《微生物发酵》PPT课件

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1、第 二 章 微 生 物 发 酵 产 酶 酶 的 生 物 合 成 ： 酶 在 生 物 体 内 产 生 的 过 程 。 酶 的 发 酵 生 产 ： 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 酶 的过 程 。 1、 酶 发 酵 生 产 的 细 胞 必 需具 备 如 下 条 件 酶 的 产 量 高 ； 产 酶 稳 定 性 好 ； 容 易 培 养 和 管 理 ； 发 酵 周 期 短 ， 营 养 需 求 简 单 产 物 杂 质 少 ， 利 于 酶 的 分 离 纯 化 ； 安

2、 全 可 靠 ， 非 致 病 性 。 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

3、浅 盘 （ 多 为 木 盘 或 竹 匾 ） 内 ， 厚 约 3-5厘 米 ， 在 能 够 控 制 湿 度 、温 度 的 曲 房 里 进 行 发 酵 。 该 法 占 用 曲 室 面 积 大 ， 曲 盘 数 量 多 全 部 依 靠 手工 操 作 ， 劳 动 强 度 大 ， 卫 生 条 件 也 差 ， 曲 盘 洗 清灭 菌 、 维 修 等 耗 蒸 汽 和 材 料 也 很 多 且 产 量 和 质量 不 易 稳 定 ， 现 代 工 业 生 产 已 很 少 应 用 。 （ 2） 转 桶 法 ： 将 固 态 培 养 基 接 入 菌 种 后 ， 放在 可 旋 转 的 转 桶 内 ， 当 桶 慢 慢 转 动 时

4、 ， 培养 基 即 在 转 桶 内 翻 动 ， 通 气 及 温 湿 度 调 节较 为 均 匀 ， 有 利 于 微 生 物 的 生 长 和 产 酶 。本 法 的 机 械 化 程 度 较 上 法 稍 高 劳 动 强 度也 有 所 减 轻 ， 但 转 桶 的 清 洗 灭 菌 操 作 较 难 。 （ 3） 厚 层 通 气 法 ： 将 固 体 培 养 基 接 入 菌 种 后 ，平 铺 在 具 有 多 孔 的 大 池 内 ， 厚 度 可 达 20-30厘 米 ； 待 微 生 物 已 开 始 生 长 ， 即 从 池 底 通入 一 定 温 度 和 相 对 湿 度 的 空 气 ， 使 微 生 物比 较 均 匀

5、适 宜 地 生 长 繁 殖 和 产 酶 。 本 法 与前 两 种 方 法 比 较 ， 设 备 利 用 率 大 大 提高 发 酵 中 途 也 不 必 人 工 经 常 翻 曲 ， 劳 动强 度 减 轻 ， 是 采 用 固 体 发 酵 法 中 较 好 的 一种 办 法 。 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

6、 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 1、 实 现 了 机 械 化 操 作 ， 入 料 、 出 料 、 培 养 过程 中 的 翻 料 ， 均 由 机 械 实 现 操 作 ， 在 整 个 操 作过 程 中 ， 人 与 物 料 不 直 接 接 触 ， 避 免 了 人 为 的污 染 。 2、 温 度 、 湿 度 、 风 量 的 调 控 实 现 了 自 动 化 ，所 以 微 生 物 在 生 成 、 发 育 过 程 中 对 于 温

7、度 、 湿度 、 氧 的 补 充 等 不 同 的 各 种 条 件 ， 更 能 得 到 满足 ， 更 有 利 于 微 生 物 的 培 育 。 3、 水 、 电 汽 等 能 源 消 耗 比 普 通 微 生 物 培 养平 床 降 低 。4、 减 少 劳 动 力 ， 提 高 劳 动 生 产 率 ， 降 低 工人 劳 动 强 度 ， 改 善 工 人 工 作 环 境 。 5、 微 生 物 在 整 个 培 育 过 程 中 ， 始 终 处 于 一个 密 闭 的 环 境 里 ， 只 须 通 过 观 察 窗 进 行 控制 固 体 培 养 的 优 缺 点 优 点 ： 设 备 简 单 ， 投 资 较 少 。 环 境

8、污 染少 ； 特 别 适 用 于 霉 菌 的 培 养 和 发 酵 产 酶 。 缺 点 ： 劳 动 强 度 大 ； 原 料 利 用 率 低 ； 产 酶 纯 度 较 差 ； 提 取 精 制 较 难 ； 传 质 传 热效 率 低 ， 发 酵 条 件 不 易 控 制 均 匀 ， 产 酶 不 稳定 ； 不 宜 胞 内 酶 生 产 （ 菌 体 分 离 难 度 大 ） 2） 液 体 发 酵 液 体 表 面 发 酵 ， 目 前 已 不 采 用 。 液 体 深 层 通 风 发 酵 本 法 是 我 国 目 前 酶 制 剂 发酵 最 广 泛 应 用 的 方 法 1） ， 所 用 主 要 设 备 发 酵罐 是 一 个

9、 具 有 搅 拌 浆 叶 和 通 气 系 统 的 密 闭 容器 。 发 酵 罐 的 容 量 国 内 多 采 用 10一 50t， 国外 普 遍 用 100t以 上 。 目 前 从 培 养 基 灭 菌 、 冷却 到 发 酵 都 在 同 一 罐 内 进 行 。 优 点 ： 产 酶 纯 度 高 ， 质 量 稳 定 ； 较 易 控 制 发 酵 条 件 ， 有 利 于 自 动 化 控 制 ； 机 械 化 程 度 高 ， 劳 动 强 度 小 ； 设 备 利 用率 高 。 缺 点 ： 设 备 投 资 较 大 发 酵 罐 发 酵 车 间 发 酵 车 间 液 体 发 酵 与 固 体 发 酵 的 区 别 液 体

10、发 酵 与 固 体 发 酵 的 区 别 在 于 ， 液 体 发 酵 是 将固 体 原 料 转 换 为 液 体 状 态 ， 然 后 进 行 发 酵 ， 发 酵过 程 完 成 后 ， 再 转 换 为 固 体 粉 未 状 产 品 。 从 生 产过 程 中 看 ， 固 体 发 酵 比 液 体 发 酵 减 少 环 节 ， 流 程简 短 ， 所 以 成 本 较 低 。 目 前 国 内 外 的 生 产 厂 家 大多 采 用 液 体 深 层 发 酵 工 艺 ， 液 体 发 酵 设 备 价 格 贵 , 生 产 成 本 高 ， 但 操 作 较 容 易 ， 生 产 过 程 中消 毒 灭 菌 容 易 实 现 ， 易

