华农酶工程习题dow

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1、第一章1.简述酶与一般催化剂的共性以及作为生物催化剂的特点共同点：只能催化热力学所允许的的化学反应，缩短达到化学平衡的时间，而不改变平衡点：反应前后酶本身没有质和量的改变：很少量就能发挥较大的催化作用：其作用机理都在于降低了反应的活化能。酶作为生物催化剂的特点：1.极高的催化率；2.高度专一性；3.酶活的可调节性；酶的不稳定性。5.酶失活的因素和机理。酶失活的因素主要包括物理因素，化学因素和生物因素物理因素1热失活：热失活是由于热伸展作用使酶的反应基团和疏水区域暴露，促使蛋白质聚合。2冷冻和脱水：很多变构酶在温度降低是会产生构象变化。在冷冻过程中，溶质（酶和盐）随着水分子的结晶而被浓缩，引起酶

2、微环境中的pH和离子强度的剧烈改变，很容易引起蛋白质的酸变性。3.辐射作用：电离辐射和非电离辐射都会导致多肽链的断裂和酶活性丧失。4.机械力作用：化学因素1.极端pH：极端pH远离蛋白质的等电点，酶蛋白相同电荷间的静电斥力会导致蛋白肽链伸展，埋藏在酶蛋白内部非电离残基发生电离，启动改变。交联或破坏氨基酸的化学反应，结果引起不可逆失活。极端pH也容易导致蛋白质水解。2.氧化作用：酶分子中所含的带芳香族侧链的氨基酸以及Met, Cys等，与活性氧有极高的反应性，极易受到氧化攻击。3.聚合作用：加热或高浓度电介质课破坏蛋白质胶体溶液的稳定性，促使蛋白质结构发生改变，分子间聚合并沉淀。4.表面活性剂和

3、变性剂：表面活性剂主要改变酶分子正常的折叠，暴露酶分子疏水内核的疏水基团，使之变性；变性剂与酶分子结合，改变其稳定性，使之发生变性。生物因素微生物或蛋白水解酶的作用使酶分子被水解。6.简述酶活力测定方法的原理直接测定法：有些酶促反应进行一段时间后，酶底物或产物的变量可直接检测。间接测定法：有些酶促反应的底物或产物不易直接检测，一次必须与特定的化学试剂反应，形成稳定的可检测物。酶偶联测定法：与间接测定法相类似，只是使用一指示酶，使第一酶的产物在指示酶的作用下转变成可测定的新产物。第二章1.在酶制剂工业生产中为什么以微生物发酵生产为主？应用微生物来开发酶有下列优点：1.微生物生长繁殖快，生活周期短

4、。2.微生物种类繁多。3.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。2.影响酶制剂发酵的因子有哪些？培养基的成分，发酵条件，发酵方法。3，酶制剂发酵生产的方法有哪些？各有何优势？固体培养法：（转桶法，厚层通气法）。优点：1.单位体积培养设备中的产酶量高；2节省动力；3由污染引起的问题少，易于管理；4.酶抽提液的浓度可任意调节；5.后处理设备小。液体深层培养法。优点：设备占地面积小、生产可以机械化，自动化。4.如何提高酶的产量？1.添加产酶促进剂；2.菌种诱变；（生产组成型酶突变株的筛选，抗分解代谢阻遏突变株的选育，抗反馈阻抑突变株的筛选）。第三章2从植物细胞培养产酶

5、的特点分析，为什么与植物体产酶比植物细胞产酶更有优势？1. 次生物质的生产是在可控制的条件下进行的，因此可以通过改变培养条件和筛选细胞系来提高次生代谢产物的产率2. 培养细胞是在无菌条件下进行的，因此可以排除病菌和虫害的影响，以及环境中的有害物质污染，从而提高产品质量。3. 植物细胞的倍增时间一般为1260h，发酵周期为1030d，与植物生长周期相比，大大缩短了生产周期。4. 可以进行特定的生化转化反应和探索新的合成路线，以获得新的有用物质。3用于产酶的植物细胞的来源有哪些？1直接从外植体中分离得到；2通过诱导愈伤组织而获得；3分离原生质体后再经过细胞壁再生而获取所需的植物细胞。4动物细胞培养

6、前都需要做哪些准备工作？1基质的准备2 培养环境的准备【营养物质，细胞的生产环境（温度，气相，pH，渗透压）】3 细胞的准备（原代细胞培养，传代细胞培养）5根据细胞在培养基中的位置不同，动物细胞的培养方式有哪些？1 贴壁培养，2 悬浮培养，3 微载体培养系统，4 包埋培养，5 微囊化培养。第四章 现代分子技术产酶1 什么是克隆酶？试述克隆酶生产的基本过程。克隆酶：利用DNA重组技术而大量生产的酶，称克隆酶。克隆酶生产的基本过程：1 目的基因的获得；2 载体的选择；3 目的基因与载体分子的连接（黏性末端，平末端的连接）；4 重组DNA的转化；5 克隆酶基因的表达（原核生物，真核生物的表达系统）2

7、 什么是基因的定点诱变技术？目前已建立的定点诱变方法主要有哪些？定点诱变技术：通过取代、插入或缺失克隆基因或DNA序列中的任何一个特定的碱基，从而实现心中体外特异性改变某个基因，这种技术称为定点突变技术。已建立的定点诱变方法主要有盒式诱变、寡核苷酸引物诱变、PCR诱变3 什么是抗体酶？抗体酶的制备的方法主要有哪些？抗体酶：抗体酶是一类免疫系统产生的、具有催化活性的抗体。抗体酶的制备方法：拷贝法；引入法；诱导法；抗体库法。4 简述进化酶、核酸酶、杂合酶、超自然的酶新酶，人工合成全酶、人工半合成酶以及印迹酶的概念及研究进展。进化酶：在体外模拟自然进化过程（随机突变、基因重组、定向选择或筛选），使基

