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1、Enzyme EngineeringEnzyme Engineering现在学习的是第1页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-概述-酶的发酵生产酶的发酵生产-经预先设计，通过人工操作控制，利用细胞的生命活动，获得人经预先设计，通过人工操作控制，利用细胞的生命活动，获得人们所需的酶的过程们所需的酶的过程-前提前提 选育到性能优良的产酶微生物选育到性能优良的产酶微生物-生产方式生产方式-固体培养固体培养 霉菌霉菌-液体深层发酵液体深层发酵 现代发酵工业的主要方式现代发酵工业的主要方式-固定化培养固定化培养 固定化细胞、固定化原生质体固定化细胞、固定化
2、原生质体现在学习的是第2页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-本章主要内容-微生物细胞中酶生物合成的调节微生物细胞中酶生物合成的调节-产酶微生物的特点以及酶发酵生产常用的微生物产酶微生物的特点以及酶发酵生产常用的微生物-发酵工艺条件及控制发酵工艺条件及控制-酶发酵动力学概述酶发酵动力学概述-固定化细胞发酵产酶固定化细胞发酵产酶-固定化原生质体发酵产酶固定化原生质体发酵产酶现在学习的是第3页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的基本理论-酶是蛋白质酶是蛋白质 如何获得蛋白？如何获得蛋白？蛋白
3、生物合成蛋白生物合成-从基因到蛋白质：遗传信息的传递从基因到蛋白质：遗传信息的传递 中心法则中心法则-要生物合成一个酶，首先应知道这个酶对应的基因要生物合成一个酶，首先应知道这个酶对应的基因-生成的多肽链必须经过正确的加工修饰，并正确折叠，生成的多肽链必须经过正确的加工修饰，并正确折叠，才能生成有活性的酶才能生成有活性的酶-转录和翻译中的生物调节作用转录和翻译中的生物调节作用DNA RNA Protein Active Enzyme转转录录逆逆转转录录复复制制翻翻译译？折折叠叠现在学习的是第4页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的过程
4、-RNA的合成的合成 转录转录-以以DNA为模板，以核苷三磷酸为模板，以核苷三磷酸（dNTP）为底物，在）为底物，在RNA聚聚合酶作用下，生成合酶作用下，生成RNA的过程的过程-起始起始 延伸延伸 终止终止-转录后修饰：切除非编码区，转录后修饰：切除非编码区，碱基修饰，获得成熟的碱基修饰，获得成熟的mRNA现在学习的是第5页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的过程-肽链的合成肽链的合成 翻译翻译-以以mRNA为模板，以氨基酸为底物，在核糖体上通过各种为模板，以氨基酸为底物，在核糖体上通过各种tRNA、酶和辅助因子，合成多肽链的过程酶和
5、辅助因子，合成多肽链的过程-氨基酸活化生成氨酰氨基酸活化生成氨酰-tRNA-肽链合成起始肽链合成起始现在学习的是第6页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的过程-肽链的合成肽链的合成 翻译翻译-肽链延伸肽链延伸-肽链合成的终止肽链合成的终止-肽链翻译后加工肽链翻译后加工-Met/fMet切除切除-SS-肽链折叠肽链折叠-现在学习的是第7页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的调节-组成型酶（组成型酶（constitutive enzyme）-在细胞中的量比较恒定，环境因素对这类酶
6、的合成速率影响不大在细胞中的量比较恒定，环境因素对这类酶的合成速率影响不大-适应型酶（适应型酶（adaptive enzyme）-在细胞中含量变化很大，其合成速率受环境因素影响显著在细胞中含量变化很大，其合成速率受环境因素影响显著-在所有的生物中，在所有的生物中，的调节控制（基因的调节控制）对酶的调节控制（基因的调节控制）对酶的生物合成至关重要的生物合成至关重要-原核生物中酶生物合成的调节主要发生在原核生物中酶生物合成的调节主要发生在现在学习的是第8页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的调节 转录水平-操纵子学说（操纵子学说（oper
