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本章內(nèi)容第一節(jié)酶的生產(chǎn)方法第二節(jié)酶生物合成的基本理論第三節(jié)微生物發(fā)酵產(chǎn)酶工藝(重點(diǎn))第四節(jié)酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué)現(xiàn)在是1頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三纖維素燃料乙醇“酶”好時(shí)代秸稈、樹葉,這些在很多人眼中稱之為‘廢料’的東西,其實(shí)都是寶貝。他們甚至可以成為車用燃料。而酶就像是打開生物世界的鑰匙,通過它的催化作用,能夠?qū)⒅参飶U料中的植物纖維轉(zhuǎn)化為糖,然后再經(jīng)發(fā)酵制成為乙醇。將這些乙醇添加到燃料中,能夠降低石油燃料的消耗,減少有害物質(zhì)的排放,我們把這種用非糧食作物生產(chǎn)出來的乙醇稱之為第二代燃料乙醇?,F(xiàn)在是2頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是3頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是4頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三第一節(jié)酶的生產(chǎn)方法一、酶的生產(chǎn)方法1、提取法
采用各種技術(shù),直接從動(dòng)、植物細(xì)胞或組織中將酶提取出來。提取法雖簡(jiǎn)單易行,但受原材料來源的限制。2、化學(xué)合成法
是20世紀(jì)60年代中期出現(xiàn)的新技術(shù)。只能合成那些已知化學(xué)結(jié)構(gòu)的酶;成本比較高。目前仍然停留在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)合成的階段。現(xiàn)在是5頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三3、微生物發(fā)酵法
是20世紀(jì)50年代以來生產(chǎn)酶的主要方法。利用微生物細(xì)胞的生命活動(dòng)合成所需酶的方法稱為發(fā)酵法。酶的發(fā)酵生產(chǎn)是現(xiàn)在酶生產(chǎn)的主要方法?,F(xiàn)在是6頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三1、微生物種類多,酶種豐富;2、微生物生長(zhǎng)繁殖快,易提取酶,特別是胞外酶;3、微生物培養(yǎng)基來源廣泛,價(jià)格便宜;4、可采用微電腦等新技術(shù),控制酶發(fā)酵生產(chǎn)過程;5、可利用以基因工程為主的近代分子生物學(xué)技術(shù)選育菌種,增加酶的產(chǎn)率和開發(fā)新酶種。二、應(yīng)用微生物來開發(fā)酶的優(yōu)點(diǎn)現(xiàn)在是7頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三三、酶發(fā)酵生產(chǎn)的類型1、液體深層發(fā)酵:液體培養(yǎng)基,經(jīng)滅菌、冷卻后,接入產(chǎn)酶細(xì)胞,在一定條件下發(fā)酵。2、固體培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng)基以麩皮、米糠等為主要原料,經(jīng)滅菌后,接入產(chǎn)酶菌株,在一定條件下發(fā)酵。3、固定化細(xì)胞發(fā)酵(70年代后期發(fā)展)將細(xì)胞固定在載體上后,進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)?,F(xiàn)在是8頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三第二節(jié)酶生物合成的基本理論一、酶生物合成的過程DNARNA蛋白質(zhì)(新生多肽鏈)成熟蛋白質(zhì)(酶)轉(zhuǎn)錄翻譯加工現(xiàn)在是9頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三二、酶生物合成的調(diào)節(jié)
按酶生物合成的速度把細(xì)胞中合成的酶分為兩類:組成酶—恒定(速度、濃度)誘導(dǎo)酶—在外界環(huán)境因素誘導(dǎo)下合成速度急增,酶濃度成百上千倍增加現(xiàn)在是10頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三酶合成的調(diào)控類型:誘導(dǎo)和阻遏1、酶合成的誘導(dǎo)作用
加進(jìn)某些物質(zhì),使酶的生物合成開始或加速的現(xiàn)象,稱為誘導(dǎo)作用。誘導(dǎo)物一般是酶催化作用的底物或其底物類似物。
例:乳糖誘導(dǎo)?-半乳糖苷酶的合成淀粉誘導(dǎo)α-淀粉酶的合成現(xiàn)在是11頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三2、酶合成的阻遏(1)終產(chǎn)物阻遏