8、因发生多种变异，最后定向选择或筛选出所需性质或功能的酶，该策略称为酶分子的非合理设计。把通过此方法得到的酶称为进化酶。核酸酶：具有生物催化功能的核酸分子（RNA,DNA）。杂合酶：把来自不同酶分子中的结构单元或是整个酶分子进行组合或交换，可以产生具有所需性质的优化酶杂合体。把通过这种途径产生的酶称为杂合酶。新酶：至用蛋白质工程技术设计新的酶的结构基因，进而生产自然界从未有过的性能稳定、活性高的酶。人工全合成酶：这类人工酶不是蛋白质，而是有机化合物，通过并入酶的催化基团来控制空间的构象，像自然酶那样能选择性地催化化学反应。人工半合成酶：以天然蛋白质或酶为母体，用化学或生物方法引进适当的活性部位或

9、催化基团，或改变其结构，从而形成一种新的人工酶。印迹酶：指通过分子印迹技术产生类似于酶的活性中心的空腔，对底物产生有效的结合与催化作用的人工模拟酶。第五章 酶的分离纯化1简述酶分离纯化方法及工艺程序的选择策略。（1）先选用非特异的、低分辨的技术，去除主要的杂质并使酶溶液浓缩；如沉淀、超滤和吸附等。（2）随后采用高效分离的手段；如离子交换层析、亲和层析。（3）将最昂贵、最费时的分离单元放在最后阶段。如凝胶过滤层析。2如何对酶分离纯化方法及工艺程序的优劣进行评价？一个完整的酶制备方案包括酶测定方法的建立、材料的选择、预处理对酶性质的初步探索、制定酶的纯化程序、酶成品的保存。评价分离纯化方法及工艺程

10、序优劣的指标：1总活力的回收率2纯化倍数：比活力提高的倍数因此在酶的分离纯化过程中必需测定每一步的酶液体积（mL）、蛋白含量（mg/mL）、酶活（U/mL).3破碎细胞有哪些方法？试述它们的优，缺点及适用对象。（一）机械破碎：通过机械运动产生的剪切力，使组织、细胞破碎。1.捣碎法利用捣碎机高速旋转叶片所产生的剪切力将组织破碎。适用于动物内脏、植物叶芽等比较脆嫩的组织 及微生物，特别是细菌的破碎。在实验室和规模生产均可采用。2.研磨法利用研磨产生的剪切力将细胞破碎。此法适用于微生物和植物组织细胞的破碎。研钵、细菌磨用于实验室使用，石磨、球磨用于工业化生产。研磨法设备简单，但效率较低3.匀浆法利用

11、匀浆器、高压匀浆机产生的剪切力将组织 破碎。通常用来破碎那些易于分散、比较柔软、颗粒细小的组织细胞。非常适合细菌、真菌的破碎。适用于实验室，但难于在工业生产上应用。此法破碎程度高，对酶的破坏较少。（二）温度差破碎法通过温度的突然变化使细胞破碎。该方法对那些较为脆弱、易于破碎的细胞有较好的破碎效果。此法适用于实验室，但难于工业化生产。不能在过高温度下操作，以免引起酶的变性失活。该法简单易行，但效率不高，常需反复几次才能达到预期目标。（三）压力差破碎法：通过压力的突然变化使细胞破碎。1.高压冲击法在容器中再装入细胞和冰晶、石英砂，用活塞或冲击锤施以高压冲击，从而使细胞破碎。2.突然降压法将细胞悬浮

12、液装进高压容器中，加压至30MPa以上，打开出口阀门，使细胞悬浮液经阀门迅速流出。从而使细胞迅速膨胀而破碎。也可采用N2或CO2加压到550MPa，然后突然排除气体，压力骤减，使细胞破碎。 3.渗透压差法利用渗透压的变化使细胞破碎。不适用于具有坚韧的多糖细胞壁的细胞。（四）超声波破碎法在高于20kHz的超声波的作用下，使细胞膜产生空穴作用而使细胞破碎。该法适用于微生物细胞的破碎。该法适用于实验室使用，具有简便、快捷、效果好等优点。此方法的主要问题是会引起局部过热而使酶活性丧失。所以处理时间应尽量短，或在容器周围加冰浴处理。（五）化学破碎法应用各种化学试剂与细胞膜作用，使细胞膜结构改变而使细胞破

13、碎。常用的化学实际有：甲苯、丙酮、丁醇、氯仿等有机溶剂；还有非离子型的Triton、吐温等表面活性剂。表面活性剂处理适用于膜蛋白的提取。六）酶促破碎法通过外加酶或细胞本身存在酶的催化作用，使细胞破碎。应根据细胞外层的特点，选用适当的酶。革兰氏阳性细菌：溶菌酶；革兰氏阴性细菌：溶菌酶+EDTA霉菌：几丁质酶；酵母：蛋白酶+-1，3-葡聚糖酶植物细胞：纤维素酶+半纤维素酶+果胶酶由于上述酶价格较高，所以不适于规模化的工业生产。所以可将细胞在一定的pH和温度下保温，通过细胞本身的酶系将细胞破坏，使胞内物质释放，此方法称为自溶法。 4简述影响酶提取的主要因素及影响规律。（1） 抽提溶质的性质 （酸性酶

14、宜用碱性溶剂抽提，碱性酶宜用酸性溶液抽提，极性大的酶宜用极性溶剂抽提，含有较多非极性基团的酶宜用有机溶剂抽提。）。（2） 抽提溶剂的用量 （增加用量可以提高酶的提取率。但是过量的抽提溶剂，会使酶的浓度降低，对酶的进一步分离纯化不利。用量一般为原料体积的35倍，最好分次抽提）（3） 温度 （提取时温度对酶的提前效果有明显影响。一般来说，适当提高温度，可以提高酶的溶解度，增大酶分子的扩散速度。但温度过高易引起酶变性失活，所以提取温度不宜过高。要根据被抽提酶的酶学性质选择适宜温度）（4） pH 对酶的溶解度和稳定性有显著影响。（为了提高酶的溶解度，提取酶时应该远离酶的等电点，但是溶液pH值不宜过高或

