微生物发酵产酶(上)
文档：酶的制备
酶的制备酶的制备主要有两种方法，即直接提取法和微生物发酵生产法。
早期酶制剂是以动植物作为原料，从中直接提取的。
由于动植物生长周期长，又受地理、气候和季节等因素的影响，因此原料的来源受到限制，不适于大规模的工业生产。
目前，人们正越来越多地转向以微生物作为酶制备的主要来源。
—、酶的微生物发酵生产法1.微生物发酵生产法的优点酶的品种齐全微生物种类繁多，目前已鉴定的微生物约有20万种，几乎自然界中存在的所有的酶，我们都可以在微生物中找到。
酶的产量高微生物生长繁殖快，生活周期短，因而酶的产量高。
许多细菌在合适条件下20min左右就可繁殖一代，为大量制备酶制剂提供了极大的便利。
生产成本低培养微生物的原料，大部分比较廉价，与从动、医学教育|网搜集整理植物体内制备酶相比要经济得多。
便于提高酶制品获得率由于微生物具有较强的适应性和应变能力，可以通过适应、诱变等方法培育出高产量的菌种。
另外，结合基因工程、细胞融合等现代化的生物技术手段，可以完全按照人类的需要使微生物产生出目的酶。
正是由于微生物发酵生产具有这些独特的优点，因此目前工业上得到的酶，绝大多数来自于微生物，如淀粉酶类的α一淀粉酶、β一淀粉酶、葡萄糖淀粉酶以及异淀粉酶等都是从微生物中生产的。
2.微生物发酵生产法中尚待解决的问题尽管微生物发酵法生产酶制剂存在上述优点，但仍存在一些问题需要解决。
消除毒性微生物发酵法生产的酶制品中会带人一些细菌自身的生理活性物质，这些生理活性物质往往对人体有害，因此进行毒性实验是必需的。
优良产酶菌种的筛选、培育目前，大多数工业微生物制酶生产采用的菌种较少，仅局限于11种真菌、8种细菌和4种酵母菌。
只有不断寻找更多的适用的产酶菌种，才可能使越来越多的酶采用微生物发酵法进行工业化生产。
3.微生物发酵生产法的条件控制微生物酶的发酵生产是在人为控制的条件下有目的迸行的，因此条件控制是决定酶制剂质量好坏的关键因素。
条件控制包括以下几个方面。
微生物发酵生产蛋白酶
妥善保存，才能保证其产酶特性不变异、不死亡、
不被杂菌污染。
❖ 2）菌种活化：产酶菌种在使用钱必须接种于斜
面培养基上，在一定条件下，进行培养，以恢复
细胞的生命活动能力。
❖ 3）扩大培养：活化了的菌种，一般还要经一级 至数级的扩大培养。
❖ 4）分离纯化：发酵结束后得到的酶可能含有一些杂
❖ 蛋白酶广泛存在于动物内脏、植物茎叶、果 实和微生物中。微生物蛋白酶，主要由霉菌、 细菌，其次由酵母、放线菌生产。
二、酶发酵的方式
❖ 1、固体培养发酵 ❖ 2、液体深层发酵 ❖ 3、固定化细胞或固定化原生质体发酵
三、各种发酵方式发酵模式：
❖1、固定培养发酵：
❖ 以麸皮、米糠等为培养基的主要原料，加入 其它必需的营养成分而制成的固体或半固体 的麦曲，经灭菌、冷却后，接入产酶菌株， 在一定条件下，发酵产酶。
❖ 1、从菌种保存机构和有关研究部门获得 ❖ 2、通过筛选获得
五、培养基的配制
❖ 枯草杆菌ASL.398中性蛋白酶发酵培养基：
❖ 玉米粉8%，豆饼粉4%，麸皮3.2%，米 糠1%，磷酸氢二钠0.4%，磷酸二氢钠 0.03%.
