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 > 6.1.1 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
大家好
今天这节课的内容
是给大家介绍基因工程技术在
工业上应用的两个相似的例子
说这两个例子相似
是从基因工程技术应用的原理上来说的
因为他们都是通过对关键的基因
进行定向突变
来提高工业产品的产量
或者改进产品的品质
下面我们就来了解第一个例子
改造后的大肠杆菌大量生产半胱氨酸
半胱氨酸是一种含硫的特殊氨基酸
还有化学性质极为活泼的巯基
通过它形成二硫键来增加稳定性
从而形成头发与毛 脚 蹄和指甲
这些强力纤维
所有这些结构都由含有
还有大量半胱氨酸的蛋白质组成
半胱氨酸的用途很多
比如美发师用半胱氨酸来烫发
面包师用半胱氨酸破坏面粉中的面筋
降低粘度以便与搓揉
半胱氨酸还可用作素食肉的添加剂
当半胱氨酸与核糖接触后
通过加热就能生成类似肉味的
芳香族化合物
这正是模仿自然过程进行的
因为在肉中半胱氨酸就能和糖发生反应
产生独特的芳香族化合物
半胱胺酸和其衍生物
乙酰半胱氨酸应具有很强的反应活性
也被用作祛痰剂乙酰半胱氨酸
能打碎支气管中的黏性蛋白
溶解粘液
令人多少有点惊讶的是
由于半胱氨酸的多功能性
直到现在他还是少数几种
只能从人或动物的毛发羽毛 硬毛或者脚中
提取的氨基酸之一
在亚洲提取半胱氨酸是一个很大的行业
中国的发廊里
成千上万吨头发被收集起来
运往生产部氨酸的工厂
利用活性炭和高浓度的高氯酸
将其转变为半胱氨酸
一吨头发可以生产一百千克半胱氨酸
由于全球的制药戏剧食品行业
每年需求大约400吨半光氨酸
且需求量还以每年4%的速度不断增长
所以需要大量的原材料来满足其生产
现在除了高产量也要考虑环境问题
传统制药行业用毛发做原料
但难以保证毛发不被
疯牛病，sars等传染性病原体污染
这迫使人们寻找一种新方法
来替代传统的提取工艺
德国瓦克集团的瓦克
精细化学品业务部门的研究者
在运用基因工程技术
来改进半胱氨酸的生产方法上取得了突破
他们充分了解了办公氨酸
在大肠杆菌中的生物合成机制
发现在大肠杆菌细胞当中
当半胱氨酸含量达到饱和点时
会有一个调控蛋白参与停止办公氨酸的合成
该公司的研究者通过定向突变技术及筛选
获得了基因突变菌株
在这个突变菌株中
一只半胱胺酸合成的调节蛋白的活性被关闭
因此这些突变菌株
能持续生产办公氨酸
在工业化生产的发酵罐中
这些突变菌株持续合成的半胱氨酸
就能通过细胞膜分泌到5万升的发酵液中
2004年占世界需求量1/8的500吨半光氨酸
都是利用上述方法生产的
生物技术法
生产办年增长率已超过10%
利用生物技术生产半胱氨酸有许多优点
它的产率高达90%
而从毛发中提取率仅为60%
这种方法的高氯酸用量也很少
生产一千克半胱氨酸只需一千克高氯酸
而从毛发中提取却相应量的半胱氨酸
需要27千克的高氯酸
生物技术法是用 盐糖 微量元素作为原材料
避免了终产物被病原菌
和其它不必要的物质污染
第一个例子就介绍到这里
接下来介绍第二个例子
洗涤行业中使用的枯草杆菌蛋白酶的优化
衣服等物品上的污渍中
由于含有牛奶血迹等蛋白质而难以清除
因为蛋白质不易溶于水
在高温下
蛋白质会凝固到织物的纤维上
使得清洗更加困难
脏衣服上可能会有泥土
煤灰以及脂肪
蛋白质 糖 色素等有机物
而床单内衣上的脂肪类和蛋白类污渍
更是像胶水那样顽固难洗
在衣物的洗涤过程中
清洁剂将脂肪类物质从织物上分离下来
使它溶于水溶剂
而蛋白类污渍仍然粘在衣服上
20世纪初德国一位实业家提出
用胰腺中提取的酶稀释液来清洗衣服
他的工厂生产了一种
含胰腺蛋白酶的产品
用于洗衣前的浸泡
在最初一切酶的使用
既不稳定 也有造价昂贵
这种生物清洁剂也不适合大批量的生产
直到1960年
人们从第一芽孢杆菌中
提取出枯草杆菌蛋白酶
这种酶在碱性环境中具有活性
今天生物清洁剂的应用已经相当广泛
其中蛋白酶比例为1比50
这是他们在清洗过程中的最佳活性含量
由于胶底的部特异性蛋白酶成为理想的杂食动物
可以将多种顽固蛋白物质降解为氨基酸
和短链肽链
并已被水冲洗干净
但清洁剂配方中的漂白剂
会使美损失一部分活性
因为像过氧化氢或高酸一类的漂白剂
它们会使酶在洗涤过程中
损失80%的活性
这就是为什么用它来清洁蛋白污渍时
效果会变差
为了证实这一假设
研究人员在没培养物中加入过氧化氢
结果发现霉的活性确实降低了80%
最终研究人员分离
并结晶出了氧化型枯草杆菌蛋白酶
便与普通非氧化型的枯草杆菌蛋白酶
进行了比较
结果显示枯草杆菌蛋白酶的
第222位的甲硫氨酸
是对氧化敏感的一个氨基酸残基
随着基因工程技术的发展
研究者们想到了通过基因工程技术
来改变这种情况
也就是通过定向突变技术
在基因组上改变编码
甲硫氨酸的密码子所对应的基因序列
使其合成另外19种氨基酸中的一种
从而构建突变大肠杆菌菌株
再从突变菌株中提取所需的蛋白酶
每年这种突变的大肠杆菌
可以生产上千吨经过优化的蛋白酶
而且经过改造的枯草杆菌蛋白酶
产生了对飘白剂的抗性
但仍保留良好的清洁活性
同时也不受表面活性剂
遇水软化剂以及氧化剂的影响
这节课的内容就到这里
谢谢大家
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--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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--6.4 基因编辑
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-6.4 基因编辑--作业
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