7、on theory）-与生物合成相关的四个基因与生物合成相关的四个基因-调节基因调节基因(regulator gene)-启动基因启动基因(promoter gene)-操纵基因操纵基因(operator gene)-结构基因结构基因(structural gene)-调节的主要原理调节的主要原理-阻遏蛋白与操纵基因结合，产生空间排斥作用，妨碍阻遏蛋白与操纵基因结合，产生空间排斥作用，妨碍RNA聚合酶与启动基聚合酶与启动基因结合，阻碍因结合，阻碍RNA的转录的转录-效应物结合阻遏蛋白之后，阻遏蛋白结构改变，不能结合操纵基因，效应物结合阻遏蛋白之后，阻遏蛋白结构改变，不能结合操纵基因，RNA聚合
8、酶可以结合启动位点，进行转录聚合酶可以结合启动位点，进行转录现在学习的是第9页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的调节 转录水平-操纵子学说操纵子学说启动基因的两个位点启动基因的两个位点-(1)RNA聚合酶结合聚合酶结合位点位点-(2)cAMP-CAP复合复合物结合位点物结合位点现在学习的是第10页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的调节 转录水平-操纵子学说（操纵子学说（operon theory）-操纵子操纵子 结构基因结构基因+操纵基因操纵基因+启动基因启动基因-诱导型
9、操纵子（诱导型操纵子（inducible operon）-诱导物激发基因大量表达诱导物激发基因大量表达-阻遏型操纵子（阻遏型操纵子（repressible operon）-阻遏物妨碍基因的正常表达阻遏物妨碍基因的正常表达现在学习的是第11页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的调节 转录水平-调节模式调节模式 1：分解代谢物阻遏作用：分解代谢物阻遏作用-某些物质（容易利用的碳源）经过分解代谢产生的物质阻遏了某些诱导酶生物合某些物质（容易利用的碳源）经过分解代谢产生的物质阻遏了某些诱导酶生物合成的现象成的现象-连锁效应连锁效应-实质实质
10、-解决解决 添加添加 cAMP，控制易用碳源的用量，控制易用碳源的用量现在学习的是第12页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的调节 转录水平-调节模式调节模式 2：诱导作用：诱导作用-加入某些物质（诱导物）加入某些物质（诱导物）使酶的生物合成开始或加使酶的生物合成开始或加速进行的现象速进行的现象-诱导物（诱导物（inducer）-酶催化作用的底物或其酶催化作用的底物或其底物类似物底物类似物RPOS1S2RPOS1S2阻阻遏遏蛋蛋白白A.无无诱诱导导物物B.添添加加诱诱导导物物转转录录翻翻译译诱诱导导物物酶酶RNA聚聚合合酶酶现在学习的
11、是第13页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的调节 转录水平-调节模式调节模式 3：反馈阻遏作用：反馈阻遏作用-即产物阻遏，是指酶催化反应即产物阻遏，是指酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物的产物或代谢途径的末端产物使该酶的生物合成受到阻遏的使该酶的生物合成受到阻遏的现象现象-阻遏物（阻遏物（repressor）-一般是酶催化反应的产物或一般是酶催化反应的产物或代谢途径的末端产物代谢途径的末端产物-阻遏物阻遏物+阻遏蛋白阻遏蛋白 O基因基因RPOS1S2RPOS1S2阻阻遏遏蛋蛋白白A.无无阻阻遏遏物物B.有有阻阻遏遏物物转转录录翻翻
12、译译阻阻遏遏物物酶酶RNA聚聚合合酶酶现在学习的是第14页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的模式（重点重点）-微生物细胞生长曲线（四阶段）微生物细胞生长曲线（四阶段）-延迟期（调整期）延迟期（调整期）-生长期（对数生长期）生长期（对数生长期）-平衡期平衡期-衰退期衰退期-酶的生物合成模式（四类）酶的生物合成模式（四类）根据酶产生与细胞生长的关系根据酶产生与细胞生长的关系-同步合成型同步合成型-延续合成型延续合成型-中期合成型中期合成型-滞后合成型滞后合成型0TimeABCDCellamount现在学习的是第15页，共98页Enzym
13、e EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的模式-酶生物合成的四种模式酶生物合成的四种模式时间时间细胞细胞/酶浓度酶浓度同步合成型同步合成型时间时间细胞细胞/酶浓度酶浓度延续合成型延续合成型时间时间细胞细胞/酶浓度酶浓度中期合成型中期合成型时间时间细胞细胞/酶浓度酶浓度滞后合成型滞后合成型细胞浓度细胞浓度酶浓度酶浓度现在学习的是第16页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的模式-同步合成型同步合成型-酶的生物合成与细胞生长酶的生物合成与细胞生长（型）型）-大部分组成酶属于此类大部分组成酶属于此类-此类酶的