15、过低，否则容易引起酶变性失活。（5） 其他因素 （在酶的提取过程中，含酶原料的颗粒越小，则扩散面积越大，越有利于提高酶想溶液中扩散的速度。适当的搅拌有利于提高扩散速度。适当延长提取时间，可以使更多的酶溶解出来，从而提高酶的提取效果）5简述粗酶液净化、脱色及浓缩的原理与方法。粗酶液的净化与脱色a. 细胞、细胞碎片 离心、过滤b. 核酸 核酸酶或鱼精蛋白c. 黏多糖 乙醇、单宁酸、离子表面活性剂d. 黏度过大 加絮凝剂处理（2）粗酶液的脱色a. 活性炭 0.1%-1.5%b. 离子交换树脂 Duolite S-30、通用1号粗酶液的浓缩（1）沉淀法用盐析法或有机溶剂将蛋白质沉淀，在将沉淀容分解在小

16、体积溶液中。（2）超滤法利用不同的超滤膜来浓缩，此方法简便、迅速、温和、处理样品量可达可小。（3）凝胶吸水法向蛋白质溶液中加入固体Sephadex-25等吸水剂。蛋白质收率较低。（4）离子交换法吸附到离子交换剂上，然后用少量盐溶液洗脱下来。（5）透析法将聚乙二醇（PEG）涂于装有蛋白质溶液的透析袋上，置于4C。为防止PEG进入蛋白质溶液，最好用分子量大的PEG（如PEG20000）。（6）真空浓缩（7）冷冻浓缩（8）蒸发浓缩 6比较各种沉淀分离方法的优、缺点，并说明是适用于实验室研究还是适用于规模化的酶的提纯。常用的沉淀分离方法为：盐析法、有机溶剂沉淀法、等电点沉淀法、复合沉淀法选择性沉淀法、

17、变性沉淀法盐析法优点：安全、操作简便、使用范围广泛、重复性好、费用低等。缺点：分辨率低、纯化倍数较小（一般可使纯度提高约5倍）、 硫酸铵易腐蚀离心机、固液较难分离、常需要脱盐因此，该方法不适用于大规模纯化。有机溶剂沉淀法优点：分辨率高；析出的酶沉淀一般易于离心或过滤分离，且无需脱盐处理；有机溶剂易被除去或回收。缺点：有机溶剂易燃；有机溶剂易引起酶变性失活。因此，该方法不适用于规模化的酶的提纯。等电点沉淀法优点：操作简单缺点：分级效果和回收率均不理想此方法只用在粗分离阶段各种沉淀分离法的比较沉淀方法 分离原理优点缺点常用试剂盐析法沉淀法等电点沉淀法有机溶剂沉淀法复合沉淀 法变性沉淀法不同蛋白质在

18、不同的盐浓度条件下溶解度不同两性电解质在等电点时溶 解度最低，以及不同的两性电解质有不同的等电点酶与其它杂质在有机溶剂中的溶解度不同在酶液中加入某些物 质，使它与酶形成复合物而沉淀下来选择一定的条件使酶液中的某些杂质变性沉淀安全、简便、重复性好、费用低简便、费用低分辨率高、易于离心或过 滤分离、有机溶剂易被除去或回收分辨率低、纯化倍数低、易腐蚀离心机、固液难分离沉淀不完全、纯化倍数和回收率均不理想有机溶剂易燃、易引起酶的变性失活需对酶及酶液中杂蛋白的理化性质了解硫酸铵丙酮、乙醇PEG、PEI金属离子、有机溶剂、加热、调pH7简述各种层析分离方法的原理。层析分离: 亦称色谱分离，是利用混合物中各

19、组分的物理化学性质及生物学特性的不同，使各组分以不同程度分布在两个相中，其中一个相为固定的(称为固定相)，另一个相则流过此固定相(称为流动相)并使各组分以不同速度移动，从而使不同的组分分离。常用层析方法及其分离原理层析方法分离依据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疏水层析利用生物分子的疏水性进行分离。亲和层析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聚焦层析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

20、8酶溶液浓缩的方法有哪些？简述这些方法的原理。方法：沉淀, 法，透析法，超滤法，离心法，离子交换吸附法，凝胶吸附法，用各种吸水剂吸去水分也能达到浓缩效果。这里主要介绍蒸发浓缩。蒸发缩是通过加热或者减压方法使溶液中的部分溶剂汽化蒸发，使溶液得以浓缩的过程。由于酶在高温条件下不稳定，容易变性失活，故酶液的浓缩通常采用真空浓缩。第六章 酶分子的化学修饰1 什么是酶分子的化学修饰？有何作用？酶分子的化学修饰：在体外将酶分子通过人工的方法与一些化学基团（物质），特别是具有生物相容性的物质，进行共价连接，从而改变酶的结构和性质。作用：通过修饰可以使酶分子结构发生某些变化，提高酶的活力，增强酶的稳定性，降低

21、或是消除酶的抗原性等。2 举例说明酶主链切断修饰。利用酶分子主链的切断和连接，使酶分子的化学结构及其空间结构发生某些改变，从而改变酶的特性和功能的方法。酶蛋白主链修饰主要是靠酶切/酶原激活法。胃蛋白酶原HCLPH1.5至2-胃蛋白酶（从N端失去44个氨基酸残基）3 什么是大分子结合修饰？有何作用？非共价修饰：使用一些能与酶非共价地相互作用而又能有效地保护酶的一些大分子添加物，它们通过氢键固定在酶分子表面，也能通过氢键有效地与外部水相连，从而保护酶的活力。大分子共价修饰：采用水溶性大分子与酶的侧链基团共价结合，使酶分子的空间构象发生改变，从而改变酶的活性与功能的方法。作用：如聚乙二醇、右旋糖苷、

22、多元醇、多糖、多聚氨基酸、多胺等能通过调节酶的微环境来保护酶的活力。另一类是蛋白质，如常用的BSA。蛋白质分子之间相互作用时，其表面区域内排除了水分子，因而增加了相互作用力，其稳定性也就增加了。4定点突变技术在酶分子修饰中有什么作用？简述其主要技术过程。作用：通过定点突变技术或是化学方法，将酶蛋白分子中的某个氨基酸残基置换为另一个氨基酸残基，观察其对酶催化反应的影响和变化，分析了解该氨基酸残基在酶催化过程中的作用。技术过程：A、基因序列分析 B、蛋白质结构分析 C、酶活性中心分析 D、引物设计进行基因定点突变 E、酶基因克隆表达 F、变异特性分析5简述金属离子置换修饰过程和作用。a 酶的分离纯

