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《生物反应工程第八章生物反应工程领域的拓展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第八章生物反应工程领域的拓展主要内容1、质粒复制与表达的动力学2、超临界相态下的生物反应3、菌体形态在发酵过程中的变化4、界面微生物生长模型5、双液相生物生长进展8.1质粒复制与表达的动力学8.1.1λdv质粒的概述8.1.2动力学模型的几点假设8.1.3质粒复制动力学8.1.4基因表达动力学8.2温和压力提高生物催化效率一、研究背景二、变压生物转化三、加压提高生物应激代谢物的合成四、几点思考一、研究背景生物催化（biocatalysis）是指利用酶或有机体（细胞、细胞器）作为催化剂对底物进行催化反应，该反应过程又
2、被称为生物转化。压力是除温度、化学组分外，影响化学反应的重要热力学参量。研究背景（1）压力生物技术的分类超高压生物技术（>100MPa）超临界生物反应（10～100MPa）温和压力（Mildpressure)下的生物催化反应——变压生物转化（0.1～1.0MPa）研究背景（2）压力影响生物反应的几个方面反应速率和平衡常数酶的蛋白结构，影响其底物专一性和催化活性影响微生物的细胞形态、生理乃至遗传特性的产生压力对化学反应的影响遵循LeChatelie法则如果一个反应的活化体积为——300ml/mol，100Mpa压力下
3、反应速率提高了约200,000倍。α胰凝乳蛋白酶研究背景（3）研究背景（4）反应的活化体积一些生物化学AbeF.etal.(1999)利用压力提高生物催化效率的部分实例温和压力下的酶促反应合成药物（酯化布洛芬、某些多肽等）加压生物氧化法处理有机废水（加速BOD降解）加压原位发酵分离技术（酒精发酵等）加压发酵提高产品品质（啤酒发酵等）研究背景（5）超临界流体反应底物酶CO2菜籽油＋水脂肪酶CO2油酸＋乙醇鳕，鱼肝油＋乙醇，1-壬醇＋乙酸乙酯，菜籽油＋奶酯，月桂酸甘油酯＋肉豆蔻酸棕榈酸，酯＋油酸甲酯甘油，甘油三酸酯＋硬
4、脂酸辛酸甘油，三酸酯＋乙酸甘油酯辣椒辣素＋十四酸甲酯脂肪酶CO2对硝基苯酚，对氯苯酚，对甲酚多酚氧化酶CO2对硝基苯磷酸酯血清碱性磷酸酶CO2胆固醇胆固醇氧化酶CO2己醇＋己酸角质酶CO2，氟仿木聚糖＋n-辛醇木聚糖酶乙烯，CO21-苯乙醇角质酶氟仿甲基丙烯酸甲酯+3.2-乙基已醇脂肪酶氟仿N-乙酰-L-苯丙氨酸甲酯+甲醇枯草杆菌蛋白酶SF6,乙烷，乙烯，CO2甲基丙烯酸甲酯+二乙基己基醇脂肪酶部分压力下的生物催化反应MiyawakiOsoto(2005)二、变压生物转化“变压生物转化”是根据微生物本身特性，在生物
5、反应的一定阶段施加温和压力,使细胞代谢通量沿着目的产物方向加强，或酶活力提高的一种生物催化方法变压生物转化（1）图1高压试验装置流程图（1）变压生物转化（2）图1高压试验装置流程图（2）变压生物转化（3）图2微生物β-11位羟基化转化反应O2常压0.5MPa加压常压0对照4800166362246183306124366654260表1试验设计（小时）变压生物转化（4）图3N2为加压介质对生物转化的影响■,0;▲,1;●,2;□,3;△,4;○,5变压生物转化（5）图4高纯空气为加压介质对生物转化的影响■,0;▲,
6、1;●,2;□,3;△,4;○,5变压生物转化（6）图5高纯空气为加压介质，同时添加氧载体对生物转化的影响■,0;▲,1;●,2;□,3;△,4○,5变压生物转化（7）变压生物转化（8）图6压力对蓝色梨头霉菌丝球形态变化的影响A:常压下的菌丝球形体B:加压后菌丝球形体AB图7电镜照片A氮气0.5MPa；B常压变压生物转化（9）变压生物转化（10）BA图8电镜照片A高纯空气0.5MPa；B常压图9加压对蓝色梨头霉脱氢酶活力的影响■:脱氢酶活力□：氢可转化率变压生物转化（11）变压生物转化（12）图10压力对犁头霉菌丝
7、球通透性的影响■▲◆分别为0.1MPa下电导率，A280和A260;□△◇分别为空气0.5MPa下电导率，A280和A260A260A280变压生物转化（14）加压提高甾体药物（氢化可的松）的生物转化（10～15%）的原因提高底物的溶解速率改善了菌丝团结构增加生产菌株的细胞膜通透性提高了脱氢酶活力和强化了相关途径三、加压提高生物应激代谢物质的合成氨基酸或核苷酸：鸟嘌呤核苷、谷氨酸、脯氨酸和精氨酸转化期和产酸期发酵液中充分供氧罐压的改变提高细胞膜通透性加强了特定的代谢途径，有利于产物合成，例如较高浓度的氧有利于加强生
8、产菌HMP途径，利于鸟苷的生成。加压提高生物应激代谢物质的合成（1）压力作为胁迫因子，可以改变细胞正常生理状态下的代谢通量，刺激细胞发生应激反应，促进应激产物的生成。海藻糖（1.0MPa处理3h提高27%）谷胱甘肽(0.5MPa处理3h提高42.6%)麦角固醇(0.5MPa处理3h提高20.1%)图11保压时间对面包酵母胞内海藻糖和存活率的影响左图:CICC
