酶的生物合成PPT学习教案

1、会计学1 酶的生物合成酶的生物合成 第1页/共71页 第2页/共71页 一、一、 微生物产酶的特点微生物产酶的特点 n工业生产酶制剂一般都以微生物为主要来源工业生产酶制剂一般都以微生物为主要来源 n为什么酶制剂的生产主要以微生物为材料？为什么酶制剂的生产主要以微生物为材料？ (1) 微生物种类多，酶种丰富，且菌株易诱变，菌种多样微生物种类多，酶种丰富，且菌株易诱变，菌种多样 (2) 微生物生长繁殖快，酶易提取，特别是胞外酶微生物生长繁殖快，酶易提取，特别是胞外酶 (3) 来源广泛，价格便宜来源广泛，价格便宜 (4) 微生物易得，生长周期短微生物易得，生长周期短 (5) 可以利用以基因工程为主的

2、分子生物学技术，选育和改造可以利用以基因工程为主的分子生物学技术，选育和改造 菌种，增加产酶率和开发新酶种菌种，增加产酶率和开发新酶种 第3页/共71页 第4页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 (1) (1) 无芽孢杆菌无芽孢杆菌 大肠埃希氏菌属大肠埃希氏菌属 (Escherichia) 天门冬酰氨酶，抗肿瘤，治疗白血病天门冬酰氨酶，抗肿瘤，治疗白血病 青霉素酰化酶，制备青霉素酰化酶，制备6-APA母核，生产半合成青霉素母核，生产半合成青霉素 酰基转移酶，拆分酰基转移酶，拆分DL-氨基酸，制备氨基酸，制备L-氨基酸氨基酸 溶菌酶，用于消炎、抗菌等溶菌酶，用于消炎、抗菌等 谷氨酸脱羧酶，在

3、味精工业中用于谷氨酸的定量分析谷氨酸脱羧酶，在味精工业中用于谷氨酸的定量分析 假单胞菌属假单胞菌属 (Pseudomonas Migula) -酪氨酸酶，用于合成酪氨酸酶，用于合成L-多巴，治疗帕金森病多巴，治疗帕金森病 葡萄糖异构酶，溶菌酶，青霉素葡萄糖异构酶，溶菌酶，青霉素G酰化酶，脂肪酶酰化酶，脂肪酶 1、 细菌细菌 第5页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 (2) (2) 芽孢杆菌芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis) -淀粉酶，蛋白酶，青霉素酶，溶菌酶淀粉酶，蛋白酶，青霉素酶，溶菌酶 5-磷酸二酯酶，用于水解磷酸二酯酶，用于水解RNA，生产核苷

4、酸和核苷等，生产核苷酸和核苷等 纳豆激酶，溶解血栓，抑制金黄色葡萄球菌、大肠埃氏菌纳豆激酶，溶解血栓，抑制金黄色葡萄球菌、大肠埃氏菌O157菌株菌株 及沙门氏菌的作用及沙门氏菌的作用 嗜热脂肪芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌 (B. stearothermophilus) -半乳糖苷酶，青霉素酶等半乳糖苷酶，青霉素酶等 果糖芽孢杆菌果糖芽孢杆菌 (B. fructosus) 异构酶，溶菌酶等异构酶，溶菌酶等 环状芽孢杆菌环状芽孢杆菌 (B. circulans) 环糊精葡基转移酶环糊精葡基转移酶(用于由淀粉生产环状糊精用于由淀粉生产环状糊精)，丁酰苷酶，丁酰苷酶A、B等等 巨大芽孢杆菌巨大芽孢杆菌 (

5、B. megaterium) 头孢菌素酰化酶头孢菌素酰化酶(用于酶法半合成生产各种头孢菌素衍生物，如先用于酶法半合成生产各种头孢菌素衍生物，如先 锋毒素锋毒素等等) 1、 细菌细菌 第6页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 (3) (3) 球菌球菌 微球菌属微球菌属(Micrococcus) 溶壁微球菌溶壁微球菌 (M. lysodeikticus) 玫瑰色微球菌玫瑰色微球菌 (M. roseus) 用于生产青霉素酰化酶和溶壁酶等多种酶类用于生产青霉素酰化酶和溶壁酶等多种酶类 链球菌属链球菌属 (Streptococcus) -溶血性链球菌溶血性链球菌 (S. -hemolyticus)

6、生产酪氨酸脱羧酶、链激酶、链道酶、双链酶等生产酪氨酸脱羧酶、链激酶、链道酶、双链酶等(有溶解血栓、血有溶解血栓、血 块，加速伤口愈合等作用块，加速伤口愈合等作用) 明串珠菌属明串珠菌属 (Leuconostoc) 产生葡萄糖异构酶产生葡萄糖异构酶 1、 细菌细菌 第7页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 (1) (1) 链霉菌属链霉菌属 (Streptomyces) 委内瑞拉链霉菌委内瑞拉链霉菌 (S. venezulae) 葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 灰色链霉菌灰色链霉菌 (S. griseus) 葡萄糖异构酶，溶菌酶葡萄糖异构酶，溶菌酶 白色链霉菌白色链霉菌 (S. albus) 葡萄糖

