酵母细胞
酵母细胞的主要结构和菌落特征

酵母细胞的主要结构和菌落特征酵母细胞是一类单细胞真核生物,属于真菌界的类酵母门。
它们在自然界广泛存在,以及在食品发酵、产酒、面包等领域中有广泛应用。
下面将对酵母细胞的主要结构和菌落特征进行详细介绍。
一、酵母细胞的主要结构酵母细胞是真核细胞,具有明显的细胞结构。
下面是酵母细胞的主要结构:1.细胞壁:酵母细胞的细胞壁是由多糖组成,主要成分包括酵母膜多糖(mannoproteins)、β-葡聚糖(β-glucans)和胞壁蛋白(cell wall proteins)等。
细胞壁是酵母细胞的第一个屏障,保护细胞不受外界环境的影响。
2.细胞膜:细胞膜是酵母细胞的主要生物膜,位于细胞壁的内侧。
它是由磷脂双分子层组成的,内部含有丰富的蛋白质。
细胞膜起着物质运输、细胞识别和信号传导等重要功能。
3.细胞核:细胞核是酵母细胞的控制中心,其中包含了遗传物质DNA。
细胞核内除了DNA外,还有核仁、核膜和核孔等结构。
细胞核是细胞的遗传信息中枢,控制着酵母细胞的生长和分裂。
4.质体:质体是酵母细胞中的细胞器,包括线粒体、内质网和高尔基体等。
它们在细胞代谢、合成和运输过程中发挥重要作用。
5.酵母液泡:酵母液泡是酵母细胞内的小泡,类似于植物细胞内的液泡。
它们存储和调节酵母细胞内的营养物质和代谢产物,起到维持细胞内环境平衡的作用。
二、菌落特征酵母细胞在培养基上生长形成的聚集体称为菌落。
下面是酵母菌落的主要特征:1.形态:酵母菌落形态多样,有球形、椭圆形、链状等不同形状。
菌落的大小也有差异,从微小的点状到直径几厘米的大型菌落。
2.颜色:酵母菌落的颜色通常呈白色或乳白色。
但在一些特殊情况下,会呈现红色、黄色等颜色。
3.质地:酵母菌落的质地通常为柔软、湿润。
但对一些菌种来说,菌落质地可能呈脆硬或黏稠等特殊情况。
4.气味:一些酵母菌落在生长过程中会产生特殊气味,例如酒花酵母会产生明显的酒香。
5.生长速度:不同酵母菌落的生长速度也有差异,从几天到几个星期不等。
(完整版)酵母细胞

(完整版)酵母细胞酵母细胞表面展示技术是一种真核蛋白表达系统。
其基本原理是将外源靶蛋白基因与特定的载体基因序列融合后导入酵母细胞,融合蛋白诱导表达后,信号肽引导融合蛋白向细胞外分泌,外源蛋白的展示主要是借助于GPI锚的作用,GPI锚定蛋白的C端包含疏水多肽,当细胞蛋白被合成,前体蛋白通过羧基末端的疏水序列锚定在内质网膜上,其余蛋白则位于内质网腔中。
在极短的时间内,疏水序列在转酰氨基酶的作用下ω位点裂开同时被GPI锚置换,并被运输到高尔基体再通过分泌途径分泌至细胞膜外。
在蛋白水解酶作用下,分泌信号序列被切除,细胞蛋白被磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C从细胞膜上释放并以GPI锚定形式与葡聚糖共价相连被转运至细胞壁外。
图1展示的是通过α-凝集素系统转运目的蛋白到细胞表面的分泌途径。
酵母表面展示技术具有表达偏差小,展示的融合蛋白相对分子质量范围大,分子数量多,筛选、纯化、活性测定方便等优点。
目前,最常见的酵母表面展示系统包括:凝集素展示表达和絮凝素展示表达[5]。
