酶工程练习题及部分答案.docx
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酶工程练习题及部分答案
酶工程练习题
一、是非题（每题1分，共10分）
1、酶是具有生物催化特性的特殊蛋白质。
（）
2、酶的分类与命名的基础是酶的专一性。
（）
3、酶活力是指在一定条件下酶所催化的反应速度，反应速度越大，意味着酶活力越高。
（）4、液体深层发酵是目前酶发酵生产的主要方式。
（）
5、培养基中的碳源，其唯一作用是能够向细胞提供碳素化合物的营养物质。
（）6、膜分离过程中，膜的作用是选择性地让小于其孔径的物质颗粒成分或分子通过，而把大于其孔径的颗粒截留。
（）
7、在酶与底物、酶与竞争性抑制剂、酶与辅酶之间都是互配的分子对，在酶的亲和层析分离中，可把分子对中的任何一方作为固定相。
（）
8、角叉菜胶也是一种凝胶，在酶工程中常用于凝胶层析分离纯化酶。
（）
9、α－淀粉酶在一定条件下可使淀粉液化，但不称为糊精化酶。
（）
10、酶法产生饴糖使用α－淀粉酶和葡萄糖异构酶协同作用。
（）
11、共价结合法既可以用于酶的固定化又可以用于微生物细胞的固定化。
（╳）
12、在用PEG做酶分子修饰剂时，为了避免多蛋白聚集，较少产物不均一性，多用单甲氧基PEG（mPEG）进行修饰。
（√）
13、恒流搅拌罐反应器（CSTR）能使内含物充分混合，对催化剂的牢固性不高，故而可以使用于大部分固定化酶的生产。
（╳）
14、流化床反应器具有固体、流体混合好的优点，应用前景广泛，但目前仅有很少的固定化酶细胞工艺用流化床反应器。
（√）
二、填空题（每空1分，共28分）
1、日本称为“酵素”的东西，中文称为__________,英文则为__________,是库尼（Kuhne）于1878年首先使用的。
其实它存在于生物体的__________与__________。
2、1926年，萨姆纳（Sumner）首先制得__________酶结晶，并指出__________是蛋白质。
他因这一杰出贡献，获1947年度诺贝尔化学奖。
3、目前我国广泛使用的高产糖比酶优良菌株菌号为__________,高产液化酶优良菌株菌号为___________。
在微生物分类上，前者属于__________菌，后者属于__________菌。
4、1960年，查柯柏（Jacob）和莫洛德（Monod）提出了操纵子学说，认为DNA分子中，与酶生物合成有关的基因有四种，即操纵基因、调节基因、__________基因和__________基因。
5、1961年，国际酶委会规定的酶活力单位为：
在特定的条件下（25oC，PH及底物浓度为最适宜）__________,催化__________的底物转化为产物的__________为一个国际单位，即1IU。
6、酶分子修饰的主要目的是改进酶的性能，即提高酶的__________、减少__________，增加__________。
7、酶的生产方法有___________，___________和____________。
8、借助__________使__________发生交联作用，制成网状结构的固定化酶的方法称为交联法。
9、酶的分离纯化方法中，根据目的酶与杂质分子大小差别有__________法，__________法和__________法三种。
10、由于各种分子形成结晶条件的不同，也由于变性的蛋白质和酶不能形成结晶，因此酶结晶既是__________，也是__________。
11、咪唑基最常用的修饰试剂是__________，在接近中性条件下表现好的专一性，并且在__________nm处有光吸收的增加，可用分光光度法监测反应进程。
三、名词术语的解释与区别（每组6分，共30分）
1、酶生物合成中的转录与翻译
2、诱导与阻遏
3、酶回收率与酶纯化比（纯度提高比）
