生物催化技术复习 最终版

?酶反应器主要包括哪些种类?

?Fed-batch：

流加分批式发酵

底物与酶一次性投入反应器内，产物一次性取出；反应完成之后，固定化酶（细胞）用过滤法或超滤法回收，再转入下一批反应。

?微生物发酵生产酶所用培养基中有机氮源包括:

玉米浆 \蛋白胨\酵母粉等.

?酶的提取方法：

?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。

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。

图1在培养过程中，细胞生长速率与细胞浓度成正比

图2假设培养基中只有一种限制性基质，而不存在其他生长限制因素时，μ为这种限制性基质浓度的函数。KS 为莫诺德常数，是指比生长速率达到最大比生长速率一半时的限制性基质浓度。

?酶提取过程中细胞破碎方法包括：

酶法\物理\化学破碎

?无载体固定化酶的方法有：

交联酶聚体 \交联酶晶体等

?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 ?

空气搅拌器

?超临界流体萃取

超临界萃取又称为超临界流体萃取，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。

?酶非水相催化中有机介质反应体系包括：

水与有机溶剂的均一体系、水与不溶有机溶剂的非均一体系、微水体系\反胶束体系\正胶束体系微水体系\反胶束体系\正胶束体系等

?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：

氧化还原酶、转移酶、水解酶、异构酶、裂合酶、连接酶

?酶的专一性包括：

绝对专一、相对专一性

?固定化酶

通过物理或化学手段将酶束缚于水不溶载体上，或将酶束缚在一个有限的空间限制酶分子的自由流动，但能使酶充分发挥催化作用；过去曾称其为水不溶酶或固相酶。

?酶分子修饰

通过各种方法使酶分子的结构发生某些改变，从而改变某些特性和功能的技术。

?抗体酶

抗体酶又称催化抗体（catalytic antibody），是抗体的高度选择性和酶的高效催化能力巧妙结合的产物，本质上是一类具有催化活力的免疫球蛋白，在其可变区赋予了酶的属性。

?酶的辅因子包括

辅酶：

与酶蛋白结合得比较松的小分子有机物。

辅基：

与膜蛋白结合得紧密的小分子有机物。

金属激活剂：

金属离子作为辅助因子。

?酶的可逆性抑制剂分为

竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种

?影响酶活性的主要因素有

PH、温度、抑制剂、激活剂、底物浓度

?酶的生产方法包括

提取分离、化学合成、生物合成

?固定化酶的方法包括

包埋法、共价键结合法、吸附法、交联法

?酶活力单位

在特定条件下，每一分钟催化一微摩尔底物转化为产物的酶量

?优良的产酶微生物具备的条件

酶产量高、产酶稳定性好、容易培养和管理、利于酶的分离和纯化、安全可靠无毒性。

?酶非水相催化的特点

（1）增加非极性基质的溶解度；

（2）使某些原本在水相不能进行的反应顺利进行，如肽的合成、酯的合成等；（3）可减少在水相容易发生的副反应，如酸酐的水解、卤化物的水解等；（4）容易分离回收；

（5）无微生物污染。

?固定化细胞的特点

①固定化微生物细胞保持了细胞的完整结构和天然状态，稳定性好。

②固定化微生物细胞保持了细胞内原有的酶系、辅酶体系和代谢调控体系，可

以按照原来的代谢途径进行新陈代谢，并进行有效的代谢调节控制。

③发酵稳定性好，可以反复使用或者连续使用较长的一段时间。

④固定化微生物细胞密度提高，可以提高产率。

⑤提高工程菌的质粒稳定性。

?酶分子修饰的原理及其修饰方法

原理

1、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。

2、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。

4、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。

5、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。

方法：

表面化学修饰:

大分子修饰、小分子修饰、交联修饰、固定化修饰

酶分子内部修饰：

蛋白主链修饰、氨基酸置换修饰、金属离子置换修饰

?固定化酶的基本方法及其优缺点

吸附法(物理吸附法:

