1.添加诱导物
这种办法仅适用于诱导酶类,且效果十分显著。关键在于选择适宜的诱导物和诱导物浓度。以前将底物作为诱导物的首选对象,但事实上底物不一定都有诱导作用,而不能作为底物者有时却能诱导酶大量生成。现在认为,强有力的诱导物首先是那些难以代谢的底物类似物。例如,异丙基-β-D-巯基半乳糖(IPTG)不易被β-半乳糖苷酶作用,却是极好的诱导物,可使该酶的产量提高近千倍,甚至达到细胞合成蛋白质总量的百分之几。其次,也可以是底物或诱导物的前体或衍生物。例如,将纤维素或蔗糖做成棕榈酸酯或醋酸酯,就能分别诱导纤维素酶和蔗糖酶,使这些酶的产量增加几十倍甚至上百倍。此外,对于许多分泌到细胞外发挥作用的分解代谢酶来说,它们催化生成的产物也往往具有强的诱导能力。例如,以纤维素作唯一碳源可诱导纤维素酶,但是真正起诱导作用的似乎还是它的分解产物——纤维二糖。
值得指出的是,诱导和阻遏之间没有绝对的界限,许多诱导物在某些情况下也可能导致阻遏,问题的关键在于诱导物的浓度。这种浓度效应也同样反映在底物及其类似物上,当培养基中的底物浓度很高而且易被分解时,往往会引起酶的分解代谢产物阻遏;反之,如果将底物以十分缓慢的速度逐渐加入,常可有效地诱导酶的生成。
诱导物浓度对酶诱导形成的速度也有一定影响,在一定的浓度范围内,酶的诱导生成速度与诱导物的浓度成正比。但是,浓度继续增大到一定值时,酶的诱导生成速度的上升趋势就会逐渐减缓,最后达到一饱和值。
在加入诱导物后,目标酶并不是立刻产生的,通常要经过一个短暂的潜伏期(例如几分钟,甚至十几小时),诱导才会出现。当诱导物除去后诱导则会立即停止,这种现象称为“去诱导”。诱导和其他培养条件一般没有直接关系,但是,在诱导培养时,通过控制培养的pH有时也可选择性地诱导某种酶的生成。(www.daowen.com)
2.通过降低阻遏物浓度提高酶的产量
阻遏可由分解代谢产物引起,也可由酶反应的终端产物引起,因此控制这两种产物的生成与积累常能提高酶的产量。基本原则是,应避免使用过于丰富的培养基和易被利用的碳源;并设法阻止效应物的形成,降低培养基中效应物的浓度。
某些酶能够在细胞生长过程中合成,但随着代谢途径中终端产物的积累或在培养介质中加入该物质,酶的合成将受到阻遏。对于此类酶,有两种办法可以解决终端产物阻遏,一是在培养基内添加终端产物类似物或添加阻止终端产物形成的抑制剂。例如,在微生物培养基中加入α-噻唑丙氨酸,可使细胞中参与组氨酸合成的10种酶的产量提高约30倍。另外一种更为有效的避免终端产物在胞内积累的方法是采用营养缺陷型突变菌株(auxotrophic mutant),这样,只要限制其生长必需因子的供应,就能够降低胞内终端产物的浓度。例如,采用限制组氨酸营养缺陷型变异株并限制组氨酸供应,可使其分组氨酸合成有关的10种酶解除阻遏,产量提高25倍左右。又如,采用大肠杆菌硫胺缺陷型变异株并限制硫胺供应,同样可解除与硫胺合成有关的4种酶的阻遏,其中磷酸硫胺素焦磷酸酶的产量可提高约1000倍。类似地,让营养缺陷型变异株在基本培养基上缓慢生长,也能显著提高酶的产量。例如,Moyed等人曾经用一株部分嘧啶缺陷型菌种生产天冬氨酸转氨甲酰酶,产量比原菌株提高了500倍。此外,还可给营养缺陷型变异株供应较难同化的生长因子前体或衍生物。例如,在大肠杆菌尿嘧啶缺陷型变异株的培养基中不加尿嘧啶而供应二氢乳清酸,结果使与嘧啶生物合成有关的6种酶避免了终端产物阻遏。
通过条件控制提高酶产量是一种比较直接、有效的途径,但是往往不易找到适宜的诱导物和降低(辅)阻遏物浓度的有效方法与条件,即使可以实现成本也较高,因此人们更倾向于从遗传控制着手,以期从根本上改造菌种(株)。
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