14、合成可由其诱导物诱导生成，此类酶的合成可由其诱导物诱导生成，-酶对应的酶对应的-典型例子：米曲霉培养生产单宁酶典型例子：米曲霉培养生产单宁酶 EC 3.1.1.20（书书p36 图图2-8）时间时间细胞细胞/酶浓度酶浓度细胞浓度细胞浓度酶浓度酶浓度现在学习的是第17页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的模式-延续合成型延续合成型-酶的合成伴随着细胞的生长而开始，生长酶的合成伴随着细胞的生长而开始，生长后，酶还能后，酶还能一段时间一段时间-此类酶的合成可被诱导物所诱导，一般此类酶的合成可被诱导物所诱导，一般-此类酶所对应的此类酶所对应的
15、-举例：黑曲霉培养生产聚半乳糖醛酸酶举例：黑曲霉培养生产聚半乳糖醛酸酶 3.2.1.15（书书p37 图图2-9）时间时间细胞细胞/酶浓度酶浓度细胞浓度细胞浓度酶浓度酶浓度现在学习的是第18页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的模式-中期合成型中期合成型-酶的合成在酶的合成在，当细胞生长当细胞生长-酶的合成受到产物的酶的合成受到产物的-酶所对应的酶所对应的-举例：枯草杆菌碱性磷酸酶举例：枯草杆菌碱性磷酸酶 EC 3.1.3.1 受其水解产物磷酸的反馈阻遏作用受其水解产物磷酸的反馈阻遏作用（书书p38 图图2-10）时间时间细胞细胞/酶
16、浓度酶浓度细胞浓度细胞浓度酶浓度酶浓度现在学习的是第19页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶生物合成的模式-滞后合成型滞后合成型-当细胞当细胞后，后，才开始合成并大量积累酶才开始合成并大量积累酶-许多水解酶属于此类许多水解酶属于此类的存在延缓了酶的合成的存在延缓了酶的合成-此类酶的此类酶的-滞后合成型滞后合成型 延续合成型延续合成型-举例：黑曲霉酸性蛋白酶举例：黑曲霉酸性蛋白酶 EC 3.4.23.6（书书p38 图图2-11）时间时间细胞细胞/酶浓度酶浓度细胞浓度细胞浓度酶浓度酶浓度现在学习的是第20页，共98页Enzyme Enginee
17、ringEnzyme Engineering-酶生物合成的模式-Summary-关键因素关键因素-酶对应的酶对应的-培养基中培养基中 是最理想的合成是最理想的合成模式模式-通过基因工程、代谢工程、细胞工通过基因工程、代谢工程、细胞工程等手段，筛选优良菌株，使合成程等手段，筛选优良菌株，使合成模式接近延续合成型模式接近延续合成型细胞浓度细胞浓度酶浓度酶浓度现在学习的是第21页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-产酶微生物的特点-酶的产量高酶的产量高-通过筛选获得高产菌株，妥善保存并定期复壮通过筛选获得高产菌株，妥善保存并定期复壮-容易培养和管理容易
18、培养和管理-对培养基成分和工艺条件没有苛刻的要求，适应能力强对培养基成分和工艺条件没有苛刻的要求，适应能力强-产酶稳定性好产酶稳定性好-能稳定生长并表达所需的酶，菌种不易退化能稳定生长并表达所需的酶，菌种不易退化-有利于酶的分离纯化有利于酶的分离纯化-酶的分离提纯要比较容易，能获得较高纯度酶的分离提纯要比较容易，能获得较高纯度-安全可靠安全可靠-菌种对环境及对操作人员安全，不产生不良影响菌种对环境及对操作人员安全，不产生不良影响现在学习的是第22页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-产酶微生物的特点-产酶微生物的分离和筛选产酶微生物的分离和筛选-
19、样品的采集：从富含该酶作用底物的场所采集样品样品的采集：从富含该酶作用底物的场所采集样品-富集培养：投其所好，取其所抗富集培养：投其所好，取其所抗 -菌种纯化与分离：微生物的纯培养（菌种纯化与分离：微生物的纯培养（pure culture）-初筛：选出产酶菌种，以多为主初筛：选出产酶菌种，以多为主-复筛：选出产酶水平相对较高的菌株，以质为主复筛：选出产酶水平相对较高的菌株，以质为主现在学习的是第23页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-产酶微生物的特点-例：例：-淀粉酶生产菌的筛选淀粉酶生产菌的筛选 产产-淀粉酶的微生淀粉酶的微生物可以淀粉为碳源
