生物催化工程复习
老师 催化工程-复习要点
催化工程-复习提要1催化剂和催化作用（1)催化剂是一种能够改变化学反应速率而不改变化学反应热力学平衡位置，且本身在化学反应中不被明显消耗的化学物质。
（2）催化作用的基本特征1）催化剂只能催化热力学上可行的化学反应2）催化剂只能改变化学反应速率，而不能改变化学平衡的位置3）催化剂对反应具有选择性4）催化剂具有寿命，催化剂并不能无限期地使用。
哪怕只是化学反应的短暂参与者，在长期受热和化学作用下，也会经受不可逆的物理的或化学的变化，如：晶相变化、晶粒分散度的变化、易挥发组分的流失、易熔物的熔融等等，这些过程导致催化剂活性下降，当反应进行时催化剂经受亿万次这种作用的侵袭，最后导致催化剂失活。
（3）催化剂的性能指标活性、选择性、稳定性（4）催化剂的组成与载体的功能催化剂的组成：活性组分，载体，助催化剂载体的功能：1)提供有效的表面和适宜的孔结构，维持活性组分高度分散；2)增强催化剂的机械强度,使催化剂具有一定的形状；3)改善催化剂的热传导性能，以满足反应过程的传热要求；4)减少活性组分的用量，特别是贵金属的用量；5)提供附加的活性中心；6)活性组分与载体之间的溢流现象和强相互作用，影响催化活性。
（5）对工业催化剂的要求应具备的三方面基本要求：1)适宜的活性2)较高的选择性3) 长寿命2 多相催化的反应步骤多相催化反应的步骤：i.催化剂内表面催化剂外表面内扩散ii. 反应物由外表面向催化剂内表面扩散；iii. 反应物吸附在表面上；iv. 反应物在表面上进行反应，生成产物；v. 产物从表面上解吸；vi. 产物从内表面向外表面扩散；vii. 产物从外表面向气体主体扩散气相产物外表面3 Langmuir 吸附等温式（1）Langmuir吸附模型(理想吸附模型)：⑴吸附是单分子层的–每个吸附分子占据一个吸附位；当固体表面铺满一个单分子层以后，吸附达到极限，V=V m；⑵表面是均匀的--固体表面各处吸附能力相同；⑶表面上的吸附质分子间无相互作用--吸附质只与吸附剂间发生相互作用；⑷吸附平衡是一动态平衡。
生物反应工程复习资料
生物反应工程复习资料(总7页)-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1-CAL-本页仅作为文档封面，使用请直接删除生物反应工程原理复习资料生物反应过程与化学反应过程的本质区别在于有生物催化剂参与反应。
生物反应工程是指将实验室的成果经放大而成为可提供工业化生产的工艺工程。
酶和酶的反应特征酶是一种生物催化剂，具有蛋白质的一切属性；具有催化剂的所有特征；具有其特有的催化特征。
酶的来源：动物、植物和微生物酶的分类：氧化还原酶、水解酶、裂合酶、转移酶、连接酶和异构酶酶的性质：1）催化共性：①降低反应的活化能②加快反应速率③不能改变反应的平衡常数。
2)催化特性：①较高的催化效率 ②很强的专一性 ③温和的反应条件 易变性和失活3）调节功能：浓度、激素、共价修饰、抑制剂、反馈调节等固定化酶的性质固定化酶：在一定空间呈封闭状态的酶，能够进行连续反应，反应后可以回收利用。
与游离酶的区别：游离酶----一般一次性使用（近来借助于膜分离技术可实现反复使用）固定化酶--能长期、连续使用（底物产物的扩散过程对反应速率有一定的影响；一般情况下稳定性有所提高；以离子键、物理吸附、疏水结合等法固定的酶在活性降低后，可添加新鲜酶溶液，使有活性的酶再次固定，“再生”活性）固定化对酶性质的影响：底物专一性的改变 、稳定性增强 、最适pH 值和最适温度变化、动力学参数的变化单底物均相酶反应动力学米氏方程快速平衡法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不会降低CS （2）不考虑这个可逆反应（3） 为快速平衡， 为整个反应的限速阶段，因此ES 分解成产物不足以破坏这个平衡稳态法假设：（1）CS>>CE ，中间复合物ES 的形成不P E ES +←ES S E ⇔+P E ES +→0=dtdC ES会降低CS （2）不考虑 这个可逆反应（3）中间复合物ES 一经分解，产生的游离酶立即与底物结合，使中间复合物ES 浓度保持衡定，即双倒数法（Linewear Burk ）： 对米氏方程两侧取倒数得 以 作图 得一直线，直线斜率为 ，截距为根据直线斜率和截距可计算出Km 和rmax抑制剂对酶反应的影响：失活作用（不可逆抑制）抑制作用（可逆抑制 ）：竞争抑制 、反竞争抑制 、非竞争抑制 、 混合型抑制竞争抑制反应机理：非竞争抑制反应机理：可逆抑制各自的特点：P37多底物均相酶反应动力学 (这里讨论：双底物双产物情况)强制有序机制顺序机制 西-钱氏机制 双底物双产物反应机制：随即有序机制乒乓机制注意在工业级反应中， 反应速度一般是由改变所用酶浓度和（或）反应时间，而不是改变底物浓度来控制的，并且要测定的最重要参数是可测的转化率，而不是反应速度酶失活的因素有哪些？酶会由于种种因素发生失活。