酶活力损失少，但酶和载体的结合不稳定，容易脱落。

离子吸附法:

吸附法较为牢固，所以应用比较广泛。

包埋法：

包埋法优点在于它是一种反应条件温和、很少改变酶结构但是又较牢固的固定化方法。包埋法的缺点是只有小分子底物和产物可以通过高聚物网架扩散，对那些底物和产物是大分子的酶并不适合。这是由于高聚物网架会对大分子物质产生扩散阻力导致固定化酶动力学行为改变，使活力降低。

共价结合（偶联）法

（1）共价偶联法的优点：得到的固定化酶结合牢固、稳定性好、利于连续使用。（2）共价偶联法的缺点：载体活化的操作复杂，反应条件激烈，需要严格控制条件才可以获得较高活力的固定化酶。同时共价结合会影响到酶的空间构象，从而对酶的催化活性产生影响。

酶直接交联法：

操作简单，但是缺乏选择性，活力回收往往不高。

?非水相催化的定义、种类及在有机介质中催化的优点

定义:酶在非水介质中进行的催化作用

种类:有机介质、气相介质、超临界流体介质、离子液介质

优点:

1.增加非极性基质的溶解度

2.使某些原本在水相不能进行的反应顺利进行

3.可减少在水相容易发生的副反应

4.容易分离回收

5.无微生物污染

?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.

同步合成型：

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

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；

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，酶的生物合成也随着停止；

滞后合成型：

此类型酶是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。属于滞后合成型的酶，之所以要在细胞生长一段时间甚至进入平衡期以后才开始合成，主要原因是由于受到培养基中存在的阻遏物的阻遏作用。只有随着细胞的生长，阻遏物几乎被细胞用完而使阻遏解除后，酶才开始大量合成。

?固定化细胞与固定化酶的区别

?酶的命名方法包括

系统名：包括所有底物的名称和反应类型。

惯用名：只取一个较重要的底物名称和反应类型。

?酶与底物的结合模型可以分为

锁钥关系和诱导锲合学说

?酶非水相催化的种类包括

有机介质、气相介质、超临界流体介质、离子液介质

?分子修饰的方法包括

表面化学修饰:

大分子修饰、小分子修饰、交联修饰、固定化修饰

酶分子内部修饰：

蛋白主链修饰、氨基酸置换修饰、金属离子置换修饰

?酶的发酵生产方法包括

固体培养发酵、液体深层发酵、固定化微生物细胞发酵、固定化微生物原生质体发酵

?常用产酶微生物包括

细菌：

大肠杆菌、醋酸杆菌、枯草芽孢杆菌

放线菌：

链霉菌属、诺卡氏菌属

霉菌：

黑曲霉、米曲霉、红曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉等

?培养基的5大要素包括

碳源、氮源、无机盐、生长因子、水

?实验室常用的微生物培养基

细菌：牛肉膏蛋白胨培养基（或简称普通肉汤培养基）；

放线菌：高氏1号合成培养基培养；

酵母菌：麦芽汁培养基；

霉菌：查氏合成培养基

?极端酶的定义及其制备方法

定义:

具有超常的生物学稳定性,能够在极端温度,pH,压力和离子强度下表现出生物学活性的,由极端微生物生产的酶类

制备方法:

(1). 天然极端酶的筛选和生产

从极端环境中筛选出能产极端酶的微生物,并模拟极端环境进行生产.

存在的问题:

极端微生物生长缓慢,产酶量低,且模拟极端环境成本高,难度大. (2). 蛋白质工程

利用基因工程技术将其极端酶基因克隆到普通宿主菌中,这样就可以在温和条件下生产极端酶了.

存在的问题:

极端酶只有在极端环境中才能表现出高活性,但工程菌的生存环境与极端菌明显不同,因此,表达后的酶蛋白是否能形成活性构象是关键问题.

