2020年第五章 生物过程优化控制参照模板

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高中同步创新课堂生物优化方案人教版必修1课件:第五章第1节一

高中同步创新课堂生物优化方案人教版必修1课件:第五章第1节一

过氧化氢酶存在于细胞内,要通过研磨让酶分子释放出来, 在研磨过程中通常要加适量的蒸馏水,加适量蒸馏水的目的 是什么?
提示:动物细胞在蒸馏水中会吸水涨破,便于过氧化氢酶的 释放。
1.控制变量的科学方法 自变量 变量因变量 单一变量原则 无关变量
对照组 对照原则 对照实验 实验组
1.连线
2.判断 (1)发生在细胞内外的化学反应统称为细胞代谢。( × )
分析:细胞代谢是指发生在细胞内的化学反应。
(2)酶在生物体内有催化和调节作用。( × )
分析:酶不具有调节作用。 (3)酶是活细胞产生的具有催化作用的蛋白质。(× )
分析: ) (5)有些酶在体外可以发挥作用。( √ ) (6)酶催化作用的实质——提高化学反应的活化能,使化学反 应顺利进行。( ×)
活化能 的作用更 (2)作用机制:同无机催化剂相比,酶降低________
显著,因而催化效率更高 ↓
温和 条 结果:正是由于酶的催化作用,细胞代谢才能在 _______
件下快速进行
活细胞 产生场所:_________ 催化作用 2.酶的本质生理作用:___________ 化学本质: 蛋白质或 RNA ___________
2.过氧化氢在不同条件下的分解结果
酶和无机催化剂一样,并不改变化学反应平衡点的位置,只是 改变化学反应的速度,使化学反应更快地达到平衡点。而自身 的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化。
1.下列关于酶的实验不正确的是(
)
A.上述反应中的自变量是催化剂的种类 B.该实验能证明酶催化效率高 C.该实验如果将肝脏进行研磨,效果会更好 D.该实验的因变量是肝脏质量的变化
更多 气泡产生, 有______

定稿第五章 原核生物基因表达调控.ppt

定稿第五章   原核生物基因表达调控.ppt

最新.
15
色氨酸含量和核糖体位置对弱化子结构的影响
当色氨酸充足时,前导序 列的合成正常进行,核糖 体占据 1 区和部分2 区, 2、3 不能有效配对; 3、4 配对形成终止子的 发卡结构,转录终止。
Trp+ 转录终止
最新.
16
当缺乏色氨酸时, 翻译 在双色氨酸密码子处中 止;核糖体仅占据 1 区, 2、3 区配对; 3、4 区不能形成发卡结 构,转录继续。
负转录调控(negative transcription regulation): 调节基因的产物是阻遏蛋白(reppressor),起着 阻止结构基因转录的作用。
最新.
6
根据作用特征:
诱导(induction):调节因子与效应物结合后,开 启基因的转录活性称为 诱导(induction);
阻遏(repression):调节因子与效应物结合后, 关闭基因的转录活性称为 阻遏(repression)。
Trp- 转录继续
最新.
17
前导区的转录
无色氨酸时,转 录可持续进行
有色氨酸存在时, 转录在弱化子区域
终止
最新.
18
3、降解物对基因活性的调节
葡萄糖效应或降解物抑制作用:细菌培养基中在 葡萄糖存在的情况下,即使加入乳糖、半乳糖等 诱导物,与其对应的操纵子也不会启动,这种现 象称为葡萄糖效应或降解物抑制作用。
最新.
21
第二节 乳糖操纵子与负控诱导系统
阻遏物 β-半乳糖苷酶 透过酶 转乙酰酶
最新.
22
lac 操纵子的结构
阻遏蛋白基因(I)
启动区(P)
操纵区(O) Z
三个结构基因 Y A
CAP-cAMP 结合部位

