《生物反应过程优化与控制》练习整理答案

《生物反应过程优化与控制》复习题一、名词解释生长（生化工程）：生物化学工程是生物化学反应的工程应用，主要包括代谢工程、发酵工程和生物化学传感器等分化：细胞在结构和功能上发生差异的过程。

P/O商：是指每消耗1mol原子氧所产生的ATP的物质的量，也可以看做是当一对电子通过呼吸链传递至氧气所产生的ATP分子数。

维持能：载体：可以插入核酸片段、能携带外源核酸进入宿主细胞，并在其中进行独立和稳定的自我复制的核酸分子。

基因工程中广泛应用的载体多来自人工改造的细菌质粒、噬菌体或病毒核酸等。

多数载体是DNA 分子，但某些RNA分子也能用做载体。

通道：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的作用。

组成代谢：指在合成代谢酶系的催化下，由简单小分子、ATP形式的能量和还原力一起合成复杂的大分子的过程。

能量耦合作用：是指一种能量上可行的反应推动另一种在能量上不可行的反应进行的过程。

共价修饰：酶蛋白肽链上的一些基团可与某种化学基团发生可逆的共价结合，从而改变酶的活性，这一过程称为酶的共价修饰或者化学修饰。

协同作用：两种或多种物质协同地起作用，其效果比每种物质单独起作用的效果之和大得多的现象。

分解代谢物阻遏：如果微生物利用葡萄糖等易于代谢的碳源，代谢产生的物质会使细胞内的环腺苷酸浓度降低，造成某些酶终止合成，这种现象叫分解代谢物阻遏。

反馈抑制：代谢的末端产物对酶（往往是代谢途径的第一个酶）活力的抑制。

反馈阻遏：在合成过程中有生物合成途径的终点产物对该途径的一系列酶的量调节,所引起的阻遏作用。

生物氧化作用：细胞内代谢物以氧化作用释放（产生）能量的化学反应。

氧化过程中能产生大量的能量，分段释放，并以高能键形式贮藏在ATP分子内，供需时使用。

发酵作用：没有任何外援的最终电子受体的生物氧化模式呼吸作用：有外援的最终电子受体的生物氧化模式底物水平磷酸化：是在某种化合物氧化过程中可生成一种含高能磷酸键的化合物，这个化合物通过相应的酶作用把高能键磷酸根转移给ADP，使其生成ATP。

代谢调节：是指微生物的代谢速度和方向按照微生物的需要而改变的一种作用。

代谢控制：是指运用人为的方法对微生物的代谢调节进行遗传改造和条件的控制，以期按照人们的愿望，生产有用的微生物制品。

末端产物阻遏：由于终产物的过量积累而导致的生物合成途径中酶合成的阻遏。

酶活性的调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。

前馈激活：指代谢途径中后面的酶促反应可被该途径中较前面的一个中间产物所促进。

反馈激活：指代谢中间产物对该代谢途径的前面起激活作用。

次级代谢：某些微生物为了避免代谢过程中，某种代谢产物积累造成的不利作用，而产生的一类有利于生存的代谢类型，通常在生长后期合成。

碳分解代谢产物调节：指能迅速被利用的碳源（葡萄糖）或其分解代谢产物，对其他代谢中的酶（包括分解酶和合成酶）的调节。

萃取发酵：向发酵罐内加入难溶于水的有机溶剂，选择性地萃取抑制生长的物质，从而减轻有毒产物对发酵速率的抑制作用。

代谢工程：把量化代谢流及其控制的工程分析方法与根据分析结果制定的遗传修饰方案付之实施的分子生物学技术结合起来，以反复分析、校验和修正的方式进行实际操作，改善微生物的产物形成的能力和微生物的细胞性能，从而满足人类对生物的特定需求的生物工程的分支。

