1、1,Chapter 2 The production of Enzyme by Fermentation of Microorganism,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,2,酶的生產(chǎn)方法,提取分離法 血液中提取SOD；木瓜中提取木瓜蛋白酶；動(dòng)物胰臟中提取胰蛋白酶。來(lái)源：器官、組織、細(xì)胞。 受到生物資源、地理環(huán)境、氣候條件的影響。 生物合成法 微生物發(fā)酵產(chǎn)酶；（枯草芽孢桿菌生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶、磷酸酶；曲霉產(chǎn)糖化酶等） 植物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶；動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)產(chǎn)酶。 化學(xué)合成法 成本昂貴，效果不好。一般只用于實(shí)驗(yàn)室研究,3,定義：利用微生物的生命活動(dòng)，獲得所需的酶的技術(shù)過(guò)程。,利用微生物產(chǎn)酶主要原因： 微生物種類(lèi)繁多，分

2、布廣泛。可以根據(jù)不同的需求從環(huán)境中篩選出相應(yīng)的微生物。 繁殖迅速、代謝能力強(qiáng)。短時(shí)間內(nèi)可獲取大量細(xì)胞和酶類(lèi)。,微生物發(fā)酵產(chǎn)酶,4,章節(jié)內(nèi)容,一、酶生物合成調(diào)節(jié)理論,三、酶的發(fā)酵工藝條件及控制,四、酶生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)力學(xué),二、產(chǎn)酶微生物,5,一、酶生物合成調(diào)節(jié)理論,生物體對(duì)千變?nèi)f化的環(huán)境采取的一種適應(yīng)性策略。遵循節(jié)約、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用的原則。,組成型酶（Constitutive enzyme）：生物細(xì)胞中合成的酶的量比較恒定，這些酶的合成速率變化不大。 調(diào)節(jié)型酶（Regulated enzyme）：生物細(xì)胞中合成的酶的含量變化很大，其合成速率明顯受到環(huán)境因素的影響。,了解生物體的合成調(diào)節(jié)模式，有利于在酶的

3、生產(chǎn)采取相應(yīng)的措施以提高酶產(chǎn)量。,6,調(diào)節(jié)酶生物合成的方式主要有： 轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié) 轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物的加工調(diào)節(jié) 翻譯水平的調(diào)節(jié) 翻譯產(chǎn)物的加工調(diào)節(jié) 酶降解的調(diào)節(jié),轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)是原核生物最常用也最實(shí)用的一種調(diào)節(jié)方式。直接在源頭決定產(chǎn)物是否表達(dá)。,7,原核生物的調(diào)節(jié)理論,3. 反饋抑制作用,2. 分解代謝物的阻遏作用,1. 酶合成的誘導(dǎo)作用,生物體采用何種調(diào)節(jié)模式都存在一定的生物學(xué)意義,8,1. 酶合成的誘導(dǎo)作用,加入某些物質(zhì)，能夠使酶的生物合成開(kāi)始或者加速進(jìn)行的現(xiàn)象稱(chēng)之為酶的誘導(dǎo)作用。,乳糖操縱子理論（Jocob ,衰亡期:,對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的為常數(shù)，且在生長(zhǎng)過(guò)程中比生長(zhǎng)速率最大；它決定了最終細(xì)胞產(chǎn)量的多少

4、，即 對(duì)數(shù)期 越大，則細(xì)胞產(chǎn)量越大。,94,細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)研究對(duì)象中的比生長(zhǎng)速率特指為對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的比生長(zhǎng)速率；通過(guò)研究試驗(yàn)條件對(duì)對(duì)數(shù)期 的的影響來(lái)控制細(xì)胞產(chǎn)量。,95,Monod方程,1950年，法國(guó)的莫諾德(Monod)首先提出了表述微生物細(xì)胞生長(zhǎng)的動(dòng)力學(xué)方程，用以反映限制性基質(zhì)濃度與細(xì)胞生長(zhǎng)速率的關(guān)系：,m：為最大比生長(zhǎng)速率 S： 限制性基質(zhì)的濃度 KS ：莫諾德常數(shù),KS,96,當(dāng)限制性基質(zhì)的濃度SKs時(shí)，增加基質(zhì)濃度就不能提高細(xì)胞比生長(zhǎng)速率。,此方程式與米式方程非常相似,KS,97,Monod方程的參數(shù)求解(雙倒數(shù)法)：,將Monod方程取倒數(shù)可得：,或：,98,通過(guò)測(cè)定不同限制性基質(zhì)