7、异构酶，溶菌酶葡萄糖异构酶，溶菌酶 不产色素链霉菌不产色素链霉菌 (S. achromogenes) 葡萄糖异构酶葡萄糖异构酶 弗氏链霉菌弗氏链霉菌 (S. fradiae ) 产生角蛋白酶产生角蛋白酶 2、 放线菌放线菌 第8页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 (1) (1) 链霉菌属链霉菌属 (Streptomyces) 密执安链霉菌密执安链霉菌 (S. michiganensisi) 产生抗胰酶，可抑制食道癌和乳腺癌的发生，抑制烧伤疼痛和水泡产生抗胰酶，可抑制食道癌和乳腺癌的发生，抑制烧伤疼痛和水泡 形成等形成等 金色链霉菌金色链霉菌 (S. aureus) 产生青霉素产生青霉素V

8、酰化酶酰化酶 淡紫灰叶链霉菌淡紫灰叶链霉菌 (S. lavendulae) (2) (2) 诺卡氏菌属诺卡氏菌属 (Ncardia) 产生单加氧酶，双加氧酶产生单加氧酶，双加氧酶(用于烃类、氰、腈类物质的降解用于烃类、氰、腈类物质的降解) 2、 放线菌放线菌 第9页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 酿酒酵母酿酒酵母(S. cerevisiae) 又称啤酒酵母，是糖酵母属中最主要的酵母种，也是发酵工业上最又称啤酒酵母，是糖酵母属中最主要的酵母种，也是发酵工业上最 常用、最重要的菌种之一，用于生产凝血激酶、尿激酶等药用酶常用、最重要的菌种之一，用于生产凝血激酶、尿激酶等药用酶 球拟酵母属球拟

9、酵母属(Torulopsis) 制取青霉素酰化酶，谷氨酸脱羧酶和酸性蛋白酶等制取青霉素酰化酶，谷氨酸脱羧酶和酸性蛋白酶等 假丝酵母属假丝酵母属(Candida) 产生单加氧酶，双加氧酶，用于烃类等石油产品的降解产生单加氧酶，双加氧酶，用于烃类等石油产品的降解 3、 酵母菌酵母菌 第10页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 (1) (1) 根霉根霉(Rhizopus) 少根根霉少根根霉 (R.arrhizus) 生产淀粉糖化酶、脂肪酶生产淀粉糖化酶、脂肪酶 代氏根霉代氏根霉 (R. delemar) 匍枝根霉匍枝根霉 (R. stolonifer) 生产果胶酶生产果胶酶 其它其它 生产酸性蛋

10、白酶、生产酸性蛋白酶、 -半乳糖苷酶等半乳糖苷酶等 (2) (2) 木霉木霉 (Trichoderma) 绿色木霉绿色木霉 (T. viride) 产纤维素酶产纤维素酶(C1、Cx酶酶)、纤维二糖酶、淀粉酶、乳糖酶、真菌细胞、纤维二糖酶、淀粉酶、乳糖酶、真菌细胞 壁溶解酶、青霉素壁溶解酶、青霉素V酰化酶等酰化酶等 康氏木霉康氏木霉 (T. Koningii) 4、 霉菌霉菌 第11页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 (3) (3) 毛霉毛霉(Mucor) 微小毛霉微小毛霉 (M.pusillus) 凝乳酶凝乳酶 灰蓝毛霉灰蓝毛霉 (M. griseo-cyanus) 刺状毛霉刺状毛霉 (

11、M. spinosa) 爪哇毛霉爪哇毛霉 (M. javanicus) 果胶酶果胶酶 高大毛霉高大毛霉 (M.mucedo) 产生用于腐乳发酵的蛋白酶和淀粉糖化酶等产生用于腐乳发酵的蛋白酶和淀粉糖化酶等(高大毛霉还可产脂肪高大毛霉还可产脂肪 酶酶) 总状毛霉总状毛霉 (M.racemosus) 4、 霉菌霉菌 第12页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 (4) (4) 青霉青霉(Penicillium) 点青霉点青霉 (P. notatum) 葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶 产紫青霉产紫青霉 (P. ururogenum) 产黄青霉产黄青霉 (P. chrysogenum) 葡萄糖氧化酶，中性、

