酶工程教材课后习题详解

简述酶活力单位的概念和酶活力的测定方法？
概念：在最适条件（温度25℃）下，每分钟内催化1微摩尔（μmol）底物转化为产物所需的酶量为1个酶活力单位，即IU=1μmol /min。

测定方法：化学测定法、光学测定法、气体测定法
1.如何控制微生物发酵产酶的工艺条件？
发酵过程中，为了能对生产过程进行必要的控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量。

参数中，对发酵过程影响较大的有温度、ＰＨ、溶解氧浓度等。

(1)温度:温度对发酵的影响是多方面的，主要表现在对细胞生长、产物形成、发酵液的物理性质和生物
合成方面。

例如：枯草杆菌的最适温度为34--37℃，黑曲霉的最适温度为28--32℃
(2)pH:发酵过程中pH的变化取决于所用的菌种、培养基的成分和培养条件。

微生物生长和生物合成都
有其最适和能够耐受的pH范围，大多数微生物生长的最适pH6.3-7.5，霉菌和酵母生长的最适
pH4-6，放线菌生长的最适pH7-8。

(3)溶解氧浓度:对于好氧发酵，溶解氧浓度是最重要的参数之一。

好氧性微生物深层培养时，需要适量
的溶解氧以维持其呼吸代谢和某些产物的合成，氧的不足会造成代谢异常，产量降低。

2.提高酶产量的措施主要有哪些？50页
选育优良的产酶细胞、添加诱导物、控制阻遏物浓度、添加表面活性剂等
3.酶的生物合成有哪几种模式？
根据酶的合成与细胞生长之间的关系，可将酶的生物合成分为3种模式，即：
生长偶联型——（同步合成型、中期合成型）部分生长偶联型——延续合成型
非生长偶联型——滞后合成型
1.简述细胞破碎的主要方法和特点？
机械破碎法：通过机械运动产生剪切力使组织细胞破碎.a捣碎法：常用于动物内脏、植物叶芽、细菌的细胞b研磨法：常用于微生物和植物细胞c匀浆法：常用于易于分散、比较柔软、颗粒细小的组织细胞物理破碎法：通过各种物理因素作用，使组织细胞的外层结构破坏，而使细胞破碎。

常用于微生物细胞的破碎.1.温度差破碎法;2.压力差破碎法（渗透压突变）;3. 超声波破碎法
化学破碎法：通过各种化学试剂对细胞膜的作用，而使细胞破碎.1.有机溶剂处理：破坏膜磷脂结构，常用丙酮、丁醇、氯仿等。

2.表面活性剂处理：常用非离子型表面活性剂。

酶促破碎法：通过细胞本身酶系或外加酶制剂的催化作用，使细胞外层结构受到破坏，而达到细胞破碎。

1.外加酶法：根据细胞壁的结构和组成特点，选用适当的酶。

2.自溶法:细胞结构在本身具有的各种
水解酶作用下发生溶解的现象。

2.试述酶提取的概念和主要方法？88页
把酶从生物组织或细胞中以溶解状态释放出来的过程，即将尽可能多的酶，尽量少的杂质从原料中引入溶液。

3.酶的沉淀分离的主要方法简述其原理与特点？91页
4.何谓双水相萃取和超临界萃取？各有何特点？
双水相萃取技术: 又称水溶液两相分配技术.两种不相溶的亲水性高分子聚合物水溶液。

由于形成的两相均有很高的含水量（达70%〜90%），故称“双水相”系统。

优点：a.每一水相中均有很高的含水量，为酶等生物物质提供了一个良好的环境；
b. PEG、Dextran 和无机盐对酶等无毒害作用，不会引起变性。

超临界流体萃取: 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。

优点: 萃取率和反萃取率高;分离浓缩同时进行，溶剂可反复利用;解决胞内酶在非细胞环境中迅速失活问题;破壁功能，直接从完整细胞提取酶蛋白;成本低.
5.何谓膜分离技术？在酶的生产中有何应用？教材100页
6.简述凝胶层析、亲和层析、离子交换层析的原理和操作要点？
离子交换层析原理：依据流动相中的组分离子与交换剂上的平衡离子进行可逆交换时的结合力大小的差别而进行分离的一种层析方法。

