完整word版《酶工程》复习大纲答案详解Word格式.docx

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酶活国际单位IU:

1961年国际酶学会议规定：

在特定条件（25℃，其它为最适条件）下，每分钟内能转化1μmol底物或催化1μmol产物形成所需要的酶量为1个酶活力单位，即为国际单位（IU）。

催量kat：

每秒钟转化1摩尔底物（被反应物）所需的酶活力为1个katal,简称kat

二、问答题

1、酶催化的特点有哪些？

Ø

高效性：

酶的催化效率比无机催化剂更高,使得反应速率更快；

专一性：

一种酶只能催化一种或一类底物,如蛋白酶只能催化蛋白质水解成多肽、二肽酶可催化各种氨基酸脱水缩合形成的二肽；

温和性：

是指酶所催化的化学反应一般是在较温和的条件下进行的.

活性可调节性：

包括抑制剂和激活剂调节、反馈抑制调节、共价修饰调节和变构调节等.

有些酶的催化性与辅因子有关.

易变性：

由于大多数酶是蛋白质,因而会被高温、强酸、强碱等破坏

2、影响酶催化作用的因素有哪些？

温度：

酶促反应在一定温度范围内反应速度随温度的升高而加快；

但当温度升高到一定限度时，酶促反应速度不仅不再加快反而随着温度的升高而下降。

在一定条件下，每一种酶在某一定温度时活力最大，这个温度称为这种酶的最适温度。

　　酸碱度：

每一种酶只能在一定限度的pH范围内才表现活性，超过这个范围酶就会失去活性。

　　酶浓度：

在底物足够，其它条件固定的条件下，反应系统中不含有抑制酶活性的物质及其它不利于酶发挥作用的因素时，酶促反应的速度与酶浓度成正比。

　　底物浓度：

在底物浓度较低时，反应速度随底物浓度增加而加快，反应速度与底物浓度近乎：

成正比，在底物浓度较高时，底物浓度增加，反应速度也随之加快，但不显著；

当底物浓度很大且达到一定限度时，反应速度就达到一个最大值，此时即使再增加底物浓度，反应也几乎不再改变。

　　抑制剂：

能特异性的抑制酶活性,从而抑制酶促反应的物质称为抑制剂。

　　激活剂：

能使酶从无活性到有活性或使酶活性提高的物质称为酶的激活剂。

3、试述米氏方程和米氏常数Km的意义。

米氏方程就是表示在酶促反应中底物浓度与反应速率的关系式V=（Vmax*[S]）/（Km+[S]）；

其中V是反应速率Km即米氏常数Vmax是酶反应最大速率[S]是底物浓度；

米氏方程表示一个酶促反应的起始速度（v）与底物浓度（S）关系的速度方程。

其意义为：

①方程反映了反应性质、反应条件、反应速度之间的关系；

②反映了反映速度与底物浓度之间的关系，当[S]远大于Km时,反应速度与底物浓度无关;

③反映了酶反应速度与酶浓度的关系,当[S]远大于Km时,v=k2[E0]为线性关系，酶活正比于酶浓度。

4、测定酶活力时终止酶活力的方法有哪些？

终止法是在恒温系统中进行酶促反应，间隔一段时间后，终止酶反应，然后测定反应物的消耗量或产物的生成量，从而计算出酶的活性。

可以加热变性、强酸、强碱、三氯乙酸、SDS、乙醇等使酶失活或终止反应。

催化反应的底物或产物可用化学法、放射性化学法、酶偶联法等方法进行测定。

5、如何绘制双倒数曲线（L-B作图法）？

一个酶促反应速度的倒数（1/v）对底物浓度的倒数（1/[s]）的作图。

X和Y轴上的截距分别代表米氏常数（Km）和最大反应速度（Vmax）的倒数

第二章酶的发酵工程

一、名词解释

组成酶：

根据酶的合成方式和存在时间,微生物细胞内的酶可分为组成酶和诱导酶, 

组成酶是细胞内一直存在的酶,它的合成仅受遗传物质控制即受内因控制。

诱导酶：

根据酶合成的方式，微生物细胞内的酶可以分为诱导酶和组成酶两类。

诱导酶是在环境中有诱导物（通常是酶的底物）存在的情况下，由诱导物诱导而生成的酶。

协同诱导：

加入一种诱导剂后微生物能同时或几乎同时合成几种酶，它主要存在于较短的代谢途径中，合成这些酶的基因由同一个操纵子控制。

顺序诱导：

指第一种酶的底物会诱导第一种酶的合成，而第一种酶的产物又可诱导第二种酶的合成，依此类推合成一系列的酶。

先后诱导合成分解底物的酶和分解其后各中间代谢产物的酶.