12、碱性蛋白酶和青霉素葡萄糖氧化酶，中性、碱性蛋白酶和青霉素V酰化酶酰化酶 橘青霉橘青霉 (P. citrinum) 5-磷酸二脂酶磷酸二脂酶(水解水解RNA，生产，生产4种种5-单核苷酸，肌苷酸和鸟苷单核苷酸，肌苷酸和鸟苷 酸酸)，脂肪酶，凝乳酶和真菌细胞壁溶解酶等，脂肪酶，凝乳酶和真菌细胞壁溶解酶等 (5) (5) 犁头霉犁头霉(Absidia) 蓝色犁头霉蓝色犁头霉 (A. coerulea) 糖化酶糖化酶 李克犁头霉李克犁头霉 (A. lichtheimi) -半乳糖苷酶半乳糖苷酶 4、 霉菌霉菌 第13页/共71页 菌菌 种种酶及功能酶及功能 (6) (6) 曲霉曲霉 (Aspergil

13、lus) 黑曲霉黑曲霉 (A. niger) 淀粉酶，蛋白酶，果胶酶葡萄糖氧化酶等淀粉酶，蛋白酶，果胶酶葡萄糖氧化酶等 黄曲霉黄曲霉 (A. flavus) 蛋白酶，蛋白酶， 果胶酶等果胶酶等 米曲霉米曲霉 (A. oryzae) 蛋白酶，果胶酶等蛋白酶，果胶酶等 栖土曲霉栖土曲霉 (A. terricola) 蛋白酶蛋白酶 亮白曲霉亮白曲霉 (A. candidus) 葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶 黄柄曲霉黄柄曲霉 (A. flacipes) 葡萄糖氧化酶葡萄糖氧化酶 4、 霉菌霉菌 第14页/共71页 第15页/共71页 三、三、 微生物酶的种类微生物酶的种类 1、蛋白酶、蛋白酶 n催化肽键水

14、解。可以在短时间内将蛋白质水解催化肽键水解。可以在短时间内将蛋白质水解 n按蛋白酶作用的最适按蛋白酶作用的最适pH将其分为酸性、中性、碱性蛋将其分为酸性、中性、碱性蛋 白酶三类白酶三类 2、糖化酶、糖化酶 n葡萄糖淀粉酶葡萄糖淀粉酶 n产酶菌种主要是霉菌产酶菌种主要是霉菌 n最适反应最适反应pH为为45，最适反应温度为，最适反应温度为5060 第16页/共71页 三、三、 微生物酶的种类微生物酶的种类 3、-淀粉酶淀粉酶 n芽孢杆菌，米曲霉芽孢杆菌，米曲霉 n液体深层发酵，固体发酵液体深层发酵，固体发酵 4、-淀粉酶淀粉酶 n芽孢杆菌、假单胞菌，土佐链霉菌、吸水链霉菌及高芽孢杆菌、假单胞菌，土

15、佐链霉菌、吸水链霉菌及高 温放线菌等温放线菌等 n多从高等植物中提取多从高等植物中提取 n以微生物大规模生产，存在以下问题：酶活力低、耐以微生物大规模生产，存在以下问题：酶活力低、耐 热性差，不能适应啤酒、饴糖等工业生产热性差，不能适应啤酒、饴糖等工业生产 第17页/共71页 三、三、 微生物酶的种类微生物酶的种类 5、葡萄糖异构酶、葡萄糖异构酶 n木糖异构酶。能将木糖异构酶。能将D-木糖、木糖、D-葡萄糖、葡萄糖、D-核糖等醛糖核糖等醛糖 可逆地转化为相应的酮糖可逆地转化为相应的酮糖 n所有的异构糖全部使用固定化酶生产所有的异构糖全部使用固定化酶生产 6、果胶酶、果胶酶 n广泛存在于植物果实

16、和微生物中广泛存在于植物果实和微生物中 n工业上，常采用曲霉、青霉，枯草芽孢杆菌、欧氏杆工业上，常采用曲霉、青霉，枯草芽孢杆菌、欧氏杆 菌等菌等 n固态发酵，液体深层发酵固态发酵，液体深层发酵 n水果加工，麻纤维脱胶，木材防腐，饲料添加剂等水果加工，麻纤维脱胶，木材防腐，饲料添加剂等 第18页/共71页 三、三、 微生物酶的种类微生物酶的种类 7、漆酶、漆酶 n含铜的多酚氧化酶，最早从漆树的分泌物中发现含铜的多酚氧化酶，最早从漆树的分泌物中发现 n广泛存在于担子菌、半知菌和子囊菌等高等真菌中，广泛存在于担子菌、半知菌和子囊菌等高等真菌中， 主要用的是白腐菌，至今只发现一种细菌能分泌漆酶主要用的