指酶催化反應(yīng)的產(chǎn)物或代謝途徑的末端產(chǎn)物使該酶的生物合成受到阻遏的現(xiàn)象。(2)分解代謝物阻遏(營(yíng)養(yǎng)源阻遏)是指某些物質(zhì)經(jīng)過分解代謝產(chǎn)生的物質(zhì)阻遏其他酶合成的現(xiàn)象。
葡萄糖阻遏?-半乳糖苷酶的生物合成果糖阻遏α-淀粉酶的生物合成色氨酸過量時(shí)會(huì)阻遏催化色氨酸合成的相關(guān)酶現(xiàn)在是12頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三第三節(jié)微生物發(fā)酵產(chǎn)酶工藝
發(fā)酵法生產(chǎn)酶制劑,就是給酶的生產(chǎn)菌種提供適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)和生長(zhǎng)環(huán)境,使生產(chǎn)菌大量增殖,同時(shí)合成所需要的酶,然后由發(fā)酵所得物料制成酶產(chǎn)品。
現(xiàn)代酶制劑的大規(guī)模生產(chǎn)以深層液體發(fā)酵法為主。無論哪種發(fā)酵法,都要做三方面的工作:(1)從原料準(zhǔn)備培養(yǎng)基;(2)從原始菌種準(zhǔn)備生產(chǎn)菌種;(3)發(fā)酵過程管理。一、發(fā)酵產(chǎn)酶的一般工藝流程現(xiàn)在是13頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三酶發(fā)酵生產(chǎn)的一般工藝流程圖現(xiàn)在是14頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三保藏菌種
試管斜面培養(yǎng)(活化)搖瓶擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐培養(yǎng)發(fā)酵罐分離純化酶培養(yǎng)基無菌空氣現(xiàn)在是15頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三二、產(chǎn)酶菌種(一)產(chǎn)酶菌種的要求(1)產(chǎn)酶量高;(2)繁殖快,發(fā)酵周期短;(3)產(chǎn)酶穩(wěn)定性好,不易退化,不易被感染;(4)能夠利用廉價(jià)原料,容易培養(yǎng)和管理;(5)最好是產(chǎn)生胞外酶的菌種,利于分離。(6)安全性可靠,非致病菌?,F(xiàn)在是16頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三(二)常用的產(chǎn)酶微生物大腸桿菌
谷氨酸脫羧酶、天冬氨酸酶、青霉素酰化酶、天冬酰胺酶、β-半乳糖苷酶、限制性核酸內(nèi)切酶、DNA聚合酶、DNA連接酶、核酸外切酶等。1、細(xì)菌現(xiàn)在是17頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三直狀、近直狀的桿菌,周生或側(cè)生鞭毛,革蘭氏陽(yáng)性,無莢膜,芽孢中生或近中生??莶菅挎邨U菌是工業(yè)發(fā)酵的重要菌種之一。生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶、5’-核苷酸酶、某些氨基酸及核苷。枯草芽孢桿菌現(xiàn)在是18頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三鏈霉菌:葡萄糖異構(gòu)酶、青霉素?;?、纖維素酶、堿性蛋白酶、中性蛋白酶、幾丁質(zhì)酶等。2、放線菌現(xiàn)在是19頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三黑曲霉:糖化酶、α-淀粉酶、酸性蛋白酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶、過氧化氫酶、核糖核酸酶、橙皮苷酶等。米曲霉:氨基?;浮⒘姿岫ッ?、果膠酶等。紅曲霉:α-淀粉酶、糖化酶、麥芽糖酶、蛋白酶等。青霉:葡萄糖氧化酶、苯氧甲基青霉素酰化酶、纖維素酶等。木霉:纖維素酶。根霉:糖化酶、蔗糖酶、堿性蛋白酶,脂肪酶、果膠酶、纖維素酶、半纖維素酶等。毛霉:蛋白酶、糖化酶、α-淀粉酶、脂肪酶、果膠酶、凝乳酶3、霉菌現(xiàn)在是20頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三啤酒酵母:丙酮酸脫羧酶、醇脫氫酶等。假絲酵母:脂肪酶、尿酸酶、尿囊酸酶、轉(zhuǎn)化酶、醇脫氫酶等。4、酵母現(xiàn)在是21頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三
