酶工程章节重点(含答案)

７酶生物合成的模式？影响合成模式的因素，理 想的酶合成模式是什么？
（1）酶生物合成的模式分为4种类型。即同步合成型（生长偶联型， 大部分组成酶的生物合成，有部分诱导酶也按照此种模式进行生 物合成。），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（此类型共同特点是：酶的生物合成受到 产物的反馈阻遏作用或分解代谢物阻遏作用，而酶所对应的 mRNA稳定性较差）、滞后合成型（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。非生长偶联型）。
游的离产细酶胞模的式产的酶不速同率而（不d同E/。dt固）定fd化依E细据胞细(连胞dE 续发酵的产酶动力学方程可以表d达t 为： dt
)
g

(
dE dt
)
f
dE dt
f
Xf
g Xg
εf为游离细胞比产酶速率， εg为固定化细胞的比产酶速率
11、酶活力和比活力
• 在特定条件下（温度可采用25℃或其它选 用的温度，pH等条件均采用最适条件）， 每1 min 催化1 μ mol 的底物转化为产物 的酶量定义为1 个酶活力单位。
• 酶的比活力：在特定条件下，每1mg酶蛋白 所具有的酶活单位数。有时也采用每1ml酶 液或每g酶制剂的活力单位数来表示。
1 酶提取、分离纯化基本技术路线
细胞破碎
动物、植物或微生物细胞
酶提取( 粗提) 酶分离纯化 酶浓缩
酶的纯化过程(1) 粗蛋白质 (crude
发酵液 protein): 采样 → 均质打破细胞 →
• （2）固定化原生质体是指固定在载体上, 在一定的空间范围内 进行生命活动的原生质体。优点：利用固定化原生质体，在生 物反应器中进行发酵生产，可以使原来属于胞内产物的胞内酶 等，分泌到细胞外，这样就可以不经过细胞破碎和提取工艺直 接从发酵液中得到所需的发酵产物，为胞内物质的工业化生产 开辟崭新的途径。特点：变胞内产物为胞外产物、提高产酶率、 稳定性好、易于分离纯化。
２酶生物合成的调节方式
答：◇转录水平的调节、◇转录产物的加工调节、◇翻译水平的 调节、◇翻译产物的加工调节和酶降解的调节等。
３什么是组成型酶和调节型酶？
组成型酶（Constitutive enzyme）：生物细胞中合成的酶的量 比较恒定，环境对这些酶的合成速率影响不大。如DNA聚合酶、 RNA聚合酶、糖酵解途径的各种酶等。 适应型酶（Adaptive enzyme）或调节型酶（Regulated enzyme）：生物细胞中合成的酶的含量变化很大，其合成速率明 显受到环境因素的影响。如大肠杆菌β-半乳糖苷酶。
假设培养基中只有一种限制性 基质，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。
产酶动力学主要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。 细胞生长动力学主要研究细胞生长速度以及外界环境因素对细胞生长 速度影响的规律。1950年，法国的莫诺德(Monod)首先提出了表述微 生物细胞生长的动力学方程。
• 有机溶剂沉淀法 利用酶与其它杂质在有 机溶剂中的溶解度不同，通过添加一定量 的某种有机溶剂，使酶或杂质沉淀析出， 从而使酶与杂质分离
5 膜过滤分离的分类和截留物质的种类？
膜过滤：采用各种高分子膜为过滤介质
类别 截留颗粒大小 截留的主要物质 过滤介质
粗滤 > 2μm
酵母、霉菌、动物 细胞、植物细胞、 固形物等
用于提取在稀碱溶液中溶解度大 且稳定性较好的酶
有机溶剂提 可与水混溶的有机溶剂 用于提取那些与脂质结合牢固或
取
含有较多非极性基团的酶
3 常用的酶蛋白分离纯化方法有哪些？
1、沉淀分离 2、离心分离 3、过滤与膜分离 4、层析分离 5、电泳分离 6、萃取分离
4 酶蛋白盐析沉淀和有机溶剂沉淀原理？
• 盐析沉淀法 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，通过在酶液 中添加一定浓度的中性盐，使酶或杂质从 溶液中析出沉淀，从而使酶与杂质分离。