生源：是指次级代谢产物分子构建单位的来源，一般次级代谢产物的生源都是直接或间接来自于微生物代谢过程中产生的一些中间产物和初级代谢产物。

协同诱导：是指一种诱导剂可以同时诱导产生若干种酶的现象。

顺序诱导：是指一种诱导剂可以连续诱导产生一系列酶的现象。

能量收率：能量收率ηh：定义为基质中传递给氧的电子分数，也是每个有效电子所释放的热量Q0。

半间隙操作：半间隙操作，又称流加操作，是指在反应过程中将某种特定的限制性底物（一种或两种成分以上均可以）流加到反应器中，而目的生成物（菌体或菌体以外的代谢产物）则要到反应结束收获时才从反应器中提取出来的操作方式.工业上为了提高目的产物的产量常采用这种操作方式。

非结构模型：把细胞视为单组分，则环境的变化对细胞组成的影响可被忽略，即细胞的生长处于所谓的平衡生长状态，此基础上建立的模型称为非结构模型结构模型：由于细胞内各组分的合成速率不同而使各组分增加的比例不同，即细胞生长处于非均衡状态时，必须运用从生物反应机理出发推导得到的结构模型。

ATP再生系统：可定义为一个需要ATP的生物酶反应系统与一个ATP生物合成系统所构成的耦合系统。

代谢控制分析：是以生化反应体系的敏感性分析为基础，研究分析代谢控制在各途径之间的分配规律，是一种以系统的观点对细胞内代谢调控进行定量分析的理论和实验方法。

底物：底物是一种存在于初始非生物相或者摄入物中起作用的可交换的化合物。

代谢产物：代谢产物是一种作为代谢物产生于某代谢途径进入非生物相的化合物。

固定化酶：固定化酶也称固相酶或水不溶性酶，它是通过物理或化学的方法使溶液酶转变为在一定空间内其运动受到完全约束、或受到局部约束的一种不溶于水、但是仍具有活性的酶。

