加载中…《酶工程》复习题
(2013-10-16 20:02:11)| 分类： 学习资料 |
一、名词解释（每题2分，共20分）
酶活力：指在一定条件下，酶所催化的反应的初速度。在外界条件相同的情况下，反应速度越大，意味着酶活力越高。
膜分离技术：借助于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。
固定化酶：固定在一定载体上并在一定空间范围内进行催化反应的酶。
pH记忆：在有机介质反应中，酶所处的pH 环境与酶在冻干或吸附到载体上之前所使用的缓冲液 pH 值相同。
DNA重排技术：又称为DNA改组技术，是从两种以上同源正突变基因出发，用酶切割成随机片段，经过不加引物的多次PCR循环，使DNA的碱基序列重新排布而引起基因突变的技术过程。
膜反应器：将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起而成的反应器。
流化床式反应器：是通过流体的流动使固定化酶颗粒在悬浮翻动状态下进行催化反应的一类反应器。
物理修饰：通过各种方法，使酶分子的空间构象发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的方法称为酶分子的物理修饰。
生物柴油：利用生物油脂生产的有机燃料，是由动物、植物或微生物油脂与小分子醇类经过酯交换反应而得到的脂肪酸酯类物质。可以代替柴油作为柴油发动机的燃料使用。
酶的改性：是通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程，主要包括酶的分子修饰，酶的固定化，酶非水相催化和酶的定向进化等。
酶工程：酶的生产、改性与应用的技术过程。
酶的转换数：又称为摩尔催化活性，是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数，即每摩尔酶每分钟催化底物转化为产物的摩尔数。
酶的发酵生产：经过预先设计。通过人工操作，利用微生物的生命活动获得所需的酶的技术过程。
酶的诱导作用：加入某些物质，使酶的生物合成开始或加速进行的现象。
酶的反馈阻遏作用：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受到阻遏的现象。
端粒酶：是使端粒延伸的反转录DNA合成酶。是个由RNA和蛋白质组成的核糖核酸-蛋白复合物。
抗体酶：称为催化性抗体，是一类具有生物催化功能的抗体分子。
酶的抽提：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。
离子交换层析：利用离子交换剂上的可解离基团（活性基团）对各种离子的亲和力不同而达到分离目的的一种层析分离方法。
凝胶层析：指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的一种层析技术。
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，而使生物分子分离纯化的技术。
大分子结合修饰：采用水溶性大分子与酶蛋白的侧链基团共价结合，使酶分子的空间构象发生改变，从而改变酶的特性与功能的方法。
金属离子置换修修饰：把酶分子中的金属离子换成另一种金属离子，使酶的功能和特性发生改变的修饰方法称为金属离子置换修饰。
水活度：是指体系中水的逸度与纯水逸度之比。通常可用体系中水的蒸汽压与相同条件下纯水的蒸汽压之比，表征水对酶催化作用的影响
酶定向进化：又称为酶定向进化是模拟自然进化过程（随机突变和自然选择），在体外进行酶基因的人工随机突变，建立突变基因文库，在人工控制条件的特殊环境下，定向选择得到具有优良催化特性的酶的突变体的技术过程。
必需水：维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量
二、填空题（每空0.5分，共10分）
1、酶活力是
2、在用振荡法测定固定化酶活力时，震荡方式和 速度 对酶反应速度有很大影响。
3、通过温度的突然变化，由于 热胀冷缩 的作用而使细胞破碎的方法称为温度差破碎法。
4、米氏方程描述了酶 底物浓度 和 反应速度 之间的关系，其中的米氏常数Km的物理意义是 酶促反应达到最大反应速度一半时所对应的底物浓度 。
5、抗体酶的主要获得方法有：修饰法、 半抗原诱导法 、酶蛋白诱导法。
6、植物细胞培养主要用于生产色素、香精、 药物 、 酶 等次级代谢产物。
7、细胞破碎的方法有机械破碎法、物理破碎法、 化学破碎法 、 酶促破碎法 。
8、离心方法主要有差速离心、 密度梯度离心 、 等密梯度离心 。
9、通过酶分子修饰，可以使酶分子的结构发生某些改变，就有可能提高酶的
10、动物细胞的培养方式主要有悬浮培养、 贴壁培养 、 固定化细胞培养 。
三、单项选择题（每题2分，共20分）
1、可以通过添加（C）使分解代谢物阻遏作用解除。
A、诱导物
2、酶的抽提操作中，溶液的pH值应尽量（ B
A、远离等电点
3、下图是哪种方法作图得到的（ C ）
4、有些酶在细胞进入平衡期以后还可以继续合成较长的一段时间，这是由于 （
A、该酶所对应的mRNA稳定性好
C、细胞自溶后使酶分泌出来
5、萃取分离中使用的双水相系统组成是 （
A、互不相溶的水与有机溶液
C、互不相溶的水与高分子溶液
四、问答题（共7题，共40分）
1、
底物浓度的影响：在底物浓度较低的情况下，酶催化反应速度与底物浓度成正比，反应速度随着底物浓度的增加而加快。当底物浓度达到一定的数值时，反应速度的上升与底物浓度不再成正比，而是逐渐趋于平衡。
酶浓度的影响：在底物浓度足够高的条件下，酶催化反应速度与酶浓度成正比。
温度的影响：一方面在其他条件相同的情况下，温度每升高10℃，化学反应速度增加1~2倍。另一方面酶是生物大分子，当温度升高时，酶的活性或受到影响。所以存在最适温度。
PH的影响：每一种酶都有其最适PH范围和最适PH.