17、是白腐菌，至今只发现一种细菌能分泌漆酶 n降解木质素；与有毒的酚类物质作用降解木质素；与有毒的酚类物质作用 n纸浆的生物漂白，污水处理，生态修复剂纸浆的生物漂白，污水处理，生态修复剂 8、几丁质酶、几丁质酶 n昆虫和大多数真菌的重要细胞结构成分昆虫和大多数真菌的重要细胞结构成分 n细菌、放线菌、真菌等都可产生几丁质酶细菌、放线菌、真菌等都可产生几丁质酶 第19页/共71页 三、三、 微生物酶的种类微生物酶的种类 9、医药与分析研究用酶、医药与分析研究用酶 (1) 青霉素酰化酶青霉素酰化酶 n青霉素酰胺酶，青霉素氨基水解酶青霉素酰胺酶，青霉素氨基水解酶 n细菌、放线菌、霉菌及酵母菌等细菌、放线菌

18、、霉菌及酵母菌等 n生产生产-内酰胺类抗生素中间体和半合成内酰胺类抗生素中间体和半合成-内酰胺类抗生素内酰胺类抗生素 n改变天然青霉素的侧链结构，使其具有抵御抗药性微生物改变天然青霉素的侧链结构，使其具有抵御抗药性微生物 -内酰胺酶攻击的能力内酰胺酶攻击的能力 (2) 溶栓酶溶栓酶 n用于急性心肌梗死、脑血栓、静脉血栓塞等治疗用于急性心肌梗死、脑血栓、静脉血栓塞等治疗 第20页/共71页 三、三、 微生物酶的种类微生物酶的种类 9、医药与分析研究用酶、医药与分析研究用酶 (3) 超氧化物歧化酶超氧化物歧化酶(SOD) n由两个亚基组成的金属酶。由两个亚基组成的金属酶。Cu-SOD、Zn-SOD

19、、Mn- SOD和和Fe-SOD等等 n酵母菌、细菌及霉菌等酵母菌、细菌及霉菌等 n治疗关节炎、类风湿关节炎等；防晒、防衰老及抗炎等治疗关节炎、类风湿关节炎等；防晒、防衰老及抗炎等 (4) 透明质酸酶透明质酸酶 n治疗关节损伤、关节周围炎症及膝外伤，传染性肝炎及肝治疗关节损伤、关节周围炎症及膝外伤，传染性肝炎及肝 硬化等硬化等 n用做药物扩散剂用做药物扩散剂 第21页/共71页 四、四、 产酶微生物的来源产酶微生物的来源 1、土壤中的产酶微生物、土壤中的产酶微生物 2、水体中的产酶微生物、水体中的产酶微生物 3、空气中的产酶微生物、空气中的产酶微生物 4、极端环境中的产酶微生物、极端环境中的产

20、酶微生物 第22页/共71页 1、 土壤中的产酶微生物土壤中的产酶微生物 n土壤是微生物生活的大本营，为微生物生长土壤是微生物生活的大本营，为微生物生长 繁殖及生命活动提供了各种条件繁殖及生命活动提供了各种条件 n工业中广泛应用的许多产酶微生物就来源于工业中广泛应用的许多产酶微生物就来源于 土壤。如枯草芽孢杆菌、假单胞菌、根霉、土壤。如枯草芽孢杆菌、假单胞菌、根霉、 毛霉和青霉等毛霉和青霉等 第23页/共71页 2、 水体中的产酶微生物水体中的产酶微生物 n水中溶解或悬浮的多种无机和有机物质，供给微水中溶解或悬浮的多种无机和有机物质，供给微 生物营养，使其生长繁殖生物营养，使其生长繁殖 n淡水

21、：微球菌等淡水：微球菌等 n海洋：古生菌海洋：古生菌 (嗜盐菌嗜盐菌)、细菌、真核类、细菌、真核类 n目前，已商品化的嗜盐酶类都是限制性内切核酸目前，已商品化的嗜盐酶类都是限制性内切核酸 酶酶 第24页/共71页 3、 空气中的产酶微生物空气中的产酶微生物 n空气中没有微生物生长繁殖所需要的营养物质和空气中没有微生物生长繁殖所需要的营养物质和 充足的水分，而且还有日光中有害的紫外线的照充足的水分，而且还有日光中有害的紫外线的照 射，因此，空气不是微生物生长的良好场所，但射，因此，空气不是微生物生长的良好场所，但 空气中也漂浮着许多微生物空气中也漂浮着许多微生物 n工业生产中所用的产酶微生物不从

