酶工程復習題

酶工程復習題一、填空題（1‘×20）1、戊二醛，二氨基丁烷，乙二胺是酶分子修飾中分子內交聯(lián)最常用的交聯(lián)劑。2、固定化對酶反應系統(tǒng)的影響主要有：酶構象改變，立體屏蔽，微擾效應，分配效應，擴散限制。3、根據酶催化的反應性質可以將酶分為：氧化還原酶，轉移酶，水解酶，裂解酶，異構酶，合成酶6大類。4、1961年，國際酶委會規(guī)定的酶活力單位為：在特定的條件下（25oC，PH及底物濃度為最適宜）1min內，催化1umol的底物轉化為產物的酶量為一個國際單位，即1IU。5、1960年，查柯柏（Jacob）和莫洛德（Monod）提出了操縱子學說，認為DNA分子中，與酶生物合成有關的基因有四種，即操縱基因、調節(jié)基因、啟動基因和結構基因。6、SDS是利用蛋白的分子量不同進行分離，離子交換層析是利用蛋白的靜電吸附能力不同進行分離。7、酶活力的測定方法可用終點法，動力學法，酶偶聯(lián)測定法和電化學法。8、決定酶催化活性的因素有兩個方面，一是酶的結構

，二是反應條件。

9、求Km最常用的方法是雙倒數(shù)作圖法。10、可逆抑制作用可分為非競爭性抑制作用，反競爭性抑制作用，爭性抑制作用。11、酶活力的測定方法可用終止反應法和連續(xù)反應法。12、通常酶的固定化方法有吸附法，載體偶聯(lián)法，交聯(lián)法，包埋

法。13、酶分子的體外改造包括酶的表面修飾和內部修飾。14、模擬酶的兩種類型是全合成酶和半合成酶。15、抗體酶的制備方法有細胞融合法，抗體結合位點化學修飾法，用生物工程方法產生抗體法，引入輔助因子法和

拷貝法。16、根據酶和蛋白質在穩(wěn)定性上的差異而建立的純化方法有選擇性熱交性法，選擇性酸堿交性法和選擇性表面交性法。17、酶的生產方法有提取法，發(fā)酵法，化學合成法。18、日本稱為“酵素”的東西，中文稱為酶,英文則為Enzyme,是庫尼（Kuhne）于1878年首先使用的。其實它存在于生物體的細胞內與細胞外。19、酶分子修飾的主要目的是改進酶的性能，即提高酶的活力、減少酶的抗原性，增加穩(wěn)定性。20、借助多功能或多功能試劑使酶和酶或酶和微生物發(fā)生交聯(lián)作用，制成網狀結構的固定化酶的方法稱為交聯(lián)法。21、酶的分離純化方法中，根據目的酶與雜質分子大小差別有凝膠過濾法，超速離心法和超濾法三種。22、由于各種分子形成結晶條件的不同，也由于變性的蛋白質和酶不能形成結晶，因此酶結晶既是一種酶是否純凈的標志，也是一種酶和雜蛋白分離純化的平段。名詞解釋（3‘×7）1酶的定向固定化:通過不同方法,把酶和載體在酶的特定位點上連接起來,使酶在載體表面按一定的方向排列,使它的活性位點面朝固體表面的外側排列,就有利于底物進入到酶的活性位點里去,從而顯著提高固定化酶的活性.2模擬酶:又稱人工酶,就是研究天然酶中那些起主導作用的因素,利用有機化學、生物化學等方法設計和合成一些比天然酶簡單的具有催化功能的非蛋白質分子或蛋白質分子。3抗體酶：又稱催化抗體，是一種新型人工酶制劑，是抗體的高度選擇性和酶的高效催化能力巧妙結合的產物，本質上是一類具有催化活力的免疫球蛋白，在其可變區(qū)賦予了酶的屬性。4酶的抽提：將酶從原材料中抽取出來制成酶溶液。5分子印跡：制備對某一化合物具有選擇性的聚合物的過程。6離子交換層析：利用離子交換劑的可解離基團對各種離子的親和度不同而使不同物質分離。7生物酶工程：采用基因工程和蛋白質的方法和技術，研究酶基因的克隆和表達、酶蛋白的結構和功能的關系以及對酶進行再設計和定向加工，以發(fā)展性能更加優(yōu)良的酶或新功能的酶的學科。8膜型反應器：由膜狀或板狀固定化酶或固定化微生物組裝的反應器。9酶工程：工業(yè)上有目的地設計一定的反應器和反應條件，利用酶的催化功能，在常溫常壓下催化化學反應，生產人類需要的產品或服務于其它目的地一門應用技術。10酶活性中心：直接與酶催化有關的部位。