20、加以利物可以淀粉为碳源加以利用，在含用，在含KI-I2 的淀粉培的淀粉培养基上，菌落周围因分养基上，菌落周围因分泌出的泌出的-淀粉酶将淀粉水淀粉酶将淀粉水解而导致蓝色消失，生成解而导致蓝色消失，生成“水解圈水解圈”。现在学习的是第24页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-产酶微生物的特点-例：例：蛋白酶蛋白酶生产菌的筛选生产菌的筛选 在培养基中在培养基中添加酪蛋白，经添加酪蛋白，经蛋白酶的水解，蛋白酶的水解，培养基相应位置培养基相应位置变为澄清的变为澄清的“水水解圈解圈”。现在学习的是第25页，共98页Enzyme EngineeringEnzy
21、me Engineering-产酶微生物的特点-酶在微生物细胞中的存在形式酶在微生物细胞中的存在形式-胞外酶胞外酶-微生物为了利用环境中的大分子而释放到细胞外的微生物为了利用环境中的大分子而释放到细胞外的-即使胞外浓度很高，胞内也能维持较低水平，受到的调节控制少即使胞外浓度很高，胞内也能维持较低水平，受到的调节控制少-大多是大多是（如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶等）（如淀粉酶、蛋白酶、纤维素酶、果胶酶等）-胞内酶胞内酶-指合成后仍留在细胞内发挥作用的酶指合成后仍留在细胞内发挥作用的酶-酶活性和浓度受到中间产物和终产物的调控酶活性和浓度受到中间产物和终产物的调控-组成型酶一般是胞内酶组成型酶
22、一般是胞内酶现在学习的是第26页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物-细菌细菌-大肠杆菌（大肠杆菌（Escherichia coli）应用最广泛的产酶微生物应用最广泛的产酶微生物-放线菌放线菌-链霉菌（链霉菌（Streptomyces）-霉菌霉菌 使用种类最多的产酶微生物使用种类最多的产酶微生物-曲霉属、青霉、根霉等曲霉属、青霉、根霉等-酵母酵母-啤酒酵母（啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）-假丝酵母属（假丝酵母属（Candida）现在学习的是第27页，共98页Enzyme EngineeringE
23、nzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 细菌-大肠杆菌（大肠杆菌（E.coli）-一般产一般产-主要的酶品种主要的酶品种-谷氨酸脱羧酶、天冬氨酸酶、青霉素酰化酶等谷氨酸脱羧酶、天冬氨酸酶、青霉素酰化酶等-基因工程操作酶：限制性内切酶、基因工程操作酶：限制性内切酶、DNA聚合酶、聚合酶、DNA连接酶等连接酶等-枯草杆菌（枯草杆菌（B.subtilis）-能产生多种能产生多种-主要的酶品种主要的酶品种-淀粉酶类：如淀粉酶类：如-淀粉酶（胞外）淀粉酶（胞外）-蛋白酶类：如中性蛋白酶（胞外）蛋白酶类：如中性蛋白酶（胞外）-磷酸酶类：碱性磷酸酶（细胞间质）、磷酸酶类：碱性磷酸酶（细胞
24、间质）、5-核苷酸酶等核苷酸酶等现在学习的是第28页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 细菌-枯草杆菌产果胶酶枯草杆菌产果胶酶现在学习的是第29页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 放线菌-链霉菌（链霉菌（Streptomyces）-生产葡萄糖异构酶的主要微生物生产葡萄糖异构酶的主要微生物-主要酶品种主要酶品种-青霉素酰化酶、纤维素酶、几丁质酶、碱性青霉素酰化酶、纤维素酶、几丁质酶、碱性/中性蛋白酶等中性蛋白酶等-含有丰富的含有丰富的16-羟化酶，用于
25、甾体药物转化羟化酶，用于甾体药物转化现在学习的是第30页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 放线菌-链霉菌产聚乙烯醇降解酶链霉菌产聚乙烯醇降解酶现在学习的是第31页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌-黑曲霉（黑曲霉（Aspergillus niger）-可生产多种酶（胞内酶或胞外酶）可生产多种酶（胞内酶或胞外酶）-主要酶品种主要酶品种-糖化酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、纤维素酶等糖化酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、纤维素酶等-米曲霉（米曲霉
