酶工程知识点

酶的分离纯化需要考虑的几点:1、目标酶分子特性及其他物理、化学性质;2、酶分子和杂质的主要性质差异;3、酶的使用目的和要求;4、技术施舍的难易程度5、分离成本的高低;6、是否会造成环境污染。
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,称为酶生物合成的诱导作用。
无诱导物时,调节基因产生的阻遏蛋白与操纵基因的结合较强。由于RNA聚合酶的结合位点与阻遏蛋白的结合位点相互重叠,当他们结合时,就把RNA聚合酶结合部位覆盖起来,在空间上排挤RNA聚合酶,使之脱离启动基因部位,使结构基因无法进行转录,酶的生物合成受阻。(不能转录)
阻遏现象: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收到阻遏。
在没有阻遏物存在时,调节基因产生的阻遏蛋白与操纵基因的亲和力弱,不能与操纵基因结合,所以RNA聚合酶可以结合到其在启动基因的位点上,进行转录,而合成结构基因所对应的酶。(能够转录)
二氧化碳保护焊
当环境中氨酸浓度增加,阻遏物达到一定浓度时,阻遏蛋白与阻遏物结合,使其结构发生改变,从而使阻遏蛋白与操纵基因的结合力增强。阻遏蛋白与操纵基因结合,就排挤RNA聚合酶与启动基因的结合,使转录无法进行,酶的生物合成因此受到阻遏。
酶生物合成的模式:同步合成型、延续合成型、中期合成型、滞后合成型
同步合成型(生长偶联型):是酶的生物合成与细胞生长同步进行的一种酶生物合成模式。
特点:在细胞进入生长期时,酶大量合成、不受阻遏作用。
延续合成型(部分生长偶联型):是酶的生物合成在细胞的生长阶段开始,在细胞生长进入平衡期后酶还可以合成一段时间的一种酶生物合成模式。
特点:在细胞进入平衡期还可以合成一段时间、受诱导物作用,不受阻遏物作用、mRNA相当稳定。
中期合成型(生长偶联型):在细胞生长一段时间后才开始,而在细胞生长进入平衡期以后,酶的生物合成也随之停止。双接头
特点:酶的生物合成受到产物的反馈阻遏作用或分解代谢物阻遏作用,而酶所对应的mRNA稳定性差。
滞后合成型(非生长偶联型):酶是在细胞生长一段时间或者进入平衡期以后才开始其生物合成大量积累。
特点:受到培养基中存在的阻遏物的阻遏作用、mRNA稳定性好。
酶所对应的mRNA稳定性以及培养基中的阻遏作用是影响酶的生物合成的主要因素。
在酶的发酵生产中,最理想的合成模式是延续合成型。其中对于同步合成型的酶,要尽量提高其对应的mRNA的稳定性,为此适当降低发酵温度是可取的措施;对于滞后合成型的酶,要设法降低培养基中阻遏物的浓度,尽量减少甚至解除产物阻遏或分解代谢物阻遏作用,使酶的生物合成提早开始;而对于中期型的酶,则要在提高mRNA的稳定性以及解除阻遏,使其是生物合成的开始时间提前,并尽量延迟其生物合成停止时间。
微生物保藏方法:斜面保藏法沙土管保藏法真空冷冻干燥保藏法低温保藏法石蜡油保藏法
细胞活化:保藏的菌种在用于发酵生产之前,必须接种于新鲜的固体培养基上,在一定的条件下进行培养,使细胞的生命活性得以恢复。
培养基:是指人工配制的用于细胞培养和发酵的各种营养物质的混合物。
扩大培养注意事项:1、氮源丰富 2、培养到对数生长期,及时培养到发酵罐中 3、减少传代次数,降低菌种衰退和污染的可能 4、严格控制培养温度、pH、溶氧量。
耗氧速率Ko2:指的是单位体积培养液中的细胞在单位时间内所消耗的氧气量。