生物催化技术知识点总结
第一章绪论生物技术、生物催化和酶的定义生物技术是应用自然科学及工程学原理，依靠生物作用剂〔biological agent〕的作用将物料进展加工以提供产品为社会效劳的技术〞。
这里所谓的生物作用剂〔biological agent〕是指酶、整体细胞或生物体，一般也称生物催化剂。
➢医药生物技术: 1982年重组人胰岛素上市➢农业生物技术: 1996年转基因大豆、玉米、油菜相继上市➢工业生物技术: 生物钢、聚乳酸相继上市1、工业生物技术定义：在工业规模的生产过程中使用或局部使用生物技术来实现产品的制造，这种技术是应用微生物和生物催化剂来提供产品和效劳。
工业生物技术是生物技术的重要组成。
核心目标：大规模利用生物体系〔如细胞或酶〕作为催化剂实现物质转化。
开展空间：➢提升传统产业➢生物能源➢环境生物技术➢生物材料2、生物催化〔Biocatalysis)定义：利用酶或有机体〔细胞或细胞器等〕作为催化剂实现化学转化的过程。
生物催化是工业生物技术的核心技术德国德固赛、德国BASF、荷兰DSM、瑞士罗氏Roche、丹麦诺维信生物催化开展的主要推动力➢新产品需求 (社会压力)-安康：医药、检测-日用品：洗涤用品、乳品、生物可降解塑料➢环境 (法律法规压力)－绿色化学、能源、温室效应➢新发现或根底研究 (技术压力〕－基因工程 /定点突变/定向进化、代工程、组合化学➢得益/本钱降低 (商业压力)-生物别离生物催化工程的目标➢开发新生物催化剂：催化性能更好、更快，本钱更低➢改善性能: 稳定性, 活性，溶剂兼容性➢开发分子模型: 新酶的快速重新设计3、当前生物催化的研究热点➢新酶或已有酶的新功能的开发➢根据已有底物开发新的酶反响➢利用突变或定向进化技术改善生物催化剂性能➢利用重组DNA技术大规模生产生物催化剂➢利用有机溶剂或共溶剂开发新的反响体系➢体或体外合成的多酶体系➢抑制底物和产物抑制➢精细化工品或医药合成技术的放大➢辅因子再生➢生物催化剂的修饰➢生物催化剂的固定化4、酶工程就是将酶或者微生物，动植物细胞，细胞器等在一定的生物反响装置中，利用酶所具有的生物催化功能,借助工程手段将相应的原料转化成有用物质并应用于社会生活的一门科学技术。
生物催化技术复习资料2016.11.24(1)
生物催化技术复习资料2016.11.24目录1、工业生物技术------------------------12、酶反应器主要包括哪些种类-----13、Fed-batch-：流加分批式---------14、盐析------------------------------------15、生物催化-----------------------------16、微生物发酵生产酶所用培养基中有机氮源包括------------------------17、酶的提取方法-----------------------18、通过分析比较细胞生长与酶产生的关系，可以把酶生物合成的模式分为4种类型。
【细胞生长与酶产生的关系，可以把酶生物合成的模式分为哪几种类型？分别介绍这几种类型】----------------------------------19、Monod 提出的在特定温度、pH 、营养物类型、营养物浓度等条件下，微生物的比生长速率与限制性营养物浓度之间存在的关系--------------210、酶提取过程中细胞破碎方法包括酶法\物理\化学破碎---------------211、无载体固定化酶的方法有交联酶聚体\交联酶晶体等---------------212、培养枯草芽孢杆菌生产蛋白酶的过程中使用的微生物反应器-----213、超临界流体萃取------------------214、生长因子----------------------------215、酶非水相催化中有机介质反应体系包括----------------------------------216、1961年国际酶学委员会（Enzyme Committee ，EC ）根据酶所催化的反应类型和机理，把酶分成6大类----------------------------------217、酶的专一性包括-----------------218、固定化酶--------------------------219、酶分子修饰-----------------------320、抗体酶------------------------------321、Medium ：（培养基）--------322、酶的抑制剂------------------------323、影响酶活性的主要因素--------324、酶的生产方法---------------------325、固定化酶的方法-----------------326、酶的可逆性抑制剂分为--------327、酶的辅因子包括------------------328、极端酶-------------------------------329、酶的定向进化---------------------330、酶活力单位------------------------331、产酶动力学------------------------332、酶的非水相催化------------------333、优良产酶微生物具备的条件-334、吸附层析中洗脱剂的选择要注意的问题----------------------------------335、酶非水相催化的特点-----------436、固定化细胞的特点--------------437、酶分子修饰的原理及其修饰方法【分子修饰的方法】---------------438、固定化酶的基本方法及其优缺点--------------------------------------------439、非水相催化的定义、种类及在有机介质中催化的优点【酶非水相催化的种----------------------------------540、Enzyme------------------------------541、活性部位----------------------------542、模拟酶-------------------------------543、酶的半衰期------------------------544、固定化细胞与固定化酶区别-545、酶的命名方法---------------------546、酶与底物的结合模型可以分为：锁钥关系和诱导锲合学说-----------547、酶的发酵生产方法--------------548、常用产酶微生物------------------649、培养基的5大要素---------------650、实验室常用的微生物培养基-651、极端酶的其制备方法-----------652、如何选择合适的酶反应器-----653、控制产酶量的措施---------------754、酶反应器的操作注意事项------755、诱导物的种类----------------------756、复合沉淀法-------------------------757、分配效应----------------------------71、工业生物技术在工业规模的生产过程中使用或部分使用生物技术来实现产品的制造，这种技术是应用微生物和生物催化剂来提供产品和服务。
生物催化复习笔记(最终版)
生物催化与转化第四章代谢调控1.分解代谢：指复杂的有机物分子通过分解代谢酶系的催化，产生简单分子、腺苷三磷酸（ATP）形式的能量和还原力（或称还原当量，一般用[H]来表示）的作用2.合成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和[H]形式的还原力一起合成复杂的大分子的过程。
或利用分解代谢的能量和中间体合成氨基酸、核酸等单体物质及蛋白质、多糖等多聚物3.次级代谢产物定义：微生物生长到一定阶段才产生的，化学结构十分复杂、对该微生物无明显生理功能，或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质。
特征：不同的微生物次级代谢产物不同；次级代谢产物的通常在菌体的生长后期合成，发酵分两个阶段进行，即营养增殖期和生产期。
在多数情况下，增加前体是有效的4.初级代谢产物定义：微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质。
特征：不同的微生物初级代谢产物基本相同；初级代谢产物合成过程是连续不断的，与菌体的生长呈平行关系。
