生物反應(yīng)工程

1、第一章1、生物反響工程定義：生物反響工程是一門(mén)以研究生物反響過(guò)程中帶有共性的工程技術(shù)問(wèn) 題的學(xué)科2、生物反響工程研究的內(nèi)容：它以生物反響動(dòng)力學(xué)為根底，將傳遞過(guò)程原理、設(shè)備工程學(xué)、 過(guò)程動(dòng)態(tài)學(xué)及最優(yōu)化原理等化學(xué)工程學(xué)方法與生物反響過(guò)程的反響特性方面的知識(shí)相結(jié)合，進(jìn)行生物反響過(guò)程分析與開(kāi)發(fā)，以及生物反響器的設(shè)計(jì)、操作和控制等。生物反響工程主要研究生物反響過(guò)程中帶有共性的工程技術(shù)問(wèn)題。第二章：1、根據(jù)酶所催化的反響類(lèi)型可以將酶分為六大類(lèi)2.2 分盡方貳分類(lèi)名稱(chēng)1aKidnr-8'dincTn 叫 f傑憶生物侏中豈化迪曲肚應(yīng)旳陰,也恬 將MAD籾件為崔的脫址諄 以為筑代翹時(shí)竝粗此軻霹屋軽乙晤蛻

2、議橋：1 - L 1. 1) 葡萄舞筑牝的門(mén).x乳n 過(guò)氣化氫】l. 1，即JL荼Bt加X(jué)iWCI- It l 1)2催此甞一個(gè)篠暫子的華團(tuán)(甲甚、甲除. 再崔尊丄需醉一剋，坑幫，霑帆"確酶童內(nèi)AH醜赫詹仏7. L 1U) 肌酸當(dāng)惴t戈.7. .< 23水解霹hydro怙羊e使師魅、:WtT鍵就智水胖的靛喘悅酶2, 1. n 舉舲關(guān)(3. 21. 15)4程含卿健化從紅囁yv水舞墾曲寶戌g 堆的嵯慮吐冀迦曳怖.贋用/H e-L C -O.cNX5 琴草狀陽(yáng)的G程1- 1. 3)富馬威水合詹L L 2)5斤枸甜權(quán)化iA坡、加反畀曲化.分于內(nèi)氧比述 AL井于內(nèi)轉(zhuǎn)肄等反響愉曲擔(dān)甘構(gòu)腳

3、訃.3. 1.乳嚴(yán)涓旋8515一 一 2, 1J$連張尊 ligaseHl ATP醫(yī)杓慮琦能莖份酈陡兩亍分尹 緒會(huì)的辭*生就 l),C S.C NX C等迷乙JS輔斎氣合成臨簡(jiǎn).H L 1 存胱TT駄什驪酗、也3. 2.2、酶 的不同 形式：?jiǎn)误w酶(mo no meric en zyme)寡聚酶(oligomeric en zyme)多 酶體系 (multienzyme system) 多功能酶(multifunctional enzyme) 或串聯(lián)酶(tandem enzyme)3、輔酶(coe nzyme):與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除 去。輔基(prosthetic grou

4、p):與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。4、 酶的活性中心：或稱(chēng)活性部位(active site)，指必需基團(tuán)在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。5、酶促反響的特異性相對(duì)和絕對(duì)酶的特異性：一種酶僅作用于一種或一類(lèi)化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反響并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種選擇性稱(chēng)為酶的特異性或?qū)Ｒ恍?。絕對(duì)：酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進(jìn)行一種專(zhuān)一的反響，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物相對(duì)：酶作用于一類(lèi)化合物或一種化學(xué)鍵。6、酶促反響的機(jī)理，兩個(gè)學(xué)說(shuō)(一) 酶-底物復(fù)合物的形成與誘導(dǎo)契合假說(shuō)酶與底物相互接近時(shí)，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和

