酶工程 第二章酶的发酵生产 ·所有的生物体在一定的条件下都能产生 多种多样的酶。酶在生物体内产生的过 程,称为酶的生物合成。 经过预先设计,通过人工操作控制,利 用细胞(包括微生物、植物细胞和动物 细胞)的生命活动,产生人们所需要的 酶的过程,称为酶的发酵生产。 酶的发酵生产是现在酶生产的主要方法。 生命科学学院
第二章 酶的发酵生产 • 所有的生物体在一定的条件下都能产生 多种多样的酶。酶在生物体内产生的过 程，称为酶的生物合成。 • 经过预先设计，通过人工操作控制，利 用细胞（包括微生物、植物细胞和动物 细胞）的生命活动，产生人们所需要的 酶的过程，称为酶的发酵生产。 • 酶的发酵生产是现在酶生产的主要方法
酶工程 第一节酶生物合成的基本理论 酶是生命活动的产物,又是生命活动必不 可缺的条件之一。酶的生物合成主要是 RNA和蛋白质的生物合成过程。 、RNA的生物合成—转录 根据分子结构和功能的不同,核糖核酸 (RNA)可以分为转移核糖核酸(tRNA) 信使核糖核酸(mRNA)和核糖体核糖核 酸(rRNA)3类 ≌ ollege of Life sclence 生命科学学院
第一节 酶生物合成的基本理论 • 酶是生命活动的产物，又是生命活动必不 可缺的条件之一。酶的生物合成主要是 RNA和蛋白质的生物合成过程。 一、RNA 的生物合成———转录 • 根据分子结构和功能的不同，核糖核酸 （RNA）可以分为转移核糖核酸（tRNA）、 信使核糖核酸（mRNA）和核糖体核糖核 酸（rRNA）3类
酶工 RNA的生物学功能主要有3个方面: (1)在某些RNA病毒中,双链RNA作为 遗传信息的载体 -(2)在蛋白质的生物合成中,各种RNA起 着重要作用。其中,tRNA作为氨基酸载体 并由其上的反密码子识别mRNA上的遗传 密码;mRNA作为蛋白质合成的模板,由其 上的三联体密码控制蛋白质分子中的氨基酸 排列顺序;rRNA与蛋白质组成核糖核蛋白 体(核糖体),作为蛋白质生物合成的场所。 (3)作为核酸类酶,催化有关生化反应 College of Life Science 生命科学学院
• RNA 的生物学功能主要有 3个方面： – （1）在某些 RNA 病毒中，双链 RNA 作为 遗传信息的载体。 – （2）在蛋白质的生物合成中，各种 RNA 起 着重要作用。其中，tRNA 作为氨基酸载体 并由其上的反密码子识别 mRNA 上的遗传 密码；mRNA 作为蛋白质合成的模板，由其 上的三联体密码控制蛋白质分子中的氨基酸 排列顺序；rRNA 与蛋白质组成核糖核蛋白 体（核糖体），作为蛋白质生物合成的场所。 – （3）作为核酸类酶，催化有关生化反应
酶工 以DNA为模板,以核苷三磷酸为底物, 在依赖DNA的RNA聚合酶(转录酶) 的作用下,生成RNA的过程称为转录。 RNA的转录过程主要包括3个步骤,即 转录的起始、RNA链的延伸和RNA链 合成的终止 College of Life Science 生命科学学院
• 以 DNA 为模板，以核苷三磷酸为底物， 在依赖 DNA 的 RNA 聚合酶（转录酶） 的作用下，生成 RNA 的过程称为转录。 • RNA 的转录过程主要包括 3 个步骤，即 转录的起始、RNA 链的延伸和 RNA 链 合成的终止
酶工程 专一结合 起始 延伸 终止 PppA E○ 转录的主要过程 P一启动基因:T一终止基因:E一RNA聚合酶:a一起动因子:p一终止因子 生命科学学院
酶工 第二节蛋白质的生物合成 翻译 以mRNA为模板,以各种氨基酸为底物, 在核糖核蛋白体上通过各种tRNA、酶和 辅助因子的作用,合成多肽链的过程,称 为翻译。翻译是将mRNA分子上的碱基 排列次序转变为多肽链上氨基酸排列次序 的过程。 不同的生物,其蛋白质的生物合成过程虽 然有些差别,但是基本过程均包括氨基酸 活化、肽链合成的起始、肽链的延伸、肽 链合成的终止及新生肽链的加工等 ≌ ollege of Life sclence 生命科学学院
第二节 蛋白质的生物合成———翻译 • 以 mRNA 为模板，以各种氨基酸为底物， 在核糖核蛋白体上通过各种 tRNA、酶和 辅助因子的作用，合成多肽链的过程，称 为翻译。翻译是将 mRNA 分子上的碱基 排列次序转变为多肽链上氨基酸排列次序 的过程。 • 不同的生物，其蛋白质的生物合成过程虽 然有些差别，但是基本过程均包括氨基酸 活化、肽链合成的起始、肽链的延伸、肽 链合成的终止及新生肽链的加工等
