生化工程期末考试复习题

一、名词解释（每小题3分，共30分）1.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。

2.胚胎干细胞（embryonic stem cell，ES细胞）也可被称为多能干细胞（pluripotent stem cell，PSC），是胚胎或原始生殖细胞经体外抑制分化培养后筛选出的具有发育全能性的细胞。

3膜分离技术：是用半透膜作为选择障碍层，允许某些组分透过而保留混合物中其它组分，从而达到分离目的的技术。

4.萃取：利用在两个互不相溶的液相中各种组分（包括目的产物）溶解度的不同，把物质从第一个液相中依靠更强大的溶解力抽提到第二个液相，从而达到分离的目的的过程。

5.酶传感器：是由固定化酶与能量转换器(电极、场效应管、离子选择场效应管等)密切结合而成的传感装置，是生物传感器的一种。

6反渗透：反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。

因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。

根据各种物料的不同渗透压，就可以使大于渗透压的反渗透法达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。

7 热源：（pyrogen）又称细菌内毒素，是细菌新陈代谢和细菌死后分解的产物，主要成分是脂多糖、脂蛋白等，相对分子质量较大。

8 酶电极（enzyme electrode）：是指电极敏感膜表面覆盖有一层很薄的含酶凝胶或悬浮液的离子选择电极。

9 连续灭菌：是指将配制好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌的过程。

10 流式细胞术（Flow CytoMeter，FCM）：是一种在功能水平上对单细胞或其他生物粒子进行定量分析和分选的检测手段，它可以高速分析上万个细胞，并能同时从一个细胞中测得多个参数，与传统的荧光镜检查相比，具有速度快、精度高、准确性好等优点，成为当代最先进的细胞定量分析技术。

11.蛋白质组学(proteomics)：是在蛋白质水平上定量、动态、整体性地研究生物体的过程，旨在阐明生物体全部蛋白质的表达模式及功能模式,其内容包括蛋白质的定性鉴定、定量检测、细胞内定位、相互作用研究等,最终揭示蛋白质功能,是基因组ＤＮＡ序列与基因功能之间的桥梁。

12.二维电泳：13.间歇灭菌：将配制好的培养基同时放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，通常也称为实罐灭菌。

过程包括：升温、保温和冷却等三个阶段。

14.透析：利用具有一定孔径大小、高分子溶质不能透过的亲水膜，将含有高分子溶质和其它小分子溶质的溶液；与水溶液，或缓冲液分隔；由于膜两侧的溶质浓度不同，在浓差的作用下，左侧高分子溶液中的小分子溶质（如无机盐）透向右侧，右侧的水透向左侧，这就是透析(课件上)。

*透析（dialysis）：通过小分子经过半透膜扩散到水（或缓冲液）的原理，将小分子与生物大分子分开的一种分离纯化技术（百度1）。

&透析（dialysis）：使体液内的成分（溶质或水分）通过半透膜排出体外的治疗方法。

常用于急性或慢性肾功能衰竭、药物或其他毒物在体内蓄积的情况。

常用的透析法有血液透析及腹膜透析（百度2）。

15.分子筛层析：又称为凝胶层析或凝胶过滤，是指利用有一定孔径范围的多孔凝胶作为固定相，对混合物中各组分按分子大小进行分离的层析技术。

16.巴氏灭菌法(pasteurization)：亦称低温消毒法，冷杀菌法，是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法,现在常常被广义地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法。

二、简答题（每小题6分，共30分）1．简述生化工程的发展？答：1857年法国科学家L.巴斯德首先证明由活的酵母发酵可以得到酒精（乙醇），其他不同发酵产物是由不同的微生物的作用引起的。