5、相互適應(yīng)，進(jìn)而相互結(jié)合。(二) 鎖鑰學(xué)說(shuō)：特指對(duì)酶反響機(jī)制的一種描述。底物與酶結(jié)合形成復(fù)合體，酶上的結(jié)合部位(即活性部位)在結(jié)構(gòu)上與底物互補(bǔ)以致底物與酶吻合，正如鑰匙和鎖吻合一樣。7、米氏方程及意義：方程：v=VmaxXS/ Km+S，當(dāng) =1/2 Vm , Km = S意義：Km可以近似地代表 E與S的親和力Km越小，代表E與S親和力越大&抑制的類(lèi)型概念：抑制劑與酶活性中心必需基團(tuán)共價(jià)結(jié)合，不能用透析、超濾等物理方法將其除去分類(lèi)：可逆性抑制競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用、非競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用、反競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用不可逆抑制專(zhuān)一性抑制巰基酶抑制劑，絲氨酸酶抑制劑 、非專(zhuān)一性抑制劑9、動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)第三章：1、酶在

6、食品方面的應(yīng)用級(jí)舉例生物技術(shù)在食品工業(yè)中應(yīng)用的代表就是酶的應(yīng)用，目前已經(jīng)有幾十種酶成功用于食品工業(yè)。如葡萄糖、飴糖、果葡糖漿的生產(chǎn)、蛋白質(zhì)制品加工、果蔬加工、食品保鮮以及改善食品品 質(zhì)與風(fēng)味等。常用的酶制劑主要有：淀粉酶、糖化酶、蛋白酶、葡萄糖異構(gòu)酶、果膠酶、脂肪酶、纖維素酶葡萄糖氧化酶等。舉例：應(yīng)用于食品工業(yè)的酶制劑、酶法生產(chǎn)葡萄糖、果葡糖漿的生產(chǎn)、飴糖的生產(chǎn)、 酶在蛋白制品加工中的應(yīng)用、酶在果蔬加工中的應(yīng)用、酶在改善食品品質(zhì)與風(fēng)味中的應(yīng)用2、酶在生物工程方面的應(yīng)用級(jí)舉例一、酶在除去細(xì)胞壁方面的應(yīng)用舉例：1 除去細(xì)菌細(xì)胞壁2除去酵母細(xì)胞壁3除去霉菌細(xì)胞壁4植物細(xì)胞壁的破除二、酶在大分子切割方

7、面的應(yīng)用1.限制性核酸內(nèi)切酶 2. DNA外切核酸酶3.堿性磷酸酶4 .核酸酶S1三、 酶在分子拼接方面的應(yīng)用1. DNA連接酶2. DNA聚合酶3、酶反響器的類(lèi)型與特點(diǎn)1攪拌罐型反響器：有攪拌裝置的、傳統(tǒng)形式的反響器。由反響罐、攪拌器和保溫裝置組成。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，酶與底物混合充分均勻，傳質(zhì)阻力小，反響條件易控制，能處理膠體狀底物、不溶性底物。2固定床型反響器：把顆粒狀或片狀等固定化酶填充于固定床內(nèi)，底物按一定方向以恒定速度通過(guò)反響床。優(yōu)點(diǎn)：可使用高濃度的催化劑。與CSTR相比，可減少產(chǎn)物的抑制作用產(chǎn)物濃度沿反響器長(zhǎng)度逐漸增高。3 流化床型反響器：裝有較小顆粒的垂直塔式反響器形狀可為柱形、錐

8、形等。底物以一定速度由下向上流過(guò)， 使固定化酶顆粒在浮動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行反響。流體的混合程度介于 CSTR和PFR之間。適用于：固定化酶。特點(diǎn)：底物溶液以足夠大的流速，從反響器底部向上通過(guò)固定化酶柱床時(shí)，便能使固定化酶顆粒始終處于流化狀態(tài)。其流動(dòng)方式使反響液的混合程度介于CSTR的全混型和PBR的平推流型之間。FBR可用于處理黏度較大和含有固體顆粒 的底物溶度，同時(shí)，亦可用于需要供氣體或排放氣體的酶反響即固、液、氣三相反響。 但因FBR混合均勻，故不適用于有產(chǎn)物抑制的酶反響。4 膜式反響器：將酶催化反響與半透膜的別離作用組合在一起的反響器。適用于：游離酶、固定化酶。特點(diǎn)：膜反響器可以制成平板型、螺旋

