食品生物技术导论复习提纲.doc

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第二、四、八章

一、名词解释

1、食品生物技术：

食品生物技术指生物技术在食品工业中的应用，其以基因工程技术为核心手段，包括细胞工程、酶工程、发酵工程和蛋白质工程等技术，贯穿于食品制造的全过程（上游过程和下游过程）。

或者，利用生物体及其细胞、亚细胞和分子组成部分，结合工程学、信息学等手段研究及加工处理或制造食品产品的新技术。

2、基因工程：

指用酶学方法将异源基因与载体DNA进行体外重组，将形成的重组DNA导入宿体细胞，使异源基因在宿体细胞中复制表达，从而达到改造生物品种或性状，大量生产出人类所需的生物品种和产物，也称分子克隆或重组DNA技术。

3、目的基因：

指已被或欲被分离、改造、扩增和表达的特定基因或DNA片段，能编码某一产物或某一性状，又称特异基因或靶基因。

4、基因重组：

指将目的基因（或外源基因）与载体在体外结合构建形成重组子。

5、感受态：

指宿主细胞能吸收外源DNA分子而有效作为转化受体的某些生理状态。

6、限制性内切酶：

指一类以环形或线形双链DNA为底物，能识别双链DNA中特殊核苷酸序列，并在合适的反应条件下使每条链一定位点上的磷酸二酯键断开，产生具有3’-OH和5’-P基团的DNA片段的内切脱氧核糖核酸酶。

7、酶的固定化：

是指将酶与不溶性载体结合，使游离酶、细胞或细胞器等的催化活动完全或基本上限制在一定空间内的过程。

8、酶分子修饰：

通过改变酶分子的结构，使酶的某些特性和功能发生改变的技术。

9、转基因食品：

是指用转基因生物制造、生产的食品、食品原料及食品添加物等。

10、受体（宿主）细胞：

指在转化、转导和杂交中接受外源基因DNA导入的细胞，是重组体扩增的场所。

二、思考题

1、碱性SDS法提取质粒的原理。

在pH12.0~12.5范围内使染色体中双螺旋开链DNA选择性变性，而闭环双链DNA不变性。

经乙酸钠中和后，SDS引起蛋白质-SDS复合物和相对分子质量高的DNA沉淀，再经高速离心将质粒DNA留于上清液中而分离。

2、限制性内切酶的作用机制。

限制性内切酶以环状或线性的双链DNA为底物，在一定条件下，识别一定的核苷酸序列，在两条链的特定的磷酸二酯键上催化切开，产生具有3’-OH和5’-P基团的DNA片段。