2019_2020学年高中生物第5章生态系统及其稳定性5.5生态系统的稳定性课件新人教版必修

2019_2020学年高中生物第5章生态系统及其稳定性5.5生态系统的稳定性课件新人教版必修
第5节 生态系统的稳定性
一二三
一、生态系统的稳定性及自我调节能力
一二三
一二三
二、抵抗力稳定性和恢复力稳定性
一二三
三、提高生态系统的稳定性 1.控制对生态系统干扰的程度,对生态系统的利用应该适度,不应 超过生态系统的自我调节能力。 2.对人类利用强度较大的生态系统,应实施相应的物质、能量投 入,保证生态系统内部结构与功能的协调。
增强 解析:播种杂草后,生态系统中的生物种类增多,故营养结构变复
杂,抵抗力稳定性增强。牧草地通过管理提高了某种牧草的产量, 意味着杂草和害虫等减少,生物种类减少,则抵抗力稳定性减弱。 森林生态系统和灌木林生态系统都比草原生态系统中的生物种类 多,故其抵抗力稳定性增强,恢复力稳定性减弱。
答案:B
探究点一 探究点二 探究点三
归纳提升 抵抗力稳定性与恢复力稳定性的比较
探究点一 探究点二 探究点三
探究点一 探究点二 探究点三
活学活练 下列有关生态系统稳定性的叙述,正确的是( ) ①“抵抗干扰,保持原状”属于恢复力稳定性 ②“遭到破坏,恢复 原状”属于抵抗力稳定性 ③人们对自然生态系统的“干扰”不应超 过其承受能力 ④热带雨林的恢复力稳定性很强,遭到严重砍伐后 很容易恢复 A.③ B.②④ C.①②③ D.①④ 答案:A
抵抗力稳定性和恢复力稳定性 问题导引
抵抗力稳定性和恢复力稳定性有什么关系? 生态系统的稳定性可分为两种类型,它们之间既有区别又有联系。 分析下面的材料,并完成问题。 材料 话说乾隆下江南时,到了苏州一水乡,看到小桥流水人家, 别具风情。水乡人家上游淘米洗菜,下游洗澡洗衣,即便如此,水仍 然很清澈。这番景象让乾隆大为惊奇。可是,他也发现苏州虎丘外 围的河流被众多染坊流出的废水污染得肮脏不堪、臭气熏天,于是 他立即下令严禁商贾平民在虎丘一带开设染坊。迫于官府的法令, 虎丘一带原有的数十家染坊不得不搬迁至远离虎丘的苏州远郊,从 此以后虎丘重现绿水青山。

高中生物新人教版选择性必修1第5章植物生命活动的调节章末总结课件(31张)

高中生物新人教版选择性必修1第5章植物生命活动的调节章末总结课件(31张)
(2)图中α角形成的原因是____________________________________ ________________________________________________________。
(3)据表可知乙组中左、右两侧的琼脂块所引起的α角基本相同,但 小于甲琼脂块所引起的α角,原因是____________________________。
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归纳 ·专题小结
典练 ·素养提升
对话 ·命题专家
生物学 选择性必修1 稳态与调节 配人教版
类别
处理方法
第5章 植物生命活动的调节
相关结果
横置类
①②中生长素含量及作 用; ①a处=b处、c处=d处, 都促进生长; ②a处<b处、c处<d处, a、c、d处促进生长,b处 抑制生长
梯度类
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第5章 植物生命活动的调节
(科学探究)为了探究生长素和乙烯对植物生长的影响及这两种激
素的相互作用,科学家用某种植物进行了一系列实验,结果如图所示,
由此可初步推测
()
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归纳 ·专题小结
(2020·湖 北 十 堰 期末)如图表示用燕麦 胚芽鞘进行的系列实验 (“→”表示光照方向), 下列叙述错误的是 ()
第5章 植物生命活动的调节
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第5章 植物生命活动的调节
A.a、b的生长素含量相等,胚芽鞘①将直立生长 B.胚芽鞘②将向右侧弯曲生长,胚芽鞘③将直立生长 C.胚芽鞘④⑥直立生长,胚芽鞘⑤向右弯曲生长 D.装置⑦和⑧中植株都会向暗箱开孔处弯曲生长 【答案】D 【解析】图中胚芽鞘尖端匀速旋转处理后,a、b琼脂块上生长素的 含量相等,故胚芽鞘①直立生长;由于含生长素的琼脂块放在去掉尖端 的胚芽鞘②的左侧,因此胚芽鞘②出现弯向右侧生长的现象;