26、（Aspergillus oryzae）-米曲霉中糖化酶和蛋白酶活力较强，因此广泛应用于酿造行业和米曲霉中糖化酶和蛋白酶活力较强，因此广泛应用于酿造行业和食品行业食品行业-米曲霉为一类产复合酶的菌株，除产蛋白酶外，还可产淀粉酶、米曲霉为一类产复合酶的菌株，除产蛋白酶外，还可产淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、植酸酶等糖化酶、纤维素酶、植酸酶等-主要酶品种主要酶品种-糖化酶、果胶酶、氨基酰化酶、磷酸二酯酶、核酸酶等糖化酶、果胶酶、氨基酰化酶、磷酸二酯酶、核酸酶等现在学习的是第32页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌黑曲霉黑曲霉
27、（A.niger）米曲霉米曲霉（A.oryzae）现在学习的是第33页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌-红曲霉属（红曲霉属（Monascus）-菌落成熟后产红色色素，颜色较深菌落成熟后产红色色素，颜色较深-腐生真菌，能耐受腐生真菌，能耐受 pH 3.5 和和 10%酒精，尤嗜乳酸酒精，尤嗜乳酸-红曲霉中含有丰富的酶系，并且自身能合成生长素，无须外源供红曲霉中含有丰富的酶系，并且自身能合成生长素，无须外源供给，尤其是葡萄糖淀粉酶和蛋白酶等酶，在食品行业使用广泛给，尤其是葡萄糖淀粉酶和蛋白酶等酶，在食品行业使用广泛-主
28、要酶品种主要酶品种-淀粉酶、糖化酶、麦芽糖酶、酯酶等淀粉酶、糖化酶、麦芽糖酶、酯酶等现在学习的是第34页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌-青霉属（青霉属（Penicillium）-属半知菌纲，也有的列入子囊菌纲属半知菌纲，也有的列入子囊菌纲-腐生真菌，存在于空气中及腐烂的物质表面腐生真菌，存在于空气中及腐烂的物质表面-常用的工业发酵微生物，广泛用于有机酸、干酪和抗生素的生产常用的工业发酵微生物，广泛用于有机酸、干酪和抗生素的生产-主要菌种和酶的种类主要菌种和酶的种类-产黄青霉（产黄青霉（Penicillium ch
29、rysogenum）-葡萄糖氧化酶、纤维素酶、果胶酶、青霉素酰化酶等葡萄糖氧化酶、纤维素酶、果胶酶、青霉素酰化酶等-橘青霉（橘青霉（Penicillium citrinum）-脂肪酶、葡萄糖氧化酶、脂肪酶、葡萄糖氧化酶、5-磷酸二酯酶、核酸酶等磷酸二酯酶、核酸酶等现在学习的是第35页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌-青霉属（青霉属（Penicillium）现在学习的是第36页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌-青霉产聚乙烯醇降解酶青霉产聚
30、乙烯醇降解酶现在学习的是第37页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌-木霉（木霉（Trichoderma）-属于半知菌亚门，丛梗孢目，木霉属，常见的木霉有绿色木霉、康宁木属于半知菌亚门，丛梗孢目，木霉属，常见的木霉有绿色木霉、康宁木霉等霉等-木霉具有较强分解纤维素能力，绿色木霉（木霉具有较强分解纤维素能力，绿色木霉（T.viride）通常能够分泌高活）通常能够分泌高活性纤维素酶，对纤维素的分解能力很强，因此在木质素、纤维素丰富的性纤维素酶，对纤维素的分解能力很强，因此在木质素、纤维素丰富的基质上生长快，传播蔓延迅速基质
31、上生长快，传播蔓延迅速-菌落开始时为白色，致密，圆形，向四周扩展最后整个菌落全部变菌落开始时为白色，致密，圆形，向四周扩展最后整个菌落全部变成绿色成绿色-产产 的重要菌株；亦用于生产的重要菌株；亦用于生产 17-羟化酶，可用于甾体药物转化羟化酶，可用于甾体药物转化现在学习的是第38页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌-木霉（木霉（Trichoderma）-木霉适应性很强，菌落扩展很快，特别在高温高湿度条件下几天木霉适应性很强，菌落扩展很快，特别在高温高湿度条件下几天内木霉菌落可遍布整个料面内木霉菌落可遍布整个料面绿色