2 酶粗提常用的方法？
酶提取时首先应根据酶的结构和溶解性质，选择适当的溶剂
提取方法 使用的溶剂或溶液
提取对象
盐溶液提取 0.02～0.5mol/L的盐溶 用于提取在低浓度盐溶液中溶解
液
度较大的酶
酸溶液提取 PH2～6的水溶液
用于提取在稀酸溶液中溶解度大， 且稳定性较好的酶
碱溶液提取 PH8～12的水溶液
（2）酶所对应的mRNA的稳定性以及培养基中阻遏物的存在是影响 酶生物合成模式的主要因素。
（3）最理想的合成模式应是延续合成型：在发酵过程中没有生长 期和产酶期的明显差别。细胞一开始生长就有酶产生，直至细 胞生长进入平衡期以后，酶还可以继续合成一段较长的时间。
8 monod 方程表达式和意义
在培养过程中， 细胞生 长速率与细胞浓度成正 比
第五章酶的非水相催化 1.非水相催化体系包括哪些？如何定义？
• 有机介质中的酶催化：
1、微水有机介质体系(由有机溶剂和微量的水组成的反应 体系。微量的水主要是酶分子的结合水，它对维持酶分子 的空间构象和催化活性至关重要。另外一部分水分布在有 机溶剂中)
利用生物分子与配基之间所具有的专一而又可逆的亲 和力，使生物分子分离纯化
将酶等两性物质的等电点特性与离子交换层析的特性 结合在一起，实现组分分离
7 离子交换和凝胶层析分离蛋白质的原理？
离子交换层析，利用离子交换剂上的可解离基团（活性基团）对各种 离子的亲和力不同而达到分离目的
凝胶层析，以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组分的 相对分子质量不同而达到物质分离
（1）对于诱导酶的发酵生产，在发酵过程中的某个适宜的时机，添加适宜的 诱导物，可以显著提高酶的产量。诱导物一般分为三类：酶的作用底物、酶的 催化反应产物、作用底物的类似物。例如，乳糖诱导β-半乳糖苷酶，纤维二糖 诱导纤维素酶，蔗糖甘油单棕榈酸诱导蔗糖酶的生物合成等。 （2）阻遏作用根据其作用机理的不同，可以分为产物阻遏和分解代谢物阻遏两 种。◇为了减少或者解除分解代谢物阻遏作用: 控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度。采用补料、分次流加碳源， 控制碳源的浓度在较低的水平，以利于酶产量的提高。 添加一定量的环腺苷酸（cAMP），可以解除或减少分解代谢物阻遏作用，若 同时有诱导物存在，即可以迅速产酶。 ◇对于受代谢途径末端产物阻遏的酶，可以通过控制末端产物的浓度的方法使 阻遏解除
抽出全蛋白，多使用 盐析沉淀法；可 以粗略去除蛋白质以外的物质。
(2) 部分纯化 (partially purified): 初步的纯化，使用各钟 柱层析法。
酶贮存
离心分离，过滤分离，沉淀分 离，层析分离，电泳分离，萃 取分离，结晶分离等。
细胞破碎：机械、物理、 化学、酶解
(3) 均质酶 (homogeneous): 目标酶 的进一步精制纯化，可用制备式电泳 或 HPLC。
５酶发酵的生产方式，产酶的一般工艺流程
及控制参数．
答：酶的发酵工艺条件与控制：1、培养基；2、发酵条件
及控wenku.baidu.com；
保藏细胞 3、提高产酶的措施
细胞活化
原生质体
细胞扩大培养
固定化原生质体 培养基
发酵 分离纯化
固定化细胞 预培养 无菌空气
酶
６提高酶产量的措施
答：添加诱导物、控制阻遏物浓度、添加表面活性剂等
层析柱中装有多孔凝胶，大分子物质分子直径大，不能进入凝胶的微 孔，以较快的速度流过凝胶柱。较小的分子能进入凝胶的微孔内，这 就使小分子物质向下移动的速度比大分子的速度慢，从而使混合溶液 中各组分按照相对分子质量由大到小的顺序先后流出层析柱，而达到 分离的目的。
接上页：依操作形式（固定相基质的形式）分：纸层析、 薄层层析、柱层析。依流动相分：液相层析、气相层析。
放线菌（主要是链霉菌，生产葡萄糖异构酶的主要微生物。还