Qo2:是指单位细胞量在单位时间内的耗氧量。
细胞呼吸强度Cc:指的是单位体积培养液中细胞的量。
Ko2=Qo2·Cc
溶氧速率Kd:是指单位体积的发酵液在单位时间内溶解氧的量。
调节溶解氧的方法:1、调节通气量 2、调节氧的分压 3、调节气液接触时间 4、调节气液接触面积 5、改变培养基的性质
提高酶产量的措施:1、添加诱导物 2、控制阻遏物的浓度 3、添加表面活性剂 4、添加产酶促进剂 5、基因突变提高酶产量
固定化细胞手提机箱:又称为固定化活细胞或固定化增殖细胞,指采取各种方法固定在载体上,在一定的空间范围进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞。
固定化细胞发酵产酶的特点:1、提高产酶率 2、可以反复使用或连续使用较长时间 3、基因工程菌的质粒稳定,不易丢失 4、发酵稳定性好 5、缩短发酵周期,提高设备利用率 6二氧化碳保护焊、产品容易分离纯化 7、适用于胞外酶等胞外产物的生产
固定化细胞发酵产酶的工艺条件及控制:1、固定化细胞的培养 2、溶解氧的供给 3、温度的控制 4、培养基的组分控制
固定化原生质体的特点:1、变胞内产物为胞外产物 2、提高酶产率 3、稳定性好 4、易于分离纯化
固定化原生质体发酵产酶的工艺条件及其控制:1、渗透压的控制 2、防止细胞壁再生 3、保证原生质体的浓度
端粒酶:是催化端粒合成和延长的酶,是一种核糖核蛋白,包含蛋白质和RNA两种基本成分。在合成端粒的过程中,端粒酶以其本身的RNA组分作为模板把端粒重复序列加到染体DNA的末端,使端粒延长。端粒延伸主要包括三个步骤:1、结合:端粒酶分子的RNA重复序列与DNA端粒末端按照互补配对原则 2、延伸:以端粒酶分子的RNA为模板,通过反转录作用,使DNA分子上的端粒延伸 3、移位:端粒酶移动到延伸后的独立末端。重复上述过程,反复进行,使端粒不断延伸。
基因扩增是通过增加基因数量来调节基因表达的一种方式。它可以发生在个体发育的某一阶段或在细胞分化的某一过程。
增强子:又称调变子,是一段能高效增强或促进基因转录的DNA序列。
抗体酶:又称为催化性抗体,是一类具有生物催化功能的抗体分子。
抗体酶的制取方法有诱导法和修饰法。修饰法是对抗体进行分子修饰,在抗体与抗原的结合部位引进催化基因而成为抗体酶的方法;诱导法是利用特定的抗原诱导抗体酶合成的方法。
植物细胞培养产酶的特点:1、提高产率 2、缩短周期 3、易于管理,减轻劳动强度 4、提高产品质量 5、具有对剪切力敏感、生长周期长,许多植物细胞的生长和代谢需要一定的光照。
植物细胞培养产酶的工艺过程:1、外植体的选择和处理 2、植物细胞的获取(直接分离法机械法和酶解法 愈伤组织的诱导法 原生质再生法) 3、细胞悬浮液培养 4、分离纯化
植物细胞培养产酶的工艺条件及其控制:培养基的配制 控制:1、温度的控制 2pH的控制 3、溶解氧的调节控制 4、光照的控制 5、前提的添加 6、刺激剂的应用
动物细胞培养具有如下特点:1、动物细胞培养主要用于各种功能蛋白质和多肽的生产 2、动物细胞的生长缓慢 3、为了防止微生物污染,在培养过程中需要添加抗生素 4、动物细胞体积大,无细胞壁保护,对剪切力敏感 5、大多数细胞具有锚地依赖性,适宜采用贴壁培养 6、动物细胞培养基成分复杂,一般要添加血清或其代用品 723、原代细胞继代培养50代后,即会退化死亡,需要重新分离细胞