32、木霉绿色木霉(T.viride)的菌落的菌落哈茨木霉哈茨木霉(T.harzianum)的显微形态的显微形态现在学习的是第39页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌-根霉（根霉（Rhizopus）-具有具有 11-羟化酶，是用于羟化酶，是用于的重要菌株的重要菌株-产酶品种产酶品种-糖化酶、蔗糖酶、碱性蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等糖化酶、蔗糖酶、碱性蛋白酶、果胶酶、纤维素酶、半纤维素酶等-毛霉（毛霉（Mucor）-毛霉能糖化淀粉并能生成少量乙醇，产生蛋白酶，有分解大豆蛋白的能力，毛霉能糖化淀粉并能生成少量乙醇，产
33、生蛋白酶，有分解大豆蛋白的能力，我国多用来做豆腐乳、豆豉我国多用来做豆腐乳、豆豉-许多毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油等许多毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油等-产酶品种产酶品种-蛋白酶、糖化酶、蛋白酶、糖化酶、-淀粉酶、脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等淀粉酶、脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等现在学习的是第40页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 霉菌-根霉（根霉（Rhizopus）-毛霉（毛霉（Mucor）现在学习的是第41页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 酵
34、母-啤酒酵母（啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）-广泛应用于广泛应用于-细胞呈圆形、卵形、椭圆形，在麦芽汁培养基上菌落白色有光泽细胞呈圆形、卵形、椭圆形，在麦芽汁培养基上菌落白色有光泽-产酶品种产酶品种-醇脱氢酶、丙酮酸脱羧酶、转化酶等醇脱氢酶、丙酮酸脱羧酶、转化酶等现在学习的是第42页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物 酵母-假丝酵母属（假丝酵母属（Candida）-细胞呈圆形、卵形或长形，出芽成假菌丝细胞呈圆形、卵形或长形，出芽成假菌丝-不产色素，在麦芽汁琼脂培养基上菌落乳白色或奶油色不产色素
35、，在麦芽汁琼脂培养基上菌落乳白色或奶油色-产酶品种产酶品种-脂肪酶、尿酸酶、转化酶、醇脱氢酶等脂肪酶、尿酸酶、转化酶、醇脱氢酶等-产产17-羟化酶，用于甾体药物转化羟化酶，用于甾体药物转化-具烷类代谢的酶系，可利用石油及其加工废料为碳源具烷类代谢的酶系，可利用石油及其加工废料为碳源现在学习的是第43页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-酶发酵生产常用的微生物-菌种的选择菌种的选择-了解产某种酶的菌种有哪些了解产某种酶的菌种有哪些-对这些菌种的性质进行全面的考察对这些菌种的性质进行全面的考察-产酶机理产酶机理-代谢途径代谢途径-营养组成营养组成-生
36、长和繁殖情况生长和繁殖情况-考察菌种产酶的能力及稳定性考察菌种产酶的能力及稳定性-考虑是否对菌种进行改良考虑是否对菌种进行改良-优化培养条件优化培养条件现在学习的是第44页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-发酵工程（发酵工程（fermentation engineering）-采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术-包括菌种的选育、培养
37、基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面程和产品的分离提纯等方面-囊括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工囊括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程程的一个多学科工程-工业发酵过程工业发酵过程-厌氧发酵生产过程，如酒精，乳酸的生产厌氧发酵生产过程，如酒精，乳酸的生产生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等现在学习的是第45页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发
