生物反应工程复习资料.docx

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生物反应工程复习资料

生物反应工程复习

第一章：

绪论

1.生物反应工程：

生物反应工程是一门以研究生物反应过程中带有共性的工程技术问题的学科。

2.生物反应工程研究的内容：

生物学和工程学基础；酶动力学；生化反应；发酵作用的设计工程；大规模转移；生物过程的比例增加；生物反应工程的进展。

第二章：

酶催化反应动力学

1.根据酶所催化的反应类型，可以将酶分为六大类：

氧化还原酶；转移酶；水解酶；裂合酶；异构酶；连接酶。

2.酶的不同形式：

单体酶（monomericenzyme）

寡聚酶（oligomericenzyme）

多酶体系（multienzymesystem）

多功能酶（multifunctionalenzyme）或串联酶（tandemenzyme）

3.

辅酶（coenzyme）:

与酶蛋白结合疏松，可用透析或超滤的方法除去。

辅基（prostheticgroup）:

与酶蛋白结合紧密，不能用透析或超滤的方法除去。

4.酶的活性中心（activecenter）：

或称活性部位（activesite），指必需基团在空间结构上彼此靠近，组成具有特定空间结构的区域，能与底物特异结合并将底物转化为产物。

5.酶促反应的特异性，相对和绝对：

酶的特异性（specificity）：

一种酶仅作用于一种或一类化合物，或一定的化学键，催化一定的化学反应并生成一定的产物。

酶的这种选择性称为酶的特异性或专一性。

•

绝对特异性（absolutespecificity）：

酶只作用于特定结构的底物，进行一种专一的反应，生成一种特定结构的产物。

•相对特异性（relativespecificity）：

酶作用于一类化合物或一种化学键。

6.酶促反应的机理：

（一）两个学说

锁—-钥学说：

酶-底物复合物的形成

诱导契合假说：

酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。

（二）酶促反应的机制

1.邻近效应与定向排列

2.多元催化

3.表面效应（surfaceeffect）

7.米氏方程及意义：

米氏方程：

米－曼氏方程式推导基于两个假设：

①反应刚刚开始，产物的生成量极少，逆反应可不予考虑。

②［S］超过［E］，［S］的变化可忽略不计。

意义：

1.Km值等于酶促反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度，单位是mol/L。

2.　Km可近似表示酶对底物的亲和力；

3.　Km是酶的特征性常数之一

4.Vmax

定义：

Vmax是酶完全被底物饱和时的反应速度，与酶浓度成正比。

意义：

Vmax=K3[E]

如果酶的总浓度已知，可从Vmax计算酶的转换数（turnovernumber），即动力学常数K3。

8.抑制作用的类型:

不可逆性抑制（irreversibleinhibition）

可逆性抑制（reversibleinhibition）：

竞争性抑制（competitiveinhibition）

非竞争性抑制（non-competitiveinhibition）

反竞争性抑制（uncompetitiveinhibition

9.动力学特点：

竞争性抑制：

动力学特点：

Vmax不变，表观Km↑。

非竞争性抑制：

动力学特点：

Vmax↓，表观Km不变。

第三章：

应用酶催化和酶催化反应器

1．酶在食品方面的应用及举例：

应用于食品工业的酶制剂α—淀粉酶淀粉液化,制造葡萄糖,醇生产,纺织品退浆

β—淀粉酶麦芽糖生产制造啤酒调节烘烤物的体积

糖化酶糊精降解为葡萄糖

蛋白酶肉软化乳酪生产香肠熟化制蛋白胨

酶法生产葡萄糖

果葡糖浆的生产

饴糖的生产

酶在蛋白制品加工中的应用：

蛋白制品

在乳制品的加工方面的应用

在蛋制品加工方面的应用

酶在果蔬加工中的应用：

果胶酶：

用于果汁和果酒的澄清方面效果极佳

柚苷酶：

用于分解柑桔类果肉和果汁中的柚皮苷，以脱除苦味；

橙皮苷酶：

可使橙皮苷分解，能有效地防止柑桔类罐头制品出现白色浑浊；

葡萄糖氧化酶：

可去除果汁、饮料、罐头食品和干燥果蔬制品中的氧气，防止产品氧化变质，防上微生物生长，以延长食品保存期；

溶菌酶：

可防止细菌污染，起食品保鲜作用等。

酶在改善食品品质与风味中的应用：

用洋葱风味酶处理甘蓝等蔬菜

可使被处理的蔬菜呈现出洋葱的风味

用奶油风味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋，人造奶油等食品，可使这些食品增强奶油的风味。