如图2所示,α-凝集素展示表达系统(图2A)是将外源基因与酵母编码α-凝集素C端编码序列连接后插入质粒载体的分泌信号肽(Secretion signal,SS)下游,融合蛋白诱导表达后,信号肽引导嵌合蛋白向细胞外分泌,由于融合蛋白C-末端存在含GPI锚定信号(GPIanchor attachment signal)的凝集素多肽序列,可将蛋白锚定在酵母细胞壁上,从而将蛋白分子展示表达在酵母细胞表面;a-凝集素展示系统(图2B)与α-凝集素展示系统不同的是其具有由二硫键连接的Aga1和Aga2两个亚基,目的蛋白通过与Aga2形成融合蛋白,再通过Aga1末端的GPI结构使目的蛋白表达于细胞表面;絮凝素展示表达系统利用絮凝素基因(flo1p)与外源基因融合,并将融合蛋白展示表达在细胞表面,此系统又包括两个子系统:GPI锚定系统(图2C)和絮凝结构域(Flo1p flocculation functional domain)锚定系统(图2D)。
酵母细胞的主要结构和菌落特征

酵母细胞的主要结构和菌落特征酵母细胞是一类单细胞真核生物,属于真菌中的一个重要分类。
它们在自然界广泛存在,常见于土壤、水体、植物和动物的体内等环境中。
酵母细胞具有一定的菌落特征,其主要结构也具有一定的特点。
酵母细胞的主要结构包括细胞壁、细胞膜、质膜、核膜和细胞质等组分。
其中,细胞壁是酵母细胞的外部层,主要由多糖组成,如β-葡聚糖和1,3-β-葡聚糖等。
细胞壁的主要功能是提供细胞的形状和结构稳定性,保护细胞免受外界环境的损害。
细胞壁的厚度和组成在不同的酵母菌种之间存在差异,这也是酵母菌种类之间菌落特征的一部分原因。
细胞膜是酵母细胞的内部层,由脂质和蛋白质组成。
细胞膜的主要功能包括调节物质的进出细胞、维持细胞内外环境的平衡等。
同时,细胞膜还参与细胞信号传导和细胞分裂等重要生物过程。
质膜是细胞壁和细胞膜之间的一层薄膜,主要由双层脂质组成。
质膜的存在使得酵母细胞的质皮层与细胞核相分离,使得核膜能够有效地控制核内基因的调控。
核膜是包围细胞核的一层双膜结构,分为内核膜和外核膜。
核膜的主要功能是保护细胞核内的遗传物质,同时也参与核内物质的运输。
细胞质是细胞壁和核膜之间的区域,包括细胞器、细胞骨架、溶质等。
细胞质是各种细胞代谢、合成和运输等生物学过程的主要场所。
酵母菌种之间的生长速度差异很大,有的菌种生长迅速,形成快速生长型菌落,有的菌种生长缓慢,形成慢性生长型菌落。
生长速度的差异主要与菌种自身的遗传特性有关。
酵母菌落的形态通常呈现圆形或椭圆形,个别菌种也可以形成菌丝,但相对较少。
圆形菌落通常直径为0.2-2毫米,整体外形规则,有的可能存在皱缩或起伏的情况。
椭圆形菌落在圆形菌落的基础上有所变异,长短轴比例不同。
酵母菌落的颜色也是其菌落特征之一、大多数酵母菌落呈现白色、奶白色或乳白色,有些菌落还具有特殊颜色,如褐色、黄色、绿色等。
这些颜色的变化主要与菌种自身的代谢产物有关。
总之,酵母细胞的主要结构包括细胞壁、细胞膜、质膜、核膜和细胞质等组分。
酵母细胞的相关知识点总结

酵母细胞的相关知识点总结1. 酵母细胞的类型酵母细胞包括野生型酵母和人工选育的工业酵母。