5、濃度下，微生物的比生長(zhǎng)速率，就可以通過(guò)回歸分析計(jì)算出Monod方程的兩個(gè)參數(shù)Ks和m 。,S/,S,( y = ax + b ),當(dāng)x=0時(shí)，y=Ks/m 當(dāng)Y=0時(shí)， x=-b/a=-Ks,Ks/m,Ks,99,實(shí)例分析計(jì)算,1. 設(shè)定不同濃度的限制性基質(zhì)濃度，培養(yǎng)細(xì)菌，得到相關(guān)細(xì)胞數(shù)量的試驗(yàn)數(shù)據(jù),100,2. 選定對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的幾組數(shù)據(jù)，得到不同基質(zhì)濃度與比生長(zhǎng)速率的線性回歸方程，求出對(duì)應(yīng)的比生長(zhǎng)速率。,細(xì)胞比生長(zhǎng)速率:,對(duì)上式積分得：InX = t + A0 (A0為積分常數(shù)，等于接種量的自然對(duì)數(shù)),根據(jù)幾組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的培養(yǎng)時(shí)間和細(xì)胞數(shù)量得到一線性回歸方程，求出比生長(zhǎng)速率,101,濃度1時(shí)

6、的數(shù)據(jù),濃度2時(shí)的數(shù)據(jù), ,根據(jù)各組試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的培養(yǎng)時(shí)間和細(xì)胞數(shù)量得到一系列線性回歸方程，求出對(duì)應(yīng)的比生長(zhǎng)速率。,102,3. 整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，求出Monod方程,S(mg/L) 6 33 64 153 (h-1) 0.06 0.24 0.43 0.66,原始數(shù)據(jù),( y = ax + b ),通過(guò)第2步得到一個(gè)基質(zhì)濃度（S）對(duì)應(yīng)的一個(gè)比生長(zhǎng)速率（）,103,m 1.11 (h-1); Ks 97.6 mg/L,0,100,200,0,100,200,300,400,s,S/,Ks=97.6,104,Ks和m值隨菌種、限制性基質(zhì)種類(lèi)的變化,105,Monod方程雖然表述簡(jiǎn)單，但不足以完整地說(shuō)明復(fù)

7、雜的生化反應(yīng)過(guò)程，并且已發(fā)現(xiàn)它在某些情況與實(shí)驗(yàn)結(jié)果不符。 因此人們針對(duì)不同情況又提出了另外一些方程，但最終目的只有一個(gè)：就是利用建立起來(lái)的動(dòng)力學(xué)方程來(lái)控制和優(yōu)化發(fā)酵生產(chǎn)。,106,2.2 產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué),產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)主要研究細(xì)胞產(chǎn)酶速率以及各種環(huán)境因素對(duì)產(chǎn)酶速率的影響規(guī)律。,dE/dt：產(chǎn)酶速率 ： 細(xì)胞比生長(zhǎng)速率 X： 細(xì)胞濃度 ： 與細(xì)胞生長(zhǎng)偶聯(lián)的產(chǎn)酶系數(shù) ： 與細(xì)胞生長(zhǎng)非偶聯(lián)的產(chǎn)酶系數(shù),107,不同的產(chǎn)酶模式所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)酶動(dòng)力學(xué)方程形式也有所不同,主要分為三型： 生長(zhǎng)偶聯(lián)型 部分生長(zhǎng)偶聯(lián)型 非生長(zhǎng)偶聯(lián)型,108,產(chǎn)物的形成和菌體的生長(zhǎng)相偶聯(lián),x,p,同步合成型, 0、= 0,109,產(chǎn)物的形成和

8、菌體的生長(zhǎng)相偶聯(lián),x,p,中期合成型, 0、= 0,產(chǎn)酶前期： 阻遏作用，不產(chǎn)酶,產(chǎn)酶后期： 產(chǎn)酶與生長(zhǎng)相偶聯(lián),110,產(chǎn)物的形成和菌體的生長(zhǎng)部分偶聯(lián),x,p,延續(xù)合成型, 0、 0,111,產(chǎn)物的形成和菌體的生長(zhǎng)非偶聯(lián),x,p,滯后合成型,= 0、 0,產(chǎn)酶前期： 阻遏作用，不產(chǎn)酶,產(chǎn)酶后期： 產(chǎn)酶與生長(zhǎng)非偶聯(lián),112,本章內(nèi)容,一、酶生物合成基本理論,三、酶的發(fā)酵工藝條件及控制,四、酶生產(chǎn)過(guò)程的動(dòng)力學(xué),二、產(chǎn)酶微生物,113,本章重點(diǎn)掌握內(nèi)容,1. 酶的調(diào)節(jié)理論（產(chǎn)物阻遏與分解代謝物阻遏） 2. 從自然界中獲取產(chǎn)酶微生物的基本步驟 發(fā)酵工藝條件控制有哪些參數(shù)需要控制？有何影響，如何產(chǎn)生，如何解決？ 四種產(chǎn)酶模式,114,一種營(yíng)養(yǎng)成分要成為限制性基質(zhì)的前提條件是其他營(yíng)養(yǎng)物必須過(guò)量。,生長(zhǎng)限制性因子是機(jī)體生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，如氨基酸和氨等氮源，或是葡萄糖、麥芽糖等碳源或者是無(wú)機(jī)鹽，可在