终产物阻遏：

催化某一特异产物合成的酶，在培养基中有该产物存在的情况下常常是不合成的，即受阻遏的。

分解代谢物阻遏:

大肠杆菌在含有能分解的两种底物（如葡萄糖和乳糖）的培养基中生长时，首先分解利用其中的一种底物（葡萄糖），而不分解另一种底物（乳糖），这是因为葡萄糖的分解代谢产物阻遏了分解利用乳糖的有关酶合成的结果，此作用即为分解代谢产物阻遏。

葡萄糖效应:

由于葡萄糖常对分解利用其他底物的有关酶的合成有阻遏作用，故分解代谢产物阻遏又称为葡萄糖效应。

1、常见的产酶微生物有哪些？

（P22）

细菌、放线菌、酵母菌和霉菌

2、对产酶菌种有哪些要求？

（1）酶的产量高

（2）容易培养和管理，产酶细胞容易生长繁殖，适应性较强，便于管理

（3）菌株遗传性要稳定，不易变异退化，不易感染噬菌体，保证生产的稳定性

（4）菌株能利用廉价原料，发酵周期短，生产成本低

（5）发酵产物利于酶产品的分离纯化，最好是分泌型的胞外酶

（6）菌株安全可靠，不是病原菌，不产毒素及其他有害物质，不影响生产人员的身体健康。

（7）基因工程菌株必须符合安全性要求。

3、从微生物产酶的上、中、下游阶段调控来分析，可通过哪些措施来提高产酶量？

（包括优良产酶菌种的选育、设备的选型、发酵方法的选择、发酵工艺的控制、添加诱导物、解除阻遏物、添加表面活性剂和产酶促进剂、选择先进的分离纯化设备和技术等）（P32）

改善菌种，选择优良菌种，产酶能力高使其酶产量提升

选择通风搅拌设备匹配、容量尽可能与产酶菌种匹配的发酵罐

采用连续发酵的方式，连续加入培养物并不断的提取酶产物防止其次级代谢产物堆积。

添加一些表面活性剂，增加产酶细胞的透过性，打破胞内酶合成的反馈平衡

加诱导物（酶的作底物、酶的反应产物、酶的底物类似物）

解除阻遏物（采用难以利用的碳源，或采用分次添加的碳源的方法使培养液中的碳源保持在不至于引起分解代谢物阻遏的浓度；

对于末端产物阻遏的酶，可通过控制末端产物的浓度使阻遏解除）

添加表面活性剂（非离子型，对酶分子有一定的稳定作用）

添加产酶促进剂（指那些非微生物生长所必需，能提高酶产量但作用机制尚未阐明的物质，可以是酶的激活剂或稳定剂，也可能是产微生物的生长因子，或有害金属的螯合剂）

选择先进的分离纯化设备和技术

4、结合酶生物合成的四种模式，试论述如何提高酶的生物合成量。

酶生物合成的模式分为4种，即同步合成型、延续合成型、中期合成型和滞后合成型。

（1）遗传控制

1诱变育种

a.使诱导型变为组成型：

选育组成型突变株

b.使阻遏型变为去阻遏型

c.解除反馈阻遏：

选育营养缺陷型突变株、选育结构类似物抗性突变株

d.解除分解代谢物阻遏：

选育抗分解代谢阻遏突变株

②基因工程育种：

改变细胞调节基因，使菌种由诱导型变为组成型；

增加结构基因的拷贝数，增加细胞专一性酶的生产。

（2）条件控制

①添加诱导物酶的作用底物、作用底物的前体、反应产物、酶的底物类似物或底物修饰物②降低阻遏物浓度:

产物阻遏：

除去终产物；

添加阻止产物形成的抑制剂

分解代谢物阻遏：

避免使用葡萄糖、避免培养基过于丰富、添加一定量的cAMP

2添加表面活性剂:

离子型（Tween－80）,对细胞有毒害作用;

非离子型（TritonX－100）,增加细胞通透性.