第一代生物化工产品从19世纪80年代起到20世纪30年代末为止，不少发酵产品，如乳酸、面包酵母、乙醇、甘油、丙酮、正丁醇、柠檬酸等相继投入生产。

这些都是属于第一代的生物化工产品。

这一时期的特点：工业生产是实验室规模的简单放大，人们着重于工艺的研究，而尚未形成严格的工程学科。

第二代的生物化工产品是在上世纪40年代随着抗生素工业的兴起而出现的。

第二次世界大战爆发时，急需一种高效治疗剂以控制战伤及其继发感染。

由英、美两国联合,加速对青霉素的研究和生产。

当时参加研究的除有生物、化学的科学家外，还有一批化学工程师。

这一时期主要的工作及进展1943年，出现了在具有通气搅拌装置的发酵罐中大量培养青霉素产生菌的方法，代替了原来用上万个瓶子进行表面培养的生产方法。

1944年，发现链霉素，并投于生产。

1946年，发现氯霉素等，并都相继顺利地投产。

化学工程师成功地解决了好气性微生物的大规模培养中的氧的供应、培养基和空气的灭菌以及产品提取中的关键技术和设备问题。

建立了发酵过程中的搅拌通气、培养基和空气灭菌等单元操作，为生物化学工程的建立奠定了初步的理论基础。

1947年 7月美国麦克公司被授予“生物化学工程的专题研究”的麦格劳－希尔化学工程成就奖。

生物化学工程由此得名并沿用至今。

第三代的生物化工产品1974年以后，生物学出现了以重组DNA技术和细胞融合技术为代表的一系列新的成就，从而出现了第三代的生物化工产品。

用DNA重组体菌种生产的胰岛素、干扰素、疫苗以及用杂交瘤技术生产的单克隆抗体等。

第三代生物化工产品的生产过程具有许多新的特点：DNA重组菌体的易于退化大量细胞需要培养等促进生物化学工程开拓新的生物反应器以及新的单元操作。

极大丰富了原始的化学工程的内容。

2．有一发酵罐内装40m3培养基，在121温度下进行实罐灭菌。

原污染程度为每1m 有2*105个耐热细菌芽孢，121度时灭菌速度常数为1.8min-1。

求灭菌失败机率为0.001时所需要的灭菌时间。

答：N0=40× 106× 2× 105=8× 1012（个） Nt=0.001（个） K= 1.8min-13.固定化酶的优点 ？ 答：经固定化后的生物催化剂既具有酶的催化性质，又具有一般化学催化剂能回收、反复使用的优点，并在生产工艺上可以实现连续化和自动化。

1. 稳定性：固相酶的稳定性比游离酶高，主要表现在以下几个方面：（1）热稳定性：固定化酶热稳定性较之天然酶提高，如氨基酸酰化酶；(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；2. 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。

如：氨基酰化酶3、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。

4、底物特异性：Nt N K Nt N K t 00lg 303.2ln 1==(min)34.20)108lg(8.1303.2lg 303.2150=⨯==Nt N K t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。

4.列举三种蛋白质分离纯化的方法并分别说明原理？答：⑴透析：是将待分离的混合物放入半透膜制成的透析袋中,再浸入透析液进行分离。

超滤是利用离心力或压力强行使水和其它小分子通过半透膜,而蛋白质被截留在半透膜上的过程；⑵超滤：是利用离心力或压力强行使水和其它小分子通过半透膜,而蛋白质被截留在半透膜上的过程。

⑶凝胶过滤层析: 凝胶过滤也称凝胶渗透层析,是根据蛋白质分子大小不同分离蛋白质最有效的方法之一。

凝胶过滤的原理是当不同蛋白质流经凝胶层析柱时,比凝胶珠孔径大的分子不能进入珠内网状结构,而被排阻在凝胶珠之外,随着溶剂在凝胶珠之间的空隙向下运动并最先流出柱外;反之,比凝胶珠孔径小的分子后流出柱外。

5．纳膜分离肽和氨基酸的原理？答：氨基酸和多肽带有如羧基或氨基等离子官能团，在等电点时是中性的，当高于或低于等电点时带负电荷或正电荷。

由于一些纳滤膜带有静电官能团，基于静电相互作用，对离子有一定的截留率，可用于分离氨基酸和多肽。

6.双水相萃取的原理？答：双水相萃取是指利用物质在不相溶的两水相间分配系数的差异进行萃取的方法。

双水相系统形成原因：聚合物的不相容性，即聚合物分子的空间阻碍作用，无法互相渗透而形成均一相，具有相分离倾向，一定条件下分成两相。

双水相萃取的原理主要为：依据悬浮粒子与其周围物质具有的复杂的相互作用（氢键、电荷力、疏水作用、范德华力、构象效应等）7．超临界二氧化碳萃取的原理及优点？答：原理：利用超临界流体的特殊性质，使其在超临界状态下，与待分离的物料接触，萃取出目的产物，然后通过降压或升温的方法，在低密度条件下使萃取物得到分离。

常用萃取剂有：极性萃取剂：乙醇、甲醇、水（难）；非极性萃取剂：二氧化碳（易）。

临界点： T：31.1℃ P：7.4 MPa优点：⑴临界条件温和：临界压力易达到；操作温度接近于常温，对热敏性的物质无影响；⑵可通过改变温度和压力实现选择性提取分离；⑶产品分离简单，步骤少，效率高：萃取完成后，改变状态，可很容易脱除，无残留；⑷无色、无臭、无毒、无害；⑸性质稳定，不燃烧；⑹无腐蚀性；⑺价格便宜，来源方便，可循环使用。

三、论述题（每小题10分，共20分）1.生物反应器设计的目标和原则？答：目标：生物反应器设计的主要目标是使产品的质量高、成本低。

原则：.在培养系统的已灭菌部分与未灭菌部分之间不能直接连通；.尽量减少法兰连接，因为设备震动和热膨胀，会引起法兰连接外移位，从而导致污染；.在可能的条件下，应采用全部焊接结构，所有焊接点必须磨光，消除蓄积耐灭菌的固体物质的场所；.防止死角、裂缝等情况；.某些部分应能单独灭菌；.易于维修；.反应器可保持小的正压。

2.谷氨酸生产菌应具备哪些主要特征？原理是什么？答：特征：1）G+、无芽孢、无鞭毛、不运动；2）都是需氧型；3）多为生物素缺陷型；4）不分解淀粉、纤维素、油脂、酪蛋白等；5）发酵中菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞膜渗透性的变化；6）二氧化碳固定反应酶系活力强；7）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循环弱；8）α-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱；9）柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活力强；10）具有向环境中泄漏谷氨酸的能力；原理：1）谷氨酸产生菌丧失或仅有微弱的α-酮戊二酸脱氢酶活力，使α-酮戊二酸不能继续氧化；但谷氨酸脱氢酶活力很强，同时NADPH2再氧化能力弱，这样就使α-酮戊二酸到琥珀酸的过程受阻；在有过量铵离子存在时，α -酮戊二酸经氧化还原共轭的氨基化反应而生成谷氨酸。