38、酵工艺条件及其控制-发酵工程的产品发酵工程的产品现在学习的是第46页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-发酵生产：从实验室到工业生产发酵生产：从实验室到工业生产菌种筛选菌种筛选平板培养平板培养摇瓶试验摇瓶试验发酵罐中试发酵罐中试工业发酵生产工业发酵生产上游上游下游下游现在学习的是第47页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制现在学习的是第48页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-发酵基本流程
39、和步骤发酵基本流程和步骤-培养基（种子培养基、发酵培养基）的配培养基（种子培养基、发酵培养基）的配制制-培养基、发酵罐及辅助设备的培养基、发酵罐及辅助设备的-将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中发酵罐中-将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物生长并形成代谢产物-产物抽提、精制，以得到合格的产品产物抽提、精制，以得到合格的产品-回收或处理发酵过程中产生的废弃物和废水回收或处理发酵过程中产生的废弃物和废水空空气气保保藏藏菌菌种种细细胞胞活活化化扩扩大大培培养养种种子子罐罐培培养养主主发发酵酵
40、罐罐发发酵酵产产品品分分离离纯纯化化成成品品（酶酶制制剂剂）培培养养基基蒸蒸汽汽灭灭菌菌过过滤滤除除菌菌现在学习的是第49页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-发酵工艺条件控制的主要内容发酵工艺条件控制的主要内容-细胞活化与扩大培养细胞活化与扩大培养-培养基的成分及其配制培养基的成分及其配制-pH 值调节值调节-温度的调节控制温度的调节控制-溶解氧的调节控制溶解氧的调节控制-提高酶产量的措施提高酶产量的措施现在学习的是第50页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其
41、控制-细胞活化与扩大培养细胞活化与扩大培养-菌种保藏菌种保藏-短期保藏短期保藏-长期保藏长期保藏-菌种活化菌种活化-使用前接种于新鲜培养基上，培养，以恢复细胞生命活动能力使用前接种于新鲜培养基上，培养，以恢复细胞生命活动能力-扩大培养扩大培养-为保证发酵时有足够数量的优质细胞，活化细胞要经一级至数级扩大培养为保证发酵时有足够数量的优质细胞，活化细胞要经一级至数级扩大培养-一般培养到细胞处于一般培养到细胞处于为宜为宜-采用孢子接种，则应培养至孢子成熟期采用孢子接种，则应培养至孢子成熟期各有哪些方法？各有哪些方法？现在学习的是第51页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme En
42、gineering-发酵工艺条件及其控制-培养基的成分及其配制培养基的成分及其配制-培养基的组成培养基的组成-碳源、氮源、水、无机盐、生长因子碳源、氮源、水、无机盐、生长因子-根据不同的微生物种类和不同的生长条件确定培养基成分，可通根据不同的微生物种类和不同的生长条件确定培养基成分，可通过查阅相关的手册获得培养基的成分过查阅相关的手册获得培养基的成分-书书 p46-注意注意-同一种细胞用于生产不同的酶时，培养基成分不一样同一种细胞用于生产不同的酶时，培养基成分不一样-细胞在生长、增殖、发酵、产酶等各阶段所需营养成分有区别细胞在生长、增殖、发酵、产酶等各阶段所需营养成分有区别-尽量减少培养基中部
43、分物质对产酶的阻遏作用尽量减少培养基中部分物质对产酶的阻遏作用现在学习的是第52页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-pH 值的调节和控制值的调节和控制-培养基培养基 pH 值的显著影响值的显著影响 三方面！三方面！-H+或或OH 影响影响和电荷分布情况，引起酶构象的变化和电荷分布情况，引起酶构象的变化-pH 值影响值影响状况，改变膜的通透性状况，改变膜的通透性-pH 对对的物理化学性质也存在影响（解离平衡、溶解度、反应活性等）的物理化学性质也存在影响（解离平衡、溶解度、反应活性等）-最适生长最适生长 pH、最适生产、最适生
44、产 pH-细胞发酵产酶的最适细胞发酵产酶的最适 pH 值通常接近该酶反应的最适值通常接近该酶反应的最适 pH 值，但一般不同值，但一般不同于细胞生长的最适于细胞生长的最适 pH 值值-培养基的培养基的 pH 值在细胞生长和发酵过程中将发生变化值在细胞生长和发酵过程中将发生变化现在学习的是第53页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-温度的调节和控制温度的调节和控制-生长温度与产酶温度往往不同，一般后者低于前者生长温度与产酶温度往往不同，一般后者低于前者-较低温度下，较低温度下，mRNA 稳定性较高，延续酶的合成稳定性较高，延续