11、于 实 现 自 动 化 操 作 ，酶 的 产 率 高 ， 质 量 稳 定 ， 产 品 回 收 率 高 ，而 固 体 发 酵 难 于 自 动 化 ， 人 工 需 要 量 大 ，易 造 成 杂 菌 污 染 。 3） 固 定 化 微 生 物 细 胞 发 酵 任 何 能 够 限 制 发 酵 微 生 物 自 由 移 动 的 技 术都 有 利 于 提 高 发 酵 速 率 。 微 生 物 的 固 定 化发 酵 技 术 就 是 基 于 这 一 原 理 而 设 计 的 。 该技 术 始 于 20世 纪 70年 代 ， 是 利 用 特 殊 的 固定 化 载 体 把 微 生 物 菌 体 固 定 起 来 ， 使 之

12、成为 连 续 的 生 物 反 应 器 。 微 生 物 的 固 定 化 主要 有 包 埋 法 、 吸 附 法 、 交 联 法 和 微 胶 囊 化 4种 方 法 。 4） 固 定 化 微 生 物 原 生 质 体 发 酵 渗 透 压 稳 定 剂 -渗 透 压 在 原 生 质 体 制 备 中 ， 不 仅 起 到保 护 原 生 质 体 免 于 膨 胀 作 用 ， 而 且 还 有 助 于 酶 和 底 物的 结 合 。 渗 透 压 稳 定 剂 多 采 用 KCl、 NaCl等 无 机 物 和 甘露 醇 、 山 梨 醇 、 蔗 糖 、 丁 二 酸 钠 等 有 机 物 。 菌 株 不 同 ，最 佳 稳 定 剂

13、亦 有 差 异 。 在 细 菌 中 多 用 蔗 糖 、 丁 二 酸 钠 、NaCl等 ， 在 酵 母 菌 中 多 用 山 梨 醇 、 甘 露 醇 等 ， 在 霉 菌中 多 用 KCl和 NaCl等 。 稳 定 剂 的 使 用 浓 度 一 般 均 在0.3 0. 8mol/L之 间 。 第 一 节 酶 生 物 合 成 的 基 本 理 论 一 、 RNA的 生 物 合 成 转 录 二 、 蛋 白 质 的 生 物 合 成 翻 译 三 、 酶 生 物 合 成 的 调 节 一 、 RNA的 生 物 合 成 转 录 1、 中 心 法 则 生 物 的 遗 传 信 息 从 DNA传 递 给 mRNA的 过 程

14、 称 为 转录 。 根 据 mRNA链 上 的 遗 传 信 息 合 成 蛋 白 质 的 过 程 ，被 称 为 翻 译 和 表 达 。 1958年 Crick将 生 物 遗 传 信 息的 这 种 传 递 方 式 称 为 中 心 法 则 。 2.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 。 3、 转 录 所 需 的 酶 叫 RNA聚 合 酶 （ 依 赖 DNA的RNA聚 合 酶 ） ， 又 叫 转 录 酶 大 肠 杆 菌 的 RNA聚 合 酶 全 酶 由 5种 亚 基 2 组 成

15、 ， 因 子 与 其 它 部 分 的 结 合 不 是 十 分 紧 密 ， 它 易 于与 2分 离 ， 没 有 、 亚 基 的 酶 称 为核 心 酶 只 催 化 链 的 延 长 ， 对 起 始 无 作 用 。 五 种 亚 基 的 功 能 分 别 为 ： 亚 基 ： 与 启 动 子 结 合 功 能 。 亚 基 ： 含 催 化 部 位 ， 起 催 化 作 用 ， 催 化 形 成 磷 酸 二 酯 键 。 亚 基 ： 在 全 酶 中 存 在 ， 功 能 不 清 楚 。 亚 基 ： 与 DNA模 板 结 合 功 能 。 亚 基 ： 识 别 起 始 位 点 。 4.真 核 生 物 的 RNA聚 合 酶 三

16、种 RNA聚 合 酶 , , ,它 们 专 一 地 转 录 不 同 的 基 因 ,其转 录 过 程 和 产 物 已 各 不 相 同酶 类 分 布 催 化 反 应 产 物 活 性 分 子 量(KDa) 反 应 条 件 核 仁核 质核 质 rRNA（ 5.8S、18S、 28S ）mRNAtRNA、 5S rRNA 50 7020 4010 550600600 低 离 子 强 度 要求 Mg 2+或 Mn2+高 离 子 强 度高 Mn2+浓 度 启 动 子 和 终 止 子 启 动 子 是 指 RNA聚 合 酶 识 别 结 合 和 开 始 转 录 的 一段 DNA序 列 。 提 供 转 录 停 止

17、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 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 ， 亚 基 就 会 被 释 放 脱 离 核 心 酶 。 6.链 的 延 伸 以 NTP（ 核 酐 三 磷 酸 ） 为 原 料 和

18、 能 量 ,DNA模板 链 为 模 板 ， 靠 核 心 酶 的 催 化 ， 核 苷 酸 间通 过 3,5-磷 酸 二 酯 键 成 核 糖 核 酸 链 (RNA） 7.RNA链 的 终 止 RNA聚 合 酶 转 录 到 达 终 止 子 时 ， RNA聚 合 酶 及合 成 的 RNA分 子 与 摸 板 DNA分 离 ， 合 成 终 止 。 8.RNA前 体 的 加 工 （ 成 熟 过 程 ）在 细 胞 内 ， 由 RNA聚 合 酶 合 成 的 原 初 转 录 物（ primary transcript） 往 往 需 要 一 系 列 的 变 化 ，包 括 链 的 裂 解 、 5和 3末 端 的 切

19、除 和 特 殊 结 构 的 形成 、 核 苷 的 修 饰 、 以 及 拼 接 和 编 辑 等 过 程 ， 才 转变 为 成 熟 的 RNA分 子 。 此 过 程 总 称 为 RNA的 成 熟 或称 为 RNA前 体 加 工 。 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 。四 个 阶 段1、 氨 基 酸 活 化 生 成 氨 酰 tRNA2、 肽 链 合 成 的 起 始3、 肽 链 的 延 伸4、 肽 链 合

