酶工程习题

一、填空题

1常用的菌种纯化方法很多，主要有划线分离法、平板分离和稀释分离法。

2产酶菌种的要求安全可靠、产酶性能要稳定、产酶量高和营养要求低。

3常用菌种保藏方法有斜面低温、液石蜡封、固体曲法、沙土管法、冷冻干燥、液氮法。4控制发酵过程产生泡沫的方法有：选育不易产生泡沫的菌种、调节培养基中营养成分，减少或缓加易起泡的原料、机械消泡或化学消泡

5酶发酵的培养方式与其他发酵大同小异，基本上分为固体曲培养法、液体深层培养法

6按发酵的操作方式可分分批式反应、连续式反应、流加分批式反应。

7酶的比活力是反应速度的量度指标，酶转换数是量度指标。

1. 用阳离子交换树柱分离AA，在pH=2时，碱性氨基酸和酸性氨基酸相比，哪一个优先被洗脱?

2. 细胞破碎的主要方法有机械破碎法、物理破碎法、化学破碎、酶解破碎。

3. 酶的提取方法主要有盐溶液提取、酸溶液提取、碱溶液提取、有机溶剂提取。

4. 酶浓缩的方法主要有蒸发浓缩、超滤浓缩、脱水浓缩、反复冻融浓缩。

5. 酶干燥的方法主要有冷冻干燥、直接干燥、喷雾干燥。

6. 结晶的方法主要有盐析结晶法、有机溶剂结晶法、等电点结晶法、蒸发浓缩。

7. 离心方法主要有差速离心、密度梯度离心、等密度梯度离心。

8. 加压膜分离可以分为微滤、超滤、反渗透。

9酶化学修饰的方法酶的表面修饰、酶分子的内部修饰、与辅因子相关的修饰、金属酶的金属取代等。

10酶化学修饰后的性质都发生了怎样的变化热稳定性、抗原性、对各类失活因子的抵抗力、修饰酶在体内的半衰期、最适pH、Km 的变化。

11用带负电荷的载体制备的固定化酶，其最适pH比游离酶的最适pH ，用带正电荷的载体制备的固定化酶，其最适pH比游离酶的最适pH ，用不带电荷的载体制备固定化酶，其最适pH比游离酶的最适pH 。

12.酶电极是由半透膜与酶胶层密切结合的传感装置。

13.氨基酸酰化酶可以催化（）。

A.D,L-氨基酸生成D-氨基酸和L-氨基酸。

B.D,L-乙酰氨基酸水解生成D,L-氨基酸。

C.L-乙酰氨基酸水解生成L-氨基酸。

D.D-乙酰氨基酸水解生成D-氨基酸。

14与水介质中相比，酶在有机介质中热稳定性提高，催化活性降低。

15非水介质主要包括有机介质、气相介质、超临界液体介质、离子液介质。

16必需水是指（D）

A. 维持酶催化反应速度所必需的水量

B. 酶催化反应速度达到最大时所必需的水量

C. 与酶分子紧密结合的水量

D. 维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量

17有机介质中酶催化的最适水含量是指（C）

A. 酶溶解度达到最大时的含水量

B. 底物溶解度最大时的含水量

C. 酶催化反应速度达到最大时的含水量

D. 酶活力达到最大时的含水量

18对于有气体参加的酶的反应，通常采用（C）反应器。

A. 填充床式

B. 流化床式

C. 鼓泡式

D. 搅拌罐式

19鼓泡式固定化酶反应器又称为三相流化床式反应器（对）。

20采用膜反应器进行酶催化反应，可以明显降低小分子产物对酶的反馈抑制作用（）。

二、简答题

1何谓酶工程，其主要内容有哪些？

答：酶工程就是将酶、细胞或细胞器等置于一定的生物反应装置中，利用酶所具有的生物催化功能，借助工程手段将其相应的原料转化成有用的物质，并应用于社会的一门科学技术。

研究内容：①用基因工程技术大量生产酶（克隆酶）②用蛋白质工程技术定点改变酶结构基因（突变酶）③设计新的酶结构基因，生产自然界从未有过的性能稳定、活性更高的新酶。

1举例说明何谓基因表达的诱导与阻遏，正调控与负调控？

答：乳糖操纵子负调控，调节基因产生有活性的阻遏蛋白，阻遏蛋白和操纵基因结合，乳糖基因关闭；当有诱导物乳糖存在时，乳糖和阻遏蛋白结合，阻遏蛋白失去活性，不能和操纵基因结合。