3、酶分子修饰的主要方法有哪些？

（1）化学修饰：

利用化学手段将某些化学物质或基团结合到酶分子上，或将酶分子的某些部分删除或置换，改变酶的理化性质，最终达到改变酶催化性质的目的。

①大分子结合修饰；②肽链有限水解修饰；③侧链基团修饰；

④分子内或分子间交联：

使用双功能试剂交联，更稳定；

⑤氨基酸置换修饰：

改变活力中心的氨基酸；

⑥金属离子置换修饰：

如将酰基化氨基酸水解酶的活力中心的Zn2+置换为Co2+。

（2）物理修饰：

通过物理方法，不改变酶的组成单位及基团，只使酶分子的空间构象发生改变（副键变化或重排），而改变酶的某些特性和功能。

①高压处理：

酶活提高；最适条件改变；②适当变性改变空间构象：

稳定性适当提高

4、提高微生物产酶的措施主要有哪些？

（1）选育优良细胞（基因重组技术）

（2）强化生产过程：

①控制合理发酵条件：

pH、温度、基质浓度等；②添加诱导物：

如乳糖诱导β-半乳糖苷酶；③控制阻遏物浓度：

产物积累一定浓度，合成受阻；④添加表面活性剂：

主要是非离子型表面活性剂；⑤添加产酶促进剂：

植酸钙镁、聚乙烯等⑥⑦⑧⑨⑩

5、固定化处理后酶的性质会发生哪些改变？

（1）固定化酶的活力：

与其溶液酶相比，大多数固定化酶活性下降。

（2）固定化酶的稳定性：

大多数酶在固定化后都不同程度地提高了稳定性，延长了有效寿命。

①热稳定性：

大多数酶固定化后与溶液酶相比，有较高的热稳定性，反应的温度一般较溶液酶的高

②pH一酶活力关系：

反应的最适pH和酶活力-pH曲线的变动依据酶蛋白和载体的电荷而定。

带负电荷的载体，往往导致固定化酶的最适pH向碱性方向移动；带正电荷的载体则相反。

③对蛋白酶的抵抗力提高：

溶液酶经固定化后提高了对蛋白酶的抵抗能力。

④对变性剂、抑制剂的抵抗能力提高：

酶经固定化后，提高了对蛋白质变性剂和抑制剂的抵抗能力。

⑤操作稳定性：

固定化酶在操作中可以长期使用。

⑥贮藏稳定性：

大多数酶经固定化后提高了贮藏的稳定性。

6、基因工程的主要内容包含哪些内容？

（1）从生物有机体基因组中，分离出带有目的基因的DNA片段。

（2）将带有目的基因的外源DNA片段连接到能够自我复制的并具有选择记号的载体分子上，形成重组DNA分子。

（3）将重组DNA分子转移到适当的受体细胞（亦称寄主细胞）并与之一起增殖。

（4）从大量的细胞繁殖群体中，筛选出获得了重组DNA分子的受体细胞，并筛选出已经得到扩增的目的基因。

（5）将目的基因克隆到表达载体上，导入寄主细胞，使之在新的遗传背景下实现功能表达，产生出人类所需要的物质。

7、基因工程的载体应具体哪些条件？

（1）本身是一个复制子，能自我复制

（2）相对分子质量较小，限制性内切酶切点少，宜于接受目的基因

（3）能给宿主细胞（受体）提供可选择标记，有可供辨认的表形特征，便于筛选

（4）只有单一限制性内切酶切点，即经某限制性内切酶切割后，即可把质粒DNA闭环打开接纳外源DNA片段，又不会丢失自己的片段。

8、制备食品酶制剂时，所用菌种应具备哪些条件？

（1）安全可靠，非致病菌；

（2）稳定性好不易感染噬菌体；（3）酶产量高，有较好的开发应用价值；

（4）容易培养和管理，产酶细胞易生长繁殖；（5）能利用廉价的原料，发酵周期短。

9、试述聚合酶链式反应（PCR）的技术原理和主要过程。

（1）原理：

PCR技术的实质为体内DNA复制的体外模拟。

即使双链DNA热变性而分开成为单链DNA，退火后在低温下，两个与模板互补的引物与单链DNA配对结合，再在中温下利用TaqDNA聚合酶的聚合活性和热稳定性进行聚合（延伸）反应。

每经过一次变性、退火和延伸为一个循环，所扩增的特定DNA序列数量按几何指数增长。

（2）主要过程：

①模板DNA的变性：

模板DNA加热至94~95℃一定时间后，使模板DNA双链或经PCR扩增形成的双链DNA解离成为单链，以便它与引物结合，为下轮反应作准备；

②模板DNA与引物的退火（复性）：

模板DNA经加热变性成单链后，温度降至55℃左右，引物与模板DNA单链的互补序列配对结合；

③引物的延伸：

DNA模板—引物结合物在TaqDNA聚合酶的作用下，以dNTP为反应原料，靶序列为模板，按碱基配对与半保留复制原理，合成一条新的与模板DNA链互补的半保留复制链。

重复循环“变性--退火--延伸”过程，就可获得更多的“半保留复制链”，而且这种新链又可成为下次循环的模板。

每完成一个循环需2～4分钟，2～3小时就能将待扩目的基因扩增放大几百万倍。

10、以大肠杆菌质粒DNA的提取和重组为例阐述基因工程的基本步骤。

答：

①从细胞中分离出DNA②限制酶截取DNA片断③分离大肠杆菌中的质粒④DNA重组⑤用重组质粒转化大肠杆菌⑥培养大肠杆菌克隆大量基因

11、转基因食品的危害主要有哪些？

（1）直接危害：

①转基因寄宿、受体或带菌微生物感染人类、动物及植物；

②转基因生物、组分或代谢物产生毒性或引起过敏反应；

③因意外释放转基因生物而对环境的影响。

（2）间接危害：

①转基因生物产生具有传染性或抗药性的微生物（新的病原细菌和病毒）；

②将有害的基因（如致癌物质）传给人类；

③有关基因物质转移到相关生物中，使之抵抗力增加，如抗除草剂转基因作物释放大田后，可能会出现抗除草剂特征的“超级杂草”。

12、转基因食品安全性评价的主要内容有哪些方面？

如何理解实质性等同原则？

（1）主要内容：

①过敏性②毒性反应③水平基因转移④与生物技术改良的有关食品变化产生的任何非预期影响

（2）分析比较基因修饰食品的表型性状、分子特征、关键营养成分及抗营养因子、有毒物质及过敏源等特性，评价它与非转基因食品的同类食品比较的相对安全性，是否与传统食品具有“实质性等同”。