20、成 的 终 止 1.参 与 蛋 白 质 生 物 合 成 的 物 质 mRNA-模 板 rRNA-构 成 核 糖 体 作 为 蛋 白 质 合 成 场 所 tRNA-搬 运 工 具 氨 基 酸 -原 料 蛋 白 质 因 子 (起 始 因 子 IF， 延 伸 因 子 EF， 释 放 因 子RF， 等 等 ) 酶 -氨 基 酰 -tRNA合 成 酶 ， 转 肽 酶 ， 转 位 酶 ， 等 无 机 离 子 -Mg 2+ 2.氨 基 酸 活 化 图 示 第 一 步 生 成 氨 酰 腺 酐 酸 -酶 复 合 物 第 二 步 生 成 氨 酰 -tRNA 每 一 种 氨 基 酸 至 少 有 一 种 对 应 的

21、氨 酰 -tRNA 合 成 酶 。 它 既 催 化 氨 基 酸 与 ATP 的 作 用 , 也 催 化 氨 基 酰 基 转 移 到 tRNA。 氨 基 酰 -tRNA 合 成 酶 具 有 高 度 的 专 一 性 。 每 一 种 氨 基 酰 -tRNA 合 成 酶 只 能 识 别 一 种相 应 的 tRNA。 2.肽 链 合 成 的 起 始 三 联 体 密 码 -mRNA上 每 三 个 相 邻 的 碱 基构 成 一 个 遗 传 密 码 ， 决 定 一 种 氨 基 酸 . 有 起 始 密 码 子 (AUG)和 终 止 密 码 子(UAG,UAA,UGA） 核 糖 体 是 肽 链 合 成 的 场 所

22、 核 糖 体 由 大 ,小 亚 基 构 成原 核 生 物 :70s (30s,50s)真 核 生 物 :80s (40s,60s） 对 于 原 核 生 物 肽 链 合 成 时 的 第 一 个 氨 基 酸是 甲 酰 甲 硫 氨 酸 。 对 于 真 核 生 物 肽 链 合 成 时 的 第 一 个 氨 基 酸是 甲 硫 氨 酸 。 肽 基 转 移 酶 肽 链 合 成 的 终 止终 止 密 码 （ UAG,UAA,UGA） 辨 认 后 ，肽 链 从 肽 链 -tRNA上 水 解 出 来 ， mRNA从核 糖 体 中 分 离 ， 大 小 亚 基 拆 开 。都 需 要 释 放 因 子 RF(1,2)参 与

23、 终 止 ，RF的 作 用 是 辨 认 终 止 密 码 促 进 肽 链 C端 与 tRNA3-OH酯 键 的 水 解 蛋 白 质 前 体 加 工 -肽 链 从 核 蛋 白 体 释 放 后 ，经 过 细 胞 内 各 种 修 饰 处 理 过 程 ， 成 为 有 活性 的 成 熟 蛋 白 质 。 3.酶 生 物 合 成 的 调 节 组 成 型 酶 环 境 因 素 对 它 们 的 合 成 速 率 影响 不 大 。 如 DNA、 RNA聚 合 酶 等 。 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

24、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 。 根 据 基 因 调 节 控 制 理 论 ， 在 DNA分 子 中 ，与 酶 生 物 合 成 有 密 切 关 系 的 基 因 有 4种 。 它们 是 调 节 基 因 ， 启 动 基 因 ， 操

25、纵 基 因 ， 结构 基 因 。 调 节 基 因 是 编 码 阻 遏 蛋 白 或 激 活 蛋 白 的 基 因 。 结 构 基 因 是 指 某 些 能 决 定 某 种 多 肽 链 （ 蛋 白质 ） 或 酶 分 子 结 构 的 基 因 。 操 纵 基 因 是 指 对 邻 近 的 结 构 基 因 的 转 录 起 控 制作 用 的 基 因 。 操 纵 基 因 可 以 特 异 性 地 与 调 节 基因 产 生 的 变 构 蛋 白 (阻 遏 蛋 白 )中 的 一 种 结 合 ，从 而 操 纵 酶 合 成 的 时 机 及 速 度 。 其 实 质 就 是 阻遏 蛋 白 的 结 合 位 点 。 启 动 基 因

26、也 叫 启 动 子 是 指 RNA聚 合 酶 识 别 结 合和 开 始 转 录 的 一 段 DNA序 列 。 包 括 两 个 结 合 位点 ： RNA聚 合 酶 结 合 位 点 ， cAMP CAP复 合 物 结 合 位 点 。 cAMP CAP复 合 物 能结 合 在 该 位 点 上 ， 使 DNA双 链 发 生 弯 曲 有 利于 RNA聚 合 酶 与 之 结 合 从 而 启 动 该 部 位 的DNA转 录 过 程 阻 遏 蛋 白 是 一 种 变 构 蛋 白 ， 它 可 以 通 过 与小 分 子 作 用 物 (诱 导 物 或 阻 遏 物 )的 特 异 结 合而 改 变 其 结 构 ， 从 而

27、 改 变 它 与 操 纵 基 因 的结 合 力 。 结 构 基 因 与 操 纵 基 因 、 启 动 基 因 一 起 称 为操 纵 子 ， 它 是 一 个 转 录 单 位 。 操 纵 子 学 说 结 构 基 因 与 操 纵 基 因 、 启 动 基 因 一 起 称 为操 纵 子 ， 它 是 一 个 转 录 单 位 。 分 为 诱 导 型和 阻 遏 型 两 种 内 型 。 结 构 基 因 同 时 受 两 个 开 关 基 因 操 纵 基因 与 启 动 基 因 的 调 控 。 只 有 当 这 两 个 开 关都 处 于 开 启 状 态 时 ， 结 构 基 因 才 能 活 化 ，进 行 转 录 生 成 mR

28、NA。 原 核 生 物 中 酶 生 物 合 成 的 调 节 的 类 型 分 解 代 谢 物 阻 遏 作 用 酶 合 成 的 诱 导 作 用 酶 合 成 的 反 馈 阻 遏 作 用 （ 末 端 代 谢 物 阻 遏 、产 物 阻 遏 作 用 ） （ 1） 、 分 解 代 谢 物 阻 遏 作 用 定 义 ： 容 易 利 用 的 碳 源 的 分 解 代 谢 的 产物 阻 遏 某 些 酶 （ 主 要 是 诱 导 酶 ） 生 物 合成 的 现 象 。如 葡 萄 糖 阻 遏 半 乳 糖 苷 酶 的 生 物 合 成 机 理 ：葡 萄 糖 的 大 量 存 在 ， 降 低 了 胞 内 cAMP浓 度 葡 萄 糖