23、化：首先将欲进行修饰的酶经过分离纯化，除去杂质，获得具有一定纯度的酶液。b. 除去原有的金属离子：在经过纯化的酶液中加入一定量的金属螯合剂，如乙二胺四乙酸（EDTA）等，使酶分子中的金属离子与EDTA等形成螯合物。通过透析、超滤、分子筛层析等方法，将EDTA-金属螯合物从酶液中除去。此时，酶往往成为无活性状态。c. 加入置换离子：于去离子的酶液中加入一定量的另一种金属离子，酶蛋白与新加入的金属离子结合，除去多余的置换离子，就可以得到经过金属离子置换后的酶。只适用于那些在分子结构中本来含有金属离子的酶。用于金属离子置换修饰的金属离子，一般都是二价金属离子。作用：1.阐明金属离子对酶催化作用的影响

24、：A.显著提高酶活力：如含Mg2+ Zn2+等杂离子-淀粉酶置换为Ca2+活性提高3倍，而且稳定性也大大增强。B.稳定性显著增强：如Fe-SOD变为Mn-SOD,提高了对H2O2 、NaN3的稳定性2.改变酶的动力学特性：酰基化氨基酸水解酶Zn2+置换为Co2+后催化N-氯-乙酰丙氨酸的最适pH从8.5降为7.0，同时对N-氯-乙酰蛋氨酸Km增大6 酶分子的物理修饰有什么作用？酶分子的物理修饰：通过修饰分子非共价地与酶分子相互作用来改变酶的应用性能。第七章 固定化酶与固定化细胞1.什么是固定化酶和固定化细胞？其产生的背景是什么？固定化酶的概念： 是指固定在载体上或被限制在一定的空间范围内，能连

25、续进行催化反应，且反应后能回收并重复利用的酶。固定化细胞是指固定在载体上并在一定的空间范围内进行生命活动的细胞。也称为固定化活细胞或固定化增殖细胞。 背景：为什么要进行酶的固定化？（1）游离酶的稳定性较差：在温度、pH值和无机离子等外界因素的影响下，容易变性失活。(2)游离酶难于连续化生产：酶与底物和产物混在一起，反应结束后，即使酶仍有较高的活力，也难于回收利用。这种一次性使用酶的方式，不仅使成本较高，而且难于连续化生产。(3)游离酶给下游的纯化工作带来了难度：酶反应后成为杂质与产物混在一起，无疑给进一步的分离纯化带来一定的困难。2.与游离酶相比，固定化酶优缺点各在哪里？固定化酶优点：A.容易

26、将固定化酶与底物、产物分开B.可以在较长时间内进行反复分批反应和装柱连续反应C.在多数情况下，提高了酶的稳定性D.酶反应过程能够加以严格控制E.产物中没有酶的残留，简化了提纯工艺F.比游离酶更适合多酶反应G.可以增加产物的收率并提高产品质量H.提高酶的使用效率，降低成本固定化酶的不足之处：A.酶在固定化过程中难免造成酶活性的损失B.增加了载体成本和固定化操作费用C.固定化酶的扩散阻力会降低反应速度D.比较适用于可溶性底物和小分子底物，对大分子底物不适用E.与完整菌体相比，不适宜于多酶反应，特别是需要辅助因子的反应3.酶固定化后其性质会发生什么变化？1.酶结构的改变:固定化导致酶的活性中心或调节

27、中心的构象发生变化。2.微环境的改变:微环境是指在固定化酶附近的局部环境，而把主体溶液称为宏观环境。3.位阻效应：指载体的遮蔽作用。4.分配效应：由于载体的亲水和疏水性质使酶的底物、产物或其它效应物在载体和溶液间发生不等分配，改变酶反应系统的组成平衡，从而影响酶反应速度：A.如果载体与底物带相同电荷，则酶的Km值将因固定化而增大；如果带相反电荷，则Km值减小；B.当载体带正电荷时，酶活性-pH曲线向酸性方向偏移;当载体带负电荷时，酶活性-pH曲线向碱性方向偏移；C.如载体是疏水性，底物为极性物质或电荷物质，则酶的Km值将因固定化而降低。5.扩散限制效应：是指底物或其它效应物的迁移和运转受到限制

28、。（1）外扩散限制：指底物或其它效应物从溶液穿过包围在固定化酶周围近于停滞的液膜层到固定化酶表面所受到的限制。可通过充分搅拌或混合予以减轻或消除。（2）内扩散限制：指底物或其它效应物从固定化酶颗粒表面进入颗粒内部酶活性位点的限制。4.固定化方法有哪几类？各类的优缺点及适合范围是什么？酶固定化的方法很多，主要可分为载体结合法、交联法、包埋法和热处理法等。现分述如下；1.载体结合法：根据酶与载体之间相互作用力的不同，有可细分为物理吸附法、离子交换吸附法和共价结合法1.1物理吸附法：通过氢键、疏水作用力和电子亲和力等物理作用，将酶固定于水不溶载体上的方法。优点：操作简便，条件温和，不会引起酶变性失活

29、，载体廉价易得，而且可反复使用。缺点：结合力较弱，酶与载体结合不牢固而容易脱落，所以使用受到限制。1.2 离子键交换吸附法：酶通过离子键与含有离子交换基团的水不溶载体相结合的固定化方法。优点：操作简便，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、酶活回收率高。缺点：结合强度受pH值和离子强度等条件影响。所以用离子结合法制备的固定化酶，在使用时一定要严格控制好 pH值、离子强度和温度等操作条件。1.3 共价健结合法：通过酶的活性非必需侧链基团和载体的功能基团之间形成共价键而固定的方法。对载体的要求：良好的亲水膨润性、结构疏松、表面积大、有一定的机械强度、带有在温和条件下与酶共价结合的

30、功能基团、没有或很少有非专一性吸附。优点：酶与载体结合牢固，不易脱落，连续使用和操作性能好。缺点：反应条件比较剧烈，容易导致酶失活，酶回收率在30%左右甚至底物专一性、Km、最适pH等均有变化。（二）交联法：借助双功能或多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。交联法也可用于含酶菌体或菌体碎片的固定化优点：交联法制备的固定化酶或固定化菌体结合牢固，可以长时间使用。缺点：但由于交联反应条件较激烈，酶分子的多个基团被交联，致使酶活力损失较大，而且制备成的固定化酶或固定化菌体的颗粒较小，给使用带来不便。（三）包埋法：将酶或含酶菌体包埋在各种多孔载体中，称为包埋法。优