工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的微生物酶和它們的某些來源酶產(chǎn)酶微生物用途α-淀粉酶枯草芽胞桿菌地衣芽胞桿菌米曲霉淀粉液化,織物退漿,消化助劑,加酶洗滌劑葡萄糖淀粉酶米曲霉,黑曲霉,米根霉制造葡萄糖,發(fā)酵、釀酒等工業(yè)的淀粉水解糖中性蛋白酶枯草芽胞桿菌,米曲霉皮革、毛皮加工,食品加工,調(diào)味品制造、助消化、消炎、啤酒澄清堿性蛋白酶地衣芽胞桿菌加酶洗滌劑植酸酶黑曲霉,畢赤酵母工程菌株飼料添加劑現(xiàn)在是22頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三纖維素酶里氏木霉、黑曲霉水洗布生產(chǎn),飼料添加劑,消化植物細(xì)胞壁半纖維素酶木霉、曲霉、根霉飼料添加劑,消化植物細(xì)胞壁,低聚木糖生產(chǎn)β-葡聚糖酶枯草芽胞桿菌,黑曲霉,Penicilliumemersonii啤酒釀造,飼料添加劑異淀粉酶產(chǎn)氣克雷伯氏菌,芽孢桿菌淀粉加工乳糖酶乳酸酵母,米曲霉,黑曲霉,米根霉乳品工業(yè)(處理牛乳和乳清)果膠酶曲霉、歐文氏菌水果加工,果汁、果酒澄清,麻類纖維脫膠
工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的微生物酶和它們的某些來源現(xiàn)在是23頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三轉(zhuǎn)化酶啤酒酵母、假絲酵母制造轉(zhuǎn)化糖凝乳酶米赫毛霉,大腸桿菌和真菌生產(chǎn)的重組酶制造乳酪脂肪酶曲霉、根霉、酵母等加酶洗滌劑,油脂加工,生物化工葡萄糖氧化酶青霉、曲霉食品去氧、除葡萄糖,測(cè)定葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶凝結(jié)芽胞桿菌,白色鏈霉菌生產(chǎn)果葡糖漿青霉素酰化酶細(xì)菌、霉菌、放線菌制造6-氨基青霉烷酸
工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的微生物酶和它們的某些來源現(xiàn)在是24頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三(三)生產(chǎn)菌種的來源1、菌種保藏機(jī)構(gòu)向菌種保藏機(jī)構(gòu)索取有關(guān)的菌株,從中篩選所需菌株。
2、篩選由自然界采集樣品,如土壤、水、動(dòng)植物體等,從中進(jìn)行分離篩選?,F(xiàn)在是25頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三(1)樣品的采集:主要是各種富含所需微生物的土壤、水、氣、枯枝爛葉、爛水果等;產(chǎn)酶菌種篩選步驟:(2)初篩:分離產(chǎn)目的酶的菌株;給予特殊的培養(yǎng)基或培養(yǎng)條件,進(jìn)而讓目的菌株得以繁殖,盡可能地把只成為目的菌的菌株分離出來。-淀粉酶的篩選現(xiàn)在是26頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三(3)復(fù)篩:從所得菌株中篩選優(yōu)良株在初篩的基礎(chǔ)上,篩選產(chǎn)酶量高、性能更符合生產(chǎn)要求的菌種。誘變育種細(xì)胞雜交原生質(zhì)體融合育種基因工程育種(4)高產(chǎn)菌株的選育現(xiàn)在是27頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三(四)產(chǎn)酶菌種的保存
保藏方法:斜面保藏法,沙土保藏法,真空冷凍干燥保藏法,低溫保藏法,石蠟油保藏法等現(xiàn)在是28頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三(五)生產(chǎn)種子的制備生產(chǎn)種子:由原始保藏菌種,經(jīng)過活化,擴(kuò)大培養(yǎng),用于發(fā)酵罐接種的大量菌體。1、種子制備工藝過程現(xiàn)在是29頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三(1)菌種活化
目的:保藏的菌種在用于發(fā)酵生產(chǎn)之前,必須接種于新鮮的斜面培養(yǎng)基上,在一定的條件下培養(yǎng),以恢復(fù)細(xì)胞的生命活動(dòng)能力。方法:在試管斜面上培養(yǎng)1-3代。(2)擴(kuò)大培養(yǎng)
目的:活化后的菌種經(jīng)過一級(jí)至數(shù)級(jí)的擴(kuò)大培養(yǎng),以獲得足夠數(shù)量的優(yōu)質(zhì)細(xì)胞。培養(yǎng)基稱為種子培養(yǎng)基。方法:分為實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)和車間培養(yǎng)兩個(gè)階段。
現(xiàn)在是30頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三(1)盡量減少傳代次數(shù),以降低菌種衰退和污染的可能性;(2)培養(yǎng)基成分一般應(yīng)比發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源豐富;(3)培養(yǎng)時(shí)間一般控制在微生物生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,及時(shí)接入下一級(jí)培養(yǎng)或發(fā)酵罐;(4)嚴(yán)格控制培養(yǎng)條件(pH、溫度、通氣量等),加強(qiáng)培養(yǎng)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。擴(kuò)大培養(yǎng)應(yīng)注意的事項(xiàng):現(xiàn)在是31頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三三、培養(yǎng)基
碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長(zhǎng)因子、水等。
培養(yǎng)基是人工配制的供微生物生長(zhǎng)、繁殖及合成酶的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的混合物。1、選擇適宜的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)2、營(yíng)養(yǎng)物的濃度及配比合適3、物理、化學(xué)條件適宜4、經(jīng)濟(jì)節(jié)約現(xiàn)在是32頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三微生物發(fā)酵產(chǎn)酶培養(yǎng)基舉例1、枯草桿菌BF7658α-淀粉酶發(fā)酵培養(yǎng)基:玉米粉8%
豆餅粉4%
磷酸氫二鈉0.8%
硫酸銨0.4%
氯化鈣0.2%
氯化銨0.15%
自然pH現(xiàn)在是33頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三2、黑曲霉糖化酶發(fā)酵培養(yǎng)基
玉米粉10%
豆餅4%
麩皮1%pH4.4~5.0現(xiàn)在是34頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三四、發(fā)酵條件的控制—影響產(chǎn)酶的幾個(gè)重要條件1、溫度的調(diào)節(jié)控制(2)有些微生物生長(zhǎng)最適溫度與發(fā)酵產(chǎn)酶的最適溫度有所不同。例:醬油曲霉生產(chǎn)蛋白酶,28℃時(shí)蛋白酶產(chǎn)量比在40℃條件下高2~4倍,在20℃條件下發(fā)酵,則蛋白酶產(chǎn)量更高,但細(xì)胞生長(zhǎng)速率較慢。
為此,在有些酶的發(fā)酵生產(chǎn)過程中,要在不同的發(fā)酵階段控制不同的溫度,即在微生物生長(zhǎng)階段控制在生長(zhǎng)的最適溫度范圍,而在產(chǎn)酶階段控制在產(chǎn)酶最適溫度范圍。(1)不同的微生物有不同的最適生長(zhǎng)溫度?,F(xiàn)在是35頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三(3)溫度的控制方法
一般采用熱水升溫,冷水降溫。因此,在發(fā)酵罐中均設(shè)有足夠傳熱面積的熱交換裝置,如排管、蛇管,夾套、噴淋管等?,F(xiàn)在是36頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是37頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是38頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三2、pH值的調(diào)節(jié)控制(1)不同微生物,其生長(zhǎng)繁殖的最適pH值有所不同。(3)有些微生物可以同時(shí)產(chǎn)生若干種酶,在生產(chǎn)過程中,通過控制培養(yǎng)基的pH,往往可以改變各種酶之間的產(chǎn)量比例。(2)微生物生長(zhǎng)的最適pH值與產(chǎn)酶最適pH值往往不同。現(xiàn)在是39頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三3、溶解氧的調(diào)節(jié)控制
溶解氧指溶解在培養(yǎng)基中的氧。微生物一般只能利用溶解氧。調(diào)節(jié)溶氧速率的方法(1)調(diào)節(jié)通氣量;(2)調(diào)節(jié)氧的分壓;(3)調(diào)節(jié)氣液接觸時(shí)間;(4)調(diào)節(jié)氣液接觸面積;(5)改變培養(yǎng)液性質(zhì)?,F(xiàn)在是40頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三現(xiàn)在是41頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三5、濕度的調(diào)節(jié)控制
用固體培養(yǎng)基生產(chǎn)酶制劑時(shí),一般前期濕度低些,培養(yǎng)后期濕度大些,有利于產(chǎn)酶。4、泡沫形成:通氣攪拌、培養(yǎng)基中某些成分的變化、代謝產(chǎn)生的氣體。危害:阻礙CO2的排除,影響氧的溶解;引起染菌。消泡方法:機(jī)械消泡、化學(xué)消泡?,F(xiàn)在是42頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三五、提高酶產(chǎn)量的措施A添加誘導(dǎo)物對(duì)于誘導(dǎo)酶的發(fā)酵生產(chǎn),在發(fā)酵過程中的某個(gè)適宜的時(shí)機(jī),添加適宜的誘導(dǎo)物,可以顯著提高酶的產(chǎn)量。例如,乳糖誘導(dǎo)β-半乳糖苷酶,纖維二糖誘導(dǎo)纖維素酶,蔗糖甘油單棕櫚酸誘導(dǎo)蔗糖酶的生物合成等。