2019-2020版高中生物第5章本章整合课件新人教版必修1

2019-2020版高中生物第5章本章整合课件新人教版必修1

一二三四一、光合作用与细胞呼吸的基本过程1.光合作用与有氧呼吸过程中[H]和ATP的来源、去路的比较一二三四2.光合作用与细胞呼吸的物质转化特别提醒①光合作用中产生的[H]是还原型辅酶Ⅱ(NADPH)简化的表示方式,而细胞呼吸中产生的[H]是还原型辅酶Ⅰ(NADH)简化的表示方式,二者不是一种物质,尽管书写形式相同。

②还原氢的书写形式一定不能写成H、H+或H2,只能写成[H]、NADH或NADPH。

一二三四例题1下图是细胞中糖类合成与分解过程示意图。

下列叙述正确的是( )A.过程①只在线粒体中进行,过程②只在叶绿体中进行B.过程①产生的能量全部储存在ATP中C.过程②产生的(CH2O)中的氧全部来自H2OD.过程①和②中均能产生[H],二者还原的物质不同解析过程①为有氧呼吸过程,反应场所是细胞质基质和线粒体,过程②为光合作用,绿色植物在叶绿体中进行,蓝藻等在细胞质基质中进行,A项错误;有氧呼吸产生的能量大部分以热能的形式散失,少部分储存在ATP中,B项错误;光合作用产生的糖类中的氧来自CO2,C项错误;过程①和②都能产生[H],前者主要与氧结合产生水并释放大量能量,后者主要用于C3的还原,D项正确。

答案D一二三四二、光合速率与呼吸速率的关系1.净光合速率、总光合速率和呼吸速率的辨析一二三四一二三四2.植物“三率”的含义、关系及判定(1)植物“三率”间的内在关系①呼吸速率:植物非绿色组织(如苹果果肉细胞)或绿色组织在黑暗条件下测得的值——单位时间内一定量组织的CO2释放量或O2吸收量。

②净光合速率:植物绿色组织在有光条件下测得的值——单位时间内一定量叶面积所吸收的CO2量或释放的O2量。

③真正光合速率=净光合速率+呼吸速率。

(2)植物“三率”的判定①根据坐标曲线判定:当光照强度为0时,若CO2吸收值为负值,该值的绝对值代表呼吸速率,该曲线代表净光合速率,当光照强度为0时,若CO2吸收值为0,该曲线代表真正光合速率。

2020秋生物人教版必修第一册课件:第5章第1节降低化学反应活化能的酶第2课时酶的特性

2020秋生物人教版必修第一册课件:第5章第1节降低化学反应活化能的酶第2课时酶的特性

的专一性。
(1)原理。 ①淀粉(非还原糖)
麦芽糖 (还原糖)
砖红色
沉淀

(2)步骤。 编号分组:取两支洁净的试管,编号为1、2。
加入试剂:
序号
项目
试管1 试管2
1
注入可溶性淀粉溶液
2 mL

2
注入蔗糖溶液
— _2_m_L__
3
注入新鲜的淀粉酶溶液 _2_m_L__ _2_m_L__
酶促反应:振荡试管,使液体混合均匀,然后将试管下半部 分浸到 60℃ 左右的热水中,保温 5min
【例2】下列不能体现酶高效性的是( ) A.细胞内酶的种类很多 B.酶能极大降低某些化学反应所需要的条件 C.少量的酶能在短时间催化大量底物反应 D.酶能大大提高化学反应的速率 答案:A
探究二 酶具有专一性
1.在已知淀粉酶能够催化淀粉水解的情况下,本实验设置 1号试管还有没有必要?
提示:有必要,目的是排除无关变量对实验结果的影响。 2.实验中如果2号试管也产生了砖红色沉淀,可能的原因 是什么? 提示:①蔗糖溶液放置的时间过长,蔗糖被溶液中的微生 物分解成还原糖。②试管不干净,试管中混有还原糖。
④图中A点表示低温,此时酶的活性_较__低___,但是酶 的空间结构保持稳定,不会失活。
⑤下图所示为不同pH对酶促反应的影响,说明pH 的变化_不__影__响___(填“影响”或“不影响”)酶的最适温度。
探究一 酶具有高效性
在“比较过氧化氢在不同条件下的分解”实验中,每 滴FeCl3溶液中的Fe3+数,大约是每滴肝研磨液中过氧化 氢酶分子数的25万倍,然而加入过氧化氢酶的试管中产 生的气泡较多。
A.专一性
B.高效性
C.两重性