六、发酵工艺流程
保藏菌种 菌种活化 种子扩大培养
发酵 分离纯化
酶
七、剖析：
质，所以需要进一步分离杂质，纯化目标酶。
八、蛋白酶的应用
❖ 蛋白酶已广泛应用在皮革、毛皮、丝绸、医药、食 品、酿造等方面 。eg：皮革工业的脱毛和软化已大 量利用蛋白酶，既节省时间，又改善劳动卫生条件。 蛋白酶还可用于蚕丝脱胶、肉类嫩化、酒类澄清。 临床上可作药用，如用胃蛋白酶治疗消化不良，用 酸性蛋白酶治疗支气管炎，用惮性蛋白酶治疗脉管 炎以及用胰蛋白酶、胰凝乳蛋白酶对外科化脓性创 口的净化及胸腔间浆膜粘连的治疗。加酶洗衣粉是 洗涤剂中的新产品，含碱性蛋白酶，能去除衣物上 的血渍和蛋白污物，但使用时注意不要接触皮肤， 以免损伤皮肤表面的蛋白质，引起皮疹、湿疹等过 敏现象。
第二章微生物发酵20121120
• 适应型酶 环境因素对它们的合成速率影 响较大。
• 研究结果表明，转录水平的调节控制对酶 的生物合成是最重要的。
4.原核生物中酶生物合成的调节
• 转录水平的调节控制，又称为基因的调节， 它最早是由雅各(Jacnb)和莫诺德(Monod) 于1960年提出的操纵子学说来阐明的。 1965年，莫诺与雅可布即荣获诺贝尔生理 学与医学奖。
• 提供转录停止信号的DNA序列叫终止子。
5.转录的起始
• RNA转录酶结合到DNA链上，DNA双链部 分解开形成转录空泡.由σ因子辨认转录起 始位点。
• 加入的第一个核苷三磷酸常是GTP或ATP。所形成 的启动子、全酶和核苷三磷酸复合物称为三元起 始复合物，第一个核苷三磷酸一旦掺入到转录起 始点， σ亚基就会被释放脱离核心酶。
园盘固体发酵机
产品描述
• 规格范围:直径2m-12m 园盘固体发酵机（园盘式自动微生物培养 床），是在微生物培养平床的基础上不断 改进，并吸收国外某些先进经验，设计制 造。通过实践证明，比微生物培养平床更 先进，更优越，其条件更合适微生物的生 成、发育。
园盘式自动微生物培养床（园盘制 曲机）的主要特点
2、酶的发酵生产的种类
• 根据微生物培养方式的不同可分为： • 固体培养发酵 • 液体深层发酵 • 固定化微生物细胞发酵 • 固定化微生物原生质体发酵
1）. 固体发酵法
定义：利用麸皮和米糠为主要原料，添加谷 壳，豆饼等，加水拌成半固体状态，供微 生物生长和产酶用。
浅盘法、转桶法、厚层通气法
（1）浅盘法：将固态培养基平铺在浅盘（多为木
二、蛋白质的生物合成——翻译
• 翻译：以mRNA为模板，以氨基酸为底物，在核 糖体上通过各种tRNA，酶和辅助因子的作用， 合成多肽的过程。
微生物生物发酵产酶的一般工艺流程
微生物生物发酵产酶的一般工艺流程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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酶工程第二章微生物发酵产酶
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参与白酒生产中的微生物
1.霉菌
白酒生产常见的霉菌菌种：曲霉、根霉、念珠霉、青
霉、链孢霉等。
2.酵母菌
常见的酵母菌菌种：酒精酵母、产酯酵母、假丝酵母
采用固态配醅发酵，发酵物料的含水量较低，常 控制在55%～65%；
在较低温度下边糖化边发酵，保证酶和酵母的活 性，有利于香味物质的形成和累积；
多种微生物混合发酵，保证有益微生物正常生长 繁殖和发酵代谢；
固态甑桶蒸馏提取成品酒。大曲酒酿造分为清渣 法和续渣法两种。
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大曲分类（按微生物来源）
传统大曲，菌种来源于大自然。 强化大曲，人工接入某些特殊菌种，使大曲在
糖化力、发酵力或产香方面更加突出。 纯种大曲，采用多菌纯种培养大曲，该大曲出
酒率高，是今后发展方向。
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大曲分类（按制曲温度分）
高温大曲，培养制曲的最高温度在60℃以上，酱 香型和部分浓香型大曲酒，采用此大曲。
用的碳源等）经过分解代谢产生的物质阻遏某 些酶（主要是诱导酶）生物合成的现象。 例如：葡萄糖阻遏 – 半乳糖苷酶的生物合成。
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转录水平的调节——操纵子学说
转录水平的调节机制 2、酶生物合成的诱导作用 加入某些物质使酶的生物合成开始或加速进行
的现象，成为酶生物合成的诱导作用，简称为 诱导作用。 如：乳糖诱导分解乳糖相关酶的产生。
第二章 微生物发酵产酶
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生
丛梗孢科，曲霉属真菌中的一个常见种。
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