1)通過條件控制提高酶產(chǎn)量現(xiàn)在是43頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三B控制阻遏物的濃度1.產(chǎn)物阻遏作用是由酶催化作用的產(chǎn)物或者代謝途徑的末端產(chǎn)物引起的阻遏作用。2.分解代謝物阻遏作用是由分解代謝物(葡萄糖等和其它容易利用的碳源等物質(zhì)經(jīng)過分解代謝而產(chǎn)生的物質(zhì))引起的阻遏作用。控制阻遏物的濃度是解除阻遏、提高酶產(chǎn)量的有效措施?,F(xiàn)在是44頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三采用其他較難利用的碳源,如淀粉等采用補(bǔ)料、分次流加碳源添加一定量的環(huán)腺苷酸(cAMP)對(duì)于受代謝途徑末端產(chǎn)物阻遏的酶,可以通過控制末端產(chǎn)物的濃度的方法使阻遏解除。為了減少或者解除分解代謝物阻遏作用,應(yīng)當(dāng)控制培養(yǎng)基中葡萄糖等容易利用的碳源的濃度。現(xiàn)在是45頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三C添加表面活性劑表面活性劑可以與細(xì)胞膜相互作用,增加細(xì)胞的透過性,有利于胞外酶的分泌,從而提高酶的產(chǎn)量。將適量的非離子型表面活性劑,如吐溫(Tween)添加到培養(yǎng)基中,可以加速胞外酶的分泌,而使酶的產(chǎn)量增加。由于離子型表面活性劑對(duì)細(xì)胞有毒害作用,尤其是季胺型表面活性劑是消毒劑,對(duì)細(xì)胞的毒性較大,不能在酶的發(fā)酵生產(chǎn)中添加到培養(yǎng)基中。現(xiàn)在是46頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三D添加產(chǎn)酶促進(jìn)劑
產(chǎn)酶促進(jìn)劑是指可以促進(jìn)產(chǎn)酶、但是作用機(jī)理未闡明清楚的物質(zhì)。例如,添加一定量的植酸鈣鎂,可使霉菌蛋白酶或者桔青霉磷酸二酯酶的產(chǎn)量提高1~20倍;添加聚乙烯醇可以提高糖化酶的產(chǎn)量。現(xiàn)在是47頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三2)通過基因突變提高酶產(chǎn)量突變:是指生物的遺傳性狀發(fā)生變異,以致影響了生物的正常遺傳,可遺傳的基因突變發(fā)生在結(jié)構(gòu)基因上,往往導(dǎo)致酶的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)發(fā)生改變:基因突變引起酶產(chǎn)量提高的方式:
1.誘導(dǎo)型組成型
2.阻遏型去阻遏型現(xiàn)在是48頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三3)通過體內(nèi)基因重組提高酶的產(chǎn)量體內(nèi)基因重組包括少數(shù)或者個(gè)別基因的重組,主要通過接合、轉(zhuǎn)導(dǎo)、轉(zhuǎn)化等方法進(jìn)行;也包括整個(gè)染色體的重組,主要的途徑是原生質(zhì)體融合4)通過體外基因重組提高酶的產(chǎn)量現(xiàn)在是49頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三第四節(jié)酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué)
研究發(fā)酵過程中細(xì)胞生長(zhǎng)速度,產(chǎn)物生成速度及環(huán)境因素對(duì)這些速度的影響。酶發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究意義:了解酶生物合成模式;發(fā)酵工藝條件優(yōu)化控制;提高酶產(chǎn)量?,F(xiàn)在是50頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三一、微生物生長(zhǎng)曲線
(Microbialgrowthcurve)遲緩期對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期穩(wěn)定生長(zhǎng)期衰亡期時(shí)間細(xì)胞數(shù)量的對(duì)數(shù)現(xiàn)在是51頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三二、酶的生物合成模式(1)同步合成型(2)中期合成型(3)延續(xù)合成型(4)滯后合成型酶的生物合成模式可發(fā)分為4種類型:現(xiàn)在是52頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三1、同步合成型酶的生物合成與細(xì)胞生長(zhǎng)同步進(jìn)行,又稱生長(zhǎng)偶聯(lián)型。特點(diǎn):(1)發(fā)酵開始,細(xì)胞生長(zhǎng),酶也開始合成,說明不受分解代謝物和終產(chǎn)物阻遏。