A位)
小亚基
3’
酶的生物合成法生产
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
酶的生物合成法生产
氨基酸的活化与转运
反应式：
氨酰-tRNA合成酶
AA + tRNA + ATP 氨酰-tRNA+AMP+PPi
对于E.coli而言，肽链合成时的第一个
氨基酸都是甲酰甲硫氨酸（fMet）。
酶的生物合成法生产
在核糖体上合成多肽（三阶段）
1、起始阶段 2、延伸阶段 3、终止阶段
酶的生物合成法生产
位置,空出受位,不断地进位、转肽、 移位,使肽链延长。
酶的生物合成法生产
苏 蛋
蛋苏
UGU
UAC
5’ AUG ACA 3’ GTP GDP+Pi
起始复合体
蛋 苏
UAC UGU 5’ AUG ACA GUU 3’
进位 Mg+
蛋
K+
苏
UGU
5’ AUG ACA GUU 3’ GDP+Pi
移位
UAC UGU
5’ 3’
RNA聚合酶
5’ RNA
PPi
UTP
GTP
ATP
CTP UTP
RNA在DNA模板上的生物合成
酶的生物合成法生产
RNA的转录过程(三步) 1.起始 2.延长 3.终止
酶的生物合成法生产
原核生物的RNA聚合酶(DDRP)
E. coli的RNA聚合酶是由四种亚基组成的五聚体
（ 2 ）
起始因子
终止子 (terminator)
3
RNA链的延伸图解
模板链（反义链）
复链
有义链
解链
新生RNA 5´
3´
RNA-DNA杂交螺旋
聚合酶的移动方向
延长部位
（二）蛋白质的生物合成--翻译(translation)
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。
调节基因常位于调控区的上游。
酶的生物合成法生产
启动基因（promotor gene）（启动子）：
有两个位点：
（1）RNA聚合酶的结合位点
（2）cAMP-CAP的结合位点。
CAP：分解代谢产物基因活化蛋白（catabolite
gene activator protein），又称环腺苷酸受体蛋白
给位
小亚基 蛋
5’ AUG ACA 3’
受位
蛋氨酰tRNA
GTP
蛋
大亚基
UAC
UAC
5’ AUG ACA 3’ GDP+Pi 5’ AUG ACA 3’
肽链合成的起始阶段
酶的生物合成法生产
肽链合成的延伸阶段
1.进位:氨基酰-tRNA进入受位; 2.转肽:形成肽键,在转肽酶作用下,给位与
受位结合;
3.移位:核蛋白体向3’端移动一个密码子的
第二章 酶的生物合成与发酵生产
提取分离法 微生物细胞发酵产酶 酶的生产方法 生物合成法 植物细胞发酵产酶
化学合成法 动物细胞发酵产酶
酶的生物合成法生产
第一节 酶生物合成及调节
一、酶的生物合成
遗传信息传递的中心法则
转 录 传 递
转录 给
R
N
A
RNA ，
再
复制 由
R
N
复制
DNA
逆转录 翻译
蛋白质
酶的生物合成法生产
（+） 转录
翻译
mRNA
阻遏蛋白
诱导剂
酶的生物合成法生产
翻译 蛋白质
调节基因(regulator gene)：
可产生一种组成型调节蛋白 (regulatory protein) （一种变构蛋白）， 通过与效应物(effector) （包括诱导物和辅 阻遏物）的特异结合而发生变构作用，从而 改变它与操纵基因的结合力。
肽链合成的起始阶段
1.mRNA与小亚基结合：形成30S-mRNA-IF3复合物
2.AUG与蛋氨酰-tRNA结合：
30S-mRNA-IF3 fMet-tRNA-IF2-GTP
IF1 30S起始复合物
fMet-tRNA正好位于mRNA的起始密码子上（AUG）。
3.大小亚基结合
酶的生物合成法生产
mRNA
（一）RNA的生物合成--转录(transcription)
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。 .
酶的生物合成法生产
转录模板
模板链（template strand） 反意义链(antisense strand)
启动子（promotor)
σ
全 酶 （ holoenzym e）
核 心 酶 （ core enzym e）
β'σ α α
β
β'
α α
β
酶的生物合成法生产
RNA合成过程
起始
双链DNA 局部解开
启动子（ promotoRrN) A聚合酶
磷酸二酯
键形成
离开 延长阶段
解链区到达 基因终点
终止阶段
55
5 5
5
3 3 3
5 RNA
3´
5´ DNA
终止子(terminator)
5´ 3´
编码链 (coding strand) 有意义链(sense strand)
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.
酶的生物合成法生产
5’ 3’
反意义链
有意义链
T C GAG TAC AGCTCATG
CGAGUAC 3’
操纵子——基因表达的协同单位
操纵子
结构基因（编码蛋白质, structural gene, S）
控制部位
操纵基因（operator gene, O） 启动子（promotor gene, P）
基因操纵子调节系统示意图
调节基因 转录
操纵子
控制区
信息区
启动基因 操纵基因 RNA聚合酶
结构基因 DNA
（-）