4、酶的变性与酶的失活
5、α－淀粉酶与β－淀粉酶
四、问答题（每组8分，共32分）
1、举出四例，说明酶在医学上有广阔的用途。
2、试述采用双酶法生产固体麦芽糊精的工艺过程及主要工艺条件。
3、如何检查一种酶的制剂是否达到了纯的制剂？
试用所学过的知识加以论述。
4、今欲生产糖化酶结晶产品，试拟出合理的工艺步骤，并说明下游工程的主要工艺条件。
五、不定项选择题
1、以下以代号表示的试剂中哪种不能用于巯基的化学修饰的（）。
A．DTNBB.DTTC.PMBD.NEM
2、以下不是用于酶分子修饰的大分子修饰剂的是（）。
A．聚乙二醇B.戊二醛C.肝素D.右旋糖苷E.肼
3、以下分离提纯酶的方法中属于依据酶分子带电性质差异分离的有（）。
A．亲和层析B.凝胶过滤层析C.离子交换层析D.疏水层析
4、以下几种固定化方法中不能用于细胞固定化的有（）。
A．物理吸附法B.戊二醛交联法C.包埋法D.共价结合法
5、以下凝胶中常用于分子筛的有（）。
A．琼脂糖B.葡聚糖C.角叉菜胶D.聚丙烯酰胺凝胶
6、以下酶的固定化方法中，与酶分子结合力最弱的是（）。
A．物理吸附法B.交联法C.离子结合法D.共价结合法
7、以下以代号表示的试剂中哪种能用于氨基的化学修饰的（）。
A．DTNBB.DNFBC.TNBSD.NEM
8、以下以代号表示的试剂中哪种能用于组氨酸咪唑基的化学修饰的（）。
A．DNFBB.DNSC.DPCD.DTNB
9、以下酶反应器哪种比较适宜用于固定化酶的连续发酵生产工艺（）。
A．BSTRB.CPBRC.CSTRD.FBR
10、在微水有机溶剂体系中影响酶催化反应关键的控制因素是（）。
A．温度B.pHC.水D.有机溶剂
答案：
1、B2、B、E3、C4、D5、A、B、D6、A7、B、C8、C、9、B、D
一、是非题（每题1分，共10分）
1、酶是具有生物催化特性的特殊蛋白质。
（╳）
2、酶的分类与命名的基础是酶的专一性。
（√）
3、酶活力是指在一定条件下酶所催化的反应速度，反应速度越大，意味着酶活力越高。
（√）4、液体深层发酵是目前酶发酵生产的主要方式。
（√）
5、培养基中的碳源，其唯一作用是能够向细胞提供碳素化合物的营养物质。
（╳）6、膜分离过程中，膜的作用是选择性地让小于其孔径的物质颗粒成分或分子通过，而把大于其孔径的颗粒截留。
（√）
7、在酶与底物、酶与竞争性抑制剂、酶与辅酶之间都是互配的分子对，在酶的亲和层析分离中，可把分子对中的任何一方作为固定相。
（√）
8、角叉菜胶也是一种凝胶，在酶工程中常用于凝胶层析分离纯化酶。
（╳）
9、α－淀粉酶在一定条件下可使淀粉液化，但不称为糊精化酶。
（╳）
10、酶法产生饴糖使用α－淀粉酶和葡萄糖异构酶协同作用。
（╳）
11、由于各种分子形成结晶条件的不同，也由于变性的蛋白质和酶不能形成结晶，因此酶结晶既是纯化手段，也是纯化标志。
（√）
二、填空题（每空1分）
1、日本称为“酵素”的东西，中文称为酶,英文则为Enzyme,是库尼（Kuhne）于1878年首先使用的。
其实它存在于生物体的细胞内与细胞外。
2、1926年，萨姆纳（Sumner）首先制得脲酶结晶，并指出酶的本质是蛋白质。
他因这一杰出贡献，获1947年度诺贝尔化学奖。
3、目前我国广泛使用的高产糖比酶优良菌株菌号为As3.4309,高产液化酶优良菌株菌号为BF7.658。
在微生物分类上，前者属于霉菌，后者属于细菌。
4、1960年，查柯柏（Jacob）和莫洛德（Monod）提出了操纵子学说，认为DNA分子中，与酶生物合成有关的基因有四种，即操纵基因、调节基因、启动基因和结构基因。
5、1961年，国际酶委会规定的酶活力单位为：
在特定的条件下（25oC，PH及底物浓度为最适宜）每1分钟内,催化1μmol的底物转化为产物的酶量为一个国际单位，即1IU。