31、点：包埋法一般不需要酶分子的基团参与，很少改变酶的高级结构，酶活回收率高。缺点：化学聚合法反应也比较剧烈，易导致酶的失活；高分子凝胶网格限制了大分子的扩散，因此不适用于涉及大分子底物、产物的酶；聚合强度不高，容易破损。（四）热处理法将含酶细胞在一定温度下加热处理一段时间，使酶固定在菌体内，而制备得到固定化菌体。热处理法只适用于那些热稳定性较好的酶的固定化，在加热处理时，要严格控制好加热温度和时间，以免引起酶的变性失活。例如，将培养好的含葡萄糖异构酶的链霉菌细胞在6065的温度下处理15min，葡萄糖异构酶全部同定在菌体内。热处理法也可与交联法或其他固定化法联合使用，进行双重固定化。项目吸附法包

32、埋法共价结合法交联法制备易易难难结合力弱强强强酶活力高高中低底物专一性无变化无变化变化变化再生可能不可能不可能不可能固定化费用低中中高5.如何评价一个酶固定化过程的优劣？固定化酶的评价指标1.固定化酶的活力：基本与游离酶相似，但固定化酶一般用重量或单位表面积来表示，如mol/(min.mg)或mol/(min.cm2)A. 振荡测定法：称取一定量的固定化酶 ，加入一定量的底物溶液，一边振荡或搅拌，一边进行催化反应，取出一定量的反应液进行酶活力测定。B. 酶柱测定法：将一定量的固定化酶装进具有恒温装置的反应柱中，让底物溶液以一定的流速流过酶柱 ，收集流出的反应液，测定其中产物的生成量或底物的消耗

33、量C. 连续测定法:利用连续分光光度法等测定方法可以对固定化酶反应液进行连续测定，从而测定固定化酶的酶活力。 2.偶联效率：以载体结合蛋白量（或酶活）占总蛋白量（或总酶活）的百分比。3.活力回收：固定化酶所显示活力占总溶液酶活力的百分数。4.相对活力：经固定化后固定化酶所显示活力占被固定的等蛋白量溶液酶活力的百分比。5.固定化酶的半衰期：在连续测定条件下，固定化酶的活力下降为最初活力一半所经历的时间。可以用实测法或公式推算法。6.举例说明固定化酶或是（细胞）的实际应用？酵母细胞带有负电荷，在pH35的条件下能够吸附在多孔陶瓷或多孔塑料等载体的表面，制成固定化细胞，用于酒精和啤酒等的发酵生产；在

34、环境保护领域广泛使用的活性污泥中含有各种各样的微生物，这些微生物可以沉积吸附在硅藻土、多孔玻璃、多孔陶瓷、多孔塑料等载体的表面，用于各种有机物废水处理，以降低废水中的化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)；各种霉菌会长出菌丝体，这些菌丝体吸附缠绕在多孔塑料、金属丝网等载体上，用以生产某些有机酸和酶等；植物细胞可吸附在中空纤维外壁，用于生产色素、香精、药物和酶等次级代谢物；动物细胞大多数属于附着细胞，必须依附在固体表面才能正常生长，故可吸附在容器壁、微载体和中空纤维外壁等载体上，制成固定化动物细胞，用于各种功能蛋白质的生产。第八章酶在有机介质中的催化作用1.有机相中的水对酶的催化有什么作用？

35、用非极性有机溶剂取代所有的大量水，使固体酶悬浮在有机相中。但仍然含有必需的结合水以保持酶的催化活性(含水量一般小于2%)。酶都溶于水，只有在一定量的水存在的条件下，酶分子才能进行催化反应。所以酶在有机介质中进行催化反应时，水是不可缺少的成分之一。有机介质中的水含量多少对酶的空间构象、酶的催化活性、酶的稳定性、酶的催化反应速度等都有密切关系，水还与酶催化作用的底物和反应产物的溶解度有关。 酶分子只有在空间构象完整的状态下，才具有催化功能。在无水的条件下，酶的空间构象被破坏，酶将变性失活。故此，酶分子需要一层水化层，以维持其完整的空间构象。维持酶分子完整的空间构象所必需的最低水量称为必需水2.有机

36、溶剂对有机相中的酶的催化又什么影响？1.有机溶剂对酶结构与功能的影响：在水溶液中，酶分子均一地溶解于水溶液中，可以较好地保持其完整的空间结构。在有机溶剂中，酶分子不能直接溶解，而是悬浮在溶剂中进行催化反应。根据酶分子的特性和有机溶剂的特性的不同，保持其空间结构完整性的情况也有所差别。 （1）有机溶剂对酶分子表面结构的影响（2）有机溶剂对酶活性中心结合位点的影响2.有机溶剂对酶活性的影响：极性较强的有机溶剂，如甲醇、乙醇等，会夺取酶分子的结合水，影响酶分子微环境的水化层，从而降低酶的催化活性,甚至引起酶的变性失活。因此应选择好所使用的溶剂，控制好介质中的含水量，或者经过酶分子修饰提高酶分子的亲水

37、性，避免酶在有机介质中因脱水作用而影响其催化活性。有机溶剂的极性强弱可以用极性系数lgP表示。 lgP为化合物在标准正辛烷-水两相体系中分配系数的对数。 lgP越大表明其极性越小； lgP越小表明其极性越大3.有机溶剂对底物和产物分配的影响：有机溶剂与水之间的极性不同，在反应过程中会影响底物和产物的分配，从而影响酶的催化反应。应该选择极性适中的有机溶剂：2lgP53.酶的有机相催化有什么优点？1提高脂溶性底物的溶解度，有利于高浓度底物连续生物转化2水解酶能摧花合成反应，如脂的合成和肽的合成3可以控制由水引起的副反应 4酶不溶性有机介质，易于回收再利用 5酶的固定化简单，可以只沉淀在载体表面6从