22、空气中进行筛工业生产中所用的产酶微生物不从空气中进行筛 选选 第25页/共71页 4、 极端环境中的产酶微生物极端环境中的产酶微生物 n极端环境下生长的极端微生物只能在很窄的温极端环境下生长的极端微生物只能在很窄的温 度、度、pH等范围下生存等范围下生存 n极端微生物有特殊的生理代谢类型，产生特殊极端微生物有特殊的生理代谢类型，产生特殊 的酶，这些酶在极端的条件下具有活性和高度的酶，这些酶在极端的条件下具有活性和高度 的稳定性，具有很高的研究和应用价值的稳定性，具有很高的研究和应用价值 n由于极端微生物的培养条件要求很高，无法进由于极端微生物的培养条件要求很高，无法进 行常规的工业发酵。需依靠

23、在常温微生物菌体行常规的工业发酵。需依靠在常温微生物菌体 内相应的基因表达来实现内相应的基因表达来实现 第26页/共71页 第一节结束第一节结束 微生物产酶的特点微生物产酶的特点 产酶微生物的种类产酶微生物的种类 微生物酶的种类微生物酶的种类 产酶微生物的来源产酶微生物的来源 细菌细菌 放线菌放线菌 酵母菌酵母菌 霉菌霉菌 产酶微生物概述产酶微生物概述 土壤土壤 水体水体 空气空气 极端环境极端环境 第27页/共71页 第一节结束第一节结束 n点击返回 第28页/共71页 第29页/共71页 一、一、 产酶微生物的工业化要求及安全性产酶微生物的工业化要求及安全性 1、产酶微生物的工业化生产条件

24、、产酶微生物的工业化生产条件 2、产酶微生物的安全性要求、产酶微生物的安全性要求 第30页/共71页 1、 产酶微生物的工业化生产条件产酶微生物的工业化生产条件 n产酶量产酶量高高，酶的性质符合要求，而且最好是分泌，酶的性质符合要求，而且最好是分泌 型的型的胞外酶胞外酶，以便于酶的提取，以便于酶的提取 n产酶菌不能是产酶菌不能是致病菌致病菌，在系统发育上与病原体无，在系统发育上与病原体无 关，不产生关，不产生毒素毒素 n菌株稳定，不易菌株稳定，不易变异退化变异退化，不易感染噬菌体，不易感染噬菌体 n能利用廉价原料，发酵周期能利用廉价原料，发酵周期短短，易于培养，易于，易于培养，易于 提取提取

25、n基因工程菌株必须符合安全性要求基因工程菌株必须符合安全性要求 第31页/共71页 2、 产酶微生物的安全性要求产酶微生物的安全性要求 n酶制剂生产时需通过安全检查酶制剂生产时需通过安全检查 n医药和食品酶制剂需进行毒性试验医药和食品酶制剂需进行毒性试验 n尚未在法规机构尚未在法规机构GRAS(公认为安全的公认为安全的)的的 食品生产或加工的清单中的微生物，需申食品生产或加工的清单中的微生物，需申 请许可证请许可证 申请许可证须包括以下资料：申请许可证须包括以下资料： n酶及其来源微生物的描述酶及其来源微生物的描述 n酶制备方法酶制备方法 n酶制剂的组成酶制剂的组成 n酶或微生物的毒理数据酶或

26、微生物的毒理数据 申请许可证须包括以下资料：申请许可证须包括以下资料： n酶及其来源微生物的描述酶及其来源微生物的描述 n酶制备方法：酶制备方法： 培养基的完全组成；生产设备；发酵条件培养基的完全组成；生产设备；发酵条件( (通气通气 、 搅拌、温度等搅拌、温度等) ) n酶制剂的组成酶制剂的组成 单一酶、复合酶或是整个细胞单一酶、复合酶或是整个细胞 杂质如重金属、溶剂痕迹或来源于生产过程中的其他化学物质杂质如重金属、溶剂痕迹或来源于生产过程中的其他化学物质 用于分析组成和杂质浓度的分析方法的细节用于分析组成和杂质浓度的分析方法的细节 n酶或微生物的毒理数据酶或微生物的毒理数据 微生物必须是非

27、致病性的微生物必须是非致病性的 微生物一定不能产生真菌素或其他毒性化合物微生物一定不能产生真菌素或其他毒性化合物 微生物一定不能产生抗生素微生物一定不能产生抗生素 第32页/共71页 二、二、 微生物酶的发酵生产微生物酶的发酵生产 1、酶的发酵生产方法、酶的发酵生产方法 2、培养基的配制、培养基的配制 3、种子培养、种子培养 4、微生物发酵产酶的一般工艺、微生物发酵产酶的一般工艺 第33页/共71页 1、 酶的发酵生产方法酶的发酵生产方法 (1) 固体培养法固体培养法 (2) 液体培养法液体培养法 第34页/共71页 1、酶的发酵生产方法、酶的发酵生产方法 (1) 固体培养法固体培养法 麸皮、