5.两种代谢产物的不同：●次级代谢通常在生长后期合成。
不是微生物生长所必需的，不参与微生物的生长和繁殖。
●次级代谢对环境条件的变化很敏感，其产物的合成往往会因环境条件的变化而停止。
●不同微生物的次级代谢产物有很大区别。
基于菌种的特异性●催化次级代谢产物合成的某些酶专一性不强。
6.酶活性的调节：指在酶分子水平上的一种代谢调节，它是通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率。
酶活性的抑制和激活是微生物代谢中存在的两种矛盾的过程。
7.酶活性的激活：常见的酶活性的激活是前体激活，多发生在分支代谢途径，即代谢途径中的后面的反应可被较前面的一种代谢中间产物所促进。
8.酶活性的抑制：酶活性的抑制包括：竞争性抑制反馈抑制反馈抑制：指反应途径中某些中间产物或末端产物对该途径中前面反应的影响。
凡是反映加速的称为正反馈；凡是反应减速的称为负反馈。
末端产物的反馈抑制普遍存在于合成途径中。
9.反馈抑制的类型●直线式代谢途径中的反馈抑制●分支代谢途径中的反馈抑制：同功酶调节：在一个分支代谢途径中，如果在分支点以前的一个较早的反应是由几个同功酶所催化时，则分支代谢的几个最终产物往往分别对这几个同功酶发生抑制作用协同反馈抑制：指分支代谢途径中的几个末端产物同时过量时才能抑制共同途径中的第一个酶的一种反馈调节方式累积反馈抑制：催化分支合成途径第一步反应的酶有几种末端产物抑制物，但每一种如过量，按一定百分率单独抑制共同途径中的第一个酶活性，总的抑制效果是累加的，各末端产物所起的抑制作用互不影响，只影响这个酶促反应的速率。
生物工程知识：生物催化——利用酶催化有机合成反应
生物工程知识：生物催化——利用酶催化有机合成反应生物催化是利用生物催化剂——酶，将生物体内能够进行的有机合成反应转移到化学合成领域中，以实现高效、环保、能耗低的有机合成方法。
酶作为生物催化剂，具有很高的选择性和效率。
它们是特异性催化剂，只催化特定的物质，同时催化反应的速率也非常快。
相比于传统的化学催化，酶催化具有更优越的性能，而且还可以在温和的反应条件下进行催化，从而避免了高温、高压等危险条件对反应产物的影响。
生物催化的发展历程很长，最早的应用可以追溯到19世纪后期。
随着现代生物技术和化学技术的不断发展，生物催化的应用范围越来越广，涵盖了从基础研究到工业化应用的各个方面。
目前，生物催化已广泛应用于医药、食品、化工、能源等众多领域，成为了一个非常重要的研究方向。
在医药领域，生物催化技术为基础毒物的抗体制备、新药分子的合成和药物代谢过程揭示等提供了可行的实现途径。
例如，人类胰岛素的工业化生产就是通过基于酶催化的合成方法实现的。
将重组人胰岛素前体融合到大肠杆菌中，表达并分泌出来胰岛素，在经过酶切之后将其串联，并采用酸和碱法进行脱保护即可得到重组人类胰岛素。
在化工领域，生物催化技术可以用于合成各种有机化合物，例如甘油三酯、脂肪酸甲酯等。
这些化合物广泛应用于食品工业、化妆品工业、植物油替代品工业等领域。
而又是，生物催化反应中产生的废弃物和中间物大多都是可再生的，这也是生物催化技术被广泛应用于化工行业的原因之一。
在能源领域，生物催化技术可以合成生物柴油、生物气体甲烷等。
这些生物能源资源可再生、环保，是解决能源问题的重要途径。
另外，生物催化技术还可以用于提取微生物油（Microbial Oil）。
相较于植物油，微生物油制备周期短、土地占用小、对环境影响小，在今后的生产实践中具有广阔的应用前景。
总之，生物催化技术具有高效、环保、能耗低的特点，凭借自己的优越性能已经成功地应用于多个领域，在生产实践中发挥了重要的作用。
生物工程设备复习问答
1-绪论1.什么是工业生物技术？工业生物技术是利用生化反应进行工业品的生产加工技术，是人类模拟生物体系实现自身发展需求的高级自然过程。
以生物催化剂为核心内容的工业生物技术是继医药生物技术、农业生物技术之后，国际生物技术发展的“第三次浪潮”。
2.生物工程设备的作用是什么？利用生物技术手段将原料转化为产品，包含了一系列的生物反应过程、化学反应过程和物理操作过程。
这些反应过程和操作过程具有不同的生产工艺条件，需要在不同的反应设备和操作设备中进行，按照不同的方式进行排列、组合构成不同的生物技术生产流程。
因此，随着生物技术的迅猛发展，离不开生物工程设备的研究、开发；生物工程设备的发展又可以极大地促进生物技术产品的开发和生产。
可以说，生物工程设备在现代生物技术产业中具有十分重要的地位，对生物技术的发展有巨大的促进和推动作用。