2试对乳糖操纵子的正调控和负调控提出较合理的分子解释。（10分）

4酶发酵生产过程中，提高酶产量的措施有哪些？

答：①补充部分被消耗的营养物，延长产酶的周期；②添加酶的诱导物提高酶的产量；③添加表面活性剂，增加细胞的透过性，打破胞内酶合成的反馈平衡；④添加产酶促进剂；⑤控制阻遏物的浓度。

5为什么属于滞后合成型的酶要在细胞生长一段时间甚至进入平衡期以后才开始合成？

6结合酶生物合成模式，浅谈如何提高酶的合成量？

答：一、采取与酶发酵工艺有关的一些措施

①补料

②加诱导物

③阻遏及解除

④添加表面活性剂

⑤产酶促进剂

二、也可以进行遗传控制

诱变育种

基因工程育种

7黑曲霉可由果胶诱导合成聚半乳糖醛酸酶，葡萄糖的大量存在阻遏聚半乳糖醛酸酶的合成。当以纯果胶为诱导物时，该酶的生物合成模式为哪种类型？若以含有葡萄糖的粗果胶为诱导物，该酶又成为哪种合成模式？为什么？

3.何谓分解代谢物阻遏作用？有哪些方法可以解除分解代谢阻遏作用？

4.酶活力测定的方法有哪些？

答：（1）分光光度法（spectrophotometry）（2）荧光法(fluorometry）（3）同位素测定法（4）电化学方法

5.活性中心的研究方法？

答：（1）酶的专一性研究

（2）酶分子侧链基团的化学修饰法

（3）X射线晶体衍射法

（4）定点诱变法

9.试论述如何利用本章所学的各种分析技术对特定的蛋白酶进行酶学性质（如分子量、pI、带电状态、亚基组成、溶解性等）研究。

10.现在分离得到一株脂肪酶高产菌株，经鉴定为黑曲霉。利用所学的知识，试设计一套从黑曲霉发酵液中分离纯化脂肪酶的实验方案。

11什么是酶的化学修饰？

答：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。

12什么是抗体酶，抗体酶如何制备？

答：其本质上是免疫球蛋白，只是在其易变区被赋予了酶的属性，因此抗体酶又称为催化抗体（Catalytic Antibody)

①诱导法：用设计好的抗原按照一定的单克隆程序，获得具有催化活性的抗体。

②拷贝法：用已知的酶作为抗原对动物进行第一次免疫,获得抗酶抗体;再用抗酶抗体作为抗原进行第二次免疫获得抗抗体,抗抗体实际上就是具有原来酶活性的抗体酶。

③引入法：将催化基团或辅助因子引入到抗体的抗原结合部位。

13何谓固定化酶，固定化酶的特性与游离酶比较有哪些改变？

答：通过物理或化学的方法，将水溶性的酶与水不溶性载体结合，使酶固定在载体上，并在一定的空间范围内进行催化反应的酶称为固定化酶。

优点：

1. 不溶于水，易于与产物分离，纯化简单；

2. 提高产物质量；

3. 可多次使用；

4. 可以装塔连续反应；

5. 稳定性好。

缺点：

1. 固定化过程中往往会引起酶的失活；

2. 首次投入成本高；

3. 大分子底物较困难。

14举例说明固定化酶在工业生产上的应用。

15简述常见的酶的固定化方法、固定化的基本原理及各自的优缺点？

答：①吸附法的优点：操作简便，条件温和，酶分子的构象很少或基本不发生变化，吸附剂可再生反复使用。

吸附法的缺点：酶和载体的吸附力比较弱，容易在不适宜的pH、高盐浓度、高底物浓度或高温条件下解吸脱落。

②优点：用共价结合法制备的固定化酶，结合很牢固，酶不会脱落，可以连续使用较长时间。因此它是目前应用和报导得最多的一类方法。

缺点：但载体活化的操作复杂，反应条件也较激烈，往往要严格控制条件才能获得较高活力的固定化酶。同时共价结合时可能影响酶的空间构象而影响酶的催化活性。

③交联法（双功能试剂）交联法操作简便，但交联反应比较激烈，常会引起酶蛋白化学修饰而导致酶失活，酶回收率不高。

④包埋法（微胶囊法）包埋法由于酶本身一般不参与结合反应，因而比较安全。不过在化学聚合的过程中由于自由基的产生、放热以及酶和试剂间可能发生化学反应等，也往往可能导致酶失效，故在选择包埋方法和控制条件时仍须注意;