酶工 1氨基酸活化生成氨酰-RNA 氨基酸在氨酰-tRNA合成酶的催化作用下, 由ATP提供能量,与特定的tRNA结合生成 氨酰-tRNA。其反应式如下: AA+tRNA+ATP想RNA合成酚 AA-tRNA+AMP+ PPi 这个反应实际上分两步完成。第1步是氨基酸活化生成氨酰腺苷酸酶复合物 AA+ATP+EEAA-AMP+ PPi 第2步是氨酰基转移到tRNA3.端的羟基上,生成氨酰,tRNA,同时使酶游离出来。 F AA-AMP+IRNA-AA-tR\A+E+AMP 氨酰RNA合成酶具有识别氨基酸和识别其对应的RNA的功能。每一种氨基酸至少 有一种氨酰tRNA合成酶。有些氨基酸可以有多种与其对应的氨酰,tRNA合成酶。 此外,氨酰RNA合成酶还具有催化氨酰,RNA水解脱酰基的作用: AA-tRNA AA+IRNA 这种作用使酶具有校正功能,可以保证被错误活化的氨基酸不会被掺入到蛋白质分子 中,从而保证蛋白质合成的真实性 ≌ ollege of Life sclence 生命科学学院
1.氨基酸活化生成氨酰-tRNA – 氨基酸在氨酰-tRNA 合成酶的催化作用下， 由 ATP 提供能量，与特定的 tRNA 结合生成 氨酰-tRNA。其反应式如下：
酶工程 对于真核生物,肽链合成时的第1个氨 基酸是甲硫氨酸,起始邙RNA是Met tRNAMet。而对于大肠杆菌等原核生物, 肽链合成时的第1个氨基酸是甲酰甲硫 氨酸,起始tRNA是 fMet-tRNAF。它是 在甲硫氨酸与tRNA「结合后,再在甲酰 转移酶的作用下,经甲酰化而生成甲酰 甲硫氨酰 trnaF。 Met+IRNa+ATP=Met-tRNA+ AMP +PPi Met-tRNAF转移酶 MMet-IRNA College of Life Science 生命科学学院
• 对于真核生物，肽链合成时的第 1 个氨 基酸是甲硫氨酸，起始 tRNA 是 MettRNAMet。而对于大肠杆菌等原核生物， 肽链合成时的第 1 个氨基酸是甲酰甲硫 氨酸，起始 tRNA 是fMet-tRNAF。它是 在甲硫氨酸与 tRNAF结合后，再在甲酰 转移酶的作用下，经甲酰化而生成甲酰 甲硫氨酰-tRNAF
酶工 2肽链合成的起始 原核生物肽链合成的起始阶段是在GTP 和起始因子( initiation factor)的参与下, 核糖体30S亚基、 fMet-tRNAF、mRNA 和50S亚基结合,组成起始复合物的过 程 主要包括5个步骤: ≌ ollege of Life sclence 生命科学学院
2.肽链合成的起始 • 原核生物肽链合成的起始阶段是在 GTP 和起始因子（initiation factor）的参与下， 核糖体 30 S亚基、fMet-tRNAF 、mRNA 和 50 S 亚基结合，组成起始复合物的过 程。 • 主要包括 5个步骤：
酶工 ①30S亚基与起始因子F3结合。 ②30S亚基与mRNA结合,形成30S3mRNA复合 物 ③ fMet-tRNAF与起始因子|F2以及GTP结合,生成 fMet- tRNAF-F2-GTP。 ④(在起始因子|F1的参与下, fMet-tRNA-F2-GTP与 30SF3-mRNA结合生成30S起始复合物。在此30 S起始复合物中,fMet-tRNA上的反密码子正好与 mRNA上的起始密码子AUG结合 ⑤50S亚基与上述30S起始复合物结合,形成完整的 70S核糖体。同时放出IF1、IF2、IF3,并使GTP水 解生成GDP和Pi。在此70S核糖体形成时,fMet tRNAF位于70S核糖体的“P”位(肽酰基位),而 它的“A”位(氨酰基位)是空位 College of Life Science 生命科学学院
① 30 S亚基与起始因子 IF3结合。 ② 30 S亚基与 mRNA 结合，形成 30 S-IF3 -mRNA 复合 物。 ③ fMet-tRNAF与起始因子 IF2以及 GTP 结合，生成 fMet-tRNAF -IF2 -GTP。 ④ (在起始因子 IF1的参与下，fMet-tRNAF -IF2 -GTP 与 30 S-IF3 -mRNA 结合生成 30 S起始复合物。在此 30 S起始复合物中，fMet-tRNAF上的反密码子正好与 mRNA 上的起始密码子 AUG 结合。 ⑤ 50 S亚基与上述 30 S起始复合物结合，形成完整的 70 S核糖体。同时放出 IF1、IF2、IF3，并使 GTP 水 解生成 GDP 和 Pi。在此 70 S核糖体形成时，fMettRNAF位于 70 S核糖体的“P”位（肽酰基位），而 它的“A”位（氨酰基位）是空位