可以用于生产纤维素酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶、几丁质酶等。 此外，链霉菌还含有丰富的16α羟化酶，可用于甾体转化） 霉菌（霉菌是一类丝状真菌,黑曲霉(糖化酶，α-淀粉酶)、米曲霉 (果胶酶、核酸酶P)、红曲霉、青霉、木霉、根霉、毛霉等。）、 酵母（啤酒酵母(转化酶、丙酮酸脱羧酶、醇脱氢酶)、假丝酵母 可以用于生产脂肪酶、尿酸酶、尿囊酶等可以用于甾体转化） 。
１０固定化细胞产酶动力学方程式
dX mg S X g mf S X f
dt
Ksg S
Ksf S
μmg ,μmf分别代表固定在载体上的细胞和游离细胞的最大比生长率。 Ksg，Ksf 分别代表固定在载体上细胞和游离细胞的莫诺德常数。
在固定化细胞发酵过程中， 固定在载体上的细胞和培养液中的游离细 胞都可以产酶。其产酶速率也由两部分组成。即：
生物体为了适应环境的变化，使代谢过程有条不紊地进行，需要 根据各种条件的变化，对各种适应型酶的生物合成进行调节控制。
４产酶微生物具备的基本条件，常见微生物举例。 答：（1）酶的产量高；发酵周期短,（2）产酶稳定性好；
（3）容易培养和管理；不易变异退化 （4）利于酶的分离纯化；最好是产生胞外酶的菌种 （5）安全可靠、无毒性等。对医药和食品用酶,不是致病菌 细菌（大肠杆菌：天门冬氨酸酶,限制性核酸内切酶、DNA聚合 酶、DNA连接酶、枯草芽孢杆菌α-淀粉酶, 蛋白酶, β-葡聚糖酶， 5’-核苷酸酶，碱性磷酸酶等。）
１酶的生产方法，微生物产酶的优点 答：1、提取分离法（Extraction）、生物合成(Biosynthesis)、
化学合成(chemicalsynthesis)。 2、(1)微生物生长繁殖快，生活周期短。因此，用微生物来生产酶 产品，生产能力（发酵）几乎可以不受限制地扩大，能够满足迅速 扩张的市场需求。 (2)微生物种类繁多，它们散布于整个地球的各个角落，而且在不同 的环境下生存的微生物都有其完全不同的代谢方式，能分解利用不 同的底物。 (3)这一特征就为微生物酶品种的多样性提供了物质基础。 (4)特别是当基因工程介入时，动植物细胞中存在的酶，几乎都能够 利用微生物细胞获得。 因此，有计划和仔细地筛选微生物菌种，通常可以获得能够生产几 乎任何一种酶的适当细胞。
利用吸附剂对不同物质的吸附力不同而使混合物中各 组分分离
分配层析 离子交换层析 凝胶层析 亲和层析 层析聚焦
利用各组分在两相中的分配系数不同，而使各组分分 离 利用离子交换剂上的可解离基团（活性基团）对各种 离子的亲和力不同而达到分离目的
以各种多孔凝胶为固定相，利用流动相中所含各种组 分的相对分子质量不同而达到物质分离
添加表面活性剂 表面活性剂可以与细胞膜相互作用，增加细胞的透过性，有 利于胞外酶的分泌，从而提高酶的产量。 将适量的非离子型表面活性剂，如吐温（Tween）、特里 顿(Triton)等添加到培养基中，可以加速胞外酶的分泌，而使 酶的产量增加。 添加产酶促进剂 可以促进产酶、但是作用机理未阐明清楚的物质。 例如，添加一定量的植酸钙镁，可使霉菌蛋白酶或者桔青霉 磷酸二酯酶的产量提高1～20倍；添加聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol）可以提高糖化酶的产量。 产酶促进剂对不同细胞、不同酶的作用效果各不相同，现在 还没有规律可循，要通过试验确定所添加的产酶促进剂的种 类和浓度。
滤纸、滤布、纤 维多孔陶瓷、烧 结金属等
微滤
超滤
反渗 透
0.2～2μm 细菌、灰尘等
20Å～0.2μm < 20Å
病毒、生物大分子 等
生物小分子、盐、 离子
微滤膜、微孔陶 瓷 超滤膜
反渗透膜
6 层析分离的分类和分类依据？
层析技术，亦称色谱技术，是一种物理的分离方法 依分离机理分
层析方法
分离依据
吸附层析
９固定化细胞和固定化原生质体产酶
• 答：（1）◆固定化细胞又称为固定化活细胞或固定化增殖细胞， 是指采用各种方法固定在载体上，在一定的空间范围进行生长、 繁殖和新陈代谢的细胞。固定化细胞发酵产酶与游离细胞发酵 产酶相比，特点：提高产酶率、可以反复使用或连续使用较长 时间、基因工程菌的质粒稳定,不易丢失、发酵稳定性好、缩短 发酵周期,提高设备利用率、产品容易分离纯化、适用于胞外酶 等胞外产物的生产。