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第八章 酶的发酵生产 酶的发酵生产：经过预先设计，通过人工操作控制，利用细胞(包括微生物细胞、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。 第一节 酶的生产方法 原材料：动物、植物、微生物的组织或细胞 方法：细胞破碎，沉淀，离心，过滤，层析，电泳 优点：对于目的酶含量丰富的材料简单方便 缺点：含量低的材料杂质多，工艺路线复杂 例子：胰酶-胰脏、木瓜蛋白酶-木瓜、 胃蛋白酶-胃 发 酵 法 原材料：微生物细胞为主，植物或动物细胞相继发展 方法：固体培养发酵、液体深层发酵、固定化细胞发酵和固定化原生质体发酵 优点：大量，便于控制 缺点：技术要求高 例子：酒曲中的蛋白酶和淀粉酶 化学合成法 前提条件：已知酶分子的化学结构；肽合成仪 缺点：纯度高，合成成本高 例子：核糖核酸酶 优良的产酶细胞应具备的条件 酶的产量高； 容易培养和管理； 产酶性能稳定； 利于酶产品的分离纯化； 安全可靠。 以麸皮、米糠等为主料 固体或半固体的麸曲 优点：设备简单，操作方便，酶浓度较高，适于各种霉菌的培养和发酵产酶。 缺点：劳动强度较大，原料利用率较低，生产周期较长。 液体深层发酵 液体培养基 适用于微生物细胞，植物细胞和动物细胞的悬浮培养和发酵。 机械化程度、技术管理、酶产率、质量以及产品回收率都较理想。 固定化细胞发酵 将细胞固定在水不溶性载体上，使之在一定的空间范围内进行生命活动(生长、繁殖和新陈代谢) 适用于胞外酶的生产 第二节 酶的生物合成 酶的生物合成主要是RNA和蛋白质生物合过程。 2 DNA Structure 3. DNA的自我复制 4 转录 转录是以DNA为模板，以核苷三磷酸为底物，在RNA聚合酶(转录酶)的作用下，生成RNA的过程 5. 翻译 （1） 氨基酸的活化 Aa+tRNA+ATP → aa-tRNA+AMP+PPi 氨酰-tRNA合成酶 （2）起始 30(40)S-mRNA→30(40)S-mRNA-IF3→30(40)S-mRNA-tRNAfMet-GTP-IF1-IF2→50(60)S-30 (40)S-mRNA-tRNAfMet （3）延伸 （4）终止 6. 酶生物合成的调节 DNA中含有: 调节基因(Regulator gene) 启动基因(Promoter gene) 操纵基因(Operator gene) 结构基因(Structural gene) 6.1 酶合成的诱导作用 6.2 分解代谢物阻遏作用 指容易利用的碳源阻遏某些酶(主要是诱导酶)生物合成的观象。 葡萄糖阻遏β—半乳糖苷酶，果糖阻遏α—淀粉酶 6.3 酶合成的反馈阻遏作用 第三节 酶发酵生产常用的微生物 用于酶发酵生产的细胞具备的条件： (1)产量高：筛选、诱变、或采用基因工程、细胞工程等技术而获得； (2)易培养和管理：产酶细胞易生长繁殖，适应性较强，易于控制，便于管理； (3)稳定性好，不易退化，复壮； (4)利于酶的分离纯化； (5)安全可靠。 一、枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis) 芽孢杆菌属细菌。杆状，0.7～0.8×2～3μm，单个，无荚膜，周生鞭毛，运动，革兰氏阳性。菌落粗糙，不透明，污白色或微带黄色。 生产α—淀粉酶（胞外酶）、蛋白酶（胞外酶）、β—葡聚糖酶、碱性磷酸酶（细胞间质）等。 二、大肠杆菌(Escherichia coli) 呈杆状，0.5×1.0～3.0μm，革兰氏阴性，无芽孢，菌落从白色到黄白色，光滑闪光，扩展； 一般生产胞内酶； 谷氨酸脱羧酶、天门冬氨酸酶、苄青霉素酰化酶、β—半乳糖苷酶、限制性核酸内切酶、DNA聚合酶、DNA连接酶、核酸外切酶。 三、黑曲霉(Aspergillus niger) 曲霉属黑曲霉群霉菌。菌丝体由具横隔的分枝菌丝构成，菌丛黑褐色，顶囊球形，小梗双层，分生孢子球形，平滑或粗糙； 生产胞外酶和胞内酶：糖化酶、α—淀粉酶、酸性蛋白酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢酶、核苷核酸酶、脂肪酶、纤维素酶、橙皮苷酶、柚昔酶等。 四、米曲霉(Aspergillus oryzae) 曲霉属黄曲霉群霉菌。菌丛一般为黄绿色，后变为黄褐色，分生孢子头呈放射形，顶囊球形或瓶形，小梗一般为单层，分生孢子球形，平滑少数有刺，分生孢子梗长2mm左右，粗糙； 生产糖化酶、蛋白酶，以及氨基酰化酶、磷酸二酯酶、核酸酶P1、果胶酶等。 五、青霉(Penicillium) 属半知菌纲。营养菌丝无色，淡色，有横隔，分生孢子梗亦有横隔，顶端形成扫帚状的分枝，小梗顶端串生分生孢子，分生孢子球形，椭圆形或短柱形，光滑或粗