11酶的比活力：是純化的量度，指每毫克質量的蛋白質中所含有的某種酶的催化活力。12固定化酶：用物理，化學等方法將水溶性的酶固定到特定的載體上使之成為水不溶性的酶。13酶分子修飾：利用修飾劑所具有的各類化學基團的特性，直接或經一定的活化步驟后于酶分子上的某種氨基酸殘基產生化學反應，從而改造酶分子的結構與功能。14鼓泡式反應器：利用從反映其地步通入的氣體產生的大量氣泡，在上升過程中起到提純反應底物和混合作用的反應器15凝膠層析：以各種多孔凝膠為固定相，依據分子篩效應，利用溶液中各組分的分子質量不同而進行分離的技術16固定化增殖細胞：將活細胞固定在載體上并使其在連續(xù)反應過程中保持旺盛的生長，繁殖活力的一種固定方法17別構酶：酶分子活性中心以外的位點與各種配體結合使酶分子構象發(fā)生改變，從而導致與后續(xù)配體的親和力改變的一類酶18肽酶：模擬天然酶活性部位而人工合成的具有催化活性的肽19抗體酶：通過改變抗體中與抗原結合的微環(huán)境，并在適當?shù)牟课灰胂鄳拇呋鶊F，所產生的具有催化活性的抗體。20抗體酶：通過改變抗體中與抗原結合的微環(huán)境，并在適當?shù)牟课灰胂鄳拇呋鶊F，所產生的具有催化活性的抗體。21液體發(fā)酵：液體發(fā)酵法是借助于液體介質來完成面團的發(fā)酵，即先將酵母置于液體介質中，在液體中經幾個小時的繁殖，制成發(fā)酵液，然后用發(fā)酵液與其他原輔料攪拌成面團。22別構酶：活性受別構調節(jié)物調控的酶。23酶反應器：以酶作為催化劑進行反應所需的裝置24液體發(fā)酵法：液體發(fā)酵法是借助于液體介質來完成面團的發(fā)酵，即先將酵母置于液體介質中，在液體中經幾個小時的繁殖，制成發(fā)酵液，然后用發(fā)酵液與其他原輔料攪拌成面團。25別構酶：當某些化合物與酶分子中的別構部位可逆地結合后，酶分子的構象發(fā)生改變，使酶活性部位對底物的結合與催化作用受到影響，從而調節(jié)酶促反應速度及代謝過程，這種效應稱為別構效應。具有別構效應的酶稱為別構酶。26誘導酶：在通常情況下不合成或很少合成，當加入誘導物后就會大量合成的酶。27酶回收率：指某純化步驟后的酶的總活力與該步驟前的總活力之比。28酶純化比：指某純化步驟后的酶的比活力與該步驟前的比活力之比。29酶的變性：酶分子結構中的氫鍵，二硫鍵及范德華力被破壞，酶的空間結構收到破壞，原有有序，完整的結構變成無序，松散的結構，失去了原有的生理功能。30酶的失活：酶的自身活力受損，失去與底物結合能力。問答題1、如何檢查一種酶的制劑是否達到了純的制劑？試用所學過的知識加以論述。有以下方法：①層析法：包括紙層析、凝膠層析、柱層析及親和層析②電泳法：包括SDS凝膠電泳法和聚丙烯酰胺凝膠電泳法③超離心法：不同的酶分子大小不同，在重力場中具有不同的沉降系數(shù)，從而可以通過超離心方法分離目的酶與雜質酶④免疫反應法：由于酶分子可作為一種抗原物質，而抗原與抗體之間具有專一的親和力，故可選用目的酶的抗體與酶制劑進行免疫擴散或免疫電泳，從而判斷酶的制劑是否純凈⑤氨基酸序列分析法：采用特定的化學物質從酶的N末端將氨基酸殘基逐個水解下來，最終可獲知該酶的氨基酸序列，從而也可以判斷出酶制劑是否純凈。2、酶的催化特性。①酶催化的高效性②酶催化的高度專一性③酶催化的反應條件溫和④酶活性的可調控性⑤酶催化的活性與輔酶、輔基和金屬離子有關。3、固定化細胞有哪些優(yōu)缺點？優(yōu)點：①可增殖，細胞密度大，可獲得高度密集而體積小的生產菌集合體②發(fā)酵穩(wěn)定性好，可以較長時間反復使用或連續(xù)使用③發(fā)酵液中含菌體較少，有利于產品分離純化④有利于需要輔酶和多酶系統(tǒng)才能進行的反應。缺點：①固定后的細胞與反應物不容易接近，可能導致反應效果下降②由于大分子物質難以自由通過細胞膜，因此固定化細胞的技術也受到限制。4、簡述生物印跡酶的種類及制備過程。