米曲霉：半知菌亚门，丝孢纲，丝孢目，从梗孢科， 曲霉属真菌中的一个常见种。米曲霉菌落生长快， 10d直径达5~6cm，质地疏松，初白色、黄色，后变 为褐色至淡绿褐色。背面无色。分生孢子头放射状， 一直径150~300μm，也有少数为疏松柱状。分生孢 子梗2mm左右。
链霉菌
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
3．酵母菌 酵母菌(yeast)是—类单细胞微生物，但不同于细菌，
属于真核微生物。
酿酒酵母 球拟酵母 假丝酵母
拟酵母
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
4. 霉菌 霉菌是一类丝状真菌，用于酶的发酵生产的霉菌主
二、产酶微生物的来源
1．土壤中的产酶微生物 2．水体中的产酶微生物 3．空气中的产酶微生物 4．极端环境中的产酶微生物
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
三、产酶微生物的分离和筛选
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Life Sciences
第三章 酶的生物合成
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生
第一节 微生物发酵产酶
微生物发酵产酶的优点： 1）微生物种类繁多； 2) 微生物生长周期短，繁育快； 3) 微生物易改造，可通过多种手段育种。
酶学与酶工程第三章酶生物合成学生College of Sciences
一、产酶微生物的种类 用于酶的生产的细胞必须具备几个条件 (1)酶的产量高 (2) 容易培养和管理 (3) 产酶稳定性好，不易变异退化，不易被感染 (4) 利于酶的分离纯化 (5) 安全可靠，无毒性
发酵法生产酶的原理
发酵法生产酶的原理
发酵法生产酶的原理是利用微生物在特定条件下通过发酵过程生产酶。
发酵生产酶的一般步骤如下：
1. 选取适当的微生物：根据所需的酶的类型和性质，选择合适的微生物菌株。
2. 培养微生物种子菌：将选定的微生物菌株接种进含有适宜营养物质和适宜温度、pH值的培养基中，进行预培养。
3. 大规模培养：将预培养的微生物菌液接种进大规模的发酵罐中，提供足够的营养物质和良好的培养条件，如温度、pH值和氧气供应等。
4. 酶的产生和积累：在培养过程中，微生物菌株通过代谢产生有益酶的合成。
合成的酶可被菌体细胞外排出，也可积累在菌体内。
5. 分离和提取酶：发酵结束后，通过离心、过滤或其他分离方法，将菌体与培养液分离。
然后，从菌体或培养液中提取酶。
发酵法生产酶的原理是基于微生物的生物代谢能力。
微生物通过合适的营养物质和培养条件，利用糖类、脂肪和蛋白质等有机物进行代谢，产生酶作为催化剂。
这些酶能够在特定的温度、pH值和底物浓度等条件下，促进生物化学反应的进行，从而转化底物为所需的产物。
酶工程--酶的微生物发酵生产 ppt课件
酶发酵生产的一般工艺流程图
保藏菌种
试管斜面培养（活化）
摇瓶扩大培养
种子罐培养 培养基 发酵罐
分离纯化 酶
无菌空气
二、酶生产菌种 （一）产酶菌种的要求
（1）产酶量高； （2）繁殖快，发酵周期短；
（3）产酶稳定性好，不易退化，不易被感染；
（4）能够利用廉价原料，容易培养和管理； （5）安全性可靠，非致病菌。
液体培养基，经灭菌、冷却后，接入产酶细胞，在一定条件 下发酵。
2、固体培养发酵
培养基以麸皮、米糠等为主要原料，经灭菌后，接入产酶菌 株，在一定条件下发酵。
3、固定化细胞发酵（70年代后期发展）
将细胞固定在载体上后，进行发酵生产。
4、固定化原生质体发酵（80年代中期发展）
原生质体是指除去了细胞壁的微生物细胞或植物细胞。
酶合成的基因调控类型：诱导和阻遏
1、酶合成的诱导作用
加进某些物质，使酶的生物合成开始或加速的现象，称为 诱导作用。 诱导物一般是酶催化作用的底物或其底物类似物。 例：乳糖诱导ß-半乳糖苷酶的合成 淀粉诱导a-淀粉酶的合成
2、酶合成的阻遏 （1）终产物阻遏
指酶催化反应的产物或代谢途 径的末端产物使该酶的生物合成受 到阻遏的现象。
二、应用微生物来开发酶的优点 1、微生物种类多，酶种丰富； 2、微生物生长繁殖快，易提取酶，特别是胞外酶； 3、微生物培养基来源广泛，价格便宜； 4、可采用微电脑等新技术，控制酶发酵生产过程； 5、可利用以基因工程为主的近代分子生物学技术选 育菌种，增加酶的产率和开发新酶种。
三、酶发酵生产的类型 1、液体深层发酵：
第二节 酶生物合成的基本理论
一、酶生物合成的过程
DNA
转录
RNA
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蛋白质的合成过程
肽链合成的起始 initiation 肽链合成的延伸 elongation 肽链合成的终止与释放 termination and release 多肽的输送和加工 transport and modification 蛋白质分子的折叠 folding
蛋白质合成起始
进 位
成肽 转 位
合成终止
