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酶工程期末考试题
一． 名词解释：（每题2分，共22分）
1. 酶工程
2. 酶催化的专一性
3. 固定化酶
4. 等密度梯度离心
5. 酶化学修饰
6. 酶的非水相催化
7. 酶反应器
8. 模拟酶
9. 抗体酶
10. 酶定向进化
11. 生物传感器
二． 填空题：（每空1分，共18分）
1. 培养基的五大要素：（碳源）（氮源）（无机盐）（水）（生长因子）。
2. 影响酶生物合成模式的主要因素：（mRNA的稳定性）（培养基中阻遏物的存在）。
3. 酶的固定化方法有（吸附法）（热处理法）（结合法）（交联法）（包埋法）。
4. 酶反应器的类型按操作方式区分，可分为（分批式反应）（连续式反应）
（流加分批式反应 ）。
5. 酶定向进化的一般过程：（随机突变）（构建基因文库）（筛选目的突变）。
三． 问答题：（每题5分，共40分）
1. 酶工程的主要研究内容？
2. 在生产实践中，对产酶菌的要求。
3. 提高酶产量的措施：
4. 试比较动物植物和微生物在细胞培养上的不同。
5. 何谓膜分离技术？在酶的生产中有什么应用？
6. 固定化酶和游离酶相比，有何优缺点？
7. 酶的非水相催化有哪些特点？
8. 简述水对非水相中酶的特性有何影响？
四． 论述题：（任选2题，每题10分，共20分）
1. 简单评价酶生物合成的4种模式的主要特点。
2. 写出至少三种分离纯化酶蛋白的方法，并作简要叙述。
3. 论述酶分子定向进化的意义。
答案部分：
一． 名词解释：
1. 酶工程：酶的生产，改性与应用的技术过程
2. 酶催化的专一性：在一定条件下，一种酶只能催化一种或者一类结构相似的底物进行某种类型反应的特性。
3. 固定化酶：固定在载体上并在一定的空间范围内进行催化反应的酶。
4. 等密度梯度离心：当欲分离的不同颗粒的密度范围处于离心介质的密度范围内，在离心力的作用下，不同浮力密度的颗粒在沉降或者漂浮时，经过足够长的时间久可以移动到与它们各自的浮力密度恰好相等的位置，形成区带，这种方法叫做等密度梯度离心。
5. 酶化学修饰：通过各种方式使酶分子的结构发生某些改变，从而改变酶的催化特性的技术过程称为酶分子修饰。
6. 酶的非水相催化：酶在非水介质中的催化作用称为酶的非水相催化。
7. 酶反应器：用于酶进行催化反应的容器以及附属设备称为酶反应器
8. 模拟酶：用合成高分子来模拟酶的结构、特性、作用原理以及酶在生物体内的化学反应过程，这种高分子称为模拟酶。
9. 抗体酶：具有催化能力的免疫球蛋白。
10. 酶定向进化：模拟自然进化过程，如随机突变和自然选择，在体外进行酶基因的人工随机突变，建立突变基因文库，在人工控制条件的特殊坏境下，定向选择得到具有优良催化特性的酶的突变体的技术过程。
11. 生物传感器：利用一种能与换能元件在空间上直接接触的生物识别元件提供特殊的定量或半定量的分析信息的完整综合装置。
二 问答题
1. 酶工程的主要研究内容？
答：酶工程的主要内容包括微生物发酵产酶，动植物细胞培养产酶，酶的提取分离纯化，酶分子修饰，酶，细胞，原生质体固定化，酶的非水相催化，酶的定向进化，酶反应器和酶的应用。
2. 在生产实践中，对产酶菌的要求。
答：优良的产酶微生物一般要具有以下特点：
酶的产量高；产酶稳定性好，容易培养和管理；利于酶的分离纯化；安全可靠无毒性。
3. 提高酶产量的措施：
1. 添加诱导物 ，诱导或加速酶的产生。
2. 控制阻遏物的浓度，设法解除阻遏作用。为了减少或者解除分解代谢物阻遏作用，应当控制培养基中葡萄糖等容易利用的碳源的浓度。采用其他较难利用的碳源，如淀粉等采用补料、分次流加碳源添加一定量的环腺苷酸（cAMP）。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。
3. 添加表面活性剂，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。
4. 添加产酶促进剂。
4. 试比较动物植物和微生物在细胞培养上的不同。
答：植物细胞培养的培养基与微生物培养基有较大的差别，其主要不同在于：
（1）植物细胞的生长和代谢需要大量的无机盐。
（2）植物细胞需要多种维生素和植物生长激素
（3）植物细胞要求的氮源一般为无机氮源。
（4）植物细胞一般以蔗糖为碳源。
动物细胞与微生物细胞和植物细胞比较具有下列特性：
（1）动物细胞没有细胞壁，细胞适应环境的能力差，显得十分脆弱。
（2）动物细胞的体积远大于微生物细胞，稍小于植物细胞。
（3）大部分动物细胞在机体内相互粘连以集群形式存在，在细胞培养中大部分细胞具有群体效应、锚地依赖性、接触抑制性以及功能全能性。
（4）动物细胞的营养要求较复杂，必须供给各种氨基酸、维生素、激素和生长因子等，培养基中一般需加进的血清。
5. 何谓膜分离技术？在酶的生产中有什么应用？
答：借由一定孔径的高分子薄膜将不同大小，不同形状和不同特性的物质颗粒和分子进行分离的技术称为膜分离技术。
根据物质颗粒或分子通过薄膜的原理和推动力的不同，膜分离可以分为：
① 加压膜分离
微滤：主要用于除去细菌等微生物；