28、米糠麸皮、米糠 + 其他成分其他成分 固体或半固体固体或半固体 培养基培养基 灭菌灭菌 发酵发酵 优点：设备简单；操作方便；酶浓度高；适优点：设备简单；操作方便；酶浓度高；适 于于 霉菌培养霉菌培养 缺点：劳动强度大；原料利用率低；生产周缺点：劳动强度大；原料利用率低；生产周 期期 长；规模小长；规模小 第35页/共71页 1、酶的发酵生产方法、酶的发酵生产方法 (2) 液体培养法液体培养法 将液体培养基置于发酵容器中，经灭菌、冷将液体培养基置于发酵容器中，经灭菌、冷 却后接入菌株进行发酵却后接入菌株进行发酵 目前酶发酵生产的主要方式目前酶发酵生产的主要方式 适于微生物，植物、动物细胞及工程菌

29、的发适于微生物，植物、动物细胞及工程菌的发 酵酵 优点：机械化强度高；易于管理控制；生产优点：机械化强度高；易于管理控制；生产 效率高、质量好；规模大效率高、质量好；规模大 第36页/共71页 2、 培养基的配制培养基的配制 配制原则配制原则 n营养丰富，浓度恰当营养丰富，浓度恰当 n各组分理化性质稳定，不互相反应各组分理化性质稳定，不互相反应 n黏度适中，有适当的渗透压黏度适中，有适当的渗透压 n所用原料利于目的产物的生物合成所用原料利于目的产物的生物合成 n不影响通气和搅拌，不影响产物的分离精制和不影响通气和搅拌，不影响产物的分离精制和 底物处理底物处理 n原材料因地制宜、质优价廉、成本低

30、原材料因地制宜、质优价廉、成本低 第37页/共71页 3、种子培养、种子培养 p又称种子制备，是指将处于休眠状态的生产又称种子制备，是指将处于休眠状态的生产 菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇 瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和 质量纯种的过程，它是发酵的第一道工序质量纯种的过程，它是发酵的第一道工序 p提供产量高、性能稳定、数量足且无杂菌污提供产量高、性能稳定、数量足且无杂菌污 染的生产种子染的生产种子 p从培养基、培养条件、种龄和接种量等方面从培养基、培养条件、种龄和接种量等方面 控制种子质量控制种子质量

31、第38页/共71页 4、微生物发酵产酶的一般工艺、微生物发酵产酶的一般工艺 试管菌种培养试管菌种培养 茄瓶菌种培养茄瓶菌种培养 孢子孢子(菌体菌体)悬液制备悬液制备 种子罐菌种培养种子罐菌种培养 发酵罐发酵发酵罐发酵 发酵液预处理发酵液预处理酶的分离纯化精制酶的分离纯化精制 摇瓶菌种培养摇瓶菌种培养 第39页/共71页 三、三、 发酵的影响因素及其控制发酵的影响因素及其控制 1、 温度温度 2、 pH 3、 溶解氧溶解氧 4、 基质浓度基质浓度 5、 泡沫泡沫 6、 发酵终点判断发酵终点判断 第40页/共71页 1、 温度温度 p影响酶催化反应速度和蛋白质性质；影响发酵影响酶催化反应速度和蛋白

32、质性质；影响发酵 液的物理性质液的物理性质(如黏度、基质和氧的溶解度和传递速如黏度、基质和氧的溶解度和传递速 率、基质的分解和吸收速率等率、基质的分解和吸收速率等) 细菌发酵产酶的最适温度往往低于最适生长温细菌发酵产酶的最适温度往往低于最适生长温 度度 控制：控制： u在不同发酵产酶阶段控制不同的温度条件在不同发酵产酶阶段控制不同的温度条件 u控制方法：热水升温；冷水降温控制方法：热水升温；冷水降温 第41页/共71页 2、 pH p影响酶蛋白的解离度和电荷情况，改变酶的结构和功能影响酶蛋白的解离度和电荷情况，改变酶的结构和功能 ，引起酶活性的改变，引起酶活性的改变 p影响细胞对基质的利用速度

33、和细胞的结构，以至影响菌影响细胞对基质的利用速度和细胞的结构，以至影响菌 体的生长和产物的合成体的生长和产物的合成 p影响细胞膜的电荷状况，引起膜通透性发生改变，从而影响细胞膜的电荷状况，引起膜通透性发生改变，从而 影响细胞对营养物质的吸收和代谢产物的形成影响细胞对营养物质的吸收和代谢产物的形成 控制：控制： u改变培养基的基础配方改变培养基的基础配方 u直接补加酸或碱直接补加酸或碱 u添加生理酸性物质添加生理酸性物质(NH4)2SO4和碱性物质和碱性物质(氨水氨水) u补料补料 第42页/共71页 3、 溶解氧溶解氧 p临界氧浓度临界氧浓度 (C临 临) p溶解氧浓度溶解氧浓度 C临 临时，