高效率的蛋白 质合成体系
蛋白质合成的几个要素
(1) mRNA(模板，template)
mRNA是带有DNA遗传信息指导蛋白质合成的直 接模板。 以mRNA为模板,合成一定结构的多肽链的过程 (翻译)，就是将mRNA分子中的核苷酸排列顺序转 变成蛋白质分子中的氨基酸排列顺序。
在原核生物和真核生物中，转录酶有所不同。 原核生物的转录酶比较简单，由1种RNA聚合酶催化所有转录反应。 真核生物中RNA聚合酶有3种，RNA聚合酶Ⅰ、RNA聚合酶Ⅱ和RNA聚 合酶Ⅲ，均为寡聚酶。
2、RNA的生物合成- 转录(Transcription)
细胞内RNA的生物功能
(1) 在蛋白质的生物合成过程中，各种RNA起着重要的作用
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，fMet- tRNAF 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。
蛋白质合成的几个要素
(3) 转运RNA (transporter)
tRNA是氨基酸的转运工具，携带活化的氨基酸到核蛋白体。 tRNA有特异性，至少有20种以上。每种tRNA的反密码环顶端
均有由三个核苷酸组成的反密码，能与mRNA上相应的密码互 补结合。
反义链 antisense strand（无意义链，负链）： ——在RNA的转录中，用作模板的DNA链称为反义链。
有义链 coding strand（编码链，正链）： ——在RNA的转录中，不作为模板的DNA链称为有义链。
2、转录所需酶：依赖DNA的RNA聚合酶又称为转录酶，是以 DNA为模板的一类RNA聚合酶。
1、中心法则-Central Dogma
Reverse transcription
Replication 复制：亲代DNA或RNA在一系列酶的作用下，
生成与亲代相同的子代DNA或RNA的过程。
Transcription 转录：以DNA为模板，以核苷三磷酸为
底物，按照碱基配对原则，在RNA聚合酶作用下形成与DNA链 互补的RNA的过程。转录过程 （原核物和真核生物的）转录过程
起始位点的识别 recognition 转录起始 initiation 链的延伸 elongation 转录终止 termination 转录后加工 modification
转录过程的特点
1、转录的不对称性：在RNA的合成中，DNA的两条链中仅有 一条链可作为转录的模板，称为转录的不对称性。
mRNA：蛋白质合成的模板，由其分子上的三联体密码控制蛋白质分 子中氨基酸的排列顺序；
tRNA：氨基酸载体，识别mRNA分子上的密码子； rRNA与蛋白质一起组成核糖核蛋白体（核糖体），作为蛋白质生物
合成的场所。
(2) 在某些RNA病毒中，其所含的双链RNA作为遗传信息的载体 (3) 某些RNA具有生物催化活性，属于核酸类酶，在一定条件下，
微生物发酵产酶
酶的生产方法
提取分离法
微生物培养
化学合成
动植物细胞提取
按培养方式： 固体发酵 液体发酵 固定化微生物细胞发酵 固定化微生物原生质体发酵
第一节 酶生物合成过程
酶生物合成过程
Go 1、中心法则- Central Dogma Go 2、RNA的生物合成-转录(Transcription) Go 3、蛋白质的生物合成-翻译(Translation) Go 4、酶生物合成的调节- 调节(Regulation)
蛋白质合成的几个要素
(2) 遗传密码 (nucleotide triplet codon)
mRNA分子中,每三个相邻的核苷酸组成的三联体代表某种 氨基酸或其它信息，称为密码子或三联密码。
四种核苷酸编成三联体可形成43个即64个密码子。其中： 一个起始密码: AUG 三个终止密码: UAA UGA UAG 多数氨基酸拥有 2-4个密码
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，fMettRNAF ，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： （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-
Translation 翻译：以mRNA为模板，将mRNA的密码解读
成蛋白质的氨基酸顺序的过程。
Reverse translation 逆转录：以RNA为模板，在逆转
录酶的作用下，生成DNA的过程。
2、RNA的生物合成- 转录(Transcription)
转录：以DNA为模板，以核苷三磷酸为底物，按照碱基配对 原则，在RNA聚合酶作用下形成与DNA链互补的RNA的过程。
可以催化有关的生化反应 (4) 各种小分子RNA在分子修饰和代谢调节等方面有重要作用
3、蛋白质的合成-翻译(Translation)
翻译: 以mRNA为模板,以各种氨基酸为底物，在核糖 体上通过各种tRNA、酶和辅因子的作用，合成多肽链 的过程。
翻译
mRNA
蛋白质
各种信息
各种蛋白质
（核苷酸排列顺序） （氨基酸排列顺序）