13、通过对食品生物技术课程的学习，谈谈你对生物技术食品的理解。

第三章

1.什么是蛋白质工程、理性分子设计和非理性分子设计？

（1）蛋白质工程：

是指以蛋白质的结构及其功能关系为基础，通过基因修饰、蛋白质修饰等分子设计，对现存蛋白质加以改造，从而组建新型蛋白质，或全新设计新的蛋白质的现代生物技术。

（2）理性分子设计：

在已知蛋白质三维结构与功能的基础上，对一段最可能影响蛋白质功能与性质的基因序列进行定位突变，有目的地改变蛋白质的某一两个氨基酸残基或模块，从而构建新的蛋白质分子。

（3）非理性分子设计：

不清楚蛋白质三维结构信息和作用机制的情况下，在实验室模拟蛋白质自然进化的过程，在一定条件下使基因发生大量变异，然后通过多轮高通量的筛选方法定向选择出所需要的特性突变物，在较短时间内完成漫长自然进化过程，得到具有特性预期的新蛋白质的一种技术。

2.什么是定位突变，常用的定位突变方法及其原理。

（1）定位突变：

定位突变是在已知蛋白质结构与功能的基础上，在已知DNA序列中取代、插入或删除选定的核苷酸，从而产生具有新性状的突变蛋白质分子的一种蛋白质工程技术。

（2）①寡核苷酸引物介导的定位突变：

用含有突变碱基的寡核苷酸片段作引物，在聚合酶的作用下启动DNA分子进行复制。

包括：

Kunkel突变法、基于抗生素的“抗性恢复”突变法、基于去除特定限制酶切点的突变法

②PCR介导的定位突变法：

利用PCR将插入和缺失的突变碱基均设计在引物中，先用两对引物分别对核酸进行PCR扩增，通过重叠延伸产生带有部分重叠序列的两种PCR产物，这些产物经过混合、变性、复性和链延伸后，再用一对与两个待接片段外侧互补的引物进行第二次扩增，从而产生全长的异源杂合双链DNA。

③盒式突变：

又称片段取代法，利用目标基因序列中适当限制酶切位点，插入各种合适的突变DNA片段，用以取代目标基因中特定DNA片段。

包括盒式取代诱变和混合寡核苷酸诱变两种方式。

3.蛋白质的定向进化、DNA改组、融合蛋白技术的概念

（1）定向进化：

蛋白质的体外定向进化又称为分子进化，就是在实验室条件下模拟自然进化机制，对编码蛋白质的基因进行诱变、重组，再通过高通量筛选方法选择出性能更加优良的蛋白质。

（2）DNA改组：

将一群密切相关的DNA序列，在DNaseI作用下，随机酶切成许多片段，这些小片段之间有部分重叠碱基序列，可通过自身引导PCR重新组装成全长基因，从而建立分子多样性文库，对突变文库进行筛选，选择改良的突变体组成下一轮DNA改组模板，重复多次重排与筛选，直至获得性状较为满意的突变体。

（3）融合蛋白质技术：

有目的地把两段或多段编码功能蛋白的基因编码区首尾连接在一起，由同一调控序列控制所构成的基因表达产物，进而表达所需的蛋白。

4.蛋白质改性的方法。

（1）化学改性：

主要是针对蛋白质的一些氨基、羟基、巯基以及羧基进行化学修饰，改变蛋白质的结构、静电荷、疏水基团，而起到改变基功能性质的目的。

（2）酶法水解改性：

利用蛋白酶降解食物蛋白，使其溶解性、分散性、乳化性等蛋白性能得到改善。

（3）酶法聚合改性：

利用转谷酰胺酶对蛋白进行聚合改性以提高食物蛋白的功能性质。

（4）物理改性：

利用各种物理场效应改变蛋白质的功能特性。

如组织化挤压改性、高压静电改性、高热高压改性、超声改性、高频电场改性和微波改性等。

5.了解蛋白质工程在食品中的应用情况。

蛋白质工程在食品工业内应用主要集中在食品工业专用酶制剂的改造。

蛋白质工程改造酶制剂的方面：

（1）提高酶的稳定性：

有些氨基酸的突变可在蛋白质结构的刚性部分引进新的分子内作用力，降低了酶折叠的熵，从而大大提高酶的热稳定性。

（2）提高酶活力：

通过一些活性中心附近特定氨基酸残基的突变，可以大大提高突变体酶的活力。

如对大肠杆菌碱性酯酶的活力为点旁边的D101进行定位诱