工业用酵母主要有Saccharomyces cerevisiae和Schizosaccharomyces pombe。
2. 酵母细胞的结构酵母细胞是真核细胞,包含有细胞核、内质网、高尔基体、线粒体等基本细胞器,同时还含有储酵物、液泡和酵母菌细胞壁等特殊结构。
3. 酵母细胞的代谢特性酵母细胞可以进行呼吸代谢和发酵代谢。
在有氧条件下,酵母细胞通过呼吸作用将葡萄糖氧化为二氧化碳和水,产生较多的ATP;在无氧条件下,酵母细胞通过发酵作用将葡萄糖转化为酒精和二氧化碳。
4. 酵母细胞的生长与分裂酵母细胞的生长和分裂是复杂的过程,受到多种因素的调控。
细胞生长包括细胞质、核仁和线粒体的生长,细胞分裂则包括染色体复制、核分裂和细胞质分裂。
5. 酵母细胞的基因组酵母细胞的基因组大小适中,含有约12000个基因。
基因组序列已经被完全测定,并且酵母细胞基因组有80%以上的基因与哺乳动物细胞的基因有较高的保守性。
6. 酵母细胞的遗传学酵母细胞是研究遗传学的理想模式生物,因为它具有简单的生殖方式和易于操作的遗传学技术,利于对基因功能和调控机制的研究。
7. 酵母细胞的基因工程应用酵母细胞可以通过重组DNA技术进行基因工程,生产植物和动物基因产品,也可用于疫苗、药物和生物燃料的生产。
8. 酵母细胞在医学领域的应用酵母细胞可用于研究人类疾病的机制和治疗方法,还可用于筛选抗真菌药物和抗癌药物。
同时,在基因诊断和基因治疗中也有很大的应用潜力。
以上是关于酵母细胞的一些基本知识点,总结了其结构、代谢特性、生长与分裂、基因组、遗传学、基因工程应用和医学应用等方面的内容。
酵母细胞在许多领域都具有广泛的应用前景,对于人类健康和生产生活都具有重要的意义。
酵母细胞生物学的研究与应用

酵母细胞生物学的研究与应用酵母细胞是一种单细胞真核生物,是生物学研究中的重要模式生物。
酵母细胞在发酵、酿酒、面包等方面有着广泛的应用,同时也在生物学研究中发挥着重要的作用。
本文将介绍酵母细胞生物学的研究与应用。
一、酵母细胞的基本生物学特征1. 酵母细胞的结构和形态酵母细胞为球形,其大小为5-10微米。
酵母细胞的内部有细胞质、细胞核和各种细胞器。
细胞质是细胞内的胞浆,包括细胞膜、内质网、高尔基体、线粒体、溶酶体等。
细胞核是细胞内的控制中心,其中含有DNA。
DNA是双螺旋结构,其遗传信息通过转录和翻译表达出来。
2. 酵母细胞的生命周期酵母细胞的生命周期包括萌芽生殖和有性生殖。
在萌芽生殖中,一个母细胞萌发出一个小型的女儿细胞,女儿细胞从母细胞分离出来后逐渐成熟。
在有性生殖中,两个酵母细胞结合成一个双细胞体,然后发生四次减数分裂最终形成四个单倍体的子细胞。
3. 酵母细胞的代谢功能酵母细胞是典型的厌氧生物,其主要代谢途径为发酵。
酵母细胞能够利用葡萄糖等简单糖类进行发酵,产生二氧化碳、酒精和少量乳酸等代谢产物。
此外,酵母细胞还具有氧化代谢的能力,能够在氧气存在的情况下将葡萄糖等糖类完全氧化为二氧化碳和水,从而产生大量ATP能量。
二、酵母细胞在科学研究中的应用1. 酵母基因组20世纪90年代初期,国际酵母基因组计划启动,旨在对酵母细胞的基因组进行全基因组测序。
该计划于1996年完成了酵母细胞全基因组的测序工作,共鉴定出6194个基因。