操作a上样：上样体积不十分严格。

b洗脱:增加溶液的离子强度c梯度洗脱法:改变溶液的pH d再生：用0.5mol/LNaOH和0.5mol/L NaCl混合溶液或0.5mol/L HCl处理。

凝胶层析原理：利用某些凝胶对于不同分子大小的组分阻滞作用的不同。

大分子物质不能进入凝胶孔内，在凝胶颗粒之间的空隙向下移动，并最先被洗脱出来；小分子物质可自由出入凝胶孔，流程长而后流出层析柱。

操作：a凝胶的选择和处理,根据相对分子质量范围选择相应型号的凝胶介质。

将干胶悬浮于5-10倍的蒸馏水中，充分溶胀，抽气，装柱。

b柱的选择:采用L/D比值高的柱子，可提高分辨率，但
影响流速。

c加样:体积不能过多，不超过凝胶床体积的5％，脱盐时可在10％左右。

d洗脱:洗
脱液与平衡时用的buffer一致。

洗速不可过快，保持恒速。

e胶的保存:洗脱完毕后，凝胶柱已恢
复到上柱前的状态，不必再生处理。

亲和层析原理:将具有亲和力的两个分子中一个固定在不容性质基质上.利用分子间亲和力的特异性和可逆性,对另一个分子进行分离纯化.
操作:1;装柱:不宜过大,亲和吸附剂装柱平衡教材114页
7.简述凝胶电泳的分类及其原理？
琼脂糖凝胶电泳：琼脂糖凝胶具有网络结构，物质分子通过时会受到阻力，大分子物质在涌动时受到的阻力大，因此在凝胶电泳中，带电颗粒的分离取决于净电荷的性质和数量和分子大小，提高了分辨能力。

但由于其孔径相当大，对大多数蛋白质来说其分子筛效应微不足道，现广泛应用于核酸的研究中。

聚丙烯酰胺凝胶电泳：聚丙烯酰胺凝胶为网状结构，具有分子筛效应。

它有两种形式：非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳及SDS-聚丙烯酰胺凝胶；非变性聚丙烯酰胺凝胶，在电泳的过程中，蛋白质能够保持完整状态，并依据蛋白质的分子量大小、蛋白质的形状及其所附带的电荷量而逐渐呈梯度分开。

8.简述酶结晶的主要方法和原理？
（1）盐析结晶法：在适当的温度和ＰＨ值等条件下，于接近饱和的酶液中缓慢增加某种中性盐的浓度，使酶的溶解度缓慢降低，达到稍微过饱和状态，而析出酶晶体的过程（２）有机溶剂结晶法：在接近饱和的酶液中缓慢增加某种有机溶剂，使酶的溶解度缓慢降低，而析出酶晶体的过程（３）透析平衡结晶法：将酶液装进透析袋，对一定浓度的盐溶液进行透析，使酶液逐步达到过饱和状态而析出结晶的过程。

前提：酶液要达到一定纯度（经过纯化）酶液要浓缩到一定浓度（４）等电点结晶法：通缓慢加入浓酶液的ＰＨ值、使之逐渐达到酶的等电点，而析出酶晶体的过程
1.酶分子修饰概念？有何作用？
定义：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的修饰。

作用：a.探索酶的结构与功能的关系b.提高酶的活性，增强酶的稳定性，降低或消除酶的抗原性,改变酶的动力学特性等，从而提高酶在医药和食品、轻工、化工、环保、能源等领域的应用价值。

2什么是金属离子置换修饰(136页),减速主要修饰过程和作用？
主要修饰过程：a.酶的分离纯化：首先将欲进行修饰的酶经过分离纯化，除去杂质，获得具有一定纯度的酶液。

b除去原有的金属离子。

经过纯化的酶液中加入一定量的金属螯合剂，如EDTA等，使酶分子中的金属离子与EDTA等形成螯合物。

然后通过透析、超滤、分子筛层析等方法，将EDTA-金属螯合物从酶液中除去。

c加入置换离子.上述已去离子的酶液中加入一定量的另一种金属离子，酶蛋白与新加入的金属离子结合，就可得到经过金属离子置换的酶。

作用：a.阐明金属离子对酶催化作用的影响b.提高酶活力c.增强酶的稳定性 d.改变酶的动力学特性3.何谓大分子结合修饰？有何作用？
定义：是目前应用最广的酶分子修饰方法。

采用水溶性大分子与酶的侧链集团供价结合,使酶分子的空间构象发生改变,从而改变酶的催化特性的方法.作用：（1）提高酶活力（2）增加酶的稳定性（3）降低抗原抗体反应
4.举例说明肽链有限水解修饰和核苷酸链剪切修饰(146\147页)
5.何谓氨基酸置换修饰和核苷酸置换修饰?各有何作用?(148\150页)
6定点突变技术的主要技术过程,以及在酶分子修饰中有何应用？(149页)
应用：新的酶分子结构的设计；突变基因碱基序列的确定；突变基因的获得；新酶的获得。

5.酶分子的物理修饰有何特点\ 作用？
定义：通过各种物理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。

作用：a了解在不同的物理条件下，特别是在高温、高压、高盐、低温、真空、失重、极端PH值、有毒环境等极端条件下，由于酶分子空间构象的改变而引起酶的特性和功能的变化情况。

b提高酶的催化活性，增强酶的稳定性或者是酶的催化动力学特性发生某些改变。

特点:不改变酶的组成单位及基团,酶分子中的共价键不发生改变.只是在物理因素的作用下,副键发生变化和重排,使酶分子的空间构象发生某些改变.
1.常用的固定化方法主要有哪些？160页 1.吸附法
2.包埋法
3.结合法
4.交联法
5.热处理法
2.何谓固定化酶？固定化酶与游离化酶有哪些改变？
固定化酶：固定在载体上，并在一定空间范围内进行催化反应的酶称为固定化酶。