内部随程萃取：是指萃取剂在反应器中与培养基直接接触，以便将产物萃取到溶剂中去。

外部随程萃取：是指萃取剂和培养液在反应器外的萃取装置中逆流接触，从而萃取产物的过程。

代谢流量分析：根据代谢路径中各反应的计量关系，以及实验的某些底物、产物的流量和细胞组成等确定整个代谢网络的流量分布。

二、判断题1、生物反应过程优化的基础是进行生物反应宏观动力学和生物反应器的研究。

（√）2、生物反应动力学的研究内容是有关生物的、化学的与物理过程之间的相互作用，诸如生物反应器中发生的细胞生长、产物生成、传递过程等。

（√）3、建立动力学模型的目的是为描述细胞动态行为提供数学依据，以便进行数量化处理。

（×）4、生物反应动力学研究的目的是为了模拟实验过程，对适用性很强的动力学模型，还可以推测待测数据，进而确定最佳生产条件。

（×）5、生化反应工程的核心是生物反应过程的数量化处理和动力学模型的建立，实现生物反应过程优化则是生物反应工程的研究对象。

（√）6、所谓流加发酵即Fed-batch fermentation，是指在分批发酵过程中间歇或连续地补加新鲜培养基的发酵方法。

（√）7、主动过程顺着浓度梯度进行运输，需要输入一定的吉布斯自由能。

（×）8、NADPH主要消耗于合成代谢中，NADH则主要消耗于分解代谢途径。

（√）9、细胞合成所需要的结构单元都是从12种前体代谢物合成得到的，这些前体代谢物就是分解代谢反应的中间产物，因此分解代谢在细胞生长过程中起着双重的作用。

（√）10、次级代谢产物定义为“在细胞生长所需要的反应中形成的产物”。

（√）11、初级代谢产物定义为“在那些对于细胞生长不重要的反应中形成的产物”。

（√）12、Y O C值在实践中对推导元素平衡方程很重要，对与氧化磷酸化有关的理论问题也有重要意义。

（√）13、有机废水的厌氧发酵过程通常可分为酸性发酵阶段和甲烷化阶段两阶段。

（√）14、产甲烷阶段主要是有机废水中小分子有机酸被产甲烷菌利用转化为甲烷。

（√）15、代谢工程仅指用重组DNA技术导入新的生化反应来改进蛋白质分子的性质。

（×）16、代谢工程中的遗传手段是指采用基因工程技术。

（×）17、代谢工程的实质是指对代谢流量及其控制进行定量分析的方法与用来实现预期的遗传修饰的分子生物学技术的结合。

（×）18、代谢工程要解决的主要问题是改变某些途径中的碳架物质流量或改变碳架物质流在不同途径中的流量分布。

（√）19、代谢工程的最终目标是改变代谢流提高产物产率，其依据是代谢节点的判断。

（√）20、当空气流量和单位体积的功率消耗不变时，通气效率随高径比的增大而减小。

（）21、一般反应器可装4块挡板，装得太多，通气效率也不会有太大的提高。

（√）22、含有死菌体的培养液，k L a总是随菌体浓度的增大而增大。

（×）23、添加多种盐类，反应液的离子强度会增加，从而体积传质系数值下降。

（×）24、随着反应器体积越来越大，热量移去和温度控制逐渐成为反应器设计和操作的关键限制因素。

（√）25、次级代谢是某些微生物为了避免在代谢过程某种产物的积累造成不利作用而产生的一类有利于生存的代谢类型。

（√）26、青霉素是含有6-APA的一类化合物的总称。

（√）27、青霉素分子由两部分组成：一部分是脂酰基侧链，另一部分是母核。

（×）28、链霉素是由链霉胍、链霉糖和N-甲基-D-葡萄糖胺通过糖苷键装配而成的化合物，属于氨基糖苷类抗生素。

（×）29、四环素族抗生素包括金霉素、土霉素、四环素、6-脱甲基四环素等，共同核心结构是6-APA。

（×）30、青霉素合成中的酰基转移酶、链霉素合成中的脒基转移酶等次级代谢关键酶都在合成阶段被合成。

（×）31、变异株不能在和亲本相同的培养基上生长。

（×）32、代谢途径是将一组特定的流入和流出代谢物质联系在一起的一个生化反应序列。

（√）33、代谢网络可视为由若干个串联或并联且通过节点相连的简单子途径组成。

（√）34、呼吸链的重要性在于它能把每一步取得的自由能转换为化学能而加以保存。

（√）35、厌氧呼吸是一类呼吸链末端的氢受体为外源有机氧化物的生物氧化。

（×）36、反硝化作用是以无机盐为最终电子受体的有氧呼吸类型。

（×）37、在发酵工业上，发酵是指任何利用厌氧或好氧微生物来生产有用代谢产物的一类生产方式。

（√）三、选择题1、生物反应过程优化的主要内容有 ABDE 。

A、细胞生长过程研究；B、生物反应的化学计量；C、多尺度研究；D、生物反应过程动力学研究；E、生物反应器工程。

2、实现生物反应过程优化与控制必须解决的问题有 ABCDE 。

A、系统动力学；B、生物模型；C、传感器技术；D、适用于生物过程的最优化技术；E、相关接口技术。

3、流加发酵所取得的重大进展有 ACD 。

A、20世纪70年代中后期对流加发酵过程的动力学解析；B、反复补料分批操作；C、结合发酵过程的可测参数对流加过程进行反馈控制；D、流加发酵的最优化研究；E、流加过程的物料衡算。

4、流加发酵最优化的研究内容包括 ADE 。

A、结构模型的建立；B、状态方程的建立；C、非结构模型的建立；D、目标泛函的确定；E、最优化底物流加方式的求解。

5、可采用流加发酵方式的情况有 ABCDE 。

A、所用底物在高浓度时对菌体生长有抑制作用；B、高菌体浓度培养即高密度培养系统；C、非生长耦联性次级代谢产物；D、利用营养突变体的系统；E、营养缺陷型菌株的培养。