酵母细胞基因组的测序为基因功能研究和基因治疗等领域提供了有力的支持。
2. 酵母基因研究酵母细胞基因的功能研究是酵母细胞生物学的核心领域之一。
例如,酵母细胞MAD2基因的研究为细胞分裂的调节提供了重要的启示。
研究发现,MAD2基因突变的酵母细胞在有丝分裂过程中会出现异常,使细胞染色体在分离时产生问题,最终导致细胞死亡。
这表明,MAD2基因在有丝分裂过程中具有重要的调节功能。
3. 酵母基因表达研究酵母细胞基因表达研究是酵母细胞生物学的另一个核心领域。
酵母细胞的固定化

酵母细胞的固定化什么是酵母细胞的固定化?酵母细胞的固定化是通过某些物理或化学方式将酵母细胞固定在载体上,从而形成固定化酵母细胞。
固定化酵母细胞具有较高的代谢活性和稳定性,适合应用于许多生产和环境保护领域。
固定化酵母细胞可通过吸附、包埋、凝胶化和共价交联等方式实现。
其中,共价交联是一种常见的方法,它使用化学物质使酵母细胞与载体形成共价键,从而增强稳定性和代谢活性。
固定化酵母细胞的应用食品加工酵母细胞是食品加工中广泛使用的微生物。
固定化酵母细胞可被应用于发酵、浸泡和食品增味等过程中,从而提高产品的质量和产量。
饲料添加剂固定化酵母细胞在饲料添加剂中也有广泛应用。
它可以增加畜禽的生长速度、增强抵抗力和改善肠道菌群,从而提高养殖生产效益。
生物医药固定化酵母细胞在生物医药领域中也有广泛应用。
它可以用于生产酵母蛋白、生物柴油、医药中间体等,从而为生产提供更高效的代谢平台。
环境保护固定化酵母细胞对环境压力的响应较强,可以用于处理废水中的有机污染物等。
通过将酵母细胞固定在载体上并将其与废水接触,可以使其代谢这些有机物质并将它们降解。
固定化酵母细胞的优势和劣势优势1.增强代谢活性和稳定性。
2.操作方便,可以重复使用。
3.保护环境和减少废弃物产生。
劣势1.成本较高。
2.可能出现酵母细胞和载体之间的界面问题。
3.缺乏对特定应用的优化。
固定化酵母细胞具有极高的应用价值,在不同领域中都有广泛的应用。
鉴于优势和劣势的影响因素,我们可以尝试优化不同的固定化方法,为实现性价比更高的酵母细胞固定化方案做出有效的基础研究工作。
酵母细胞的固定化(公开课)

酵母细胞的固定化(公开课)酵母细胞的固定化(公开课)介绍酵母是一种常见的微生物,被广泛应用于食品工业、酿酒工业和生物技术等领域。
酵母细胞的固定化是指将酵母细胞固定在一定的载体上,以便于对其进行分离和重复利用。
固定化技术可以有效提高酵母细胞的稳定性和生产效率,具有重要的实际应用价值。
1. 酵母细胞固定化的原理酵母细胞固定化的原理是利用一定的载体材料将细胞固定在固定床内,形成“细胞载体复合物”。
载体材料通常选择具有良好的稳定性和生物相容性的材料,如多孔陶瓷、海藻酸钙和高分子材料等。
载体表面的孔隙结构提供了良好的生长环境和微观结构,有利于细胞的附着和生长。
2. 酵母细胞固定化的优势相比于游离状态下的酵母细胞,固定化酵母细胞具有以下优势:- 稳定性提高:固定化酵母细胞不易受到环境条件的影响,能够在不同的温度、pH值和抑制物浓度下保持较高的活性。
- 操作简便:固定化酵母细胞可以灵活地进行操作和控制,方便分离和回收,减少了生产过程中的工艺复杂性。