29、抑 制 腺 苷 酸 环 化 酶 活 性 ， 降 低cAMP生 成 ： ATP cAMP+Pii；或 葡 萄 糖 存 在 引 起 ATP浓 度 上 升 ， 消 耗 胞内 cAMP： cAMP+H2O ADP ATP） ，结 果 启 动 子 上 没 有 cAMP CAP复 合 物 结 合 ，RNA聚 合 酶 也 就 无 法 结 合 到 启 动 子 的 位 点 上 。 （ 2） 、 酶 生 物 合 成 的 诱 导 作 用 定 义 ： 加 进 某 种 物 质 ， 使 酶 的 生 物 合 成 开始 或 加 速 进 行 的 过 程 。 某 些 商 业 酶 的 诱 导 酶 底 物 诱 导 物-淀 粉 酶 淀

30、 粉 淀 粉 或 麦 芽 糊 精葡 萄 糖 淀 粉 酶 淀 粉 麦 芽 糖 或 异 麦 芽 糖转 化 酶 蔗 糖 蔗 糖普 鲁 兰 酶 普 鲁 兰 普 鲁 兰 或 麦 芽 糖木 糖 异 构 酶 木 糖 木 聚 糖 或 木 糖 乳 糖 诱 导 -半 乳 糖 苷 酶 的 合 成 当 培 养 基 中 不 含 乳 糖 时 ， 细 菌 便 自 动 关 闭 乳 糖 操纵 子 ， 以 免 浪 费 物 质 和 能 量 。 当 培 养 基 中 同 时 存 在 葡 萄 糖 和 乳 糖 时 ， 葡 萄 糖 通过 抑 制 环 腺 苷 酸 酶 而 间 接 抑 制 启 动 基 因 ， 并 进 而抑 制 结 构 基 因 ，

31、 使 细 菌 不 产 生 半 乳 糖 苷 酶 。 这 种情 况 下 ， 细 菌 便 会 自 动 优 先 利 用 葡 萄 糖 ， 因 为 葡萄 糖 是 比 乳 糖 更 好 的 能 源 。 只 有 当 培 养 基 中 含 有 充 分 的 乳 糖 ， 同 时 不 含 葡 萄糖 时 ， 细 菌 才 会 自 动 产 生 半 乳 糖 苷 酶 来 分 解 乳 糖 ，以 资 利 用 。 （ 3） 、 酶 生 物 合 成 的 反 馈 阻 遏 作 用 定 义 ： 酶 催 化 作 用 的 产 物 或 代 谢 途 径 的 未端 产 物 使 该 酶 的 生 物 合 成 受 阻 的 过 程 。 引起 反 馈 阻 遏 的

32、物 质 ， 称 为 共 阻 遏 物 （ 辅 阻遏 物 ） 。 组 氨 酸 对 组 氨 酸 合 成 途 径 中 的 10种 酶 的生 物 合 成 均 起 反 馈 作 用 色 氨 酸 的 过 量 积 累 ， 对 色 氨 酸 合 成 途 径中 的 5种 酶 的 生 物 合 成 均 起 反 馈 阻 遏 作 用 限 制 曲 霉 培 养 基 中 磷 酸 盐 浓 度 可 增 加 核酸 酶 、 磷 酸 酯 酶 、 植 酸 酶 的 生 产 30到 50倍 。 5.真 核 生 物 中 酶 生 物 合 成 的 调 节 目 前 还 没 有 统 一 的 理 论 和 模 型 。 第 二 节 酶 发 酵 生 产 常 用 的

33、 微 生 物 （ 酶 的 生 产 菌 种 ）一 、 产 酶 菌 种 的 要 求1、 发 酵 周 期 短 ， 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、 有 利 于 酶 的 分 离 和 纯 化 ；5、 安 全 性 可 靠 ， 非 致 病 菌 。 二 、 常 用 的 产 酶 微 生 物1.细 菌 大 肠 杆 菌 Esherichia coli（ 胞 内 酶 ） ： 半 乳 糖 苷 酶 ， 谷 氨 酸 脱 羧 酶 ， 天 门 冬 酸 酶 ， 苄青 霉 素 酰 化 酶 ， 限 制 性 核 酸 内 切 酶 ，

34、 DNA聚 合酶 ， DNA连 接 酶 ， 核 酸 外 切 酶 枯 草 杆 菌 Bacillus subtilis： -淀 粉 酶 ， 中性 蛋 白 酶2.放 线 菌 链 霉 菌 Streptomyces： 葡 萄 糖 异 构 酶 ， 中 性蛋 白 酶 ， 几 丁 质 酶 3.霉 菌 黑 曲 霉 Aspergillus niger： 糖 化 酶 ， 果 胶 酶 ， 纤维 素 酶 ， 半 纤 维 素 酶 ， 葡 萄 糖 ， 氧 化 酶 ， 酸 性 蛋白 酶 ， 柚 苷 酶 ， 米 曲 霉 Aspergillus oryzae： 淀 粉 酶 ， 中 性 蛋 白酶 ， 果 胶 酶 ， 氨 基 酰 化

35、 酶 、 脂 肪 酶 ， 磷 酸 二 酯 酶 红 曲 霉 Monascus -淀 粉 酶 糖 化 酶 蛋 白 酶 毛 霉 Mucor： 蛋 白 酶 ， 糖 化 酶 ， 脂 肪 酶 ， 凝 乳酶 青 霉 Penicillium（ 产 黄 青 霉 ） ： 葡 萄 糖 氧 化 酶 ，青 霉 素 酰 化 酶 ， 果 胶 酶 ， 纤 维 素 酶 ， 桔 青 霉 ，5 磷 酸 二 酯 酶 ， 脂 肪 酶 ， 葡 萄 糖 氧 化 酶 ，核 酶 酶 ， 凝 乳 蛋 白 酶 ， 木 霉 Trichoderma： 纤 维 素 酶 ， 17-羟 化 酶 根 霉 Rhizopus： 糖 化 酶 ， 转 化 酶 ， 脂