9、型、管型、中空纖維型、轉(zhuǎn)盤(pán)型 等多種形狀。常用的是中空纖維反響器。5 鼓泡塔型反響器：利用從反響器底部通入的氣體產(chǎn)生的大量氣泡，在上升過(guò)程中起到 提供反響底物和混和這兩種作用的一類(lèi)反響器。是有氣體參與的酶催化反響中常用的一種反應(yīng)器。適用于：游離酶、固定化酶特點(diǎn)；鼓泡式反響器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，剪切力小，物質(zhì)與熱量的傳遞效率高，是有氣體參與的酶催化反響中常用的一種反響器。例如氧化酶催化反響需要供應(yīng)氧氣，羧化酶的催化反響需要供應(yīng)二氧化碳等。第四章：1、細(xì)胞是生命活動(dòng)的根本單位？細(xì)胞是構(gòu)成有機(jī)體的根本單位； 細(xì)胞是 有機(jī)體代謝與功能的根本單位，有嚴(yán)格自動(dòng)控制的代謝體系，并且有保證完成生命過(guò)程有序性

10、的獨(dú)立的結(jié)構(gòu)裝置。有機(jī)體的生長(zhǎng)發(fā)育是依靠細(xì)胞增殖、分化與凋亡來(lái)實(shí)現(xiàn)的。細(xì)胞是有機(jī)體生長(zhǎng)發(fā)育的根底；細(xì)胞具有遺傳的全能性除少數(shù)特化細(xì)胞，是遺傳的根本單位。2、細(xì)胞中重要細(xì)胞器的功能線粒體是細(xì)胞進(jìn)行有氧呼吸的主要場(chǎng)所。又稱(chēng)動(dòng)力車(chē)間。細(xì)胞生命活動(dòng)所需的能量，大約95%來(lái)自線粒體葉綠體是綠色植物能進(jìn)行光合作用的細(xì)胞含有的細(xì)胞器，產(chǎn)生氧氣和有機(jī)物，是植物細(xì)胞的“養(yǎng)料制造車(chē)間和“能量轉(zhuǎn)換站。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是由膜連接而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，單層膜，是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的合成和加工，以及脂質(zhì)合成的“車(chē)間可分為滑光面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)加工蛋白，滑面內(nèi)質(zhì) 網(wǎng)合成脂質(zhì)。高爾基體單層膜，對(duì)來(lái)自?xún)?nèi)質(zhì)網(wǎng)的蛋白質(zhì)再加工，分類(lèi)和包裝的

11、“車(chē)間及“發(fā)送站，動(dòng)植物細(xì)胞中都含有高爾基體，動(dòng)物細(xì)胞用于分解物的形成，植物細(xì)胞參與細(xì)胞壁的形成。溶酶體，單層膜，是“消化車(chē)間，內(nèi)部含有多種水解酶，能分解衰老，損傷的細(xì)胞器，吞噬并殺死入侵的病毒或細(xì)菌液泡單層膜，只存在于植物細(xì)胞和低等動(dòng)物細(xì)胞，是調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)的環(huán)境核糖體 無(wú)膜，分為附著核糖體和游離核糖體，將氨基酸合成蛋白質(zhì)是由RNA和蛋白質(zhì)構(gòu)成的微小顆粒，是合成蛋白質(zhì)的場(chǎng)所，所有細(xì)胞都含有核糖體。3、信息物質(zhì)有哪些？第一信使：1神經(jīng)遞質(zhì)2內(nèi)分泌激素3局部化學(xué)介質(zhì)4氣體信號(hào)第二信使：在細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質(zhì)，如：Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代謝產(chǎn)物等。第