动物细胞培养产酶的工艺过程及其控制:1、悬浮培养 2、贴壁培养 3、固定化细胞培养、
分离和纯化 4、培养基组成成分 5、培养基的配制 6、温度的控制 7pH的控制 8、渗透压的控制 9、溶解氧的控制
细胞破碎法:1、机械破碎法 2、物理破碎法 3、化学破碎法 4、酶促破碎法
机械破碎法:捣碎发、研磨法、匀浆法 原理:通过机械运动产生的剪切力,使组织、细胞破碎
物理破碎法:温度差破碎法、压力差破碎法、超声波破碎法 原理:通过各种物理因素的作用,使组织、细胞的外层结构破坏,而使细胞破碎
化学破碎法:添加有机溶剂、添加表面活性剂 原理:通过各种化学试剂对细胞膜的作用,从而使细胞破碎
酶促破碎法:自溶法、外加酶制剂法 原理:通过细胞本身的酶系或外加酶制剂的催化作用,使细胞外层结构受到破坏,从而达到细胞破碎。
酶的提取:是指在一定的条件下,用适当的溶剂或溶液处理含酶原料,使酶充分溶解到溶剂或溶液中的过程,也称酶的抽取。
酶的主要提取方法:盐溶液提取 酸溶液提取 碱溶液提取 有机溶液提取
盐溶液提取:用于提取在低浓度盐溶液中溶解度较大的酶
酸溶液提取:用于提取在稀酸溶液中溶解度大且稳定性较好的酶
碱溶液提取:用于提取在稀碱溶液中溶解度大且稳定性较好的酶
有机溶液提取:用于提取那些与脂质结合牢固或含有较多非极性基因的酶
盐溶:大多数蛋白类酶都溶于水,而且在低浓度的盐存在的条件下,酶的溶解度随浓度的升高而增加,这种现象叫盐溶现象。
下靶盐析:当盐浓度达到某一界限后,酶的溶解度随盐浓度升高而降低的现象,这称为盐析现象。
沉淀分离法:盐析沉淀法:利用不同蛋白质在不同的特性,通过在酶液中添加一定浓度的中性盐,使酶或杂质从溶液中洗出沉淀,从而使酶与杂质分离。
等电点沉淀法:利用两性电解质在等电点时溶解度最低,以及不同的两性电解质有不同的等电点这一特性,通过调节溶液的pH,使酶或杂质沉淀析出,使酶或杂质分离。
有机溶剂沉淀法:利用酶与其他杂质在有机溶剂中的溶解度不同,通过添加一定量的某种有机溶剂,使酶或杂质沉淀析出,从而使酶与杂质分离。
复合沉淀法:在酶液中加入某些物质,使它与酶形成复合物而沉淀下来,从而使酶与杂质分离。
选择性变形沉淀:选择一定条件使酶液中存在的某些杂质变形而沉淀而不影响所需的酶,从而使酶与杂质分离出来。
过滤:借住过滤介质将不同大小、不同形状的物质分离的技术过程。
非膜过滤:采用高分子膜以外的材料,如滤纸、滤布、纤维、多空陶瓷、烧结金属等作为过滤介质的分离技术称为非膜过滤,包括粗滤和部分微滤。
膜分离技术:借住一定孔径的高分子薄膜,将不同大小、不同形状和不同特性的物质颗粒或分子进行分离的技术称为膜分离技术。
在酶生产中的应用:在酶分离纯化过程中,可以除去酶液中含有的微生物细胞,还能达到酶液浓缩的目的,使用与酶制剂的生产,还可用于酶液的脱盐。
层析分离方法:吸附层析法:利用吸附剂对不同物质的吸附力不同而使混合物种各组分分离
分配层析法:利用各组分在两相中的分配系数不同而使各组分分离
离子交换层析:利用离子交换剂上的可解离基团对各种离子的亲和力不同而达到分离目的
凝胶层析:以各种多孔凝胶为固定相,利用流动相中所含各种组分的相对分子质量不同而达到物质分离
亲和层析:利用生物分子与配基之间所具有的专一而又可逆的亲和力,使生物分子分离纯化

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