(2)生長(zhǎng)至穩(wěn)定期后,酶濃度不再增長(zhǎng)。現(xiàn)在是53頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三2、中期合成型酶的合成在細(xì)胞生長(zhǎng)一段時(shí)間以后才開始,而進(jìn)入穩(wěn)定生長(zhǎng)期后,酶的合成也終止。特點(diǎn):(1)該類酶的合成受分解代謝物阻遏。(2)該酶對(duì)應(yīng)的mRNA不穩(wěn)定?,F(xiàn)在是54頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三3、延續(xù)合成型酶的合成伴隨著細(xì)胞生長(zhǎng)而開始,但在細(xì)胞進(jìn)入穩(wěn)定期后,酶還可以延續(xù)合成較長(zhǎng)的一段時(shí)間。特點(diǎn):(1)該類酶不受分解代謝產(chǎn)物阻遏和終產(chǎn)物阻遏。(2)該酶對(duì)應(yīng)的mRNA是相當(dāng)穩(wěn)定的?,F(xiàn)在是55頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三4、滯后合成型只有當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)進(jìn)入穩(wěn)定期后,酶才開始合成。又稱非生長(zhǎng)偶聯(lián)型。特點(diǎn):(1)該類酶受分解代謝物阻遏作用的影響,阻遏解除后,酶才大量合成。(2)該酶對(duì)應(yīng)的mRNA穩(wěn)定性高。現(xiàn)在是56頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三
選擇:在酶的工業(yè)生產(chǎn)中,為了提高酶產(chǎn)率和縮短發(fā)酵周期,最理想的合成模式是延續(xù)合成型。
改造非理想模式:在細(xì)胞選育上下功夫,并適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝條件:(1)同步合成型:適當(dāng)降低發(fā)酵溫度,盡量提高酶所對(duì)應(yīng)的mRNA的穩(wěn)定性。(2)中期合成型:要從解除阻遏和提高mRNA的穩(wěn)定性兩方面進(jìn)行努力。(3)滯后合成型在發(fā)酵過程中要盡量減少甚至解除分解代謝物阻遏,使酶的合成提早開始。選擇與改造現(xiàn)在是57頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三三、細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)主要研究細(xì)胞生長(zhǎng)速度及外界因素對(duì)其影響的規(guī)律。在發(fā)酵過程優(yōu)化及發(fā)酵過程控制等方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。Monod認(rèn)為,在培養(yǎng)過程中,細(xì)胞生長(zhǎng)速率與細(xì)胞濃度成正比:Rx=dXdt=μXRx—生長(zhǎng)速率,單位時(shí)間內(nèi)細(xì)胞濃度的增加值,mg/mL·min,g/L·hX—細(xì)胞濃度,mg/mL,g/Lμ—比生長(zhǎng)速率,生長(zhǎng)速率與細(xì)胞濃度之比(單位細(xì)胞在單位時(shí)間內(nèi)濃度增加值),h-1現(xiàn)在是58頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三若培養(yǎng)基中只有一種限制性基質(zhì)時(shí),μ為此限制性基質(zhì)濃度的函數(shù):微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型(后人稱Monod方程):μ
=μmax·SKs+SS—限制性基質(zhì)濃度,mol/L,g/Lμmax—最大比生長(zhǎng)速率,限制性基質(zhì)濃度過量時(shí)的比生長(zhǎng)速率Ks—Monod常數(shù),μ=1/2μmax時(shí),Ks=S限制性基質(zhì):指對(duì)發(fā)酵起決定性作用的基質(zhì)成分,通常是碳源物質(zhì)。只考慮限制性基質(zhì),可簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)分析?,F(xiàn)在是59頁(yè)\一共有65頁(yè)\編輯于星期三Monod方程是基本的細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程;從不同情況出發(fā)對(duì)其進(jìn)行修飾.
連續(xù)全混流反應(yīng)器發(fā)酵過程中,穩(wěn)態(tài)時(shí)游離細(xì)胞連續(xù)發(fā)酵的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)方程:D=0時(shí),分批發(fā)酵;D<μ
時(shí),細(xì)胞濃度增加;D=μ
時(shí),細(xì)胞濃度
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