34、造成浪费；抑制某些酶的生成； 时，造成浪费；抑制某些酶的生成； 损伤细胞损伤细胞 控制：控制： u供氧供氧 提高氧分压；增加通气量；延长气液接触时间；增加气液比表提高氧分压；增加通气量；延长气液接触时间；增加气液比表 面积；改变培养液的性质；添加氧载体面积；改变培养液的性质；添加氧载体 u需氧需氧 限制培养液中的营养成分，减少细胞生长速率；降低培养温度限制培养液中的营养成分，减少细胞生长速率；降低培养温度 第43页/共71页 4、 基质浓度基质浓度 p培养基营养成分过低，影响菌体生长和酶的形培养基营养成分过低，影响菌体生长和酶的形 成成 p培养基过于丰富，菌体生长过盛，发酵液黏稠培养基过于丰富

35、，菌体生长过盛，发酵液黏稠 ，传质差，不利于酶的合成，阻遏产物的形成，传质差，不利于酶的合成，阻遏产物的形成 控制：控制： u中间补料培养中间补料培养 补料分批培养补料分批培养(半连续培养半连续培养) 连续培养连续培养 补料内容：补料内容：C源和能源；源和能源；N源；微量元素或无机盐；酶的诱导底物源；微量元素或无机盐；酶的诱导底物 第44页/共71页 5、 泡沫泡沫 p减少发酵罐的装料系数减少发酵罐的装料系数 p减少氧传递系数减少氧传递系数 控制：控制： u筛选不产流态泡沫的菌种筛选不产流态泡沫的菌种 u调整培养基中的营养成分，或改变某些理化参调整培养基中的营养成分，或改变某些理化参 数、发酵

36、工艺来控制数、发酵工艺来控制 u采用机械消沫或消泡剂采用机械消沫或消泡剂 第45页/共71页 6、 发酵终点判断发酵终点判断 p原则：高产量，低成本原则：高产量，低成本 p考虑因素考虑因素 最低的成本获得最大的生产能力最低的成本获得最大的生产能力 产品质量产品质量 不同发酵过程有不同的特点，个别进行分析不同发酵过程有不同的特点，个别进行分析 第46页/共71页 第二节结束第二节结束 产酶微生物的工业化要求产酶微生物的工业化要求 及安全性及安全性 微生物酶的发酵生产微生物酶的发酵生产 发酵的影响因素及其控制发酵的影响因素及其控制 工业化生产条件工业化生产条件 安全性要求安全性要求 微生物产酶的发

37、酵微生物产酶的发酵 工艺条件及控制工艺条件及控制 温度温度 pH 溶解氧溶解氧 基质浓度基质浓度 泡沫泡沫 发酵终点判断发酵终点判断 酶的发酵生产方法酶的发酵生产方法 培养基的配制培养基的配制 种子培养种子培养 微生物发酵产酶的一般工艺微生物发酵产酶的一般工艺 第47页/共71页 第二节结束第二节结束 n点击返回 第48页/共71页 第49页/共71页 一、一、 植物细胞培养产酶的特点植物细胞培养产酶的特点 n优点优点 (1) 可以在人为控制条件下进行物质生产，克可以在人为控制条件下进行物质生产，克 服人工栽培的不足服人工栽培的不足 (2) 提高产率提高产率 (3) 提高产品质量提高产品质量

38、n缺点缺点 (1) 对剪切力敏感对剪切力敏感 (2) 发酵周期长发酵周期长 第50页/共71页 二、二、 植物细胞培养产酶的工艺条件植物细胞培养产酶的工艺条件 1、 植物细胞的培养方法植物细胞的培养方法 2、 培养基的配制培养基的配制 3、 植物细胞培养的一般工艺植物细胞培养的一般工艺 第51页/共71页 1、 植物细胞的培养方法植物细胞的培养方法 n悬浮细胞培养悬浮细胞培养 细胞株的建立细胞株的建立 扩大培养扩大培养 大罐培大罐培 养养 分批培养法分批培养法 半连续培养法半连续培养法 连续培养法连续培养法 第52页/共71页 2、 培养基的配制培养基的配制 n与微生物培养基有较大的差别与微生

39、物培养基有较大的差别 (1) 需大量的无机盐。需大量的无机盐。除了除了P、S、N、K、Na、Ca、Mg 等大量元素外，还需要等大量元素外，还需要Mn、Zn、Co、Mo、Cu、 B、I等微量元素等微量元素 (2) 需维生素和植物生长激素。需维生素和植物生长激素。如硫胺素、吡哆素、烟如硫胺素、吡哆素、烟 酸、肌醇、生长素、分裂素等酸、肌醇、生长素、分裂素等 (3) 氮源一般为无机氮源。氮源一般为无机氮源。即可以同化硝酸盐和铵盐即可以同化硝酸盐和铵盐 (4) 一般以蔗糖为碳源。一般以蔗糖为碳源。蔗糖浓度一般为蔗糖浓度一般为2%5% 第53页/共71页 3、植物细胞培养的一般工艺、植物细胞培养的一般工

