第二章 微生物发酵产酶

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1、酶工程电子教案第二章微生物发酵产酶◆酶的生物合成：酶在生物体内合成的过程。◆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◆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。◆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1.酶生物合成的基本理论◆蛋白类酶和核酸类酶→酶的生

2、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1.1RNA的生物合成—转录（参考相应的生物化学与分子生物学课程知识）1.2蛋白质的生物合成—翻译（参考相应的生物化学与分子生物学课程知识）1.3酶生物合成的调节◆组成型酶（Constitutiveenzyme）：生物细胞中合成的酶的量比较恒定，这些酶的合成速率影响不大。如DNA聚合酶、RNA聚合酶、糖酵解途径的各种酶等。◆适应型酶（Adaptiveenzyme）或调节型酶（Regulat

3、edenzyme）：生物细胞中合成的酶的含量却变化很大，其合成速率明显受到环境因素的影响。如大肠杆菌β-半乳糖苷酶。◆生物体为了适应环境的变化，使代谢过程有条不紊地进行，需要根据各种条件的变化，对各种适应型酶的生物合成进行调节控制。◇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和酶降解的调节等◆转录水平的调节对酶的生物合成是最重要的调节1.3.1原核生物中酶生物合成的调节机制◆原核生物中酶生物合成的调节主要是转录水平的调节◆雅各（Jacob）和莫诺德（Monod）于1960年提出的操纵子学说（Oper

4、ontheory）来阐明的。◇操纵子学说概述启动基因（Promotergene）：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（cyclicAMP,cAMP）与CAP组成的复合物(cAMP-CAP)的结合位点。操纵基因（Operatorgene）：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。调节基因（Regulatorgene）: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

5、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。结构基因（Struturalgene）：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。◆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。◇诱导型操纵子（Inducibleoperon）—大肠杆菌乳糖操纵子◇

6、阻遏型操纵子（Repressibleoperon）—色氨酸操纵子(Trpoperon)(1)Trp作为辅阻遏物(corepressor)(2)阻遏物和RNApol在P,O重叠区产生竞争性抑制；(3)阻遏物的阻遏能力低，是LacR的1/千；(4)trpO调节合成代谢，存在衰减作用。色氨酸阻遏衰减子作用◇分解代谢物阻遏作用：是指某些物质（主要是指葡萄糖和其它容易利用的碳源等）经过分解代谢产生的物质阻遏某些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。（葡萄糖效应、二次生长现象）（1）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

7、为CAP-cAMP复合物的结合位点（2）cAMP是环腺苷酸，CAP是降解物基因活化蛋白（又称为cAMP受体蛋白，CRP），当CAP与cAMP结合后，就会被活化。（3）CAP-cAMP复合物又会激活启动基因，并使RNA聚合酶与启动基因结合。（4）乳糖与葡萄糖同时存在时，因为分解葡萄糖的酶类属于组成酶，能迅速地将葡萄糖降解成某种中间产物（X），X既会阻止ATP环化形成cAMP，同时又会促进cAMP分解成AMP，从而降低了cAMP的浓度，继而阻遏了与乳糖降解有关的诱导酶合成。1.3.2真核生物酶生物合成的调节◆目前为止，还没有统一的

8、理论和模型来阐述真核生物酶生物合成的调节规律。◆真核生物细胞中酶合成的调节控制：从细胞分化改变酶的生物合成、基因扩增加速酶的生物合成、增强子促进酶的生物合成、抗原诱导抗体酶的生物合成等。2.常用的产酶微生物◆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