38、低沸点的溶剂中分离纯化产物比水容易7酶的热稳定性比水高，且没有微生物污染4.影响酶的有机相催化因素有哪些？酶的种类和浓度：不仅要看酶催化反应速度、还要注意酶的稳定性、底物专一性、对映体选择性、区域选择性、键选择性等。同一种酶，由于来源不同和处理方法（如纯度、冻干条件、固定化载体、固定化方法、修饰方法和修饰剂等）的不同，其特性也会有差别。底物的种类和浓度:底物最适浓度和在有机相-必需水相间的分配问题有机溶剂的种类： 2lgP5水含量：最适水含量与溶剂的极性有关，溶剂极性越大，最适水含量也越大；而达到最大反应速度的水活度一般在0.5-0.6之间。温度：在微水有机介质中，酶的热稳定性增强，其最适温度

39、高于水溶液中的催化最适温度；但温度升高，立体选择性将降低。pH和离子强度：在有机介质中催化最适pH与水溶液中的接近。在冷冻干燥过程中，缓冲液对会严重影响pH和酶活力，应选择合适的缓冲液对，并添加蔗糖、甘露醇和冠醚等保护剂；有机相缓冲液。5.举例说明酶的有机相催化的应用实例？手性药物的拆分手性化合物是指化学组成相同，而其立体结构互为对映体的两种异构体化合物。猪胰脂肪酶PPL在有机介质体系对2，3-环氧丙醇丁酸酯；脂肪酶在有机介质体系中进行2-芳基丙酸酯、苯甘氨酸甲酯拆分第九章酶反应器和酶传感器1.酶反应器有哪些种类？各有什么特点？用于酶进行催化反应的容器及其附属设备称为酶反应器反应器类型适用的操

40、作方式适用的酶特点搅拌罐式反应器分批式,流加分批式连续式,游离酶固定化酶反应比较完全，反应条件容易调节控制。填充床式反应器连续式固定化酶密度大，可以提高酶催化反应的速度。在工业生产中普遍使用。流化床反应器分批式流加分批式连续式固定化酶流化床反应器具有混合均匀，传质和传热效果好，温度和pH值的调节控制比较容易，不易堵塞，对粘度较大反应液也可进行催化反应。鼓泡式反应器分批式流加分批式连续式游离酶固定化酶鼓泡式反应器的结构简单，操作容易，剪切力小，混合效果好，传质、传热效率高,适合于有气体参与的反应。膜反应器连续式游离酶固定化酶清洗比较困难 喷射式反应器连续式游离酶通入高压喷射蒸汽，实现酶与底物的混

41、合，进行高温短时催化反应，适用于某些耐高温酶的反应2.操作酶反应器应该注意哪些事项？1.保持酶反应器的操作稳定性2.防止酶的变性失活酶的稳定性对酶反应器的功效是很重要的。调节反应液pH 加快搅拌促使混合均匀。如果底物和产物在反应器中不够稳定的话，可以采用高浓度的酶，以减少底物和产物在反应器中的停留时间，从而减少损失。酶反应器操作中，生产能力逐渐降低，主要原因是固定化酶活性降低或损失。造成固定化酶活性损失的原因：（1）酶本身的失活；（2）酶从载体上脱落；（3）载体的破碎或溶解。3.防止微生物污染3.酶传感器的原理是什么？生物传感器是一类特殊的化学传感器，是以生物活性单元（如酶、微生物、动植物组织

42、、抗原、抗体和核酸等）作为生物敏感元件与适当的物理、化学信号换能器件组成的生物电化学分析系统。4.举例说明酶传感器的应用？葡萄糖的测定：葡萄糖氧化酶电极，可用氧电极、pH电极或过氧化氢电极。 pH电极检出限为1mM，Clark氧电极检出限为0.1mMC6H12O6 +2H2O+ O2 - C6H12O7 + 2H2O2依据反应中消耗的氧，生成的葡萄糖酸内酯或是过氧化氢，可用氧电极和PH电极或者过氧化氢电极来测定葡萄糖的含量。第十章酶的应用1.酶在食品中应用应该注意什么？2.你认为酶在医药中的应用时主要注意和解决那些问题？蛋白酶注射入人体后，可能引起抗原反应。通过酶分子修饰技术，可使抗原性降低或

43、消除。另外，蛋白酶在使用时还可能产生某些局部过敏反应，要引起注意。3.举一身边的例子说明酶工程与我们日常生活的关系？啤酒是以麦芽为主要原料，经糖化和发酵而成的含酒精饮料，麦芽中含有降解原料生成可发酵性物质所必需的各种酶类，主要为淀粉酶、蛋白酶、葡聚糖酶、纤维素酶等。当麦芽质量欠佳或大麦、大米等辅助原料使用量较大时，由于酶的活力不足，使糖化不能充分，蛋白质降解不足，从而影响啤酒的风味与收率。使用微生物淀粉酶、蛋白酶、淀粉酶、葡聚糖酶等酶制剂，可补充麦芽中酶活力不足的缺陷。特别是在用大麦作辅料或麦芽发芽不良时，其中因含葡聚糖（一种黏性分枝多糖），而使麦芽汁的过滤发生困难，特别是由于葡聚糖不溶于酒精

44、，啤酒生成沉淀而不易滤清，用葡聚糖酶处理可使其分解而改善过滤操作，从而可以稳定啤酒的质量。另外，使用木瓜蛋白酶、菠萝蛋白酶或霉菌酸性蛋白酶，可以用于啤酒澄清并防止浑浊，从而延长啤酒的保存期。酶工程：又称酶工艺，是围绕酶所特有的催化性能使其在工业、农业医疗保健事业及其其它各方面发挥作用的应用技术，主要为酶制剂的生产和应用。酶工程的主要内容：1酶的发酵和产 2酶的分离纯化3酶和细胞的固定化4酶的分子修饰5酶的发应动力学和反应器6酶电板/酶传感器7酶的应用8有机介质中的酶反应9抗体酶，人工酶和模拟酶使用微生物进行酶生产时，利用微生物的优点：1微生物的种类多，酶种丰富，菌株易诱变2微生物生长繁殖快，易