40、艺 n外植体外植体 细胞的获取细胞的获取 细胞培养细胞培养 分离纯化分离纯化 产物产物 第54页/共71页 三、三、 培养的影响因素及其控制培养的影响因素及其控制 1、 温度温度 2、 pH 3、 溶解氧溶解氧 4、 光照光照 5、 前体的添加前体的添加 6、 诱导因子的应用诱导因子的应用 (控制在室温范围，控制在室温范围，20 35) (微酸性，微酸性，5.06.0) (通风或搅拌供给通风或搅拌供给) 第55页/共71页 4、 光照光照 p多数植物细胞生长以及次级代谢的生产需光多数植物细胞生长以及次级代谢的生产需光 照，并对光强度和光照时间有要求照，并对光强度和光照时间有要求 p少数植物次级

41、代谢的合成受光抑制少数植物次级代谢的合成受光抑制 控制控制 u根据植物细胞的特性，及目的次级代谢物的根据植物细胞的特性，及目的次级代谢物的 种类不同，进行光照的调节控制种类不同，进行光照的调节控制 第56页/共71页 5、 前体的添加前体的添加 p目的代谢物代谢途径上游的物质目的代谢物代谢途径上游的物质 u添加目的代谢物的前体，能提高植物细胞培添加目的代谢物的前体，能提高植物细胞培 养生产次级代谢物的产量养生产次级代谢物的产量 例：在培养辣椒细胞生产辣椒胺的过程中，添加苯丙例：在培养辣椒细胞生产辣椒胺的过程中，添加苯丙 氨酸作为前体，可以全部转变为辣椒胺。添加香草酸氨酸作为前体，可以全部转变为

42、辣椒胺。添加香草酸 和异葵酸作前体，亦可显著提高辣椒胺的产量。和异葵酸作前体，亦可显著提高辣椒胺的产量。 第57页/共71页 6、 诱导因子的应用诱导因子的应用 p目的代谢物代谢途径上游的物质目的代谢物代谢途径上游的物质 u添加诱导因子可提高次级代谢产物的产量，添加诱导因子可提高次级代谢产物的产量， 并促进产物分泌到培养基中并促进产物分泌到培养基中 例：紫杉醇的细胞工程中，加入灭活的壳囊孢菌菌丝例：紫杉醇的细胞工程中，加入灭活的壳囊孢菌菌丝 体和青霉菌的孢子，或硫酸钒等，可促进短叶红豆杉体和青霉菌的孢子，或硫酸钒等，可促进短叶红豆杉 的悬浮细胞生长，并分泌更多的紫杉醇。的悬浮细胞生长，并分泌更

43、多的紫杉醇。 第58页/共71页 第三节结束第三节结束 植物细胞培养产酶的特点植物细胞培养产酶的特点 植物细胞培养产酶的工艺植物细胞培养产酶的工艺 条件条件 培养的影响因素及其控制培养的影响因素及其控制 植物细胞培养产酶的特植物细胞培养产酶的特 性、工艺条件及控制性、工艺条件及控制 温度温度 pH 溶解氧溶解氧 光照光照 前体的添加前体的添加 诱导因子的应用诱导因子的应用 植物细胞的培养方法植物细胞的培养方法 培养基的配制培养基的配制 植物细胞培养的一般工艺植物细胞培养的一般工艺 第59页/共71页 第三节结束第三节结束 n点击返回 第60页/共71页 第61页/共71页 一、一、 动物细胞培

44、养产酶的特点动物细胞培养产酶的特点 n主要用于生产：主要用于生产：疫苗、激素、多肽生长因子、酶、单疫苗、激素、多肽生长因子、酶、单 克隆抗体、非抗体免疫调节剂克隆抗体、非抗体免疫调节剂等功能蛋白质等功能蛋白质 特点特点 n动物细胞动物细胞没有细胞壁没有细胞壁，细胞适应环境的能力差，十分脆弱，细胞适应环境的能力差，十分脆弱 n体积体积比微生物细胞大几千倍，稍小于植物细胞的体积比微生物细胞大几千倍，稍小于植物细胞的体积 n细胞细胞生长缓慢生长缓慢，易受微生物污染，培养时需要抗生素，易受微生物污染，培养时需要抗生素 n培养过程培养过程需氧量少需氧量少，且不耐受强力通风和搅拌，且不耐受强力通风和搅拌 n细胞具有细胞具有群体效应、锚地依赖性、接触抑制性及功能全能性群体效应、锚地依赖性、接触抑制性及功能全能性 n