①必须注意维持酶的催化活性

②固定化酶应能回收贮藏，利于反复使用，所以酶与载体必须结合牢固。

③固定化应该有利于生产自动化、连续化。为此，用于固定化的载体必须有一定的机械强度，不能因机械搅拌而破碎或脱落。

④固定化酶应有最小的空间位阻，尽可能不妨碍酶与底物的接近，以提高产品的产量。

⑤固定化酶应有最大的稳定性，所选载体不和底物、产物或反应液发生化学反应。

⑥固定化酶应是廉价的，以利于工业使用。

16酶的非水相催化有哪些特点？

答：①通过选择不同性质的溶剂来调控酶的某些特性

②在适当条件下，可以改变热力学平衡方向，使反应有利于合成方向（而不是分解方向）进行

③由于引起酶变性的许多因素都与水的存在有关, 因此在有机介质中酶的稳定性得到显著提高

④有机溶剂的存在, 水量减少，大大降低了许多需要水参与的副反应，如酸酐的水解、氰醇的消旋化和酰基转移等

⑤在有机介质中进行的酶促反应，可以省略产物的萃取分离过程，提高收率。

⑥脂溶性底物和产物在有机溶剂中的高度溶解性，有利于提高底物浓度总水平。同时由于底物和产物的高脂溶性，使它们在酶分子表面的实际浓度较低，可以减少底物或产物对酶引起的抑制作用。

⑦在有机溶剂的存在下，一般不存在微生物污染问题

⑧由于酶不溶于有机溶剂中，所以是一个非均相反应体系。应用振荡或搅拌改善底物及产物的交换是反应的关键。

⑨酶的催化活性有所降低。

17什么是酶的反应器？

答：用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器。

18酶反应器的类型？

答：①按结构区分

搅拌罐式反应器（Stirred Tank Reactor, STR）

填充床式反应器(Packed Column Reactor, PCR ，固定床式反应器)

流化床式反应器( Fluidized Bed Reactor, FBR)

鼓泡式反应器(Bubble Column Reactor, BCR )

膜反应器(Membrane Reactor, MR)

喷射式反应器（Jet Reactor, JR）

②按操作方式区分

分批式反应(batch )

连续式反应(continuous )

流加分批式反应(feeding batch，补料分批式反应)

③按混合形式区分

连续搅拌罐反应器（Continuous Stirred Tank Reactor, CSTR）

分批搅拌罐反应器（Batch Stirred Tank Reactor, BSTR）

三、名词解释

1终产物阻遏：终产物阻遏该途径所有酶的合成。

2分解代谢产物阻遏（葡萄糖效应）：葡萄糖或代谢物或葡萄糖的降解产物对一个基因或操纵子的阻遏作用。

3反馈抑制：是指最终产物抑制作用，即在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的酶的活性调节，所引起的抑制作用。

4 酶的改性：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、酶定向进化等

5酶活力：酶催化活力，用酶催化反应速度表示。

6酶的比活力：单位质量的酶催化活力。

7邻近效应：酶与底物形成中间复合物，使底物之间(如双分子反应）、酶的催化基团与底物之间相互靠近，相当于变分子间反应为分子内反应，提高了反应基团的有效浓度，反应速度大大增加。

8定向效应：指底物的反应基团之间、酶的催化基团与底物的反应基团之间正确取向而使反应速度增加的效应.

9稳态平衡假说:所谓稳态是指反应进行一段时间后，系统的复合物ES浓度，由零逐渐增加到一定数值，在一定时间内，尽管底物浓度和产物浓度不断地发生变化，复合物ES也不断地生成和分解，但是当反应系统中ES的生成速率和ES的分解速率相等时，络合物ES浓度保持不变的这种反应状态称为稳态，

10化学人工酶：化学人工酶是根据酶的催化机理，模拟天然酶的生物催化功能，利用有机化学和生物学方法合成的具有专一催化功能的酶模拟物或酶。