酶工程复习题

酶工程复习题《酶工程》复习题名词解释：Enzyme production酶的生产（enzyme production）：通过各种方法获得人们所需的酶的技术过程，主要包括微生物发酵产酶、动植物发酵产酶和酶的提取与分离纯化等。

Enzyme improving酶的改性(enzyme improving)：通过各种方法改进酶的催化特性的技术过程，主要包括酶分子修饰、酶固定化、酶非水相催化和酶定向进化等。

Enzyme application酶的应用(enzyme application)：通过酶的催化作用获得人们所需的物质或者除去不良物质的技术过程，主要包括偶酶反应器的选择与设计以及酶在各个领域的应用等cellular activation细胞活化保藏的菌种在用于发酵生产之前，必须接种于新鲜的固体培养基上，在一定的条件下进行培养，使细胞的生命活性得以恢复的过程。

immobilized cell固定化细胞固定化细胞又称为固定化活细胞或固定化增殖细胞，是指采用各种方法固定在载体上，在一定的空间范围进行生长、繁殖和新陈代谢的细胞。

immobilized enzyme固定化酶（immobilized enzyme）：固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶site directed mutagenesis定点突变技术（site directed mutagenesis）：在DNA序列中的某一特定位点上进行碱基的改变从而获得突变基因的操作技术。

enzyme directed evolution酶的定向化进化：是模拟自然进化的过程，进行人工随即突变，并在特定的环境条件下进行选择，使进化朝着人们所需方向发展的技术过程。

error-prone PCR易错PCR技术从酶的单一基因出发，在特定的反应条件下进行PCR扩增，使碱基配对出现错误而引起基因突变DNA shuffling基因重排技术从两条以上的正突变基因出发，经过酶切，不加引物的PCR扩增，使碱基序列重新排布而引起基因突变gen family shuffling基因家族重排技术从基因家族的若干同源基因出发，经过酶切和不加入引物的PCR扩增，使碱基序列重新排布而引起基因突变microaqueous media微水介质体系肽链有限水解修饰在肽链的限定位点进行水解，使酶的空间结构发生某些精细的改变，从而改变酶的特性和功能的方法，称为肽链有限水解修饰。

填空：1960年，Jacob和Monod提出操纵子学说，阐明了酶生物合成的基本调节机制。

1926年，Sumner首次从刀豆提取液中分离纯化得到脲酶结晶，并证明它具有蛋白质的性质，后来一系列酶的研究都证实酶的化学本质是蛋白质。

1982年，Thomas R.Cech等发现四膜虫细胞的25S rRNA前体具有自我剪切功能，认为RNA具有催化活性，并将其称为核酸类酶。

1969 年日本千佃一郎首次应用固定化氨基酰化酶从混合氨基酸中大规模生产L-氨基酸，开辟了固定化酶工业化应用的新纪元。

国际酶学委员会按照酶催化作用的类型将酶分为：氧化还原酶、转移酶、水解酶、裂合酶、异构酶、连接酶（合成酶）等六大类。

酶生物合成的模式分是同步合成型，延续合成型，中期合成型和滞后合成型。

影响酶生物合成模式的主要因素是酶所对应的mRNA的稳定性和培养基中阻遏物的存在与否。

在酶的发酵生产中，为了提高产酶率和缩短发酵周期，最理想的合成模式应是延续合成型。

在细胞生长和发酵产酶过程中，温度的调节一般采用热水升温、冷水降温的方法。

微生物发酵产酶过程中，提高酶产量的有效措施主要有添加诱导物、控制阻遏物浓度、添加表面活性剂、添加产酶促进剂等。

可逆抑制作用可分为竞争性，反竞争性，非竞争性，混合性；对生产酶的菌种来说，我们必须要考虑的条件有，一是看它是不是致病菌，二是能够利用廉价原料，发酵周期短，产酶量高，三是菌种不易退化，四是最好选用能产生胞外酶的菌种，有利于酶的分离纯化，回收率高。