改变有：稳定性：固相酶的稳定性比游离酶高，主要表现在：（1）热稳定性：固定化酶热稳定性较之天然酶提高。

（2）对蛋白酶水解作用稳定性：固相酶比天然酶有更强的抵抗蛋白酶水解作用的能
力。

（3）对变性试剂作用的稳定性：固相酶对各种蛋白变性剂的稳定性，一般都比天然酶强。

（4）保藏稳定性：固相酶比天然酶保存的时间更长。

最适温度：(1) 固相酶的最适温度一般比天
然酶高，个别会有所降低(2) 同种酶，采用不同的方法或不同载体固定化后，其最适温度可能不同最适pH：酶经固定化后，其作用的最适pH常会发生偏移影响固定化酶最适PH的因素主要有两个。

(1) 载体性质对最适pH影响：用带负电荷载体制备的固定化酶，最适pH比游离酶最适pH高。

用带
正电荷载体制备的固定化酶，最适pH比游离酶最适pH低。

用不带电荷载体制备的固定化酶，最
适pH一般不改变。

(2) 产物性质对最适pH影响；若酶催化反应产物为酸性时，固定化酶最适pH
比游离酶的最适pH要高。

若酶催化反应产物为碱性时，固定化酶最适pH比游离酶的最适PH要
低。

若酶催化反应产物为中性时，固定化酶最适pH不变。

底物特异性：固定化酶底物特异性与游离酶相比，有一定变化，一般为：作用于小分子底物的酶类经固定化后，专一性基本不变。

而既可作用大分子也可作用小分子底物的酶类经固定化后专一性会发生变化。

3.举例说明固定化酶在工业上的应用？166页(答案不全)
现已用于工业化生产的固定化酶主要有：(1) 氨基酰化酶：这是世界上第一种工业化生产的固定化酶。

降低生产成本(2) 葡萄糖异构酶：这是世界上生产规模最大的一种固定化酶。

常用于连续生产果葡糖浆(3) 天门冬氨酸酶：用于工业生产。

将延胡索酸转化生产Ｌ－天冬氨酸（4) 青霉素酰化酶：这是在医药工业上广泛应用的一种固定化酶。

用于制造各种生产半合成青霉素和头孢菌素
4.什么是固定化细胞？固定化细胞有何应用？
定义：固定在载体上，并在一定空间范围内进行生命活动的细胞，称为固定化细胞。

固定化细胞能进行正常的生长、繁殖和新陈代谢，故又称为固定化活细胞或固定化增殖细胞。

应用：1、利用固定化微生物细胞生产各种能够分泌到细胞外的产物：(1) 酒精酒类：(2) 氨基酸：(3) 有机酸：(4) 酶和辅酶(5) 抗生素(6）固定化微生物细胞还可以用于甾体转化及有机溶剂、维生素、化工产品等的生产。

2\固定化微生物细胞制造微生物传感器：分为呼吸活性测定型和电极活性测定性两种固定化植物细胞的应用。

（1）制造人工种子（2）用于生产各种色素、香精、药物、酶等次级代谢物。

3\固定化动物细胞的应用：主要应用于生产小儿麻痹症疫苗、狂犬病疫苗等
1.何谓酶的非水相催化？非水相中酶的特性和酶促反应的特点？
定义：酶在非水相介质中进行的催化反应称为酶的非水相催化。

特性：底物专一性、对映体选择性、区域选择性、键选择性、热稳定性、ＰＨ值特性非水相中酶促反应的特点：a.对酶的要求高b.底物的选择和浓度有控制c.有机溶剂的选择d.水含量的选择e.温度控制fＰＨ的控制
3.有机溶剂中如何调节酶的催化活性和选择性？主要控制的条件：a.酶的种类和浓度b.底物的种类和浓度c有机溶剂的种类d.水含量e.温度f.pH ；g.离子强度
1.酶定向进化概念和特点。

205页
2.突变基因定向选择的基本过程。

212页
1.酶反应器有哪些主要类型？226页
2.如何选择酶反应器？230页
a.酶的形式(游离/固定化.)
b.固定化酶的形状
c.底物的物理性质
d.酶反应动力学性质
e.酶的稳定性
f.操作
要求g.反应器制造、控制成本
3.酶反应器的设计主要包括哪些内容？233页
4.如何控制酶反应的操作条件236页
5.在酶反应器的应用过程中要注意哪些问题？238页
1.酶在医药领域的应用主要包括哪几个方面？举例说明？
用酶进行疾病的诊断：例如淀粉酶在胰脏疾病，肾脏疾病时升高；肝病时下降
用酶进行疾病的治疗：例如来源于人尿的尿激酶用于治疗心肌梗塞，结膜下出血，黄斑部出血
用酶制造各种药物：例如来源于微生物的青霉素酰化酶被用来制造半合成青霉素和头孢菌素
2.举例说明酶在环保、能源领域中的应用？
环境监测：eg利用胆碱酯酶检测有机磷农药污染
废水处理：过氧化物酶、多酚氧化酶、冶金工业产生的含酚废水，可采用固定化酚氧化酶进行处理可降解材料开发：eg利用脂肪酶的有机介质催化合成聚酯类物质，聚糖脂类物质。