抑制剂的影响：在抑制剂的作用下，酶的催化活性降低甚至丧失，从而影响酶的催化功能，分为可逆性抑制剂和不可逆抑制剂，可逆性抑制剂又可分为竞争性抑制，非竞争性抑制和反竞争性抑制。
激活剂的影响：酶的催化活性提高或者由无活性的酶还原生成有催化活性酶。
2、简述酶的分类
按照分子中起催化作用的主要组分的不同，酶可分为蛋白类酶和核酸类酶。
3、简述分解代谢物阻遏作用的原理和解除方法
原理：
葡萄糖等物质分解代谢
启动基因位点上没有足够的cAMP-CAP复合物
解除方法：在培养环境中控制好某些容易降解物质的量，或在必要时添加一定量的cAMP。
4、为什么SDS-凝胶电泳不受蛋白分子电荷及分子形状影响？
研究结果表明，在蛋白质溶液中加入SDS和巯基乙醇后，巯基乙醇能使蛋白质分子中的二硫键还原；SDS能使蛋白质分子中的氢键、疏水键打开，并与蛋白质分子结合，形成蛋白质-SDS复合物。在一定的条件下，1.4gSDS与1g蛋白质结合，由于SDS带负电，使各种蛋白质-SDS复合物带上相同密度的负电荷，而掩盖了不同蛋白质之间原来电荷的差别。此外，SDS与蛋白质结合后，引起蛋白质构象的变化，在水溶液中都变成长椭圆形，椭圆的短轴长度均为18A左右，长轴的长度则与蛋白质的相对分子质量成正比。为此，蛋白质-SDS复合物在凝胶电泳中的迁移率不再受蛋白质原有电荷及分子形状的影响，而只决定于蛋白质的相对分子质量。
5、酶侧链基团的修饰方法有哪些？
1、氨基修饰2、羧基修饰3、巯基修饰5、酚基修饰：酚基发生改变。6、咪唑基修饰7、吲哚基修饰8、核糖基修饰9、分子内交联修饰10、大分子结合修饰11、亲和修饰
6、举例说明酶在生物技术领域的应用（至少3个例子）
（1）DNA外切酶：从脱氧核糖核酸分子末端开始逐个除去末端核苷酸的酶用于载体或基因片段的切割工具。
（2）DNA连接酶：在基因工程中，主要采用T4DNA连接酶，用于黏性末端的两个DNA片段的连接，也可用于有平整末端的两个DNA片段的连接。
（3）溶菌酶：与EDTA共同作用，可除去革兰氏阳性菌的细胞壁
7、举例说明酶在食品领域的应用（至少3个例子）
（1）α–淀粉酶：用途：淀粉液化，制造糊精、葡萄糖、饴糖、果葡糖浆。
（2）纤维素酶 ：用途、；生产葡萄糖 。
（3）溶菌酶 ：用途：食品杀菌保鲜 。
8、提高酶产量的措施主要有哪些？
添加诱导物：在发酵过程中的某个适宜的时机，添加适宜的诱导物，可以显著提高酶的产量。诱导物能使某些酶的生物合成开始或加速进行的物质。
控制阻遏物的浓度：分为产物阻遏和分解代谢阻遏。
添加表面活性剂：可以与细胞膜相互作用，增加细胞的通透性，有利于胞外酶的分泌，从而提高酶的产量。
添加产酶促进剂：产酶促进剂是指可以促进产酶，但作用机理未阐明清楚的物质。
9、简述植物细胞培养产酶的工艺条件及其控制
工艺条件：1、外植体的选择与处理2、植物细胞的获取3、细胞悬浮培养4、分离纯化
控制：温度的控制：一般在室温范围(25 ℃左右)；
pH的控制：微酸性范围，即pH 5.0~6.0；
溶解氧的调节控制：通风和搅拌（不能太强烈）；
光照的控制：根据细胞的特性及目的次级代谢产物的种类不同，进行光照的调节控制；
前体的添加：目的代谢物代谢途径上游的物质。
刺激剂的应用：常用的刺激剂有微生物细胞壁碎片和果胶酶、纤维素酶等微生物胞外酶。
10、动物细胞培养过程中要注意控制哪些工艺条件
温度的控制：一般在36.5℃，允许波动范围在0.25 ℃之内；
pH的控制：pH7.0~7.6的微碱性环境，通常pH7.4生长最好；
渗透压的控制：与细胞内的渗透压处于等渗状态；
溶解氧的控制：根据具体情况，对溶解氧进行调节控制；
11、什么是酶生物合成的诱导作用，简述其原理
酶生物合成的诱导作用：加入某些物质，使酶的生物合成开始或加速进行的现象。