制備過程：有機相生物印跡酶：將適當兩親性的表面活性劑與酶印跡，待表面活性劑分子與酶充分接觸后，將酶復合物冷凍干燥，用非水溶性劑洗去表面活性劑后，形成了活性中心開啟的活性酶。水相生物印跡酶：以吲哚丙酸為印跡分子，印跡牛胰核糖核酸酶，待起始蛋白質在部分變性條件下與吲哚丙酸充分作用后，用戊二醛交聯(lián)固定印跡蛋白的構象，經透析去除印跡分子即可。5、固定化酶和游離酶相比，有何優(yōu)缺點？優(yōu)點：①可回收②可裝成酶柱③穩(wěn)定性提高④反應物容易控制缺點：①純度要求高②一種固定化酶只能用于特定的單步酶促反應③固定化效率低6、酶分子修飾的方法有哪些？酶分子修飾的目的是什么？方法：①金屬離子置換修飾②大分子結合修飾③側鏈基團修飾④肽鏈有限水解修飾⑤核苷酸鏈剪切修飾⑥氨基酸置換修飾⑦核苷酸置換修飾⑧物理修飾目的：①提高酶的活性②增強酶的穩(wěn)定性③降低酶的免疫原性④闡明結構與功能的關系。7、簡述酶的催化特點和催化機理。①改變化學反應速率，本身不被消耗②只能催化熱力學允許進行的反應③加快化學反應速率，縮短達到平衡時間，但不改變平衡點④降低活化能，使速率加快⑤高效性，⑥專一性⑦多樣性⑧易變性⑨反應條件的溫和性⑾有些酶的催化活性與輔因子有關。催化機理：①趨近效應和定向效應;酶可以將它的底物結合在它的活性部位由于化學反應速度與反應物濃度成正比，若在反應系統(tǒng)的某一局部區(qū)域，底物濃度增高，則反應速度也隨之提高，此外，酶與底物間的靠近具有一定的取向，這樣反應物分子才被作用，大大增加了ES復合物進入活化狀態(tài)的機率。②張力作用;底物的結合可誘導酶分子構象發(fā)生變化，比底物大得多的酶分子的三、四級結構的變化，也可對底物產生張力作用，使底物扭曲，促進ES進入活性狀態(tài)。③酸堿催化作用;酶的活性中心具有某些氨基酸殘基的R基團，這些基團往往是良好的質子供體或受體，在水溶液中這些廣義的酸性基團或廣義的堿性基團對許多化學反應是有力的催化劑。④共價催化作用;某些酶能與底物形成極不穩(wěn)定的、共價結合的ES復合物，這些復合物比無酶存在時更容易進行化學反應。8、舉例說明固定化酶（細胞）的制備過程及原理。包埋法的原理是將微生物細胞截流在水不溶性的凝膠聚合物孔隙的網絡空間中。通過聚合作用或者離子網絡形成，或通過沉淀作用，或改變溶劑、溫度、pH值使細胞截流。凝膠聚合物的網絡可以阻止細胞的泄漏，同時能讓基質滲入和產物擴散出來。①制備過程：稱取0.3g海藻酸鈉和0.1g淀粉酶溶入10毫升蒸餾水中。②配置2％氯化鈣溶液50ml③將1滴加至2中，固化30mins④過濾得白色球體⑤清洗至中性（清洗5-6次），自然風干⑥得到微體即固定化的淀粉酶測定固定化淀粉酶的重量10、簡述抗體酶的制備方法及應用。方法：①細胞融合法②抗體結合位點化學修飾法③引入輔助因子法④利用生物工程方法產生抗體⑤拷貝法應用：在有機合成和醫(yī)學上都有著廣泛的應用，在醫(yī)療上，抗體既能標記抗原靶細胞又能執(zhí)行一定的催化功能。這兩種性質的結合使抗體酶在體內應用可以發(fā)揮無限制的優(yōu)勢。11、固定化方法有哪幾種？并闡述各自的機理。主要有六種：①吸附法，是通過氫鍵、疏水鍵胡π電子親和力等物理作用下將酶固定于不溶性載體的方法②載體偶聯(lián)法，通過共價鍵或離子鍵使二者連接起來的的固定化方法③交聯(lián)法，使雙功能活多功能試劑使酶與沒或微生物與微生物細胞之間交聯(lián)的固定化方法，使酶分子和多功能試劑之間形成共價鍵得到三向的交聯(lián)網架結構④包埋法，將酶或含酶微生物包埋在各種多孔載體中，使酶固定化的一種方法⑤酶的定向固定化，把酶和載體在酶的特定位點連接起來，使酶在載體表面按一定的方向排列，使它的活性位點面朝固體表面的外側排列，從而顯著提高固定化酶的活性⑥輔酶的固定化，是將輔酶加以固定化的一種方法。12、闡述酶工程的應用并分別舉例說明。