- 循环利用:固定化酵母细胞能够重复利用,提高了酵母细胞的利用率和产能,减少了资源的浪费。
3. 酵母细胞固定化的应用酵母细胞固定化技术在食品工业、酿酒工业和生物技术等领域有着广泛的应用。
3.1 食品工业酵母细胞固定化在食品工业中常被用于发酵产品的生产,如面包、酸奶和啤酒等。
固定化酵母细胞能够提高发酵效率和产品品质,同时还能够减少生产过程中的能耗和废水排放。
3.2 酿酒工业在酿酒工业中,固定化酵母细胞能够提高酿酒过程中的稳定性和酒品质量。
固定化酵母细胞还可以在高温和高浓度的条件下继续进行发酵,从而减少了生产时间和成本。
3.3 生物技术在生物技术领域,固定化酵母细胞常被用于生产生物活性物质,如药物、酶和蛋白质等。
固定化酵母细胞能够提高生产效率和纯度,并且易于回收和再利用,有利于大规模生产。
4. 酵母细胞固定化的方法酵母细胞固定化的方法多种多样,常见的方法包括胶包固定化、吸附固定化、凝胶固定化和共价固定化等。
酵母细胞的主要结构和菌落特征

酵母细胞的主要结构和菌落特征
酵母细胞的主要结构包括细胞壁、质子、线粒体、内质网、核仁和核膜等。
细胞壁是由纤维素和壳聚糖等多糖组成的,具有保护细胞、维持形态和细胞壁膜的功能。
质子是细胞内的液体,含有多种酶和营养物质,是细胞内化学反应的基础。
线粒体是细胞内的能量中心,负责细胞呼吸和膳食物质的合成。
内质网是细胞内的复杂网络结构,负责蛋白质的合成和空间的分布。
核仁是在核内合成核酸和蛋白质过程中负责合成和调整的一个细胞器,包括小核仁和大核仁。
核膜是在核外侧存在的一层薄膜,其上有核孔和核膜膜的相连处形成的核小环,功能是保护和维护细胞内的遗传物质。
酵母菌落特征主要有以下几点:
1.酵母菌落往往呈现白色、浅黄色或灰白色的外观,具有弧形或不规则形状,边缘不清晰。
2.酵母菌落表面略为光滑,涂抹黏液后可变得稍微粘稠。
3.酵母菌落较为柔软,易于受损,并且在输送过程中容易破裂。
4.酵母菌落在培养基上的分布不均匀,常呈现聚集或分散的形式。
5.酵母菌落在培养基上繁殖速度较快,适应性和生存能力较强。
6.酵母菌落生长条件适应范围广泛,可以在广泛的温度、pH值和盐度条件下生长和繁殖。
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酵母细胞表面展示技术是一种真核蛋白表达系统。
其基本原理是将外源靶蛋白基因与特定的载体基因序列融合后导入酵母细胞,融合蛋白诱导表达后,信号肽引导融合蛋白向细胞外分泌,外源蛋白的展示主要是借助于GPI锚的作用,GPI锚定蛋白的C端包含疏水多肽,当细胞蛋白被合成,前体蛋白通过羧基末端的疏水序列锚定在内质网膜上,其余蛋白则位于内质网腔中。
在极短的时间内,疏水序列在转酰氨基酶的作用下ω位点裂开同时被GPI锚置换,并被运输到高尔基体再通过分泌途径分泌至细胞膜外。
在蛋白水解酶作用下,分泌信号序列被切除,细胞蛋白被磷脂酰肌醇特异性磷脂酶C从细胞膜上释放并以GPI锚定形式与葡聚糖共价相连被转运至细胞壁外。
图1展示的是通过α-凝集素系统转运目的蛋白到细胞表面的分泌途径。
酵母表面展示技术具有表达偏差小,展示的融合蛋白相对分子质量范围大,分子数量多,筛选、纯化、活性测定方便等优点。
