文档介绍：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
RNA 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)
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)
◆组成型酶(Constitutive enzyme):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(Adaptive enzyme)或调节型酶(Regulated enzyme):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
◆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(Operon theory)来阐明的。
◇操纵子学说概述
启动基因(Promoter gene):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(cyclic AMP, cAMP)与CAP组成的复合物( cAMP-CAP) 的结合位点。
操纵基因(Operator gene):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(Regulator gene): 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(Strutural gene):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(Inducible operon)—大肠杆菌乳糖操纵子
◇阻遏型操纵子(Repressible operon)—色氨酸操纵子( Trp operon )
(1) Trp作为辅阻遏物(corepressor)
(2)阻遏物和 RNA pol 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。
真核生物酶生物合成的调节
◆目前为止,还没有统一的理