原理：在无诱导物时，调节基因产生的阻遏蛋白与操纵基因的结合力较强。由于RNA聚合酶的结合位点与阻遏蛋白的结合位点互相重叠，当它们结合时，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，没的生物合成受阻。以乳糖为唯一碳源时，细胞吸收乳糖转变为别乳糖。其作为诱导物与阻遏蛋白结合，使阻遏蛋白的结构发生改变，从而使它与操纵基因的结合力减弱，阻遏蛋白不能与操纵基因结合，就使RNA聚合酶可以与启动基因结合，进行转录合成结构基因对应的酶。
12、概述酶生物合成模式及每种模式的生物学特征，最佳模式是哪一种？
同步合成型：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。该类型酶的生物合成速度与细胞生长速度紧密联系，又称为生长偶联型。大部分组成酶的生物合成属于同步合成型，有部分诱导酶也按照此种模式进行生物合成。
延续合成型：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，酶还可以延续合成一段较长时间。属于该类型的酶可以是组成酶，也可以是诱导酶。所对应的mRNA相当稳定。
中期合成型：该类型的酶在细胞生长一段时间以后才开始，而在细胞生长进入平衡期以后，酶的生物合成也随之停止。该类型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，所对应的mRNA稳定性差。
滞后合成型：酶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并大量积累。又称为非生长偶联型。
最理想的合成模式应是延续合成型
13、简述酶提取的方法及影响提取的主要因素
提取方法：盐溶液提取、酸溶液提取、碱溶液提取、有机溶剂提取
影响因素：温度：适当提高→酶溶解度↑，扩散速度↑→提取效果↑；过度提高→酶失活。有机溶剂提取时：应控制温度在0~10℃的低温条件下。
pH：影响酶的溶解度和稳定性。为了提高酶的溶解度，提取pH应该避开酶的等电点，但溶液的pH不宜过高或过低，以免引起酶的变性失活。
提取液的体积：提取液的总量一般为原料体积的3~5倍，最好分几次提取。
14、试述凝胶层析、亲和层析、离子交换层析的原理和操作要点(括号内简单写一下)
凝胶层析：原理：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。操作要点：选择凝胶、装柱、上柱、洗脱和收集、再生。（选择凝胶：依据欲分离组分的分子质量的大小，选择颗粒大小比较均匀的。装柱：注意凝胶分布均匀，不能有气泡或裂纹存在。柱装好以后，不管使用与否，都应有洗脱液浸过凝胶表面，以免混入空气而影响分离效果。上柱：混合液体积通常为凝胶床体积的10%，最大不超30%。浓度可高但粘度宜低。洗脱：洗脱液应与干燥凝胶溶胀时及装柱平衡时所用液体完全一致。）
亲和层析：原理：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
操作要点：亲和层析制备后，装进层析柱，当酶液流经亲和层析剂时，酶分子与其配基分子结合留在柱内，而其他杂质不与配基结合，可洗涤流出，然后用适当的洗脱液进行洗脱，达到酶的分离纯化。
离子交换层析：原理：利用离子交换剂上的可解离基团（活性基团）对各种离子的亲和力不同而达到分离目的操作要点：包括装柱、上柱、洗脱、收集、交换剂再生等步骤。（离子交换剂选择与处理：根据欲分离组分的特性和要求 装柱：干法装柱和湿法装柱 上柱：注意混合液的pH和温度、离子浓度、流速控制等条件
洗脱和收集：不同混合液选择不同洗脱液和洗脱条件。多组分可选择梯度洗脱法 再生：离子交换剂一般进行转型即可，多次使用后一般先经过酸、碱处理，再进行转型处理。）
15、酶经大分子结合修饰后为什么能提高其活力？
答：提高酶的催化效率：水溶性大分子与酶的侧链基团通过共价键结合后，可使酶的空间构象发生改变，使酶活性中心更有利于与底物结合，并形成准确的催化部位，从而使酶的催化效率提高。
16、简述固定化酶中产物性质对酶的最适pH的影响并说明原因？
产物性质对最适pH的影响：产物为酸性时，固定化酶的pH值比游离酶的pH值高；产物为碱性时，固定化酶的pH值比游离酶的pH值低；产物为中性时，固定化酶的最适pH一般不改变，