6、酶分子修饰的主要目的是改进酶的性能，即提高酶的活力、减少抗原性，增加稳定性。
7、酶的生产方法有提取法，发酵法和化学合成法。
8、借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作用，制成网状结构的固定化酶的方法称为交联法。
9、酶的分离纯化方法中，根据目的酶与杂质分子大小差别有凝胶过滤法，超滤法和超离心法三种。
11、评价酶分离提纯方法好坏的指标有两个：
一是总活力的回收率；二是比活力提高的倍数。
12、酶的常见发酵生产方式有两种：
一种是深层液体发酵产酶；一种是固体培养发酵产酶13、酶非水相催化中，必需水是维持酶分子完整的空间构象所必需的的最低水量。
14、载体对固定化酶的影响主要体现在______分配效应、_____扩散限制效应_、_______空间障碍效应_________。
15、1969年，首个应用于工业生产的固定化酶氨基酰化酶，它是使用多糖类阴离子交换剂DEAE-葡聚糖凝胶固定化的。
16、常用的酶或细胞固定化的方法分载体结合法、交联法、包埋法等三类。
17、载体结合法固定化酶，根据结合形式不同，可分为物理吸附法、离子结合法、共价结合法等三种。
18、共价结合固定酶时活化载体的方法有重氮法、叠氮法、烷化法、硅烷化法、溴化氢法。
19、通常体系中的水分广泛用卡尔-费休法进行测定，以刚出现微弱的黄棕色为滴定终点。
20、利用大分子修饰剂聚乙二醇修饰超氧化物歧化酶（SOD），多用单甲氧基PEG（mPEG）进行修饰以减少分离产物的难度，降低成本。
三、名词术语的解释与区别（每组6分，共30分）
1、融合酶：
将两个或多个酶分子的结构单元或酶分子进行组合或交换，有机地组合在一起所组成的分子水平上存在“杂种优势”的酶蛋白。
2、酶基因的遗传修饰：
人为地修饰或更换酶基因中个别核苷酸，改变酶蛋白分子一个或几个氨基酸，使酶变得更利于人类利用的过程。
3、酶的化学修饰：
通过化学手段将某些基团共价连接到酶分子上或者去除酶分子上的某些基团所进行的对酶分子的结构改造。
4、固定化酶（细胞）的半衰期：
在连续测定的条件下，固定化酶（细胞）活力下降为最初活力一半所经历的连续工作时间，以t1/2表示。
5、固定化细胞：
将细胞自然固定或定位于一定的有限空间，保持固有的催化活性，并能连续地重复使用。
1、酶生物合成中的转录与翻译
酶合成中的转录是指以核苷三磷酸为底物，以DNA链为模板，在RNA聚合酶的作用下合成RNA分子。
酶合成中的翻译是指以氨基酸为底物，以mRNA为模板，在酶和辅助因子的共同作用下合成蛋白质的多肽链。
2、诱导与阻遏
酶合成的诱导是指加入某种物质使酶的合成开始或加速进行的过程；酶合成的阻遏作用则是指加入某种物质使酶的合成中止或减缓进行的过程。
这些物质分别称为诱导物及阻遏物。
3、酶回收率与酶纯化比（纯度提高比）
酶的回收率是指某纯化步骤后酶的总活力与该步骤前的总活力之比。
酶的纯化比是之某纯化步骤后的酶的比活力与该步骤前的比活力之比。
4、酶的变性与酶的失活
酶的变性是指酶分子结构中的氢键、二硫键及范德华力被破坏，酶的空间结构也受到破坏，原来有序、完整的结构变成了无序，松散的结构，失去了原有的生理功能。
酶的失活则是指酶的自身活性受损（包括辅酶、金属离子受损），失去了与底物结合的能力。
5、α－淀粉酶与β－淀粉酶
二者的区别在于α－淀粉酶是一种内酶，可以跨越淀粉分子的α－1，6键到分子内部进行随机切割，所得的产物为α型的麦芽糖和环糊精，它使碘色消失的速度较快，但还原糖较慢；β－淀粉酶则是一种外酶，不能跨越α－1，6键，只能从淀粉的非还原末端2个2个地进行切割，所得的产物为β型的麦芽糖和界限糊精，它使碘色消失较慢，但还原糖较快，二者的共同点在于都能水解α－1，4键和都不能水解α－1，6键。
6、生物酶工程：