发酵过程中，被消耗的基质主要用于细胞生长、产物生成和维持细胞的正常新陈代谢三个方面。

YX/S为细胞生长得率系数，YP/S为产物生成得率系数。

一般产酶动力学方程可表达为：，对同步合成型的酶，其产酶与细胞生长偶联，可表示为；延续合成型的酶为部分生长偶联，可表示为；滞后合成型的酶其合成模式为非生长偶联型，可表示为。

酶反应器的种类很多，按照操作方式可分为分批反应(batch)、连续反应(continuous)和流加分批反应(feeding batch)三种。

游离酶催化反应最常用的反应器是搅拌罐式反应器，对于有气体参与的游离酶催化反应，通常采用的反应器是鼓泡式反应器；应用固定化酶进行反应，为了提高酶的催化效率，通常采用连续反应的操作方式。

植物细胞培养方式有固体培养、液体浅层培养、液体悬浮培养等，在次级代谢物的生产过程中通常采用液体悬浮培养。

植物细胞培养的一般工艺过程为：外植体--> 细胞的获取--> 细胞培养--> 分离纯化--> 产物。

大多数动物细胞具有锚地依赖性，适宜用贴壁培养；部分细胞如肿瘤细胞和杂交瘤细胞等可用悬浮培养。

酶提取受到温度、pH、提取液体积等外界条件的影响，这些条件的改变将影响酶在所使用的溶剂中的溶解度以及酶向溶剂相中扩散的速度，从而影响酶的提取速度和提取效果。

提取液的总量一般为原料体积的3～5倍，最好分几次提取。

在蛋白质的盐析沉淀中，通常采用的中性盐以硫酸铵最为常用，这是由于它在水中的溶解度大而且温度系数小，不影响酶的活性，分离效果好，而且价廉易得，然而用它进行盐析时，缓冲能力较差，而且铵离子的存在会干扰蛋白质的测定，所以有时也用其它中性盐进行盐析。

根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同，过滤可以分为粗虑、微滤、超滤、反渗透等四大类。

吸附层析的洗脱方法有溶剂洗脱法，置换洗脱法和前缘洗脱法等三种。

溶剂洗脱法在洗脱出来的两个组分之间通常有一段“空白”，这是不含溶质组分的纯溶剂，故各组分能很好分离。

酶的分离纯化中，通常采用离子交换柱进行酶的连续离子交换，包括装柱、上柱、洗脱、收集和交换剂再生等步骤。

按活性基团的性质不同，离子交换剂可以分为阳离子交换剂和阴离子交换剂。

在溶液pH值大于酶等电点时，酶分子带负电荷，可用阴离子交换剂进行层析分离。

层析聚焦的操作过程为：多缓冲离子交换剂和多缓冲溶液选择-->形成pH梯度-->上柱聚焦-->洗脱-->再生。

凝胶电泳是以各种具有网状结构的多孔凝胶作为载体的电泳技术，它与别的电泳技术的主要区别在于同时具有电泳和分子筛的双重作用，有很高的分辨力，其载体主要有聚丙烯酰胺和琼脂糖凝胶。

超临界萃取是利用欲分离物质与杂质在超临界流体中的溶解度不同而达到分离的一种萃取技术。

酶定向进化是一门迅速发展的新技术，具有适应面广、目的性强、效果显著等特点，其基本过程包括随机突变、构建突变基因文库、定向选择等步骤。

简述题：1、简述优良的产酶微生物应具备的条件。

（1）发酵周期短，酶的产量高；（2）产酶稳定性好；（3）容易培养和管理；（4）利于酶的分离纯化；（5）安全可靠、无毒性等。

2、简述造成固定化酶活性损失的原因3、简述酶反应器使用中应注意的问题(1)保持酶反应器的操作稳定性(2)防止酶的变性失活(3)防止微生物的污染4、原核生物蛋白质合成起始复合物由哪些成分组成?简述该复合物的形成过程。