36、 肪 酶 ，酸 性 蛋 白 酶 ， 半 纤 维 素 酶 4.酵 母 啤 酒 酵 母 Saccharomyces cerevisiae： 转化 酶 假 丝 酵 母 Candida： 脂 肪 酶 ， 转 化 酶 ， 尿酶 ， 乳 糖 酶 工 业 规 模 应 用 的 微 生 物 酶 和 它 们 的 某 些 来 源酶 产 酶 微 生 物 用 途-淀 粉 酶 枯 草 芽 胞 杆 菌地 衣 芽 胞 杆 菌米 曲 霉 淀 粉 液 化 ， 织 物 退 浆 ， 消 化助 剂 ， 加 酶 洗 涤 剂葡 萄 糖 淀 粉酶 米 曲 霉 ， 黑 曲 霉 ，米 根 霉 制 造 葡 萄 糖 ， 发 酵 、 酿 酒 等工 业

37、 的 淀 粉 水 解 糖中 性 蛋 白 酶 枯 草 芽 胞 杆 菌 ， 米曲 霉 皮 革 、 毛 皮 加 工 ， 食 品 加 工 ，调 味 品 制 造 、 助 消 化 、 消 炎 、啤 酒 澄 清碱 性 蛋 白 酶 地 衣 芽 胞 杆 菌 加 酶 洗 涤 剂植 酸 酶 黑 曲 霉 ， 毕 赤 酵 母工 程 菌 株 饲 料 添 加 剂 纤 维 素 酶 里 氏 木 霉 、 黑 曲霉 水 洗 布 生 产 ， 饲 料 添 加 剂 ，消 化 植 物 细 胞 壁半 纤 维 素酶 木 霉 、 曲 霉 、 根霉 饲 料 添 加 剂 ， 消 化 植 物 细胞 壁 ， 低 聚 木 糖 生 产葡 聚 糖酶 枯 草

38、芽 胞 杆 菌 ， 黑 曲霉 ， 啤 酒 酿 造 ， 饲 料 添 加 剂异 淀 粉 酶 产 气 克 雷 伯 氏 菌 ，芽 孢 杆 菌 淀 粉 加 工乳 糖 酶 乳 酸 酵 母 ， 米 曲 霉 ，黑 曲 霉 ， 米 根 霉 乳 品 工 业 （ 处 理 牛 乳 和 乳清 ）果 胶 酶 曲 霉 、 欧 文 氏 菌 水 果 加 工 ， 果 汁 、 果 酒 澄清 ， 麻 类 纤 维 脱 胶 第 三 节 发 酵 工 艺 条 件 及 控 制一 .菌 种 的 获 取1.产 酶 的 菌 种 收 集2.富 集 培 养3.菌 种 纯 化4.高 产 菌 株 的 选 育 1） 诱 变 育 种 2） 基 因 重 组 育

39、种 细 胞 杂 交 技 术 原 生 质 体 融 合 重 组 DNA技 术 利 用 极 端 微 生 物 的 独特 基 因 资 源 ， 从 而 发 现 一些 具 有 工 业 应 用 价 值 的 新酶 。 极 端 微 生 物强碱强酸高温高寒生物催化剂多样性研究 目前已经有200多种微生物的基因组被全测序 二 .细 胞 活 化 与 扩 大 培 养 活 化 ： 使 用 以 前 ， 必 须 接 种 于 新 鲜 的 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 扩 大 培 养 ： 增 加 发 酵 时 的 数 量 ， 经 过 一 级至 数

40、级 扩 大 培 养 。 培 养 基 称 为 种 子 培 养 基 三 、 培 养 基 的 配 制培 养 基 ： 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 。培 养 基 设 计 考 虑 ： 菌 种 特 性 不 同 培 养 阶 段 产 物 原 料 来 源 难 易 培 养 基 的 基 本 组 分 碳 源 氮 源 无 机 盐 生 长 因 子 1 碳 源 ：角 色 ： 能 量 ； 细 胞 和 各 种 代 谢 产 物 的 碳 架种 类 ： 淀 粉 及 其 水 解 物 （ 主 要 ） ， 烷 烃 、 甲醇 对 发 酵 的 影 响 ： 发 酵 (ferme

41、ntation)是 指 微 生 物 细 胞 将 有机 物 氧 化 释 放 的 电 子 直 接 交 给 底 物 本 身 未 完 全 氧 化 的 某 种中 间 产 物 ， 同 时 释 放 能 量 并 产 生 各 种 不 同 的 代 谢 产 物 。 营 养 对 酶 生 物 合 成 的 代 谢 调 节 （ 诱 导 ， 分 解 代 谢 物 阻遏 ） 举 例 ： 用 链 霉 菌 发 酵 生 产 葡 萄 糖 异 构 酶 ，以 1%葡 萄 糖 为 碳 源 ， 1.75单 位 /ml培 养 液 ；以 1%木 聚 糖 为 碳 源 ， 21.92单 位 /ml培 养 液 ；以 0.25%木 聚 糖 为 碳 源 ，

42、14.56单 位 /ml培 养 液 。 2 氮 源 ：角 色 ： 蛋 白 质 （ 包 括 酶 ） 和 核 酸 的 主 要 元 素 。种 类 ： 无 机 氮 ， 有 机 氮氮 源 对 发 酵 的 影 响 ： 碳 氮 比 （ C/N） ： 培 养 其 中 碳 元 素 （ C） 的 总 量 与氮 元 素 （ N） 的 总 量 之 比 。 它 对 酶 的 产 量 影 响 很 大 。 代 谢 调 节 无 机 氮 源 3 无 机 盐角 色 ： 蛋 白 质 （ 包 括 酶 ） 和 核 酸 的 主 要 元 素（ 参 与 细 胞 的 组 成 ， 细 胞 能 量 代 谢 ， 调 节细 胞 膜 的 透 性 ， 酶

43、的 激 活 剂 ） ， 并 对 培 养基 的 pH， 渗 透 压 起 调 节 作 用 。主 要 元 素 ： 磷 、 硫 、 钾 、 镁 、 钙 、 钠 、微 量 元 素 ： 铁 、 铜 、 锌 、 锰 、 钴 磷 ， 特 别 重 要 的 元 素 作 用 ： 构 成 核 酸 和 磷 脂 的 成 分 ； 参 与 所 有 的 能 量 转 移 过 程 （ ATP， GTP） ； 许 多 酶 的 组 成 成 分 。 常 用 的 补 磷 剂 ： KH2PO4， K2HPO4， Na2HPO4，(NH4)2HPO4， H3PO4 微 量 元 素 ： 有 的 是 某 些 酶 组 成 成 分 ， 有 的 是 酶

