第二章微生物发酵产酶主讲：陈洁生命科学学院植物逆境生物学实验室
第二章 微生物发酵产酶 主讲: 陈洁 生命科学学院 植物逆境生物学实验室
心酶的发酵生产：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，称为酶的发酵生产
❖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,称为酶的发酵生产
第二章：主要讲授内容 1 酶生物合成的调节机制 2 酶发酵动力学 3 酶的发酵技术
1 酶生物合成的调节机制 酶发酵动力学 2 3 酶的发酵技术 第二章：主要讲授内容
第一节：酶生物合成的调节机制酶生物合成：酶在生物体内产生的过程酶含量的调节遗传信息（DNA/RNA）诱导转录阻遇RNA翻译蛋白质前体加工/转运酶
遗传信息(DNA/RNA) 转录 RNA 翻译 蛋白质前体 加工/转运 酶 酶生物合成:酶在生物体内产生的过程。 诱导 阻遏 第一节：酶生物合成的调节机制 酶含量的调节
原核生物中酶生物合成的调节（实验）酶合成诱导的现象一JacobMonod的工作：andI已知分解利用乳糖的酶有：β-半乳糖苷酶：β-半乳糖苷透过酶：β-半乳糖苷乙酰基转移酶大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述三种酶合成>大肠杆菌生长在唯一碳源乳糖培养基上时，细胞内有上述三种酶合成：当换成葡萄糖培养基时，三种酶基本消失；表明菌体生物合成的经济原则：需要时才合成酶合成的诱导：某些代谢物可以诱导某些酶的合成诱导物：能诱导酶合成的物质。一般是酶催化作用的底物或其底物类似物诱导酶：被诱导合成的酶
酶合成诱导的现象—Jacob and Monod的工作：（实验） 已知分解利用乳糖的酶有： -半乳糖苷酶；-半乳糖苷透过酶；β-半乳糖苷乙酰基转移酶。 ➢ 大肠杆菌生长在葡萄糖培养基上时，细胞内无上述三种酶合成 ； ➢ 大肠杆菌生长在唯一碳源乳糖培养基上时，细胞内有上述三种 酶合成；当换成葡萄糖培养基时，三种酶基本消失； ➢ 表明菌体生物合成的经济原则：需要时才合成。 原核生物中酶生物合成的调节 酶合成的诱导：某些代谢物可以诱导某些酶的合成。 诱导物：能诱导酶合成的物质。一般是酶催化作用的 底物或其底物类似物。 诱导酶：被诱导合成的酶
原核生物中生物合成的调节酶合成阻遏的现象一JacobandMonod的工作：（实验）■大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时，检测到细胞内有色氨酸（Tryptophan）合成酶的存在。■在上述培养基中加入色氨酸，检测发现细胞内色氨酸合成酶的活性降低，直至消失。表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，体现了菌生长的经济原则：不需要就不合成。酶合成的阻遏：某些代谢物可以阻止某些酶的合成。阻遏物：能阻遏酶合成的物质。一般是酶催化作用的产物或是代谢途径的末端产物阻遏酶：被阻遏物作用而停止合成的酶
原核生物中酶生物合成的调节 酶合成阻遏的现象—Jacob and Monod的工作：（实验） ◼ 大肠杆菌生长在无机盐和葡萄糖的培养基上时，检测到细 胞内有色氨酸（Tryptophan）合成酶的存在。 ◼ 在上述培养基中加入色氨酸，检测发现细胞内色氨酸合成 酶的活性降低，直至消失。 ◼ 表明色氨酸的存在阻止了色氨酸合成酶的合成，体现了菌 生长的经济原则：不需要就不合成。 酶合成的阻遏：某些代谢物可以阻止某些酶的合成。 阻遏物：能阻遏酶合成的物质。一般是酶催化作用的 产物或是代谢途径的末端产物。 阻遏酶：被阻遏物作用而停止合成的酶
原核生物中酶生物合成的调节操纵子（operon）：基因表达的协调单位，是由启动子，操纵基因和结构基因组成的一个完整的基因表达单位，其功能是转录mRNA。结构基因：编码酶蛋白氨基酸序列的，通过转录和翻译表达酶蛋白。调节基因：通过产生调节蛋白对整个转录过程起着调控作用。启动子：RNA聚合酶识别，结合并起始mRNA的转录操纵基因：位于启动子和结构基因之间的碱基序列能与阻遏蛋白结合，转录就受阻调节基因启动子操纵基因lacZlacYlacA
原核生物中酶生物合成的调节 操纵子（operon） ：基因表达的协调单位，是由启动 子，操纵基因和结构基因组成的一个完整的基因表达单 位，其功能是转录mRNA。 调节基因 启动子 操纵基因 lacZ lacY lacA 结构基因：编码酶蛋白氨基酸序列的，通过转录和翻 译表达酶蛋白。 调节基因：通过产生调节蛋白对整个转录过程起着调 控作用。 启动子：RNA聚合酶识别，结合并起始mRNA的转录。 操纵基因：位于启动子和结构基因之间的碱基序列， 能与阻遏蛋白结合，转录就受阻
乳糖操纵子学说( 乳糖操纵子的结构β-半乳糖苷透过酶β-半乳糖苷酶J乙酰基转移酶，acJacAfacllaczlacylacA一lacylactlacztacARNARNAlacrepressor Jacrepressorβ-GalactosidasePermeaseAcetylasetetramermonomerFig.1.Structure of thelactaseoperon
(一) 乳糖操纵子学说 乳糖操纵子的结构 -半乳糖苷酶 -半乳糖苷透过酶 乙酰基转移酶
（一）乳糖操纵子学说阻遇蛋白的负性调节ActivelacRNArepressorpolymeraseotetramerlacTranscriptionlaczlacAlacyblockedInactivelacrepressor-88LactoseInducerinducercomplexRNApolymeraseOlacTranscriptionlacylaczlacAinduced无诱导物（乳糖/别乳糖）存在时：阻遏蛋白与操纵基因结合（乳糖操纵子中的的阻遏蛋白与操纵基因的亲和力较强，能与操纵基因(?)结合)结构基因不表达
(一)乳糖操纵子学说 阻遏蛋白的负性调节 无诱导物（乳糖/别乳糖）存在时：阻遏蛋白与操纵基因结合（乳 糖操纵子中的的阻遏蛋白与操纵基因的亲和力较强，能与操纵基因 结合） 结构基因不表达 （？）
乳糖操纵子学说一孚CAP的正性调节（分解代谢物阻遇调节基因启动子操纵基因lacZlacYlacA01结合CAPmRNA7CAP-cAMP1010000CAMP复合物当葡萄糖存在时：cAMP的浓度降低→CAP-cAMP减少不能与启动子结合→转录不得进行分解代谢物阻遏作用，碳源经过分解代谢产生的物质阻遏某些酶生物合成的现象，主要发生于诱导酶
(一)乳糖操纵子学说 当葡萄糖存在时：cAMP的浓度降低 CAP-cAMP减少 不能与启动子结合 转录不得进行。 分解代谢物阻遏作用，碳源经过分解代谢产生的物质 阻遏某些酶生物合成的现象，主要发生于诱导酶。 CAP的正性调节（分解代谢物阻遏） CAP cAMP CAP-cAMP 复合物 mRNA 结合 调节基因 启动子 操纵基因 lacZ lacY lacA