生物过程优化控制共24页PPT

生物过程优化控制共24页PPT
生物过程优化控制
26、机遇对于有准备的头脑有特别的 亲和力 。 27、自信是人格的核心。
28、目标的坚定是性格中最必要的力 量泉源 之一, 也是成 功的利 器之一 。没有 它,天 才也会 在矛盾 无定的 迷径中 ,徒劳 无功。- -查士 德斐尔 爵士。 29、困难就是机遇。--温斯顿.丘吉 尔。 30、我奋斗,所以我快乐。--格林斯 潘。
END
16、业余生活要有意义,不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰,也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人,而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着,就是为了ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书,莫被书掌握;要为生而读,莫为读而生。——布尔沃
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• 极谱电极在测量中的动态响应速度、稳定性、温度漂移特 性都比较好,能适应工业发酵要求。

• 对电极寿命和稳定性影响最大的因素是发酵罐的高温灭菌。 为了消除这种损害,一般采用电极保护套的方法,将溶氧 电极装在可伸缩的保护套,灭菌后再推入发酵罐。
• 电极安装在发酵罐中最合适的位置,能准确反映发酵液中 溶氧的变化,其安装开孔不影响灭菌及留死角。一般安装 在中部偏下,安装时要有一定的向下的倾斜角,防止安装 口积液或清洗不到。
由Henry定律可知,溶液中的氧浓度与其分压成正比 CL=pO2aL
其中:CL 溶氧浓度,pO2 氧分压,aL 溶解度常数 如果aL是常数,则电极电流信号可直接转化为溶液。但aL受温度 和溶液组成的变化而改变。 因此,用溶氧电极来测量发酵液中氧含量时,只有当罐内温度、
压力及发酵液组成一定时才准确。



生化过程状态监测
• 合理选择观测变量和控制参数是优化控制的基础和关键问 题
• 物理参数 • 化学参数 • 生物参数

参数获取方法: • 取样检测 • 反应器内直接检测 • 相比而言,生物参数的监测较困难,往往需要间接获得。

生物传感器
• 生物传感器是借助于生物敏感元件并利用化学反应原理以 选择性方式对特定的待分析物质产生响应进行检测,并通 过转换器对分析物质进行定性或定量分析的装置。
• 溶氧电极的使用,需要注意四个方面:搅拌、温度、压力、 以及电极校准。

呼吸代谢参数的计算
氧分析: • 微生物生长代谢过程中要利用氧,微生物的氧利用率(OUR)
是生化反应过程的重要参数,因此,测量发酵排出气体中 的氧含量成为研究生物生长和产物形成的主要变量。 • 氧浓度的分析测量主要采用磁风式氧分析仪(磁氧分析仪)。 • 原理:利用氧具有极高的磁化特性设计而成,当氧气通过 非均匀磁场的作用时,将会形成“热磁对流”或称“磁 风”,该磁风对敏感元件产生冷却作用,利用此进行氧浓 度的检测。
2
5
6 7
阴极: O2+2H2O+4e-→4OH-
1 阴极,2 气体渗透膜,
阳极: 4Ag+4Cl-→4AgCl+4e-
3 外壳,4 电解质,5 阳 极,6 绝缘体,7 电解质
由此可见,在两电极之间就会有电流产
薄压一定时,电极极化电流的强弱与溶液中氧的 分压呈线性关系,根据Fick定律有:
第五章 生物过程优化控制