④添加产酶促进剂：

酶促进剂对不同细胞、不同酶的效果各不相同，需通过试验选用适当的产酶促进剂并确定最适浓度,其作用机制并未阐明清楚。

如添加植酸钙镁可使桔青霉素生产磷酸二酯酶的量提高10－20倍。

5、如果要筛选酸性蛋白酶或酸性淀粉酶高产菌株，请制定初筛和复筛实验方案（策略）。

第三章酶的分离工程（不作考核）

第四章固定化酶与细胞

固定化酶：

用物理或化学手段定位在限定的空间区域，并使其保持催化活性，可重复利用的酶。

固定化细胞：

固定化细胞技术是利用物理或化学手段将游离状态的细胞固定或定位在限定的空间区域，并使其保持固有的催化活性。

构象效应：

酶在固定化过程中，由于酶与载体相互作用使酶的活性中或变构中心的构象发生变化，从而导致了酶与底物结合能力或酶催化底物转化的能力降低，导致酶活性下降，这种效应被称为构象效应。

屏蔽效应：

酶经固定化后，载体会成为底物或者其他效应物结合到活性中心或者变构中心的空间障碍，降低了酶与底物或其他效应物结合，从而影响酶的催化活性。

微扰效应：

由于载体固有的性质使紧邻固定化酶的区域发生微环境变化，使酶的催化能力及酶对效应物作出调节反应的能力发生改变，这种效应被称为微扰效应。

分配效应：

由于载体的亲水或者疏水特性以及带电特征使底物、产物或其他效应物在固定化酶所处微观环境和宏观体系间发生不等分配，改变了酶反应系统的组成平衡，从而影响了反应速度。

外扩散限制：

底物、产物和其他效应物从宏观体系穿过包围在固定化酶周围近乎停滞的液膜层（又称为Nernst层）到固定化酶表面所受到的限制。

内扩散限制：

底物、产物和其他效应物从固定化颗粒表面进入颗粒内部酶活性位点受到的一种限制。

1、固定化酶具有什么优点？

极易将固定化酶与底物、产物分开；

产物溶液中没有酶的残留，简化了提纯工艺。

以在较长时间内反复使用，有利于工艺的连续化、管道化。

反应过程可以严格控制，有利于工艺自动化。

绝大多数情况下提高了酶的稳定性。

较能适应于多酶反应。

酶的使用效率提高，产物得率提高，产品质量有保障，成本低。

2、试述常见固定化酶的方法、原理及其优缺点（可采用表格归类总结）。

物理吸附法

离子结合法

生物特异性

吸附法

共价结合法

交联法

包埋法

原理

范德华力

氢键疏水作用

离子效应

互补生物分子间的亲和作用

共价键作用

发生交联反应，形成网络结构的酶固定化方法

将酶分子截留在具有特定网状结构载体中

优点

利用此法进行固定化，酶的活性中心不易被破坏，且酶的高级结构变化少，因而酶活力损失很少

操作简单，处理条件温和，酶的高级结构和活性中心的氨基酸残基不易被破坏，能得到酶活回收率高的固定化酶。

采用吸附法固定酶，其操作简便、条件温和，不会引起酶边形或失活，且载体廉价易得，可反复使用。

共价结合法酶与载体之间结合紧密，不易脱落，稳定性好

制备的细胞与载体结合紧密

酶包埋在聚合物中不易漏出;

操作条件温和、对外界环境的缓冲作用大，可防止酶体的机械损伤,易于再生,产物分离提取容易

缺点

但是物理吸附法固定的酶与载体相互作用力弱、酶容易从载体上脱落下来。

载体和酶的结合力比较弱，容易受缓冲液种类或pH的影响，在离子强度高的条件下进行反应时，酶往往会从载体上脱落。

固定化费用高

制备难

反应条件激烈，操作复杂，