当前课程知识点：基因工程 > 第六章 基因工程应用 > 6.1 基因工程的应用--工业 > 6.1.2 重组基因技术大量生产维生素C
大家好
这节课的内容是介绍基因工程技术
在工业上应用的另一个例子
利用基因工程技术产生的重组欧文氏菌
大量生产合成维生素C的前体物质
一说维生素C大家都非常熟悉
但不知道大家是否知道
我们人类自身是不能合成维生素C的
因为我们体内缺乏维生素C
生物合成途径中端的一个酶
叫做古洛糖酸内脂氧化酶
因此我们必须从食物中
摄取或使用额外的补充剂
说到从食物中补充维C
这里还有一个好玩的故事
早在1900年的时候
德国皇帝命令水兵们
服用一匙柠檬酸来防治坏血病
这在今天看来似乎很荒唐
这是因为当时人们只知道柠檬中
有防止坏血病的成分
后来才慢慢发现柠檬中具有抗坏血病作用的
是维生素C而不是柠檬酸
1933年瑞士苏黎世理工学院的地下实验室
爆出了轰动一时的大新闻
他们成功合成了维生素C
一位波兰出生的科学家
用10多部化学反应降解葡萄糖
得到的木糖在氢化氢的作用下
变成维生素C
可惜这种方法对于大规模生产而言过于复杂
仅能用于少量生产
毕竟人类对维生素C的需求量
每天约为一百毫克
这比任何其他一种维生素都要多
因此这位科学家又和其他同事一起
决定发觉另外一条路线
他们想用氢气和催化剂
在高压下还原葡萄糖来产生山梨醇
以此作为中间产物
产生百分之百的山梨糖
然而通过氧化来生产维生素C的前提山梨糖
却是相当复杂的
这位科学家想到了
间用化学合成和生物技术的方法
来将山梨醇转变为山梨糖
因为已有研究发现
有一种叫做洛阳化醋酸杆菌的细菌
能将山梨醇转变为山梨糖
化学合成和生物技术相结合的方法
可以分为以下几个步骤
第一步是葡萄糖被催化还原为山梨醇
第二部是山梨醇倍弱氧化醋酸杆菌吸收
并利用山梨醇脱氢酶
将其选择性的转变为山梨糖
这个过程是寂寞发酵
可将还有20%到30%的山梨醇溶液
在一两天内完全转变为山梨糖
第三步是用化学氧化法
将山梨糖转变为
2-酮-L-古洛糖酸简称为2KLG
2KLG在酸作用下失水形成形成抗坏血酸
也就是维生素C
将这个方法与最初的方法相比较
我们可以发现
这个方法确实比最初的方法要好很多
因为同样是以葡萄糖为原料
新的方法只经历了四个步骤
三种中间产物
就获得了我们想要的维生素C
在这里要请大家记住
古洛糖酸也就是2KLG这个中间产物的名称
以及它和维生素之间的转换关系
因为后面我们还会提到
关于科学家研究这个化学
和生物技术相结合的方法
还有个小插曲
因为这个科学家主要是做化学合成的
缺乏微生物方面的实验条件
所需要的细菌和培养基
都是从微生物学家那里买的
但是由于缺乏维生素知识
他得不到这种细菌的培养物
因此他不得不付出另一种方法
即捕获果蝇
从果蝇肠道中获得这种细菌
看来这种方法的发明也是相当不容易的
后来这种化学生物技术结合法
在成功运用了几十年后
随着基因工程技术的发展
这种方法又被纯粹的生物技术法所取代
那么到底是一种什么样的更先进的方法呢
我们继续往下学习
研究发现有一种革兰氏阴性菌
欧文氏菌属能在其中置
也就是外膜和胞质膜之间
将葡萄糖转变为2 5-2二酮葡萄糖酸
简称为2 5DKG
因为其中质中含有上述过程所需要的三种酶
很有趣的事
在一种革兰氏阳性菌棒状菌属的细胞浆内
还有2 5-DKG还原酶
该酶能使2 5-DKG转变为2-KLG
也就是在前面的化学生物结合法中提到过的
二酮古洛糖酸
得到2KLG之后
只需要在经过一个失水的过程
就能生成维生素C了
那请大家思考一下
假如能把这两种菌整合到一个发酵系统中
是不是就是一个很好的
生产维生素前体2KLG的系统呢
然而由于两种菌生长的最适ph值