酶学原理和现代分子生物学技术相结合，采用基因工程和蛋白质工程手段研究基因的克隆和表达、（1分）酶蛋白的结构与功能的关系（1分）以及对酶进行再设计和定向加工，以发展更优良的新酶或新功能酶。
答出克隆酶、突变酶、新酶可给2分。
四、问答题（每组8分，共32分）
1、举出五例，说明酶在医学上有广阔的用途。
（1）医药用酶：
a.消化用酶：
α、β－淀粉酶、胰酶、胰蛋白酶
b.消炎用酶：
木瓜蛋白酶、菠萝酶
c.溶纤维酶：
尿酸酶、链激酶、溶栓酶
d.肿瘤用酶：
L－天冬酰胺酶、谷氨酰胺酶
（2）诊断用酶：
a.尿酸酶：
用于检测血液和尿液中的尿酸含量
b.甘油激酶：
由于检测血液中甘油三酯的含量
（3）检测用酶：
a.脱羧酶：
由于检测L－赖氨酸和L－谷氨酸
b.虫荧光素酶：
用于检测ATP（每答对1种酶给1分，其他合理答案也可给分）2、试述采用双酶法生产固体麦芽糊精的工艺过程及主要工艺条件。
应用双酶法生产固体麦芽糊精的工艺流程及主要工艺条件如下：
淀粉调浆（淀粉与水）→配料罐→除渣剂→喷射液化器→90oC液化维持罐30－40min→气液混合灭酶（加入蒸汽）→灭酶维持罐→气液分离罐→板式冷却器→糖化罐→气液混合灭酶器→中和脱色罐→板框过滤机→滤清糖液贮罐→采用凝胶层析除杂→进一步精制，干燥的固体麦芽糊精
3、如何检查一种酶的制剂是否达到了纯的制剂？
试用所学过的知识加以论述。
要检测酶的制剂是否达到纯的制剂（即不含杂质及杂质酶），可以有以下几种方法：
（1）层析法：
包括纸层析、凝胶层析、柱层析及亲和层析
（2）电泳法：
包括SDS凝胶电泳法和聚丙烯酰胺凝胶电泳法
（3）超离心法：
不同的酶分子大小不同，在重力场中具有不同的沉降系数，从而可以通过超离心方法分离目的酶与杂质酶。
（4）免疫反应法：
由于酶分子可作为一种抗原物质，而抗原与抗体之间具有专一的亲和力，故可选用目的酶的抗体与酶制剂进行免疫扩散或免疫电泳，从而判断酶的制剂是否纯净。
（5）氨基酸序列分析法：
采用特定的化学物质从酶的N末端将氨基酸残基逐个水解下来，最终可获知该酶的氨基酸序列，从而也可以判断出酶制剂是否纯净。
4、今欲生产糖化酶结晶产品，试拟出合理的工艺步骤，并说明下游工程的主要工艺条件。
生产糖化酶的结晶产品，可采用盐析结晶法。
得到糖化酶粗酶液后，须进行分离纯化，使其达到一定的浓度和纯度（﹥50％），向浓酶液中缓慢加入饱和中性盐溶液（（NH4）2SO4），至出现稍浑浊，于低温下（0－4oC）静置，待溶液中有晶体析出，可向溶液中补充少量饱和盐溶液。
（操作过程中保证PH≈4.5），也可采用有机溶剂法结晶。
向浓酶液中缓慢加入有机溶剂，混合均匀，于低温下静置一段时间，离心去除沉淀物，取上清液静置于低温下，可析出晶体。
发酵生产糖化酶工艺流程：
斜面菌种→小三角瓶→孢子悬浮液→种子罐→发酵罐→糖化酶粗酶液
5、简述包埋法制备固定化黑曲霉细胞的流程。
（5分）
（1）、称取一定量的海藻酸钠，溶于水，配制成一定浓度的溶液，杀菌冷却。
（2分）
（2）、与一定体积的黑曲霉包子悬浮液混合均匀（1分）
（3）、用注射器或滴管将冷凝悬液滴到一定浓度氯化钙溶液中，形成固定化胶粒。
（2分）6、结合固定化酶（细胞）原理，论述如何利用枯草杆菌细胞连续生产α—淀粉酶。
（6分）
（1）枯草杆菌细胞可以利用角叉菜胶包埋法进行固定。
（1分）
（2）将一定量的角叉菜胶悬浮在水中，加热溶解，（1分）
灭菌后，冷却至35℃至55℃。
（1分）
（3）将上述溶液与一定量的枯草杆菌细胞悬浮液混匀，（1分）
趁热滴到预冷的氯化钾溶液（铵离子或钙离子）中。
制成细胞胶粒（1分）
（4）为了增加连续生产时固定化酶的稳定性，可以用戊二醛进行双重固定化。
（1分）7、简述融合酶的应用价值。
（7分）
（1）融合蛋白与酶表达和纯化（1分）
（2）构建人工酶系统或具有双催化活性的功能酶（1分）
（3）构建多功能细胞因子（1分）
（4）改变酶的非催化特性（1分）
（5）创造新催化活性酶（1分）