概述
• 生化过程优化控制是一门交叉学科,它涉及生物化学原理、 生化反应工程、过程控制理论和应用数学理论等多种学科。
• 优化控制的目标函数:目标产物浓度、生产强度和底物转 化率。
• 实现发酵过程的优化控制,需要确定优化的目标函数、过 程的状态变量、操作变量以及动力学模型。
• 数学模型是实现过程优化控制的基础,可以分为:结构化 模型、非结构化模型和黑箱模型。
• 溶氧检测主要有3种方法,均需利用膜将测定点与发酵液 分离,使用前均需进行校准。 1.导管法; 2.质谱电极法; 3.电化学检测法(极谱分析法)。

• 最常用的溶氧检测方法是可蒸汽灭菌的电化学检测器。分 为原电池型电极和极谱型电极两种。二者均用膜将电化学 电池与发酵液隔开。对于溶氧测定,膜仅对O2有渗透,对 其它干扰物则不能通过。

二氧化碳分析: • 大规模工业发酵的CO2量的测定具有重要价值,是发酵过
程控制中重要在线信息。 • 确定产生的CO2量有助于计算碳回收。 • 研究发现生物量生长率与CO2生成率成线性相关性,进而
开发估计细胞浓度的模型,由在线检测CO2的数据估算比 生长速率。
• 其原理是O2通过渗透膜从发酵液扩散到监测器的电化学电 池,O2在阴极被还原时产生可被检测的电流或电压,这与 O2到达阴极的速率成比例。
发酵液 O2扩散 膜外表面 跨膜扩散 膜内表面 电极内扩散 阴极

• 阴极检测到的是O2到达阴极的速率,取决于它到达膜表面 的速率、跨膜传递的速率及它从内膜表面传递到阴极的速 率。
i
k1DaA
pO 2 X
i 电极电流,k1 常数,D 膜中氧扩散系 数,a 膜材料氧浓度,A 阴极表面积, X 气体渗透膜厚度,pO2 溶液中氧分压
若电极材料一定,物理特性和尺寸一定,那么k1 、D 、a 、 A 、X 都确定,则:
i=KpO2 即电极电流与氧分压成正比关系。则可测定溶液中氧浓度。

• 生物传感器主要包括两个部分:分子识别元件和换能器。 • 原理:被分析物扩散进入固定化生物敏感膜,经分子识别,
发生生物学反应,产生的信息继而被相应的化学换能器或 物理换能器转变成可定量和可处理的电信号,再经检测放 大器放大并输出,便可知道待测物浓度。


生物参数在线检测和计算
• pH值 • 溶氧 • 呼吸代谢参数 • 比生长速率 • 氧气体积传质系数 • 生物热
• 忽略传感器内动态效应,O2达到阴极的速率与氧跨膜扩散 速率、氧扩散至膜表面的速率相等,与氧传质总浓度驱动 力成比例。假定膜内表面O2浓度可有效降为0,则扩散速 率与发酵液中溶解氧成正比,阴极测定的电信号与发酵液 中溶氧成正比。

1
当两电极之间加一极化电压(0.6-0.8V),有
3 4
氧存在时,电极上将产生氧化还原反应:

pH在线检测
• 在发酵过程中由于微生物的代谢(消耗碳源或氮源,释放 代谢产物如酸等)会使得发酵液的酸碱度发生很大的变化, 而发酵过程需要维持在一定的酸碱度范围内。
• 在生化过程中,pH的控制和调整已成为过程操作不可缺少 的变量。因此pH的测量在生化过程控制中具有无比重要的 地位。
• pH:表示体系酸碱度的参数,为溶液中H+的活度,即 pH=-lg[H+],其范围为0~14,pH<7为酸性,pH=7为中性, pH>7为碱性。

• pH一般是利用电化学原理进行测定。常用一组电极来测量, 即测量电极和参考电极。
• 电势与温度相关,pH转换器需具有温度补偿功能。
pH电极
参比电极

溶氧在线检测
• 溶氧(DO) 影响细胞的生长、产物的生成。反应器中溶氧 的检测远比温度等参数检测困难。
• 在有电流通过的条件下,可氧化物质在电极上发生极化反 应产生扩散电流,电流大小与参与反应物质浓度成正比, 通过改变外加电压得到相应曲线。
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