和温度都是不相同的
所以在工业生产阶段
实现这个想法十分的困难
但是基因工程技术的发展
为解决这一问题带来了曙光
通过运用基因工程技术
将两种微生物中我们所需要的遗传特性
整合到一种微生物中
这种新整合的微生物
就能吸收纯的葡萄糖
并转变为维生素的前体
并将其分泌到培养基中
在重组的欧文氏菌细胞内
发生的代谢过程如下
首先细菌从培养基中吸收葡萄糖
转到绉质中
然后三种绉质中的酶
一步一步的合成25DKG
紧接着在重组菌的胞质中
来自棒状菌的25DKG还原酶
将25DKG转变为2KLG
并将其分泌到培养基中
最后2KLG在酸作用下
失水 形成维生素C
重组的欧文氏菌在120小时内大约能产生
120克2KLG
葡萄糖转变率达到60%
我们再把这种方法和前面讲到的
化学生物系和法进行比较
就能发现这种新方法是更为高效和便捷的
前面的方法需要经过化学到生物
再到化学的几次转换才能得到2KLG
而现在纯生物学的方法
则只需要培养一种细菌
就能获得2KLG而且得率还非常高
但这种高效的前提是利用基因工程技术
才获得了能直接产生2KLG系的重组菌
现在维生素C的价格比70年前便宜了50倍
这就是基因工程技术给人们的生活
带来的改变
这节课的内容就到这里
谢谢大家
-1.1 绪论和基本概念-是什么让玫瑰开出了蓝色的花朵-带你初次了解基因工程
-1.1 绪论和基本概念--作业
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-4.4 DNA测序技术-检测质粒载体中是否有我们提取到的DNA
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-5.1 原核表达系统
-5.1 原核表达系统--作业
-5.2 真核表达系统
-5.2 真核表达系统--作业
-6.1 基因工程的应用--工业
--6.1.1 改造后的大肠杆菌生产半胱氨酸-除了用毛发生产半胱氨酸，还可以用大肠杆菌生产半胱氨酸
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--6.1.2 重组基因技术大量生产维生素C--作业
-6.2 基因工程的应用--农业
--6.2.1 含有维A的黄金大米-为什么我们能够生产出金色的大米？
--6.2.2 苏云金杆菌的bt毒蛋白-教你生产出一种具有抗虫害能力的植物
--6.2.3 转基因植物和除草剂抗性-这是一种能够阻止杂草生长的植物
--6.2.1含有维A的黄金大米--作业
--6.2.2苏云金杆菌和bt毒蛋白--作业
--6.2.3转基因植物和除草剂抗性-作业
-6.3 基因工程的应用--医学
--6.3.2 基因工程药物-赫赛汀-微生物可以为人类生产多种药物
--6.3.3 基因治疗-交界型大疱性表皮松解症-将一些基因放入大肠杆菌体内，能够表达出更多的蛋白质
--6.3.1基因工程重组疫苗-乙肝疫苗--作业
-- 6.3.2 基因工程药物-赫赛汀--作业
--6.3.3基因治疗-交界型大疱性表皮松解症--作业
-6.4 基因编辑-一种可以治疗疾病的技术
--6.4 基因编辑
-- 阅读下面的参考资料，讨论基因编辑技术在人类医学领域运用的问题。
-6.4 基因编辑--作业
-基因工程的争论和生物安全-基因工程是一柄双刃剑
-基因工程的争论和生物安全--作业
-实验一
--实验一
-实验一--作业
-实验二
--实验二
-实验二--作业
-实验三
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-实验三--作业
-实验四
--实验四
-期末考试
-实验四--作业