44、 的 激 活 剂 ， 有 的 是 辅 酶 的 必 须 成 分 。 天 然 原 料 中 常 已 存 在 ， 一 般 无 须 另 外 加 入 。 定 义 ： 细 胞 生 长 繁 殖 不 可 缺 少 的 微 量 有 机 化合 物 ， 如 aa, 嘌 呤 ， 嘧 啶 ， 激 素提 供 生 长 因 子 的 天 然 原 料 ： 玉 米 浆 ， 麦 芽 汁 ，酵 母 膏 等 。举 例 ： 添 加 含 有 生 长 因 子 的 大 豆 的 酒 精 提 取物 ， 米 曲 霉 的 蛋 白 酶 产 生 量 提 高 2.9倍 ， 金黄 曲 霉 的 脂 肪 酶 产 生 量 提 高 2.6倍4 生 长 因 子 四 、 pH

45、值 调 节 pH值 与 细 胞 的 生 物 繁 殖 以 及 发 酵 产 酶 有 密 切 关 系 。 生 长 繁 殖 最 适 pH（ 一 般 情 况 下 ） :细 菌 、 放 线 菌 6.5 8.0 霉 菌 、 酵 母 菌 4.0 6.0 植 物 细 胞 5 6产 酶 最 适 pH： 酸 性 蛋 白 酶 4 6， 中 性 蛋 白 酶 6 7，碱 性 蛋 白 酶 8.5 9； 一 般 接 近 该 酶 反 应 的 最 适 pH 发 酵 过 程 中 培 养 基 pH的 变 化 由 菌 种 的 特 性 、 培 养基 组 分 、 发 酵 条 件 等 决 定 ， 引 起 pH变 化 的 主 要 原因 ： 微

46、 生 物 对 培 养 营 养 成 份 的 利 用 和 代 谢 产 物 的积 累 。生 理 酸 性 物 质 的 生 成 或 释 放 ， 或 生 理 碱 性 物 质 的 消耗 导 致 发 酵 液 pH下 降 。生 理 碱 性 物 质 的 生 成 或 释 放 ， 或 生 理 酸 性 物 质 的 消耗 导 致 发 酵 液 pH上 升 pH控 制 初 级 调 节 控 制 （ 起 始 培 养 基 ） 调 整 C/N， 调整 生 理 酸 性 物 质 与 生 理 碱 性 物 质 之 比 。 补 料 调 节 ： 流 加 酸 /碱 ， 补 加 碳 、 氮 源 溶 解 氧 调 节 ： 控 制 代 谢 中 间 产 物

47、 的 氧 化 程度 。 维 持 一 定 的 pH值 ， 添 加 缓 冲 液 五 、 温 度 的 调 节1 最 适 生 长 温 度 ： 枯 草 杆 菌 34 37 ， 黑曲 霉 28 32 ， 植 物 细 胞 252 最 适 产 酶 温 度 最 适 产 酶 温 度 低 于 最 适 生 长 温 度 ， 在 较 低温 度 下 ， 提 高 酶 的 稳 定 性 ， 延 长 细 胞 产 酶时 间 。3 有 些 酶 的 发 酵 生 产 ， 要 在 不 同 阶 段 控 制 不同 温 度 条 件 。 例 ： 用 枯 草 芽 胞 杆 菌 AS1.3398生 产 中 性 蛋 白 酶 温 度 控 制 发 酵 时 间

48、发 酵 单 位 变 温 0-4h 30-30 4-8h 32-40 (2 /h) 26.5 7100u/ml 8-12h 40-32 (2 /h) 12h后 30-32恒 温 30-32 27h 4275u/ml 控 制 温 度 方 式 ： 加 冷 、 热 水 ， 换 热 装 置 如夹 套 ， 盘 管 、 喷 淋 管 等 。 六 、 溶 解 氧 的 调 节1 细 胞 的 生 长 繁 殖 以 及 酶 的 生 物 合 成 过 程 需要 大 量 的 能 量 ， 从 培 养 基 获 得 的 能 源 物 质要 经 过 有 氧 降 解 生 成 ATP。2 调 节 溶 氧 速 率 的 方 法 ： 调 节 通

49、 气 量 。 调 节 氧 的 分 压 ： 富 氧 增 加 空 气 压 力 。 调 节 气 液 接 触 时 间 ： 增 加 液 位 高 度 ， 增 设档 板 。 调 节 气 液 接 触 面 积 ： 提 高 搅 拌 速 率 ， 空 气分 布 管 及 其 及 直 径 培 养 液 的 特 性 ： 粘 度 、 表 面 张 力 七 、 提 高 酶 产 量 的 方 法酶 合 成 的 调 节 机 制 ： 在 正 常 情 况 下 ， 酶 产 量 受 酶 合 成 调 节 机 制 的 控 制 ，要 提 高 酶 产 量 必 须 打 破 这 种 调 节 控 制 。 酶 合 成 主要 取 决 于 转 录 水 平 的 调

50、节 ， 原 核 生 物 中 普 遍 公 认的 调 节 机 制 是 操 纵 子 理 论 。 涉 及 以 下 几 个 概 念 ：操 纵 子 （ operon), 诱 导 和 阻 遏 。 原 核 生 物 中 酶 生 物 合 成 的 调 节 的 类 型 分 解 代 谢 物 阻 遏 作 用 酶 合 成 的 诱 导 作 用 酶 合 成 的 反 馈 阻 遏 作 用 （ 末 端 代 谢 物 阻 遏 、产 物 阻 遏 作 用 ） 打 破 酶 合 成 调 节 限 制 的 方 法 ：1、 添 加 诱 导 物 同 一 种 酶 往 往 能 被 多 种 诱 导 物 同 一 种 诱 导 物 酶 也 能 诱 导 多 种 酶

51、诱 导 物 一 般 可 分 为 3类 ： 酶 的 作 用 底 物 、 酶 的 反应 产 物 、 酶 的 作 用 底 物 的 类 似 物 （ 最 有 效 ）2、 控 制 阻 遏 物 浓 度3、 添 加 表 面 活 性 剂4、 添 加 产 酶 促 进 剂 第 四 节 酶 发 酵 动 力 学 发 酵 动 力 学 ： 主 要 研 究 在 发 酵 过 程 中 细 胞 生 长 速率 ， 产 物 形 成 速 率 以 及 环 境 因 素 对 速 率 的 影 响 ；在 酶 的 发 酵 生 产 中 ,研 究 酶 发 酵 动 力 学 对 于 了 解酶 生 物 合 成 模 式 ； 发 酵 条 件 的 优 化 控 制