（6）控制酶固定的空间取向（1分）
（7）研究酶及其他蛋白质的定位及移动（1分）
8、一种固定化糖化酶，在反应的最初2小时酶活性由2000IU下降为1800IU，请推算此种固定化酶的半衰期。
（6分）
衰减常数Kd=lg（2分）
=0.0530（1分）
t1/2=（1分）
=13.1（h）（2分，数值和单位各1分）
9、何谓酶的定向进化？
其策略都分哪些步骤？
（5分）
借鉴实验室手段在体外模拟自然进化的过程，使基因发生大量变异，并只针对特定蛋白质（酶）的特定性质进行筛选，称为定向进化。
（2分）
酶定向进化通常分3步：
①通过随机突变和基因体外重组创造基因多样性；（1分）②导入适当载体后构建突变文库；（1分）
③通过灵敏的筛选方法，选择阳性突变子（1分）
10、论述固定化酶（细胞）常用的评价指标。
（8分）
（1）固定化酶（细胞）的活性（1分）
活性单位定义为每毫克干重固定化酶（细胞）每分钟转化底物（或生产产物）的量。
或以单位面积的反应初速度来表示。
这一指标反应的是催化某一特定化学反应的能力。
（2分）
（2）偶联率及相对活性（1分）
偶联率=（加入蛋白质活性-上清液蛋白质活性）/加入蛋白质活性×100%（1分）活力回收=固定化酶总活性/（加入酶的总活力-上清液中未偶联酶活性）×100%（1分）相对酶活力=具有相同酶蛋白（或RNA）量的固定化酶活力/游离酶活力（1分）（3）固定化酶（细胞）的半衰期（1分）
这一指标反应固定化酶操作稳定性。
11、简述叠氮法活化载体的流程。
（4分）
（1）酯化：
载体与甲醛和稀盐酸反应生成酯类物质（1分）
（2）肼解：
NH2-NH2对载体进行肼解（1分）
（3）叠氮化：
在NaNO2和稀盐酸作用下生成叠氮化合物（1分）
（4）偶联：
结合酶分子进行固定。
（1分）
11、论述蛋白质分子水化的过程。
（8分）
（1）水与蛋白质分子表面带电基团结合（离子化基团的水化）（1分）
结合水量为0-0.07g（水）/g蛋白质（1分）
（2）水与蛋白质分子表面极性基团的结合（极性部分水簇的生长过程）（1分）结合水量为0.07-0.25g（水）/g蛋白质（1分）
（3）水吸附到蛋白质分子表面相互作用较弱的部位（1分）
结合水量025-0.38g（水）/g蛋白质（1分）
（4）蛋白质分子表面完全水化，被单层水分子所覆盖。
（1分）
一般需水0.38g（水）/g蛋白质，每个蛋白分子约结合300个水分子。
（1分）
12、试举出5个例子说明酶在食品工业上的应用。
（5分其他正确实例答案也可给分）
（1）葡萄糖氧化酶用于食品的除氧保鲜（1分）
（2）溶菌酶用于食品灭菌保鲜（1分）
（3）α—淀粉酶和糖化酶用于生产葡萄糖（1分）
（4）葡萄糖异构酶生产果葡糖浆（1分）
（5）木瓜蛋白酶用于肉制品的嫩化（1分）
13、案例：
青霉素酰基转移酶水解青霉素G的反应器选择：
反应特点：
产物1为氨基青霉烷酸（6APA，非竞争性抑制剂）；产物2为苯乙酸（竞争性抑制剂）。
1为弱酸，2为强酸，随反应进行，生成大量质子。
此酶对pH比较敏感，最佳反应pH是8.0。
根据以上信息从CSTR、CPBR、BSTR、RBR等反应器选择合适的类型并加以说明。
1、CSTR：
从动力学考虑，不合适，因为两个产物都是抑制剂；但是也可以通过pH控制来操作。
（2分）
2、CPBR：
从动力学观点比较合适，产物可以及时流出，但也不合适，因为固定床进行pH控制比较困难。
（2分）
3、BSTR：
比较好的选择，动力学考察接近CPBR，pH控制接近CSTR；但大部分是非生产时间，生产力下降。
（2分）
4、RBR：
更好的选择，外部引入循环装置后，促进酶催化反应或除去有害物质。
pH控制放在不同单元，不会影响酶活力。
（2分）
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