原核生物中,操纵子有两种类型:
诱导型操纵子(inducide operon)、阻遏型操纵子(repressible operon) 转录水平的调节主要有3种模式: 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进行的现象,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。 2、酶合成的阻遏
(1)终产物阻遏(又称反馈阻遏作用)
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。 (2)分解代谢物阻遏 是指某些物质(主要是指葡萄糖和其他容易利用的碳源等)经过分解代谢产生的物质阻遏其他酶(主要是诱导酶)合成的现象。
分解代谢物阻遏产生作用的原因:碳源消耗产能储存于ATP,ATP增加导致AMP减少,cAMP通过磷酸二酯酶的水解生成AMP,同时腺苷酸环化酶的活化受到抑制使cAMP的生成受阻(去路增多,生成受阻),细胞内cAMP浓度降低,导致cAMP-CAP的复合物浓度降低。启动基因没有足够的cAMP-CAP的复合物结合,RNA聚合酶也就无法结合到其在启动基因的相应位点上,转录无法进行,酶的生物合成受到阻遏。 11、酶生物合成的模式
1、微生物生长曲线:微生物细胞在一定条件下培养生长, 其生长过程一般经历调整期、生长期、平衡期和衰退期等4个阶段
2、 通过分析比较细胞生长与酶产生的关系, 可以把酶的生物合成的模式分为4种类型: (1)同步合成型
(2)延续合成型 (3)中期合成型 (4)滞后合成型 1、同步合成型
酶的生物合成与细胞的生长同步进行,又称生长偶联型。大部分组成酶和部分诱导酶的生物合成属于同步合成型。 特点:
(1)发酵开始,细胞生长,酶也开始合成,说明不受分解代谢物和终产物阻遏。 (2)生长至平衡期后,酶浓度不再增长,说明mRNA很不稳定。
浓度
细胞浓度
酶浓度
时间(h)
2、延续合成型
酶的合成伴随着细胞生长而开始,但在细胞进入平衡期后,酶还可以延续合成较长的一段时间。
特点:
(1)该类酶不受分解代谢产物阻遏和终产物阻遏。 (2)该酶对应的mRNA是相当稳定的。
浓度
细胞浓度
酶浓度
时间(h)
3、中期合成型
酶的合成在细胞生长一段时间以后才开始,而在细胞生长进入平衡期后,酶的合成也停止。
特点:
(1)该类酶的合成受分解代谢物阻遏。 (2)该酶对应的mRNA不稳定
浓
度
酶浓
度
细胞浓
4、滞后合成型
度 时间(h)
只有当细胞生长一段时间或者进入平衡期以后,酶才开始合成并大量积累。许多水解酶的生物合成都属于这一类型。
特点:
(1)该类酶受分解代谢物阻遏作用的影响,阻遏解除后(阻遏物被细胞用完),酶才大量合成。
(2)该酶对应的mRNA稳定性高。
浓
度 酶浓
度
细胞浓
度
时间
(h)
酶生物合成与生长关联式比较
小结:影响酶生物合成模式的主要因素:培养基中阻遏物的存在和mRNA的稳定性。 (1)不受培养基中某种物质阻遏时,可随着细胞生长而开始合成;受阻遏的酶,要在细胞生长一段时间或进入平衡期后,解除阻遏,酶才开始合成。
(2)(2) mRNA稳定性高的,可在细胞停止生长后继续合成其对应的酶;稳定性差的,随着细胞生长停止而终止酶的合成。
选择与改造
选择:在酶的工业生产中,为了提高酶产率和缩短发酵周期,最理想的合成模式是延续合成型。
改造非理想模式:在细胞选育上下功夫,并适当调节工艺条件: (1)同步合成型:
适当降低发酵温度,尽量提高酶所对应的mRNA的稳定性。 (2)中期合成型:
要从解除阻遏和提高mRNA的稳定性两方面进行努力 (3)滞后合成型
在发酵过程中,设法降低阻遏物的浓度,要尽量减少甚至解除分解代谢物阻遏,使酶的合成提早开始。
1、解除终产物阻遏的方法
降低培养基中酶作用产物的浓度;
添加终产物的类似物。
2、解除分解代谢产物阻遏的方法
控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源浓度,可采用其他较难利用的碳源(如淀粉等),或采用补料,分次流加碳源等方法,以控制碳源浓度在较低的水平,以利于酶产量的提高; 添加一定量的环腺苷酸(cAMP),可以解除分解代谢物阻遏作用。
12、用于酶发酵生产的微生物必需具备的条件: (1)酶的产量高 (2)容易培养和管理 (3)产酶稳定性好 (4)利于酶的分离纯化 (5)安全可靠
13、酶发酵的基本流程
1、筛选:由自然界采集样品,如土壤、水、动植物体等,从中进行分离筛选 。 1)样品的采集(采样):主要是各种富含所需微生物的土壤、水、气、枯枝烂叶、烂水果等 ;
2)初筛:分离产目的酶的菌株;
给予特殊的培养基或培养条件,进而让目的菌株得以繁殖,尽可能地把只成为目的菌的菌株分离出来。
3)复筛:从所得菌株中筛选优良株;
在初筛的基础上,筛选产酶量高、性能更符合生产要求的菌种。 2、产酶菌种的保存
保藏方法:斜面保藏法、沙土保藏法、真空冷冻干燥保藏法、低温保藏法、石蜡油保藏法等。
3、酶的发酵生产
14、发酵产酶的一般工艺流程
无论哪种发酵法,都要做三方面的工作: (1)从原料准备培养基;
(2)从原始菌种准备生产菌种; (3)发酵过程管理。
生产种子:由原始保藏菌种,经过活化,扩大培养,用于发酵罐接种的大量菌体。 1 )菌种活化