?酶反应器的种类及如何选择合适的酶反应器

1、根据适用的反应条件选择酶反应器。

游离酶催化反应最常用的反应器是拌罐式反应器。

对于有气体参与的酶催化反应，通常采用鼓泡式反应器。

对于某些价格较高的酶，由于游离酶与反应产物混在一起，为了使酶能够回收，可以采用游离酶膜反应器。

对于某些耐高温的酶，如高温淀粉酶等，可以采用喷射式反应器，进行连续式的高温短时反应。

2、根据酶反应动力学性质选择反应器：

(1)必须保证酶分子与底物分子能够有效碰撞，为此，必须使酶与底物在反应系统中混合均匀。

搅拌罐式反应器、流化床式反应器均具有较好的混合效果。填充床式反应器的混合效果较差。在使用膜反应器时，也可以采用辅助搅拌或者其他方法，以提高混合效果，防止浓差极化。

(2)底物浓度的高低对酶反应速度有显著影响。

具有高浓度底物抑制作用的酶，如果采用分批搅拌罐式反应器，可以采取流加分批反应的方式进行反应。

对于具有高浓度底物抑制作用的游离酶，可以采用游离酶膜反应器进行催化反应；

对于具有高浓度底物抑制作用的固定化酶，可以采用连续搅拌罐式反应器、填充床式反应器、流化床式反应器、膜反应器等进行连续催化反应。

(3)有些酶催化反应，其反应产物对酶有反馈抑制作用。

对于具有产物反馈抑制作用的固定化酶，也可以采用填充床式反应器。

(4)某些酶可以耐受100℃以上的高温，最好选用喷射式反应器。

3、根据底物或产物的理化性质选择反应器：

(1)反应底物或产物的分子质量较大时，由于底物或产物难于透过超滤膜的膜孔，所以一般不采用膜反应器。

(2)反应底物或者产物的溶解度较低、粘度较高时，应当选择搅拌罐式反应器或者流化床式反应器，而不采用填充床式反应器和膜反应器，以免造成阻塞现象。

(3)、反应底物为气体时，通常选择鼓泡式反应器。

(4)、有些需要小分子物质作为辅酶（辅酶可以看作是一种底物）的酶催化反应，通常不采用膜反应器，以免辅酶的流失而影响催化反应的进行。

?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.

?盐析：

是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，通过添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从溶液中析出沉淀.

?生物催化：

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。

?极端酶：

具有超常的生物学稳定性,能够在极端温度,pH,压力和离子强度下表现出生物学活性的,由极端微生物生产的酶类。

?酶的定向进化:

人为地创造特殊的进化条件，模拟自然进化机制，在体外对基因进行随机突变，从一个或多个已经存在的亲本酶出发，经过基因的突变和重组，构建一个人工突变酶库，通过一定的筛选或选择方法最终获得预先期望的具有某些特性的进化酶。

?产酶动力学:

研究细胞产酶速率以及各种环境因素对产酶速率的影响规律。

?酶的非水相催化:

在非水介质中进行的催化作用称为酶的非水相催化。

?吸附层析中洗脱剂的选择要注意的问题包括:

洗脱剂不会与吸附剂起化学反应，也不会使吸附剂溶解。洗脱剂对混合液中的各组分的溶解度大，粘度小，流动性好，与被洗脱的组分分离。洗脱剂要求一定的纯度，以免杂质对分离带来不利影响。

?Enzyme：

酶是生物体内进行新陈代谢不可缺少的受多种因素调节控制的具有催化能力的生物催化剂。

?活性部位:

酶分子中直接与底物结合，并和酶催化作用直接有关的部位。

?模拟酶:

根据酶的作用原理来模拟酶的活性中心和催化机制，用化学方法制成的高效、高选择性、结构较简单、稳定性较高的新型催化剂

?酶的半衰期：

指在连续测定条件下，酶的活力下降为最初活力一半所经历的连续工作时间，以t1/2表示。