52、,提 高 酶产 量 具 有 重 要 的 理 论 指 导 意 义 。 酶 生 物 合 成 模 式 ： 根 据 酶 的 合 成 与 细 胞 生 长 的 关系 ， 可 以 把 酶 生 物 合 成 模 式 分 为 4种 类 型 ： 同 步合 成 型 ， 延 续 合 成 型 ， 中 期 合 成 型 和 滞 后 合 成 型 。 一 、 细 胞 生 长 曲 线 定 义 ： 在 微 生 物 的 分 批 培 养 过 程 中 ， 定 时 取 样 测 定单 位 体 积 里 的 细 胞 数 ， 以 单 位 体 积 中 的 细 胞 数 的 对数 为 纵 坐 标 ， 以 培 养 时 间 为 横 坐 标 ， 就 可 得 到

53、 如 图所 示 的 繁 殖 曲 线 ， 又 称 生 长 曲 线 。分 期 ： 根 据 微 生 物 生 长 繁 殖 速 率 的 不 同 ， 可 将 生 长曲 线 大 致 分 为 ： 延 迟 期 、 对 数 期 、 稳 定 期 、 衰 亡 期 。 生 长 曲 线之 所 以 细 菌 数 目 用其 数 量 的 对 数 值 表示 是 由 于 细 菌 的 数量 很 大 ， 通 常 都 是10的 几 次 方 ， 取 对数 作 图 时 可 以 更 方便 一 些 1、 延 缓 期 （ 调 整 期 ） 当 细 菌 被 接 种 到 新 鲜 培 养 基 中 ， 开 始 一 段 时 间 内 ， 通 常 不 立即 进 行

54、 细 胞 分 裂 、 增 殖 ， 生 长 速 率 近 于 零 ， 细 胞 数 目 几 乎 保持 不 变 ， 甚 至 稍 有 减 少 ， 这 段 时 间 被 称 为 迟 缓 期 。迟 缓 期 是 细 胞 分 裂 启 动 之 前 的 恢复 或 调 整 期 。 而 不 是 生 长 的 休 眠或 停 留 期 。 迟 缓 期 细 胞 的 主 要 特征 是 代 谢 活 跃 ， 体 积 增 大 ， 从 介质 中 快 速 吸 收 各 种 营 养 物 质 ， 大量 合 成 细 胞 分 裂 所 需 的 酶 类 ，ATP和 其 他 细 胞 成 分 ， 为 细 胞 分 裂 作 准 备 。 2)产 生 原 因 迟 缓

55、期 可 以 很 长 ， 也 可 以 很 短 甚 至 不 明 显 。 迟 缓 期 的形 成 有 多 种 原 因 。 但 都 与 接 种 细 菌 的 状 态 有 关 。 接 种细 菌 时 的 状 态 大 体 有 以 下 几 种 情 况 (1)接 种 生 长 对 数 期 的 细 菌 处 于 生 长 对 数 期 的 培 养 物 被 接 种 到 与 原 先 同 样 的 生 长条 件 和 同 样 培 养 基 中 后 ， 几 乎 能 够 以 同 样 速 率 进 行 对数 生 长 ， 迟 缓 期 不 明 显 ； (2)接 种 生 长 稳 定 期 或 衰 亡 期 的 细 菌 如 果 被 接 种 的 是 处 于

56、生 长 稳 定 期 或 衰 亡 期 的 培 养 物 ，即 使 此 时 培 养 物 中 所 有 细 胞 都 是 活 的 ， 迟 缓 期 也 会 发生 。 这 是 因 为 稳 定 期 细 胞 生 理 上 已 经 衰 老 ， 其 合 成 机制 处 于 损 伤 状 态 ， 基 本 耗 尽 了 各 种 辅 酶 或 其 他 细 胞 成分 ， 因 而 需 要 一 定 时 间 进 行 生 理 修 复 和 物 质 的 再 合 成 。 (3)接 种 受 损 细 胞如 果 接 种 菌 是 因 热 辐 射 或 有 毒 化 学 物 质 处 理 而 受 到 损伤 的 细 菌 ， 迟 缓 期 也 会 发 生 ， 因 为 细

57、 胞 需 要 时 间 修 复这 种 损 伤(4)接 种 富 集 培 养 基 的 细 菌当 细 菌 被 从 营 养 丰 富 的 培 养 基 转 移 到 营 养 贫 乏 培 养 基后 ， 为 了 合 成 新 培 养 基 中 所 缺 乏 的 某 种 营 养 物 质 以 满足 自 身 生 长 ， 结 果 也 导 致 迟 缓 期 的 出 现 此 外 ， 菌 种 的遗 传 特 性 和 接 种 体 积 的 大 小 也 会 影 响 迟 缓 期 的 长 短 在 实 际 工 作 中 如 接 种 菌 种 以 启 动 新 的 水 处 理 设施 ， 投 加 新 鲜 污 泥 时 ， 接 种 的 细 菌 不 习 惯 于 新

58、环 境 ， 会 出 现 或 长 或 短 的 迟 缓 期 ， 迟 缓 期 的 出现 会 增 加 操 作 时 间 ， 降 低 工 作 效 率 ， 此 时 我 们可 以 通 过 增 加 接 种 量 、 采 用 最 适 种 龄 (处 于 对 数期 的 菌 种 )、 选 用 繁 殖 速 率 快 的 菌 种 以 及 尽 量 保持 接 种 前 后 所 处 的 培 养 介 质 和 条 件 一 致 等 方 法来 缩 短 或 消 除 迟 缓 期 。 2、 对 数 期 （ 生 长 期 ） 一 旦 细 菌 细 胞 的 生 理 修 复或 调 整 完 成 ， 迟 缓 期 即 告结 束 ， 细 胞 开 始 进 入 快 速分

59、 裂 阶 段 。 这 一 时 期 细 胞数 目 的 增 加 以 2n级 数 进 行 ，细 菌 的 数 目 X的 增 长 率 只 与细 菌 的 初 始 数 量 有 关 。 故称 对 数 期 。 特 点 对 数 期 的 细 胞 分 裂 速 度 最 快 、 繁 殖 一 代 的 时 间 最 短 、 代 谢 活动 旺 盛 、 对 环 境 变 化 敏 感 ， 并 且 细 胞 内 的 核 糖 体 等 组 分 也 像细 胞 数 目 一 样 以 同 样 的 对 数 生 长 速 率 增 加 ， 细 胞 合 成 核 糖 体以 及 蛋 白 质 越 多 ， 其 生 长 速 率 也 越 快 。 不 同 细 菌 对 数 期