12、三信使:種類(lèi)信息物質(zhì)受體引起細(xì)胞內(nèi)的變化神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿、谷氨酸、鎮(zhèn)基丁酸質(zhì)膜受體影響離子通道關(guān)閉生長(zhǎng)因子類(lèi)胰島素樣生長(zhǎng)因-1、表皮 生長(zhǎng)因子、血小板衍生生 長(zhǎng)因子質(zhì)膜受體引起酶蛋白和功能蛋白的磷酸化 和去磷酸化，改變細(xì)胞的代謝和基 因表達(dá)激素蛋白質(zhì)、多肽及氨基酸衍生物類(lèi)激素類(lèi)固醇激素、甲狀腺素質(zhì)膜受體胞內(nèi)受體同上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄維生素維生素A、維生素D胞內(nèi)受體同上4、第二信使第二信使：在細(xì)胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質(zhì)，如：CaT、DAG、 Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代謝產(chǎn)物等。5、膜受體介導(dǎo)的信息傳遞分類(lèi)？1cAMP-蛋白激酶途徑2Ca2+-依賴(lài)性蛋白激酶途徑3cGMP-蛋白激酶途徑4

13、酪氨酸蛋白激酶途徑5核因子 途徑6 TGF-3途徑第五章1、系統(tǒng)的概念：能量轉(zhuǎn)移和傳遞的機(jī)制都是熱力學(xué)根本內(nèi)容，可以借用熱力學(xué)的術(shù)語(yǔ)與結(jié) 論來(lái)解釋和理解微生物生長(zhǎng)過(guò)程中產(chǎn)能吸熱問(wèn)題。2、黑箱理論所謂黑箱就是指那些既不能翻開(kāi)，又不能從外部直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)，比方人們 的大腦只能通過(guò)信息的輸入輸出來(lái)確定其結(jié)構(gòu)和參數(shù)。黑箱方法從綜合的角度為人們提供了一條認(rèn)識(shí)事物的重要途徑，尤其對(duì)某些內(nèi)部結(jié)構(gòu)比擬復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)迄今為止人們的力量尚不能分解的系統(tǒng)，黑箱理論提供的研究方法是非常有效的。3、標(biāo)準(zhǔn)自由能的計(jì)算自由能代表在等溫條件下系統(tǒng)的總能量中能作功的局部的比例|一級(jí)說(shuō)來(lái).自由能變化&是陸著累統(tǒng)

14、趨向于平截時(shí)得以用來(lái)做功的能箍-因此*如果在同一溫度時(shí).廉統(tǒng)從一個(gè)狀態(tài)變化刊另一半狀応.耶么與這種就恵變化相應(yīng)的白血能變化定當(dāng)這牛町建慕統(tǒng)處于平擲狀態(tài)時(shí)由能的變化為零'那么系統(tǒng)臨其壞境的施到達(dá)星大系址處丁赧町能的扶態(tài)"迖些空在描述生化系縫時(shí)最匝丁農(nóng)達(dá)上 琳力于定律的形式“亍于處在苗平衙狀態(tài)的毎統(tǒng)*由式門(mén).因此處于冷平斷狀態(tài)的樂(lè)統(tǒng)只能向負(fù)的白由能變化方向發(fā)地進(jìn)廿'并幾乎到達(dá)完業(yè)“(5. 19):樂(lè)*小崔標(biāo)準(zhǔn)糸件下的R由能變化即1 m2反響肖轉(zhuǎn)變底1 mol產(chǎn)物所茯習(xí)或先去的 【中能的顯*必須指出的是.反響物必須處于1 mol化的濃度*有標(biāo)難狀與下的自由能變化，就町以計(jì)算

15、龍一般情況下的白由能變化了*4、生物體為什么選擇 ATP作為換能的媒介1 轉(zhuǎn)移能力高的化合物和轉(zhuǎn)移能力低的化合物間起橋梁作用2磷酸基團(tuán)的轉(zhuǎn)移酶類(lèi)都是對(duì)ADP和ATP高度專(zhuān)一的。1、微生物生長(zhǎng)溫度類(lèi)型低溫型微生物嗜冷微生物中溫型微生物嗜溫微生物高溫型微生物嗜熱微生物2、細(xì)胞比生長(zhǎng)速率和溫度之間的關(guān)系 微生物比生長(zhǎng)速率隨溫度變化的曲線：-42.0.86 曉1 I p QO.O.仞.watioM2022牖06042.10.Q0.O-GJO.0O,0.20.00 W 2030400.02 p0血丨.一0.003 2 0.OT33 0.00,M DM35 0 0036 0 00370/7)050圖氏左