原因：这是由于固定化载体成为扩散障碍，使反应产物向外扩散受到一定限制所造成的。当反应产物为酸性时，由于扩散受到限制而积累在固定化酶所处的催化区域内，使此区域内的pH降低，必须提高周围反应液的pH，才能达到酶所要求的pH。反之，反应产物为碱性时，由于它的积累使固定化酶催化区域的pH升高，故此使固定化酶的最适pH比游离酶的最适pH要低一些。加可以删掉吗？
17、简述酶反应器的类型
按结构区分：搅拌罐式反应器、填充床式反应器、鼓泡式反应器、流化床式反应器、膜反应器、喷射式反应器
按操作方式区分：分批式反应、连续式反应、流加分批式反应
混合形式：连续搅拌罐反应器、分批搅拌罐反应器
18、简述酶反应器设计的主要内容
（1）确定酶反应器的类型：根据酶、底物和产物的性质，按照一定的选择原则，选择并确定反应器的类型。
（2）确定反应器的制造材料：一般采用不锈钢制造反应容器即可。
（3）进行热量衡算：温度的调节通常采用一定温度的热水通过夹套（或列管）加热或冷却方式。
（4）进行物料衡算：酶反应动力学参数/底物用量/酶量/反应体积/反应器数量
五、论述题（1题，10分）
1、试论述酶反应器的选择依据
（1）根据酶的应用形式选择反应器
游离酶反应器的选择：搅拌罐式反应器：最常用的。酶、底物混合较好，传递均匀，反应条件易控制，但反应后酶难于回收利用。可采用分批操作或流加分批操作。鼓泡式反应器：用于有气体参与的酶催化反应。游离酶膜反应器：适用于产物的分子量较小，价格较高。喷射式反应器：适用于某些耐高温的酶。
固定化酶反应器的选择：固定化酶的形状主要有颗粒状、平板状、直管状、螺旋管状等，通常为颗粒状固定化酶
。颗粒状固定化酶：搅拌罐式：注意剪切力的影响
填充床式：单位体积固定化酶的密度大，但底层的固定化酶受到的压力大。流化床式：消耗的动力大，固定化酶的颗粒不能太大。鼓泡式：适用于需要气体参与的反应。
（2）根据酶反应动力学性质选择反应器
酶与底物的混合：搅拌罐式、流化床式的混合效果较好，填充床式的较差，膜反应器可用辅助搅拌以提高混合效果。
高浓度底物抑制作用：游离酶可用膜反应器；固定化酶可用连续搅拌罐式、填充床式、流化床式、膜反应器。
产物的反馈抑制作用：可用膜反应器，固定化酶可用填充床式反应器。
能耐高温的酶：喷射式，酶与底物快速混合，反应速度快。
（3）根据底物或产物的理化性质选择反应器
产物的相对分子量较大：不宜用膜反应器。底物或产物的溶解度较低、黏度较高：选用搅拌罐式或流化床式，不用填充床式或膜反应器。底物为气体：选用鼓泡式反应器。需用小分子物质作为辅酶的反应：不用膜反应器。
（4）根据酶催化反应的多样性选择反应器
在需要多种酶生产多种产物的情况下，反应器应尽可能适用于多种酶的催化反应。
（5）根据生产的实际需要选择反应器
在保证安全生产和产品质量的前提下，尽可能选择结构简单、操作简便、易于维修和清洗、具有较低的制造成本和运行成本的反应器。
2、试论述有机溶剂对有机介质中酶催化的影响
（1）有机溶剂对酶结构与功能的影响：
根据酶分子的特性和有机溶剂的特性的不同，保持其空间结构完整性的情况也有所差别。对酶分子表面结构影响：有所变化。对酶活性中心结合位点影响：与底物竞争结合活性中心位点，降低底物结合力
（2）有机溶剂对酶活性的影响：
极性较强的有机溶剂夺取酶分子的结合水，降低酶的催化活性，甚至引起酶的变性失活。极性系数lgP ：P-溶剂在正辛烷与水两相中的分配系数。有机溶剂的极性越强，越容易夺取酶分子结合水，对酶活力的影响就越大。极性系数lg P< 2的极性溶剂一般不适宜作为有机介质酶催化的溶剂使用。
（3）有机溶剂对底物和产物分配的影响
有机溶剂与水之间的极性不同，在反应过程中会影响底物和产物的分配，从而影响酶的催化反应。有机溶剂能改变酶分子必需水层中底物和产物的浓度。一般选用2≤lg P≤5的有机溶剂作为有机介质为宜。
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