60、 的 生长 速 率 却 变 化 很 大 ， 这 与 菌 种 本 身 的 遗 传 特 性 有 关 ， 同 时 受环 境 条 件 (如 温 度 、 培 养 基 成 分 等 )的 影 响 。如 大 肠 杆 菌 在 20 时其 代 时 是 35 条 件 下的 2倍 ； 伤 寒 杆 菌 在含 0 125 的 蛋 白 胨水 培 养 基 中 的 代 时 为 800min， 而 在 含 1 0 时 仅 为 40min。 3、 稳 定 期 （ 平 衡 期 ） 如 果 对 数 期 的 细 胞 分 裂 不 受 节 制 的 连 续 进 行 ， 理论 上 一 个 代 时 为 20 min。 重 1012g的 细 菌 ，

61、 经 过48h的 对 数 生 长 之 后 ， 其 群 体 重 量 可 达 到 地 球 重量 的 4000倍 。 然 而 由 于 营 养 物 的 有 限 ， 这 种 情 况不 会 发 生 。 在 一 个 封 闭 的 系 统 中 ， 细 菌 的 对 数 生长 只 能 维 持 一 个 短 暂 的 时 期 ， 最 终 生 长 将 会 降 低 ，代 时 延 长 ， 细 胞 活 力 减 退 。 此 时 新 生 的 细 胞 数 目与 死 亡 的 细 胞 数 目 相 等 ， 总 菌 数 达 到 最 大 值 ， 活菌 数 保 持 恒 定 。 图 中 的 生 长 速 率 为 一 定 值 ， 故 将其 称 为 稳

62、定 期 。 相 当 于 重 量 生 长 曲 线 中 的 生 长 率下 降 阶 段 。 特 征 稳 定 期 细 胞 的 特 征 是 从 生 理 上 的 年 轻 转 化 为 衰 老 ， 表 现为 细 菌 的 代 谢 活 力 钝 化 ， 细 胞 含 有 较 少 的 核 糖 体 ， RNA和蛋 白 质 合 成 缓 慢 ， mRNA的 水 平 低 下 ， 因 此 细 胞 的 生 长 变得 不 平 衡 ， 细 胞 的 形 状 有 的 也 发 生 改 变 。 因 不 能 维 持 细胞 壁 的 合 成 与 修 复 ， 细 胞 的 染 色 特 点 也 发 生 变 化 ， 如 G+转变 为 G。 但 此 时 细

63、胞 的 很 多 功 能 ，如 能 量 代 谢 和 某 些 生 物 合成 过 程 还 在 继 续 进 行 ， 生物 化 工 中 作 为 产 品 的 某 些细 菌 代 谢 产 物 如 抗 生 素 和某 些 酶 就 是 在 稳 定 期 ， 特别 是 在 对 数 期 与 稳 定 期 转 换 阶 段 所 产 生 的 。 某 些 细菌 的 芽 孢 产 生 也 发 生 在 稳定 期 。 4、 衰 亡 期 （ 衰 退 期 ）如 果 处 于 稳 定 期 的 细 菌 继 续 培 养 ， 细胞 的 死 亡 率 将 逐 渐 增 加 ， 最 终 群 体 中活 的 细 胞 数 目 将 以 对 数 速 率 急 剧 下 降

64、，此 阶 段 就 被 称 为 衰 亡 期 。 特 点 死 亡 期 细 胞 的 总 数 虽 然 镜 检 直 接 计 数 可 能 会 保 持 不 变 ， 但 间接 菌 落 计 数 检 测 到 的 活 细 胞 数 目 却 在 减 少 ， 同 时 伴 随 着 细 胞的 裂 解 或 自 溶 可 释 放 出 一 些 代 谢 产 物 ， 如 氨 基 酸 、 转 化 酶 、外 肤 酶 或 抗 生 素 等 。 个 体 细 胞 呈 现 多 种 形 态 ， 有 时 产 生 畸 形 ，细 胞 大 小 悬 殊 ， 有 的 细 胞 内 含 很 多 的 空 泡 ， G+染 色 反 应 转 变成 G染 色 反 应 。 死 亡

65、 期 的 长 短 与 对 数 生 长 期 一 样 在 不 同 微 生 物 中 变化 是 很 大 的 ， 主 要 与 菌 种 的 遗 传 特 性 有 关 。 有 些 细 菌 的 培 养 物 经 历 所 有 的 各 个 生 长 时 期 ， 几 天以 后 死 亡 ； 另 一 些 细 菌 培 养 物 在 几 个 月 甚 至 几 年 以后 仍 然 含 有 一 些 活 的 细 菌 。 产 芽 孢 的 细 菌 其 芽 孢 比代 谢 活 跃 的 营 养 细 胞 更 易 于 幸 存 下 来 。 通 过 补 充 营 养 和 能 源 ， 以 及 中 和 环 境 毒 性 ， 可 以 减缓 死 亡 期 的 细 胞 死

66、亡 速 率 ， 延 长 细 菌 培 养 物 的 存 活时 间 。 二 、 酶 生 物 合 成 模 式1、 同 步 合 成 型1） 酶 的 合 成 与 生 长 同 步 进 行 。2） 酶 的 生 物 合 成 可 以 诱 导 ，但 不 受 分 解 代 谢 物 阻 遏 和反 应 产 物 阻 遏 。 这 类 酶 所 对 应 的 mRNA很 不稳 定3） 米 曲 霉 可 由 单 宁 诱 导 生 成鞣 酸 酶 （ 单 宁 酶 ） 2、 延 续 合 成 型 1） 酶 的 合 成 伴 随 着 细 胞 的 生长 而 开 始 ， 但 在 细 胞 生 长 进入 稳 定 期 后 ， 酶 还 可 以 延 续合 成 较 长 的 一 段 时 间 。 2） 酶 的 生 物 合 成 可 以 诱 导 ，一 般 不 受 分 解 代 谢 物 阻 遏 和反 应 产 物 阻 遏 。 3） 这 类 酶 所 对 应 的 mRNA相 当稳 定 ， 在 生 长 稳 定 期 以 后 相当 长 的 一 段 时 间 内 继 续 用 于酶 的 合 成 3、 中 期 合 成 型1） 酶 合 成 在 细 胞 生 长 一 段时 间 以 后 才 开 始