2．酶在生物工程方面的应用及举例：

酶在除去细胞壁方面的应用除去细菌细胞壁

除去酵母细胞壁

除去霉菌细胞壁

植物细胞壁的破除

酶在大分子切割方面的应用限制性核酸内切酶

DNA外切核酸酶

碱性磷酸酶

核酸酶S1

酶在大分子拚接方面的应用DNA连接酶

DNA连接酶

3．酶反应器的特点与类型：

特点与化学反应器相比：

在低温、低压下发挥作用，反应时的耗能和产能较少。

•与发酵反应器相比：

不表现自催化方式（即细胞的连续再生）。

类型

搅拌罐型反应器：

有搅拌装置的、传统形式的反应器

适用的酶：

固定化酶

固定床型反应器：

又称活塞流反应器（PlugFlowReactor,PFR）

适用于：

固定化酶

流化床型反应器：

装有较小颗粒的垂直塔式反应器（形状可为柱形、锥形等）

适用于：

固定化酶

膜式反应器：

将酶催化反应与半透膜的分离作用组合在一起的反应器

适用于：

游离酶、固定化酶

鼓泡塔型反应器：

是有气体参与的酶催化反应中常用的一种反应器。

适用于：

游离酶、固定化酶

第四章：

细胞信号传导

1．细胞是生命活动的基本单位。

①细胞是构成有机体的基本单位；

②细胞是有机体代谢与功能的基本单位；

③细胞是有机体生长发育的基础；

④细胞是遗传的基本单位。

2．细胞中重要细胞器的作用：

内质网：

内质网是细胞蛋白质与脂质全成的基地，几乎全部的脂质和多种重要的蛋白质都是在内质网上合成的。

高尔基体：

高尔基体蛋白质的加工、分选、包装与运输以及在细胞“膜流”中起重要作用。

此外，蛋白质的糖基化及其复杂的加工与修饰。

多肽的酶解加工以及多糖合成等也发生在高尔基体中。

线粒体：

线粒体的主要功能是进行氧化磷酸化，合成ATP，为细胞生命活动提供直接能量。

叶绿体：

叶绿体的主要功能是进行光合作用。

溶酶体：

单层膜，是“消化车间”，内部含有多种水解酶，能分解衰老，损伤的细胞器，

核糖体：

是合成蛋白质的场所

3．信息物质有哪些：

第一信使：

（1）神经递质

（2）内分泌激素（3）局部化学介质（4）气体信号

第二信使：

在细胞内传递信息的小分子物质，如：

Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代谢产物等。

第三信使：

种类

信息物质

受体

引起细胞内的变化

神经递质

乙酰胆碱、谷氨酸、–氨基丁酸

质膜受体

影响离子通道关闭

生长因子

类胰岛素样生长因-1、表皮生长因子、血小板衍生生长因子

质膜受体

引起酶蛋白和功能蛋白的磷酸化和去磷酸化，改变细胞的代谢和基因表达

激素

蛋白质、多肽及氨基酸衍生物类激素

类固醇激素、甲状腺素

质膜受体

胞内受体

同上

调节转录

维生素

维生素A、维生素D

胞内受体

同上

4.第二信使（定义，举例）

定义：

第一信使物质经转导刺激细胞内产生的传递细胞调控信号的化学物质。

举例：

Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代谢产物等。

5.膜受体介导的信息传递分类：

（1）cAMP-蛋白激酶途径

（2）Ca2+-依赖性蛋白激酶途径（3）cGMP-蛋白激酶途径（4）酪氨酸蛋白激酶途径（5）核因子途径（6）TGF-β途径

第五章细胞代谢的计量关系和能学

1、系统的概念

答：

能量转移和传递的机制都是热力学基本内容，可以借用热力学的术语与结论来解释和理解微生物生长过程中产能吸热问题。

2、黑箱理论

答：

所谓“黑箱”，就是指那些既不能打开，又不能从外部直接观察其内部状态的系统，比如人们的大脑只能通过信息的输入输出来确定其结构和参数。

“黑箱方法”从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径，尤其对某些内部结构比较复杂的系统，对迄今为止人们的力量尚不能分解的系统，黑箱理论提供的研究方法是非常有效的。