3.生物工程设备的发展趋势？①开发符合要求的新型材料；②改进反应器设计，使之在流体力学及几何学等方面更接近生理状态，并根据某种细胞的培养过程或细胞的某种培养方式，开发动植物细胞专用反应器；③将反应器培养技术、现代仪器分析手段和智能专家控制系统进行集成，实现植物组织大规模培养过程的在线优化控制和自动化；④开发出适合不同产物的分离提取且可提高分离提取效率的生物工程设备。
2-生物质原料筛选与分级设备1.机械粉碎的工作原理有哪几种形式？挤压、冲击、研磨、劈碎、剪切2.为何要进行原料预处理？原料预处理的方法有哪些？①杂质会造成机械磨损。
在粉碎过程中使粉碎机的筛板磨损，运转部位磨损毁坏。
②影响反应过程和生产过程。
例如，影响产物的分离，损坏生产设备；蒸馏过程中在蒸馏塔中沉积，阻塞溢流管路。
方法主要包括：分级、除杂、粉碎、清洗。
3.原料粉碎的目的和常用的设备有哪些？在生产中，为了使原料顺利溶解、混合，加速后续的生物反应和化学反应的速度，对于使用固体的生物质原料，需要将其破碎、研磨，使大块物料破碎成小块或粉末物料。
生物反应工程复习题答案
生物反应工程复习题答案1. 什么是生物反应器？请简述其基本组成。
答：生物反应器是一种用于生物过程的设备，它提供了适宜的环境，使生物催化剂（如细胞、酶等）能在其中进行生物转化反应。
其基本组成包括反应容器、搅拌器、温度控制系统、pH控制系统、气体交换系统和监测系统。
2. 描述微生物培养过程中的两种主要生长阶段，并解释它们的特点。
答：微生物培养过程中的两种主要生长阶段是滞后阶段和指数生长阶段。
滞后阶段是指微生物接种到培养基后，由于需要适应新环境和合成生长所需的酶，生长速率较慢。
指数生长阶段是指微生物适应环境后，以恒定的速率快速繁殖，细胞数量呈指数增长。
3. 简述酶催化反应的特点。
答：酶催化反应具有高度的专一性，即一种酶只能催化特定的底物反应；酶催化反应具有高效性，酶的催化效率远高于非生物催化剂；酶催化反应具有温和的反应条件，通常在常温、常压和中性pH下进行；酶催化反应具有可逆性，酶可以反复使用，直到失活。
4. 什么是发酵过程？请列举发酵过程中常用的几种微生物。
答：发酵过程是指利用微生物的代谢活动，将原料转化为有用产物的过程。
常用的微生物包括酵母菌、乳酸菌、醋酸菌和霉菌等。
5. 描述细胞培养中常用的两种培养基，并说明它们的用途。
答：细胞培养中常用的两种培养基是基础培养基和完全培养基。
基础培养基提供了细胞生长所需的基本营养成分，如氨基酸、维生素和无机盐等。
完全培养基则在基础培养基的基础上添加了血清、生长因子等成分，以促进细胞的增殖和分化。
6. 什么是生物反应工程中的搅拌？它在生物反应器中起什么作用？答：搅拌是生物反应工程中的一种操作，通过机械搅拌器在反应器内产生流体的循环流动。
搅拌的作用包括促进气体交换、提高传热效率、防止细胞沉淀和提高反应器的混合均匀性。
7. 简述生物反应器中温度控制的重要性。
答：温度控制对于生物反应器中的生物过程至关重要，因为生物催化剂（如酶和细胞）的活性和稳定性受温度影响。
适宜的温度可以提高反应速率和产物产量，而不适宜的温度可能导致生物催化剂失活或产生副产物。
华东理工大学生物催化工程考试资料
非水相典型的生物催化反应系统：系统构成三要素：反应物、催化剂和反应介质酶可以在含有各种有机溶剂和微量水分的非水介质系统中发挥催化作用，并且所表现出的催化性能(如活力、选择性、稳定性)与在常规水溶液介质中的性能截然不同，从而极大地扩展了生物催化剂的应用范围。
当酶的催化性能不理想时, 如何改造？构象工程酶在溶液中的空间构象是柔性可变的：环境、结构、功能！通过改变反应环境(溶液性质)即有可能调节酶的空间构象, 优化强化酶的催化性能。
非水相生物催化的优点(1) 能提高非极性（水难溶）底物的溶解度；(2) 使热力学平衡向有利于合成的方向偏移；(3) 改变酶对底物的专一性, 包括位置和立体专一性；(4)能抑制依赖于水的某些不利反应(如酸酐和卤化物的水解，酚/醌的聚合等)；(5) 由于酶不溶于有机溶剂而无须固定化，或简单吸附于无孔表面(如玻璃珠)即可；(6) 可通过过滤或离心等简单方法回收酶，反复利用；(7) 从低沸点溶剂中可以较容易地分离产物；(8) 酶的稳定性提高；(9) 消除了微生物的污染；(10) 酶可能被直接应用于化工过程。