目前,最常见的酵母表面展示系统包括:凝集素展示表达和絮凝素展示表达[5]。
如图2所示,α-凝集素展示表达系统(图2A)是将外源基因与酵母编码α-凝集素C端编码序列连接后插入质粒载体的分泌信号肽(Secretion signal,SS)下游,融合蛋白诱导表达后,信号肽引导嵌合蛋白向细胞外分泌,由于融合蛋白C-末端存在含GPI锚定信号(GPIanchor attachment signal)的凝集素多肽序列,可将蛋白锚定在酵母细胞壁上,从而将蛋白分子展示表达在酵母细胞表面;a-凝集素展示系统(图2B)与α-凝集素展示系统不同的是其具有由二硫键连接的Aga1和Aga2两个亚基,目的蛋白通过与Aga2形成融合蛋白,再通过Aga1末端的GPI结构使目的蛋白表达于细胞表面;絮凝素展示表达系统利用絮凝素基因(flo1p)与外源基因融合,并将融合蛋白展示表达在细胞表面,此系统又包括两个子系统:GPI锚定系统(图2C)和絮凝结构域(Flo1p flocculation functional domain)锚定系统(图2D)。
GPI锚定系统是利用絮凝素Flo1p的C末端含有的GPI结构锚定外源蛋白,此系统与α-凝集素展示相似;絮凝结构域锚定系统是利用Flo1p的中间絮凝功能结构域与外源蛋白融合,通过絮凝功能结构域识别酵母细胞壁中的甘露聚糖链并通过非共价作用诱导细胞粘附、聚集成可逆性絮状物。
进而使外源蛋白表达于酵母细胞表面。
近年来,S.cerevisiae细胞表面展示技术迅速发展并在多个领域得到应用,展现出广阔的发展前景。
可通过使外源蛋白固定化于S.cerevisiae细胞表面,从而生产微生物细胞表面蛋白,包括淀粉酶、纤维素酶等在生物乙醇生产中起关键作用的酶蛋白,从而使酵母表面展示技术在生物乙醇生产应用中不断发展与完善,本文着重介绍了近年来酵母细胞表面工程在生物乙醇菌种开发中的应用与研究进展。
1酵母细胞表面技术展示淀粉分解酶以淀粉类生物质为主要成分的蔗糖和糖蜜可以实现大规模的乙醇生产,然而,以淀粉为原料生产生物乙醇要经历多步反应而且生产成本偏高。
导致成本偏高的原因主要有两个:一是由于S.cerevisiae不能直接利用淀粉类物质,因此在发酵过程中需要额外添加大量的葡糖淀粉酶(Glucoamylase)和α-淀粉酶(α-Amylase);二是为获得较高的乙醇产量,首先要将淀粉在140℃~180℃的高温下进行糊化,而这也就增加了能耗。
为此,大量的研究集中尝试在S.cerevisiae细胞表面展示淀粉分解酶,从而实现以淀粉类物质为底物的大规模乙醇生产,并取得了一定的成果。
利用细胞表面展示技术构建能利用淀粉的全细胞催化剂,可将编码淀粉酶的外源基因导入酵母细胞内使其能够分泌淀粉酶[7]。
已经构建好的质粒pGA11带有编码米根霉Rhizopus oryzae的葡糖淀粉酶基因,转化子细胞能够在以1%可溶性淀粉为唯一碳源的培养基中迅速生长并产生乙醇,葡糖淀粉酶活力稳定至少100h,而且所表达的酶,其酶学性质与天然酶相当[8]。
Murai等[9]是研究细胞表面表达淀粉酶工作的先驱,他们创造性地通过在S.cerevisiae 细胞表面展示淀粉酶来开发重组酿酒酵母的研究策略,构建了带有S.cerevisiae MT8-1的GAPDH启动子及含有信号肽和glucoamylase/α-凝集素融合基因的载体,glucoamylase来自于R.oryzae,能有效切割淀粉α-1,4和α-1,6糖苷键。