3、标准自由能的计算

答：

4、生物体为什么偏偏选择ATP作为换能的媒介呢？

答：

（1）转移能力高的化合物和转移能力低的化合物间起桥梁作用

（2）磷酸基团的转移酶类都是对ADP和ATP高度专一的。

第六章细胞生长动力学

1、微生物生长温度类型

v低温型微生物（嗜冷微生物）

v中温型微生物（嗜温微生物）

v高温型微生物（嗜热微生物）

2、细胞比生长速率和温度之间的关系

3、比生长速率的定义及计算

答：

定义：

比生长速率μ：

每小时单位质量的菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率。

计算：

第七章生物反应器

1、生物反应器特点设计的基本原理

答：

生物反应器的特点：

Ø生物（酶除外）反应都以自催化（autocatalysis）方式进行，即在目的产物生成的过程中生物自力要生长繁殖。

Ø生物反应速率较快，生物反应器的体积反应速率不高

Ø与其他相关生产规模的加工过程相比，所需反应器体积大

Ø对好氧反应，因通风与混合等，动力消耗高

Ø产物浓度低

生物反应器设计的基本原理：

选择适宜的生物催化剂。

这包括要了解产物在生物反应的哪一阶段大量生成、适宜的pH和温度，是否好氧和易受杂菌污染等。

确定适宜的反应器形式。

确定反应器规模、几何尺寸、操作变量等。

传热面积的计算。

通风与搅拌装置的设计计算。

材料的选择与确保无菌操作的设计。

检验与控制装置。

安全性。

经济性。

第八章基因重组细胞培养工程

1、各种酶的作用及定义

工具酶：

基因工程中的工具酶主要包括用于DNA和RNA分子的切割、连接、聚合、逆转录等相关的各种酶类。

限制性核酸内切酶：

是一类由细菌产生的能专一识别和切割双链DNA中的特定碱基序列的核酸内切酶，简称限制酶或切割酶

同裂酶：

在切割DNA时，其切割点可以是相同的，产生平头末端，称为同识同切；切割点也可以是不同的，产生3ˊ或5ˊ粘性末端，称为同识异切。

同尾酶:

指来源不同，但识别与切割顺序有一定的相关性的一类酶。

它们作用后产生相同的粘性末端。

可变酶：

识别顺序中的一个或几个碱基是可变的，并且识别顺序往往超过6个碱基对。

工具酶

活性

限制性核酸内切酶

识别特异碱基序列，切割DNA

T4DNA连接酶

催化DNA5ˊ-磷酸与3ˊ-羟基

形成磷酸二酯键

DNA聚合酶

以DNA为模板合成DNA

逆转录酶

以RNA为模板合成cDNA

碱性磷酸酶

切除5－末端磷酸

T4多聚核苷酸激酶

催化核酸5'-羟基磷酸化

末端脱氧核苷酸转移酶

催化3'-端合成同聚尾

2、细胞重组的定义，几个基本概念

答：

定义：

从活细胞中分离出细胞器及其组分，然后在体外一定条件下将不同来源的细胞器及其组分进行重组，使其重新装配成为具有生物活性的细胞或细胞器的一种实验技术。

基本概念：

胞质体：

除去细胞核后由膜包裹的无核细胞。

微质体：

植物去核原生质。

核体：

在细胞去核过程中，分离出的核带有少量胞质并围有质膜称为核体。

微细胞（微核体）：

指含有一条或几条染色体（即只含一部分基因组），外有一薄层细胞质和一个完整质膜的核质体。

3、重组的几种形式、方法及试剂。

答：

细胞重组的方式：

胞质体与完整细胞重组——胞质杂种（cybrid）

微细胞与完整细胞重组——微细胞异核体（heterokaryon）

胞质体与核体（karyoplast）重新组合——重组细胞

（1）、胞质体制备

方法：

借助细胞松弛素的排核作用，结合高速离心得到了胞质体。

（2）、核体制备

防止夹杂完整细胞和胞质体。

1）.预离心，可去除贴壁不牢的完整细胞。

2）.可在去核处理后，收集样品，接种于培养皿内，温育l-2h，重复l-2次，可从上清液中收集得到较纯净的核体。

3）.采用梯度密度离心法，去除胞质体。

可使核体的纯度高达99％。

（3）微细胞

秋水仙素及其衍生物和长春新碱等有丝分裂阻断剂能干扰微管的合成与装配，而使染色体停滞在有丝分裂中期。

经体外培养，在单个染色体或染色体周缘就会重现核膜而形成含有一个微核、一薄层细胞质和一个完整质膜的微细胞

用上述方法从活细胞中拆散出来的胞质体、核体、微细胞为材料，通过显微操纵术，在光学显微镜下用显微操纵器把材料重新归合，加人病毒或化学物质如聚乙二醇（PEG）等融合因子，经过一段时间的作用，可以把它们重新装配成新的活细胞。