典型的非水相生物催化介质系统除纯水之外的各种反应介质及无溶剂系统Non-aqueous media 100%有机溶剂1..水或缓冲溶液系统；2. 水-有机溶剂单相系统3. 水-有机溶剂两相系统;4. 乳状液或微乳液系统5. 微水有机溶剂单相系统;6.超临界流体系统7. 离子液体介质系统8. 双水相系统;9. 浊点系统;10.无溶剂反应系统1. 单一的水或缓冲溶液系统由于酶的构象与其离子化状态密切相关，因此酶的体外实验研究通常在一定浓度的缓冲溶液体系中进行，这样可保证酶在最佳pH附近发挥最大的活力。
缓冲溶液的种类很多，在酶催化中使用最多的可能是磷酸盐和Tris-HCl，因为大多数酶的最佳pH在中性范围内(pH5~9)，但也有例外的情况。
例如，我们发现假丝酵母脂肪酶在催化酮基布洛芬氯乙酯水解时，最大活力在pH4.0附近。
生物反应工程期末总结
生物反应工程期末总结一、引言生物反应工程是化学工程学科中的一个重要分支，也是联合应用多种学科知识的一门交叉学科。
它研究的对象是利用微生物、酶和细胞等生物催化剂来进行各种生化反应的工程化过程。
该课程的学习使我对生物反应工程有了更深入的理解，并具备了一定的实践能力。
在期末考试前夕，我对该课程所学内容进行了总结。
二、我所学到的知识1. 基础概念的掌握在本学期的学习过程中，我通过系统的学习，对生物反应工程相关的基础概念有了更深入的了解。
我明白了生物反应工程是利用微生物、酶和细胞等生物催化剂进行生化反应的工程过程，并了解了其在生产中的重要性。
同时，我还学习了一些关键的概念，如酶动力学、微生物培养基、生物催化剂的选择等等。
这些基础概念的掌握为我进一步的学习和实践奠定了坚实的基础。
2. 生物反应工程的设计与控制在生物反应工程课程的学习过程中，我了解了生物反应工程的设计与控制的基本原理和方法。
我明白了在生产过程中，如何设计合适的反应器并控制反应条件，以提高生产效率和产率。
同时，我还学习了一些典型的生物反应工程的应用案例，并在实验室中进行了模拟实验，进一步巩固了所学的知识。
3. 工艺参数的优化在生物反应工程的实践中，我了解了工艺参数的优化方法。
通过调整反应温度、反应时间、底物浓度等参数，可以提高反应产率和选择性。
当然，优化的方法并不是一成不变的，根据具体情况需要不断调整和改进。
通过实践，我对工艺参数的优化有了更深入的理解，并掌握了一些常用的优化方法。
4. 生物反应工程的应用前景在现代工业中，生物反应工程有着广阔的应用前景。
通过生物催化剂进行的生化反应，能够高效地产生所需的产品，同时也具有环境友好、能源节约的特点。
因此，在制药、食品、化工等领域都有着广泛的应用。
掌握了生物反应工程相关的知识，不仅是对一门学科的学习，也是为未来的人才培养和工业发展服务的。
三、我在实验中的收获与体会在生物反应工程课程的实验中，我学到了很多实践的技能和理论知识。
(完整版)生物催化完整题库
名词解释及问答总体1.生物催化利用生物催化剂（微生物、酶等）改变或通常是加快化学反应速度，获得生物产品的过程。
典型的生物催化反应系统:系统构成三要素：反应物、催化剂和反应介质2。
双水相萃取系统某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例,即形成双水相系统。
利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质,待分离组分在两相中分配系数有所差异可达到分离的目的。
3.浊点系统当一种非离子表面活性剂的水相胶束溶液温度达到其浊点以上，或者在存在某些添加剂的情况下，会导致相分离，形成一个表面活性剂稀少相（水包油乳液）和一个表面活性剂富集相(油包水乳液），后者又称凝聚相，其中包含许多大的水泡，可容纳细胞或溶解的酶分子。
这样的系统被称为浊点系统，它曾被用于分离技术中，即浊点萃取。
4.离子液体离子液体实质上是一些凝固点较低的盐。
离子液体作为一类极性溶剂，能溶解许多有机化合物.➢与普通有机溶剂最大的区别在于：①离子液体不会挥发（没有蒸气压)，对环境比较友好，用于工业生产也相对比较安全；②它们与许多有机溶剂互不相溶，可以形成有机溶剂—离子液体两相系统或者有机溶剂-水—离子液体三相系统，从而为溶剂工程在生物催化反应中的应用提供了新的可能。
➢一般而言，离子液体通常有三种方式被应用于生物催化过程:①作为单一的溶剂;②作为共溶剂添加于水相系统中;③与水形成两相系统。
5.逆胶束系统逆胶束系统是含有表面活性剂与少量水的有机溶剂系统.表面活性剂分子由疏水性尾部和亲水性头部两部分组成，在含水有机溶剂中，它们的疏水性基团与有机溶剂接触，而亲水性头部形成极性内核,从而组成许多个逆胶束，水分子聚集在逆胶束内核中形成“微水池”，里面容纳了酶分子，这样酶被限制在含水的微环境中，而底物和产物可以自由进出胶束.6.logP规则log P是衡量物质疏水性强弱的一个特征参数,log P值越大，溶剂的疏水性越强，其夺取酶分子必需水的能力越弱。