超滤：主要用于分离病毒和各种生物大分子；在酶工程方面不仅用于酶的分离纯化，同时还能达到酶液浓缩的目的；
反渗透：主要用于分离各种离子和小分子物质。
② 电场膜分离
电渗析：以半透膜为分离介质，主要用于酶液或其他溶液的脱盐、海水淡化、纯水制备以及其他带电荷小分子的分离；
离子交换膜电渗析：以离子交换膜代替一般的半透膜，选择透过性强。用于酶液脱盐、海水淡化，以及从发酵液中分离柠檬酸、谷氨酸等带电荷
小分子发酵产物等。
③扩散膜分离：主要用于透析。
综上所述：膜分离主要用于去除细菌等微生物，分离病毒和其他大分子，以及分离各种离子和小分子物质，进而进行脱盐，淡化海水的操作。
6. 固定化酶和游离酶相比，有何优缺点？
答：优点：(1)可提高稳定性。
(2)能回收，易与产物分离，可反复使用。
(3)简化提纯工艺，增加产物收率。
(4)酶反应过程能够加以严格控制。
缺点：(1)存在扩散限制。
(2)适于催化小分子物质
(3)活性中心受损，酶活性下降。
7. 酶的非水相催化有哪些特点？
答： 1. 酶的结构可能会发生变化：
在酶反应体系中，水直接或间接地参与非共价作用力,维持酶的活性构象变化所需的柔性,使酶向趋于最佳催化状态所需的构象变化。有机介质中由于水含量的不同，则会导致酶的构象改变以使“刚性”变大。
2. 酶的酶学性质发生改变：
基于酶的结构变化或者酶的动态结构微小变化使得酶在底物特异性，对映体选择性，手性选择性，化学键选择性，热力学稳定性，PH条件，Vm和Km上发生变化
8. 简述水对非水相中酶的特性有何影响？
答：1. 水对酶分子空间构象的影响：
在无水的条件下，酶的空间构象被破坏，酶将变性失活。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，酶分子一旦失去必需水，就必将破坏其空间构象失去催化功能。
2. 水对酶催化反应速度的影响：
在任一酶催化反应中都存在最适水含量。即使采用相同的酶，反应体系的最适水含量也会随着有机溶剂的种类、固定化载体的特性、修饰剂的种类等的变化而有所差别。
五． 论述题：（每题10分，共20分）
1. 简单评价酶生物合成的4种模式的主要特点
答：1. 同步合成型：酶的生物合成与细胞生长同步进行的一种酶生物合成模式。
特点：酶的合成可以诱导，但不受分解代谢物阻遏和反应产物阻遏。
2. 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。
3. 中期合成型：该类型的酶在细胞生长一段时间以后才开始，而在细胞
生长进入平衡期以后，酶的生物合成也随着停止。
4. 滞后合成期：在细胞生长一段时间或者进入平衡期以后才开始其生物合成并大量积累。
2． 写出至少三种分离纯化酶蛋白的方法，并作简要叙述。
沉淀分离：沉淀分离是通过改变某些条件或添加某种物质，使酶的溶解度降低，而
从溶液中沉淀析出，与其它溶质分离的技术过程。通常包括盐析沉淀，等电点沉淀，有机溶剂沉淀，复合沉淀，选择性变性沉淀。
离心分离：离心分离是借助于离心机旋转所产生的离心力，使不同大小、不同密度的物质分离的技术过程。通过调节离心速度或者其他条件的大小，可以讲密度或者分子量不同的物质沉降分离。
过滤：根据过滤介质截留的物质颗粒大小不同，来达到过滤的目的；通常包括粗滤，微滤，超滤，反渗透。
膜分离：借由一定孔径的高分子薄膜将不同大小，不同形状和不同特性的物质颗粒和分子进行分离的技术称为膜分离技术。根据物质颗粒或分子通过薄膜的原理和推动力的不同，膜分离可以分为：
① 加压膜分离：包括微滤，超滤，反渗透。
② 电场膜分离：包括电渗析和离子交换膜渗析。
③ ③扩散膜分离：主要是透析。
层析分离：利用混合物中各组分的物理化学性质的差别，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，从而达到分离的目的。
主要的层析方法有：吸附层析；分配层析；离子交换层析；凝胶层析；亲和层析；层析聚焦。
电泳分离：是带电粒子在电场中向着与其本身所带电荷相反的电极移动的过程。
电泳方法按其使用的支持体的不同，可以分为：纸电泳,薄层电泳,薄膜电泳,凝胶电泳,自由电泳,等电聚焦电泳。主要用于酶的纯度鉴定、酶分子质量测定、酶等电点测定以及少量酶的分离纯化。
萃取分离：利用物质在两相中的溶解度不同而使其分离。萃取分离中的两相一般为互不相溶的两个液相。有时也可采用其它流体。按照两相的组成不同，萃取可以分为：有机溶剂萃取；双水相萃取；超临界萃取；反胶束萃取。
注：任选3个以上即可
3． 论述酶分子定向进化的意义。
答：理论上，蛋白质分子蕴藏着很大的进化潜力，很多功能有待于开发，这是酶的体外定向进化的基本先决条件。
所谓酶的体外定向进化，又称实验分子进化，属于蛋白质的非合理设计，它不需事先了解酶的空间结构和催化机制，通过人为地创造特殊的条件，模拟自然进化机制(随机突变、重组和自然选择)，在体外改造酶基因，并定向选择出所需性质的突变酶。因此可以广泛应用于各种蛋白质类酶和核酸类酶的改性。
v 酶的体外定向进化技术极大地拓展了蛋白质工程学的研究和应用范围，特别是能够解决合理设计所不能解决的问题，为酶的结构与功能研究开辟了崭新的途径，并且正在工业、农业和医药等领域逐渐显示其生命力。