5、简述发酵过程中对培养基pH值进行适当控制和调节的方法。

改变培养基的组分或其比例；使用缓冲液来稳定pH值；必要时通过添加适宜的酸、碱溶液的方法，调节培养基的pH值，以满足细胞生长和产酶的要求。

6、简述发酵过程中调节溶解氧的方法。

1)调节通气量：通气量是指单位时间内流经培养液的空气量（L/min）.也可以用培养液体积与每分钟通入的空气体积之比(VVM)表示。

例如，1 M3 培养液，每分钟流经的空气量为0.5M3，即通气量为1：0.5；2）提高氧的分压：可以增加氧的溶解度，从而提高溶氧速率。

3）调节气液接触时间：气液两相的接触时间延长，可以使氧气有更多的时间溶解在培养基中，从而提高溶氧速率。

4）调节气液接触面积：氧气溶解到培养液中是通过气液两相的界面进行的。

◇为了增大气液两相接触面积，应是通过培养液的空气尽量分散成小气泡。

◇在发酵容器的底部安装空气分配管，使气体分散成小气泡进入培养液中，是增加气液接触面积的主要方法。

◇装设搅拌装置或增设挡板等可以使气泡进一步打碎和分散，也可以有效地增加气液接触面积，从而提高溶氧速率。

5）改变培养液的性质：培养液的性质对溶氧速率有明显影响，若培养液的黏度大，在气泡通过培养液时，尤其是在高速搅拌的条件下，会产生大量泡沫，影响氧的溶解。

◇可以通过改变培养液的组分或浓度等方法，有效地降低培养液的黏度；设置消泡装置或添加适当的消泡剂，可以减少或消除泡沫的影响，以提高溶氧速率。

7、简述固定化细胞发酵产酶特点。

①提高产酶率细胞经过固定化后，在一定的空间范围内生长繁殖，细胞密度增大，使生化反应加速，从而提高酶产率。

如转基因大肠杆菌细胞生产β-酰胺酶，经过固定化后的细胞比没有选择压力时游离细胞的产酶率提高10-20倍。

②可反复使用或连续使用较长时间固定化细胞固定在载体上，不容易脱落流失，故而可以进行半连续发酵，反复使用多次；也可以在高稀释率的条件下连续发酵很长时间。

如固定化细胞进行乙醇、乳酸等厌氧发酵，可以持续使用半年或更长时间。

③基因工程菌的治理稳定，不易丢失由于有载体的保护作用，其质粒的结构稳定性和分裂稳定性都显著提高。

④发酵稳定性好细胞固定化后，受到载体的保护作用，使细胞对温度、pH的适应范围变大；对蛋白酶和酶抑制剂等的耐受能力增强，故能够比较稳定地进行发酵生产。

这一特点使固定化细胞发酵的操作控制变得相对容易，并有利于发酵生产的自动化。

⑤缩短发酵周期，提高设备利用率固定化细胞经过预培养、生长好后，才转入发酵培养基进行发酵生产，很快可以发酵产酶，而且能够较长时间维持其产酶特性，因此可以缩短发酵周期，提高设备利用率；⑥产品容易分离纯化固定化细胞不溶于水，发酵完成后，容易与发酵液分离，而且发酵液中所含游离细胞很少，有利于产品的分离纯化，从而提高产品的纯度和质量。

⑦适用于胞外酶等胞外产物的生产由于固定化细胞与载体结合在一起，所以固定化细胞一般只是用于胞外酶等胞外产物的生产。

如果利用固定化细胞生产胞内产物，则将使胞内产物的分离纯化更为困难。

8、写出三种分离纯化酶蛋白的方法，并简述其原理。

（答案不一）1）盐析沉淀法利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解度不同的特性，通过在酶液中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离2）离心分离是借助于离心机旋转所产生的离心力，使不同大小、不同密度的物质分离的技术过程。