生物催化复习题答案版共16页文档
《生物催化》复习题一、基本概念、技能题1、合成培养基原料（包括微量元素）其化学成分明确、稳定的培养基。
适合于研究菌种基本代谢和过程的物质变化规律；培养基营养单一，价格较高，不适合用于大规模工业生产。
2、鉴别培养基根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，借助指示剂的显色反应，以鉴别不同种类的微生物。
3、斜面培养基作用这是供微生物细胞生长繁殖用的，包括细菌，酵母等的斜面培养基以及霉菌、放线菌生孢子培养基或麸曲培养基等。
这类培养基主要作用是供给细胞生长繁殖所需的各类营养物质。
4、种子培养基特点●必须有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因子。
●种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高。
●种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近。
5、氮源使用的一些相关问题●有机氮源和无机氮源应当混合使用●早期：容易利用易同化的氮源——无机氮源●中期：菌体的代谢酶系已形成、则利用蛋白质●有些产物会受氮源的诱导和阻遏●例如蛋白酶的生产●有机氮源选取时也要考虑微生物的同化能力●开发效果好、有针对性的有机氮源仍然是令人感兴趣的课题6、pH的具体控制方法⏹1. 可以在微生物培养过程中加入酸或碱或流加某些营养物质第 1 页调节培养基的pH，但更应在配制培养基时考虑所用营养物质的组成成分，使其pH值适合该微生物生长或合成代谢产物的需要。
⏹2. 还要注意有些营养物质被利用后培养基的pH变化情况.⏹3. 控制pH最常用的方法是在培养基中添加具有一定缓冲能力的物质作为营养物，如以磷酸盐作为磷的成分；或者避免使用容易产生生理酸性或碱性使培养基pH波动太大的物质。
7、金属离子的影响⏹有些种类的发酵生产对金属离子相当敏感，因为有些金属离子是中间代谢酶的抑制剂或激活剂。
⏹因此对于有重大影响的金属离子必须严格控制。
如柠檬酸发酵中铁、锰和锌离子都能明显影响产量，钙离子对细菌淀粉酶的生产有促进作用，而钴离子对葡萄糖异构酶的发酵是必需的，这些在培养基配制时都必须予以注意。
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什么是生物催化？
生物催化是指利用酶或有机体（细胞、细胞器等）作为催化剂实现化学转化的过程，又称生物转化。
生物催化系统主要由底物/产物、反应介质、生物催化剂三个基本的要素构成。
生物催化的优点：催化效率高、专一性强、反应条件温和、对环境友好。
缺点：生物催化剂在反应介质中往往不稳定、可用于工业化应用的生物催化剂太少、开发周期长
什么是生物催化剂？
生物催化剂是生物反应过程中起催化作用的游离细胞、游离酶、固定化细胞或固定化酶的总称。
产酶微生物的基本要求
常规生物催化剂发现发现的一般过程包括以下几个步骤：
设计反应的过程，选择合适的酶或产酶微生物，建立方便、有效的分析方法。
一般产酶微生物的筛选原则包括：
①能够通过发酵在相对较短的时间内高产目标酶；②微生物应该尽可能地利用便宜和方便的原料生产酶；③微生物所产生的酶最好有比较高的专一性，没有或很少有产生副产物的杂酶；④所用微生物应该是不产生有害物质的非致病性的安全微生物；⑤微生物的遗传稳定性应该较高，这样才能重复稳定地获取微生物酶。
从自然界分离与筛选产酶微生物菌种一般按采样、富集、分离和初复筛等几个步骤进行。
什么是酶分子修饰
通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的某些特性和功能的技术过程称为酶分子修饰。
酶分子修饰的方法
大分子物质结合修饰（共价和非共价）；主链修饰（肽链有限水解修饰）；侧链基团化学修饰；金属离子置换修饰；氨基酸替换修饰；定点突变
酶分子修饰的原理
•1、（如何提高酶的稳定性）修饰剂分子存在多个反应基团，可与酶形成多点交联。
使酶的天然构象产生“刚性”结构。
从而增强酶天然构象的稳定性与耐热性。
大分子修饰剂本身是多聚电荷体，能在酶分子表面形成“缓冲外壳”，抵御外界环境的极性变化，维持酶活性部位微环境相对稳定。