45、酶的合成-温度过低，微生物代谢速度减慢，将延长发酵周期温度过低，微生物代谢速度减慢，将延长发酵周期-在不同的发酵阶段控制不同的温度在不同的发酵阶段控制不同的温度-发酵产热发酵产热 微生物在生长繁殖过程中产生的热量，来自于代谢过程，微生物在生长繁殖过程中产生的热量，来自于代谢过程，但是同时热量扩散散失，又会使温度降低，因此培养基的温度是两者综合作但是同时热量扩散散失，又会使温度降低，因此培养基的温度是两者综合作用的结果用的结果-其他热源（微弱）其他热源（微弱）机械热，蒸发热，辐射热机械热，蒸发热，辐射热-温度控制温度控制 冷却水冷却水现在学习的是第54页，共98页Enzyme Engineeri
46、ngEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-溶解氧的调节控制溶解氧的调节控制-O2 是细胞呼吸所必需的，但细胞一般只能利用是细胞呼吸所必需的，但细胞一般只能利用，即溶解在培养基中的，即溶解在培养基中的氧氧-培养基供氧培养基供氧 通气搅拌，维持溶解氧含量通气搅拌，维持溶解氧含量-耗氧速率耗氧速率-KO2 耗氧速率，指单位时间内单位体积培养液中细胞的耗氧量，耗氧速率，指单位时间内单位体积培养液中细胞的耗氧量，(mmol O2)h-1L-1-QO2 细胞呼吸强度，指单位细胞量在单位时间内的耗氧量，细胞呼吸强度，指单位细胞量在单位时间内的耗氧量，(mmol O2)h-1(g DC)
47、-1-Ccell 细胞浓度，单位体积培养液中细胞质量，细胞浓度，单位体积培养液中细胞质量，(g DC)L-122OOcell=KQC现在学习的是第55页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-溶解氧的调节控制溶解氧的调节控制-溶氧速率（溶氧系数溶氧速率（溶氧系数 Kd）-单位体积发酵液在单位时间内溶解的氧的量，单位体积发酵液在单位时间内溶解的氧的量，(mmol O2)h-1L-1-当当 Kd=KO2 时，溶氧量恒定时，溶氧量恒定-溶氧量调节方法溶氧量调节方法-通气量：增大通气量提高通气量：增大通气量提高 Kd-O2 分压：提高分
48、压：提高 O2 分压，可增加分压，可增加 O2 溶解度，提高溶解度，提高 Kd-气液接触时间：延长气液接触时间：延长，可增加，可增加 O2 溶解量溶解量-气液接触面积：增大气液接触面积：增大能提高能提高 Kd-培养液黏度：黏度大易产生泡沫，影响培养液黏度：黏度大易产生泡沫，影响 O2 溶解溶解现在学习的是第56页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-提高酶产量的措施提高酶产量的措施(1)-添加诱导物添加诱导物-酶的作用底物酶的作用底物-e.g.乳糖乳糖 -半乳糖苷酶，以乳糖代替葡萄糖，可以使半乳糖苷酶，以乳糖代替葡萄糖，可以使
49、-半乳糖苷酶半乳糖苷酶表达量提高数千倍表达量提高数千倍-酶的反应产物酶的反应产物-e.g.半乳糖醛酸（果胶酶水解产物）半乳糖醛酸（果胶酶水解产物）果胶酶果胶酶-底物类似物底物类似物-e.g.-半乳糖苷酶，半乳糖苷酶，IPTG的诱导效率比底物乳糖高几百倍的诱导效率比底物乳糖高几百倍-反应产物类似物反应产物类似物现在学习的是第57页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-提高酶产量的措施提高酶产量的措施(2)-控制阻遏物浓度控制阻遏物浓度 p51-e.g.1：枯草杆菌碱性磷酸酶受其反应产物：枯草杆菌碱性磷酸酶受其反应产物 H3PO4
50、 的阻遏的阻遏-e.g.2：培养基中葡萄糖对诱导物的阻遏：培养基中葡萄糖对诱导物的阻遏-控制速效性碳源的浓度，改用控制速效性碳源的浓度，改用，或添加，或添加cAMP，减少分解，减少分解代谢物阻遏作用代谢物阻遏作用-及时分离末端产物，及时分离末端产物，减弱或解除产物阻遏作用，减弱或解除产物阻遏作用现在学习的是第58页，共98页Enzyme EngineeringEnzyme Engineering-发酵工艺条件及其控制-提高酶产量的措施提高酶产量的措施(3)-添加表面活性剂添加表面活性剂，有利于胞外酶的分泌，有利于胞外酶的分泌-一般采用毒性较小的一般采用毒性较小的表面活性剂表面活性剂-e.g.：