45、提取酶3培养基价格便宜，微生物培养不受季节，地理限制4发酵生产易自动控制5易获得工程菌，提高酶产率，开发新酶培养基营养成分：碳源，氮源，无机盐，微量元素，生长因子，产酶促进剂发酵条件对产酶的影响因素：温度，PH，通气量，搅拌，泡沫，湿度提高酶产量的方法：1选育优良的产酶细胞株系2添加诱导物3控制阻遏物浓度4添加表面活性剂5添加产酶促进剂提高植物细胞产物产量的途径：1选择高产出的细胞株2代谢途径的调节3控制细胞生长和分化程度4诱导物或加入前体5两相培养及次生产物的释放6毛状根（发根）培养技术酶发酵动力学：研究在发酵过程中细胞生长速度，产物生成以及环境因子对这些速度的影响。酶的分离纯化:包括三个基

46、本环节：一是抽提，即把酶从材料转入溶剂中来制成酶溶液；二是纯化，即把杂质从酶溶液中除掉或从酶溶液中把酶分离出来；三是制剂，即将酶制成各种剂型。三个基本原则：1、 注意防止酶的变性失活：（1） 除少数情况外，所有操作必须在低温下进行，特别是有机溶剂存在时更要特别小心；（2） 大多数酶在PH10的条件下不稳定,故不能过酸过碱（3） 酶溶液常易形成泡沫而使酶变性,故应防止泡沫的形成（4） 重金属能引起酶失活,有机溶剂能使酶变性,微生物污染,蛋白质使酶变性,都必须予以防止2、 酶的分离纯化的目的是将酶以外的所有杂质尽可能除去，因此，在不破坏所需酶的条件下，可使用各种“激烈”手段。此外，由于酶和它的底物

47、，抑制剂等具有亲和性，当这些物质存在时，酶的理化性质和稳定性发生了一定变化，从而提供了更多条件和方法可供采用3、 酶具有催化活性，检测酶活性，跟踪酶的来龙去脉，为选择适当的方法和条件提供了直接依据。酶提取的主要方法：1盐溶液提取2酸溶液提取3碱溶液提取4有机溶剂提取提取时的注意事项：1 温度：控制在04，少数耐高温的可在37或更高温下提取，在不影响稳定性条件下，提高提取温度，可增加酶溶解度。2 PH：除酸或碱溶液提取外，提取液PH不宜过高或过低，防止酶变性；PH应远离酶的等电点。3 提取液体积：增大提取液体积，有提取液体积过量，使酶浓度降低，不利于进一步的纯化，一般以35倍于酶原料体积为宜4

48、添加保护剂：例如，加蛋白酶抑制剂，防止酶被降解，加还原物质如AsA，Cys等，防止氧化。按分子大小进行的纯化：一胶过滤（层析）法（1） 凝胶选择：葡聚糖凝胶；聚丙烯酰胺凝胶；琼脂糖凝胶（2） 柱层析的基本过程与要求：层析介质平衡装柱加样洗脱检测部分收集（3） 胶的处理与胶的用量：上样量不要超过凝胶体积35%为宜，1%更好（4） 凝胶的再生与保存：无需特殊处理，以缓冲液洗脱即可，加0.02%NaN3二、超过滤三、超速离心法按溶解度不同进行的纯化：1盐析法2有机溶剂沉淀法3共沉淀法4选择性沉淀法5等电点沉淀法建立在电学解离性质的纯化1吸附交换分离法2电泳分离法3聚焦层析法离子交换吸附法中离子交换剂

49、类型的选择：1 参考电泳结果，若在碱性条件下电泳，向正极移动较快，可选择阴离子交换剂，向正极移动慢，则选择阳离子型交换剂。2 被分离酶的稳定性，若酶在低于其PI的PH下稳定，选用阳离子交换剂；若酶在高于其PI的PH下稳定，选用阴离子交换剂；若酶在高于或低于PI的PH下均稳定，阳阴离子交换剂均可3 若酶PI9，一般选用强型交换剂，因为弱型交换剂失去交换能力，如强弱均可，优先选择弱型。离子交换层析的操作过程：离子交换剂预处理及平衡装柱加样洗脱检测部分收集离子交换剂再生预处理：阴离子型碱0.5h水洗酸0.5h水洗碱- -水洗阳离子型酸水洗碱中性酸- -水洗洗脱：1 平衡等温洗脱2 阶梯（间歇）洗脱3

50、 梯度洗脱：离子梯度；PH梯度层析缓冲液：阴离子交换剂 大于PI一个PH单位阳离子交换剂 小于PI一个PH单位根据稳定性差别建立的纯化1热变性法2酸碱变性法3表面变性法纯化方法的排列顺序一般，选择性热变性放在最前面，吸附法简单，不要求脱盐，也可放在前面步骤，但吸附后常要求盐溶液来洗脱，放在太前，大液量的脱盐较麻烦；有机溶剂沉淀也可放在前面，但酶液体积大，要求低温冷却较麻烦；柱层析法一般放在后面步骤中。酶活力单位：用酶活力单位来衡量酶活力的大小。国际酶学委员会曾规定：在特定条件下（25，具有最适底物浓度，PH等），每分钟转化1mol底物或催化1mol产物形成所需的酶量为1个国际单位（IU）也可用

51、Kata1作为酶的标准单位，1秒钟内转化验室mol底物所需的酶量规定为1Kat.1Kat=6*107IU酶活力测定：一是测定完成一定量的反应需要的时间，称终点法；二是测定单位时间内的酶促反应量，称动力学法。固定化酶：是指固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶固定化菌体（死细胞）：采用含酶菌体（死细胞）或菌体碎片的酶或酶系进行固定化，这种固定在载体上的菌体或菌体碎片称为固定化死细胞。固定化细胞（增殖细胞）是指固定在载体上并在一定空间范围内进行生命活动的细胞，能进行正常的生长、繁殖和新陈代谢。固定化酶优点：（1）易将固定化酶与底物、产物分开，产物易分离，产品质量有保证。（2）提高了酶的稳