•2、（如何保护酶的活性部位）大分子修饰剂与酶结合后，产生的空间障碍或静电斥力阻挡抑制剂，“遮盖”了酶的活性部位。
从而保护酶活性部位并起到低抗抑制剂和抗蛋白水解酶的作用。
•3、（如何维持酶的结构完整）酶分子上许多敏感基团交联上修饰剂后，减少了受蛋白水解酶破坏的可能性。
•4、（如何消除抗原性）酶蛋白氨基酸组成的抗原决定簇，与修饰剂形成了共价键。
破坏了抗原决定簇—抗原性降低乃至消除，“遮盖”了抗原决定簇—阻碍抗原、抗体结合。
消除酶的抗原性，使酶稳定。
什么叫酶的发酵生产？
利用微生物的扩大培养获得所需酶的技术过程称为酶的发酵生产。
对产酶菌种的要求（归纳）：
①生长速度快，产酶量高；②培养基简单；③遗传稳定；④易于分离纯化；⑤安全性高。
产酶菌种的保藏
⑴低温保藏：①矿油法；②干硅胶法；③索氏法
⑵干燥保藏：①冷冻干燥；②砂土管法
什么是菌种的退化
一般把菌株的生活力、产孢子能力的衰退和产物的下降统称为退化
什么是复壮
所谓菌种的复壮即菌种退化后，通过纯种分离和性能测定，从退化的群体中找出尚未退化的个体，以达到恢复该菌种原有性状的一种措施。
什么是细胞的活化
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，这个过程称为细胞活化。
发酵产酶的模式：
①同步合成型②延续合成型③中期合成型④滞后合成型。
最理想的合成模式是延续合成型。
酶分离纯化的依据：
①酶和杂蛋白解离或溶解度性质的差异；②酶和杂蛋白在两相中的分配性质差异；③分子大小和形状的差异；④电荷性质的差异；⑤稳定性的差异；⑥酶和底物、辅助物质以及抑制剂间具有相互亲和作用的特点。
酶和细胞固定化的方法：①吸附法②共价偶联法③交联法④包埋法
固定化酶与游离酶相比的优点：
①极易将固定化酶与底物、产物分离；②可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应，有利于较大规模的酶应用；③在大多数情况下可以提高酶的稳定性；④酶反应过程能够加以严格控制；⑤产物溶液中没有酶的残留，简化了产物的提纯工艺；⑥较游离酶更适合于多酶反应，有利于多酶系统的利用，提高酶反应效率；⑦可以增加产物的收率，提高产物的质量；⑧酶的利用率比可溶性酶强若干倍，酶的使用效率提高，成本降低。
缺点：
①固定化时，酶活力有损失；②增加了生产的成本，使工厂的初始投资大；③只能用于可溶性底物，而且较适用于小分子底物，对大分子底物不适宜；④与完整菌体相比不适宜于多酶反应，特别是需要辅助因子的反应；⑤胞内酶必须经过酶的分离手续。
典型的生物催化介质系统：
1..水或缓冲溶液系统；
2. 水-有机溶剂系统
3. 水-有机溶剂两相系统;
4. 乳状液或微乳液系统
5. 微水有机溶剂单相系统;
6.超临界流体系统
7. 离子液体介质系统
8. 无溶剂反应系统
水和酶催化的关系
维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量称为必需水。
酶分子只有在空间构象完整的状态下，才具有催化功能。
在无水条件下，酶的空间构象被破坏，酶将变性失活。
必需水是酶在非水介质中进行催化反应所必需的，它会直接影响酶的催化活性和选择性。
一方面，水分子直接或间接地通过氢键疏水键及范德华力等非共价键相互作用来维持酶的催化活性所必需的构象。
另一方面，水是导致酶的热失活的重要因素，有水存在时随着温度的升高酶分子会发生变化而失活。
水使酶具有一定的柔性—生物大分子局部区域具有一定的可运动性。
酶蛋白的“刚柔并济”：
（1）酶活性部位的柔性是酶充分表现其活性所必需的；（2）对于局部柔性部位的维持必须有刚性部分来支撑；
（3）酶分子既要保持相对稳定的整体结构，又要有相对柔性的微环境状态。
这样刚柔相济的独特酶分子结构，是酶的催化作用保持高效性和可调性的结构基础。
优良的生物反应器应具备以下特点：
①严密的结构；②良好的液体混合性能；③高效的传质、传热性能；④配套而又可靠的检测和控制仪表。
生物反应器设计的主要内容：
⑴反应器选型；⑵设计反应器的结构，确定各种结构参数；⑶确定工艺参数及其控制方式
反应器选择的原则：
1、酶的应用形式（游离/固定化）；
2、固定化酶的形状；
3、底物的物理性质；
4、酶反应动力学性质；
5、酶的稳定性；
6、操作要求；
7、反应器制造控制成本。
生物催化产品分离工程的基本内容：
⑴细胞及不溶物质的去除
⑵产物的提取或称初步纯化
⑶产物的精制或称高度纯化
⑷成品加工。