随后,Kondo[10]等在具絮凝功能特性的酵母细胞表面展示了葡糖淀粉酶,他们的工作表明,展示在细胞表面的葡糖淀粉酶对酵母的正常生长及乙醇产生无任何影响;厌氧发酵150h后乙醇浓度达到20~30g/L。
但Kondo等构建的展示葡糖淀粉酶的重组絮凝酵母在发酵300h的情况下还能保持较高的乙醇产率(0.6~0.7g/(L·h))[10],同时,发酵培养基中低浓度的葡萄糖对减少污染也极为有利。
展现了在S.cerevisiae细胞表面展示淀粉酶的优越性。
在批式补料发酵过程中,由于缺少溶解酶——α-淀粉酶,单一展示葡糖淀粉酶的酵母菌株在发酵过程中会有不溶性淀粉的积累。
为克服这一问题,Shigechi等[11-14]构建了共展示来自R.oryzae的glucoamylase和来自嗜热脂肪芽胞杆菌Bacillus stearothermophilus的α-amylase基因,并以可溶性淀粉为底物,进行补料批式发酵。
结果表明,将淀粉颗粒处理到与酵母细胞大小相近时可极大程度地提高乙醇产率,发酵100h后乙醇浓度达到60g/L,而且共展示葡糖淀粉酶和α-淀粉酶菌株的絮凝能力与只展示葡糖淀粉酶的菌株基本相同,发酵过程中酵母絮凝能力并不发生改变。
在后续的研究中,Shigechi等[14]构建了含有葡糖淀粉酶结合结构域(SBD)突变子的酵母展示株系,结果发现,带有突变子SBD葡萄淀粉酶的菌株较野生型菌株的淀粉降解能力提高1.4倍。
Shigechi等[13]又利用低温糊化的淀粉(80)℃取代可溶性淀粉作为唯一碳源进行乙醇发酵,结果表明:共展示葡糖淀粉酶和α-淀粉酶的菌株与单展示葡糖淀粉酶的菌株相比,乙醇产率明显增加,尤其是共展示菌能更快速地产生乙醇且无延滞期,说明随机水解淀粉α-1,4糖苷键的α-淀粉酶在淀粉水解过程中起关键作用。
比较共展示两种淀粉酶的菌株在低温和高温糊化情况下的发酵效率,无论是最大乙醇浓度、乙醇产率还是底物消耗率,两种发酵系统都基本相同,乙醇产量为0.5g/g,相当于理论值的97.2%。
更好地说明了共展示两种淀粉酶菌株的优势。
从牛链球菌Streptococcus bovis中分离的淀粉酶为生料淀粉的高效水解提供了新的研究思路[15]。
Shigechi等[12]分别以α-凝集素和絮凝素为基础,共展示来自R.oryzae的葡糖淀粉酶和来自S.bovis148的α-淀粉酶,并以生料淀粉为底物进行发酵试验,结果表明α-淀粉酶活性依赖于锚定蛋白,而葡糖淀粉酶活性则独立于锚定蛋白;对于α-淀粉酶活性,以絮凝素系统为基础构建的菌株要比以凝集素为基础构建的菌株酶活性高40倍。
目前已经报道了一些α-淀粉酶具有结合生料淀粉的能力,且降解淀粉的区域位于C-末端[16]。
以α-凝集素为基础的共展示菌能以生料淀粉为原料生产乙醇[17-19]。
另一方面,基于α-凝集素和絮凝素Flo1p共展示的葡糖淀粉酶和α-淀粉酶在生料发酵过程中不需要额外添加淀粉酶,在发酵过程中,淀粉浓度迅速下降,72h乙醇浓度达到61.8g/L,乙醇产量为0.44g/L,相当于理论值的86.5%。