52、定性，能较长时间反复使用。降低成本。（3）酶反应能严格控制，有利于自动化控制缺点：（1）酶固定化时，酶活力有损失；酶进行固定化时，增加了成本。（2）固定化酶仅适合水溶性底物和小分子底物。（3）不适合于多酶反应，需要辅因子的酶反应（4）酶需要分离后才能进行固定化。酶的固定化方法1、 吸附法：物理吸附法：优点操作简便，条件温和，不会引起酶变性，载体价廉，可反复使用缺点结合力弱，使得酶易脱落。2、 包埋法：凝胶包埋法和半透膜包埋法3、 共价结合法4、 交联法5、 热处理法酶经固定化后，其最适PH有时发生变化，有时不变。最适PH偏移：带负电载体，导致固定化酶最适PH提高；带正电载体，导致固定化酶最适P

53、H降低。固定化对酶反应系统影响：1 构象改变和屏蔽效应2 微环境的影响3 分配效应与扩散效应1、酶制剂的稳定性及其常用的衡量指标有那些？酶活力稳定性是指；酶抵抗各种因素的影响，而保持其催化活力的能力。稳定性分热稳定性，酸、碱稳定性，抗蛋白酶稳定性，抗氧化剂稳定性，抗重金属稳定性，抗表面活性剂稳定性，抗表面活性剂稳定性。衡量的指标：半衰期1/2。（一定环境条件下酶制剂丧失50%活力所需的时间。）半衰期会因处理条件的不同而不同，故应在相同同条件下尽心个不同来源酶制剂的稳定性比较，且应详细注明半衰期所对应的具体条件。2、酶分子化学修饰的定义及其作用。定义：在意外将酶分子通过人工的方法与一些化学集团，

54、进行共价链接，从而改变酶的结构和性质的技术。作用：1改善酶制剂的性能 （主要是稳定性和免疫原性，也可赋予酶性功能）2阐明酶的结构。3、酶分子化学修饰的方法有那些？1酶分子表面的修饰（a）化学固定化，（b）酶的小分子修饰，包括分子内交联（c）可溶性大分子的共价修饰（化学修饰重要手段）2酶分子的内部修饰（a）酶蛋白的主链修饰(b)肽链伸展后的修饰（c）金属酶的金属取代。4、酶分子化学修饰常涉及的蛋白质侧链基团及主要反应类型。经常被修饰的氨基酸残基侧链基团有：-SH,-NH2,-COOH,-OH,酚基，胍基，吲哚基，硫醚基，二硫键主要反映类型：酰化及其相关反应（修饰剂为亲电试剂），烷基化反应（修饰试

55、剂常常有活泼的卤素原子），氧化还原反应（易受氧化的侧链基团有-SH，吲哚基，硫醚基，咪唑基，酚基），芳香环取代反应（蛋白质氨基酸残基的酚羟基在3位和5位上很容易发生亲电取代的碘化和硝化反应），其他反应5、如何评价修饰酶的特性？1稳定性 包括热、酸碱稳定性、抗蛋白酶稳定性2免疫原性 3作为药物酶的体内半衰期T1/2 4酶动力参数km、vm等5对组织的分布能力6、酶分子非共价修饰的方法有那些？1反相胶束（反相束胶是用两性化合物在占优势的有机相中形成） 2脂质体包裹 3添加物（专一性的底物或配体，非专一性的中性盐和多羟基化合物,与酶失活剂竞争的物质） 4蛋白质间的非共价相连7、酶分子的遗传改造技术有

56、那些？1 克隆酶（获得目的酶基团后，不对序列进行改造，直接导入表达系统中进行表达） 2酶分子合理设计（专一性位点或区域的定向突变；功能域替换；融合蛋白；全新从头设计）3非合理设计（体外定向进化；高通量筛选）8、何谓人工模拟酶，其有那几种形式？人工模拟酶：吸收酶中那些起主导作用的因素，利用有机化学，生物化学等方法设计和合成一些较天然酶简单的非蛋白质分子或蛋白质分子，以其来模仿酶对底物的结合和催化过程。这些人造模拟酶就是人工模拟酶。形式：1化学人工酶（全合成的人工模拟酶；半合成酶）2抗体酶 3印迹酶9、酶制剂在医疗保健上有那些应用？1 治疗 2诊断 3酶制剂在药物生产上的应用 4作为药物靶位点在药

57、物设计上的应用10、 酶制剂在动物饲料上有那些应用？1补充内源酶不足 2摧毁植物细胞壁，使营养物质更好的被利用3水解非淀粉多糖，降低消化道食糜粘度，利于消化吸收4消除抗营养因子及毒素11、 酶制剂在食品上有那些应用？在淀粉加工中应用（、-淀粉酶）乳品加工应用（凝乳酶。乳糖酶）水果加工应用（果胶酶、纤维素酶）酒类酿造应用（-淀粉酶、-乙酰乳酸脱羧酶）鱼肉蛋加工应用 面包与考培食品制造的应用 用于食物保藏12、 酶制剂在轻化工业上有那些应用？1 洗涤上应用 2纺织和印染工业应用 3化妆品与牙膏中应用 4酶在皮革和裘皮制造的应用 5 酶在造纸工业应用 6有机酸生产13、 何谓酶反应器，如何衡量反应器

58、的性能？以游离酶、固定化酶或固定化细胞作为生物催化剂，进行酶促反应的装置。衡量：1固定化酶的形状 2底物的物理性质 3酶反应的动力学特征 4固定化酶稳定性 5操作要求及反应器费用14、 酶反应器有那些常用类型？三相流化床反应器，圆盘选择式反应器15、 酶传感器的定义、结构及工作原理。以酶为感受器，以基础电极作为换能极的生物传感器。结构：根据感受器与基础电极结合方式的不同，分为电极密接型和液流系统型。工作原理XXXXXXXXXXX自己看16、 应从那几方面衡量酶传感器的性能？1稳定性，主要受酶稳定性的影响，并决定传感器的使用寿命。2响应特性 3恢复时间 4测量范围 5测定中的干扰17、 酶的非水相催化有何优点？1提高脂溶性底物的溶解度，有利于高浓度底物连续生物转化2水解酶能摧花合成反应，如脂的合成和肽的合成3可以控制由水引起的副反应 4酶不溶性有机介质，易于回收再利用 5酶的固定化简单，可以只沉淀在载体表面6从低沸点的溶剂中分离纯化产物比水容易 7酶的热稳定性比水高，且没有微生物污染