16、植初禮桿闍t iactfjbaciUus p/u ntamin 比斗悵;i卷零附鬧貶的住化4、比生長(zhǎng)速率的定義及計(jì)算 比生長(zhǎng)速率： Jf =尸 Ks+sn=xSTOKs + S第七章：1、生物反響器特點(diǎn)和設(shè)計(jì)根本原理生物反響器：是指有效利用生物反響機(jī)能得系統(tǒng)或場(chǎng)所，不僅包括傳統(tǒng)得發(fā)酵罐fermenter 、酶反響器，還包括采用固定化技術(shù)后的固定化酶或細(xì)胞反響器、動(dòng)植物細(xì) 胞培養(yǎng)用反響器和光合生物反響器等特點(diǎn)：1生物酶除外反響都以自催化autocatalysis 方式進(jìn)行，即在目的產(chǎn)物生成的過(guò)程中生物自力要生長(zhǎng)繁殖。2生物反響速率較快，生物反響器的體積反響速率不高3 與其他相關(guān)生產(chǎn)規(guī)模的加工過(guò)程

17、相比，所需反響器體積大4對(duì)好氧反響，因通風(fēng)與混合等，動(dòng)力消耗高5產(chǎn)物濃度低生物反響器選型與設(shè)計(jì)的要點(diǎn)：1、 選擇適宜的生物催化劑。這包括要了解產(chǎn)物在生物反響的哪一階段大量生成、適宜的pH 和溫度，是否好氧和易受雜菌污染等。2、確定適宜的反響器形式。3、確定反響器規(guī)模、幾何尺寸、操作變量等。4、傳熱面積的計(jì)算。5、通風(fēng)與攪拌裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算。6、材料的選擇與確保無(wú)菌操作的設(shè)計(jì)。7、檢驗(yàn)與控制裝置。&平安性。9、經(jīng)濟(jì)性。第八章：1、各種酶的作用及意義工具酶：基因工程中的工具酶主要包括用于DNA和RNA分子的切割、連接、聚合、逆轉(zhuǎn)錄等相關(guān)的各種酶類(lèi)。限制性核酸內(nèi)切酶：是一類(lèi)由細(xì)菌產(chǎn)生的能專(zhuān)一識(shí)

18、別和切割雙鏈DNA中的特定堿基序列的核酸內(nèi)切酶，簡(jiǎn)稱(chēng)限制酶或切割酶同裂酶： 在切割DNA時(shí)，其切割點(diǎn)可以是相同的，產(chǎn)生平頭末端，稱(chēng)為同識(shí)同切；切割點(diǎn)也可以是不同的，產(chǎn)生 3 /或5/粘性末端，稱(chēng)為同識(shí)異切。同尾酶：指來(lái)源不同，但識(shí)別與切割順序有一定的相關(guān)性的一類(lèi)酶。它們作用后產(chǎn)生相同的 粘性末端?？勺兠福?識(shí)別順序中的一個(gè)或幾個(gè)堿基是可變的，并且識(shí)別順序往往超過(guò)6個(gè)堿基對(duì)。工具酶活性限制性核酸內(nèi)切酶識(shí)別特異堿基序列，切割 DNAT4 DNA連接酶催化DNA5'-磷酸與3蛍基 形成磷酸二酯鍵DNA聚合酶以DNA為模板合成DNA逆轉(zhuǎn)錄酶以RNA為模板合成cDNA堿性磷酸酶切除5 -末端磷酸T4多聚核苷酸激酶催化核酸5'-羥基磷酸化末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶催化3'-端合成同聚尾2、細(xì)胞重組的定義，幾個(gè)根本概念細(xì)胞重組：從活細(xì)胞