利用酵母细胞表面展示技术从最初的单展示葡糖淀粉酶到共展示葡糖淀粉酶和α-淀粉酶,均取得了较好的成果,为利用淀粉类物质实现大规模乙醇生产提供了新的思路。
不过随着生物乙醇生产技术的不断发展,人们开始着眼于利用木质纤维素生产燃料乙醇,从而避免了第一代生物乙醇存在的与人争粮的缺陷。
2酵母细胞表面技术与第二代生物乙醇由于第一代生物乙醇的生产存在着与人争粮、与粮争地的缺陷,发展第二代生物燃料是人们面对能源、环境与粮食问题所采取的积极措施。
利用丰富廉价的可再生木质纤维素生产乙醇,是规模化发展车用燃料乙醇的基础。
木质纤维素是地球上最丰富的可再生资源,占地球总生物量的40%左右,高效、廉价地利用木质纤维素转化为如燃料乙醇等化工产品,是由石油基向生物基经济社会过渡的基础。
为此大量的研究开始转向展示纤维素分解酶、木糖代谢酶等,从而实现新的突破与尝试,为实现第二代生物燃料的开发与利用提供了一定的理论依据。
2.1展示纤维素分解酶在纤维素乙醇生产经历的糖化步骤形成葡萄糖的过程中,S.cerevisiae不能直接利用纤维素类物质,因此在S.cerevisiae中稳定表达纤维素酶是降低生产成本的有效方法。
基于α-凝集素C端构建的pCMC11含有来自棘孢曲霉Aspergillusaculeatus的内切羧甲基纤维素酶CMCase)编码基因,Murai等[20]通过一系列方法证明了cmcase基因成功地锚定在细胞表面,内切羧甲基纤维素酶活性稳定至少120h。
当pCMC11和含有β-bgl1的载体(pBG211)共表达时,可以快速地将纤维低聚糖转化为葡萄糖,从而显著地提高了利用纤维素的效率。
目前已报道了很多在S.cerevisiae中表达多种纤维素酶基因和能够糖化可溶性纤维寡糖的重组酿酒酵母[21-22]。
Fujita等同样基于α-凝集素系统在S.cerevisiae细胞表面展示来自丝状真菌里氏木霉Trichoderma reesei的内切葡聚糖酶Ⅱ的融合蛋白,酵母菌株能明显提高对大麦β-葡聚糖的水解能力;随后,构建了共表达内切葡聚糖酶Ⅱ和来自A.aculeatus的β-葡糖苷酶Ⅰ的酵母株系,这种酵母能在以大麦β-葡聚糖为唯一碳源的培养基上生长,在50h内将β-葡聚糖发酵生成乙醇,乙醇产量为0.48g/g,相当于理论值的93.3%,且发酵培养基中的β-葡聚糖能在酵母细胞表面连续水解为葡萄糖,在胞内酶的作用下,立即被利用,转变为乙醇。
同时,酵母细胞的酶活测定结果和流式细胞计数分析结果表明:共展示菌中内切葡聚糖酶Ⅱ和β-葡糖苷酶Ⅰ分子的数量大于单展示菌中内切葡聚糖酶Ⅱ或β-葡糖苷酶Ⅰ分子数的总和[23]。
其后,Fujita研究小组[24]将来自T.reesei的纤维二糖水解酶Ⅱ也增加到展示系统中,从而使酵母细胞真正具有水解无定形纤维素能力,同步糖化发酵生成乙醇,结果显示共展示内切葡聚糖酶Ⅱ和纤维二糖水解酶Ⅱ的菌株比只展示内切葡聚糖酶Ⅱ的菌株对无定形纤维素的水解能力高,且主要产物是纤维二糖,单展示纤维二糖水解酶Ⅱ的菌株主要产物是少量的纤维二糖,单展示内切葡聚糖酶Ⅱ的菌株主要产物是纤维二糖、纤维三糖,而共展示β-葡糖苷酶Ⅰ和内切葡聚糖酶Ⅱ的菌株无乙醇产生。