酶工程在食品、醫(yī)藥、化工等都有廣泛的應用，食品上可利用固定化酶進行發(fā)酵與回收利用，醫(yī)藥上可把酶通過靶向結合制備成抗體酶，以及化工大規(guī)模生產，通過新酶的開發(fā)與研究制備工業(yè)所需的酶，用于解決工業(yè)大規(guī)模生產的瓶頸問題等等。13、對酶進行化學修飾時，應考慮哪些因素？酶的濃度、溫度、pH和反應時間。還需要注意的是修飾劑的要求；酶性質的了解，應熟悉酶活性部位的情況、酶反最適條件等；反應條件的選擇，應盡量避免破壞酶活性中心功能基團。14、某酶的初提取液經過一次純化后，經測定得到下列數(shù)據，試計算比活力，回收率及純化倍數(shù)。體積（ml）活力單位（u/ml）蛋白氮（mg/ml）初提取液1002502.5、硫酸銨沉淀88001.6比活力（前）=活力單位數(shù)/mg蛋白氮=總活力單位數(shù)/總蛋白氮=250/2.5=100u/mg比活力（后）=活力單位數(shù)/mg蛋白氮=總活力單位數(shù)/總蛋白氮=800/1.6=500u/mg回收率=某純化后的總活力/純化前的總活力=800/250=3.2純化倍數(shù)=純化后比活力/純化前比活力=500/100=515、寫出三種分離純化酶蛋白的方法，并簡述其原理。①沉淀法，通過改變某些條件使溶液的某些溶質的溶解度降低，從而使其從溶液中沉淀析出的方法；②層析法，利用混合組分的物化性質不同使組分在兩相中的分布不同而達到分離；③電泳法，利用帶電粒子在電場中向著與其本身電荷相反的電極移動而實現(xiàn)的分離效果。16、填充床反應器和流化床反應器的優(yōu)缺點？填充床反應器：優(yōu)點：設備簡單，操作方便，單位體積反應床的固定化密度大，可提高酶反速度缺點：溫度和pH難以調控，底物和產物會產生軸向濃度分布，清洗、更換比較麻煩流化床反應器：優(yōu)點：混合均勻，傳質傳熱效果好，溫度和pH容易控制，不易阻塞缺點：運行成本高，機械易破損，酶濃度不高，轉化率低。17、酶固定化后性質會發(fā)生什么變化？穩(wěn)定性會更強，最適pH和溫度會發(fā)生偏移，相對活力大部分會降低，以及抑制劑所產生的影響。18、酶分離純化的技術路線材料的選擇→細胞破碎→防止蛋白酶水解→除核酸→探索酶性→分離純化→濃縮→純度檢驗→儲存19、常用沉淀法的種類及原理。①鹽析根據蛋白質在高鹽濃度溶液中的溶解度的差別來進行的分離純化②共沉淀在酶液中加入某些物質，形成復合物沉淀下來③等電點沉淀根據兩性電解質在pI是的溶解度最低，因為不同的兩性電解質的PI不同而分離④有機溶劑沉淀，利用酶和雜蛋白在有機溶液中的溶解度不同而分離⑤熱處理沉淀，通過一定的熱處理使蛋白質變性沉淀而去除的方法。20、比較各類酶反應器的優(yōu)缺點⑴分批攪拌罐式反應器優(yōu)點：設備簡單，操作容易，酶與底物混合均勻，傳質阻力較小，反應較為完全，反應條件容易調節(jié)控制。缺點：用于游離酶，酶難以回收；用于固定化酶，反應器利用率較低，而且可能對固定化酶的結構造成破壞。⑵連續(xù)攪拌罐式反應器優(yōu)點：設計簡單、操作簡便；反應條件容易調節(jié)控制；底物與固定化酶接觸較好；傳質阻力較??；反應器的利用率較高。缺點：需注意控制好攪拌速度，以免由于強烈攪拌所產生的剪切力使固定化酶的結構受到破壞。⑶填充床式反應器優(yōu)點：設備簡單；操作方便；單位體積反應床的固定化酶密度大；可以提高酶催化反應的速度。缺點：底層固定化酶顆粒所受壓力較大，容易引起固定化酶顆粒的變形或破碎。⑷流化床反應器優(yōu)點：混合均勻；傳質和傳熱效果好；溫度和pH值易于調節(jié)控制；不易堵塞；對黏度較大的反應液也可進行催化反應。缺點：需要較高的流速才能維持粒子的充分流態(tài)化，而且固定化酶顆粒易于被破壞，流體動力學變化較大，參數(shù)復雜，放大較為困難。⑸鼓泡式反應器優(yōu)點：結構簡單；操作方便；剪切力??；物質與熱量的傳遞效率高；是有氣體參與的酶催化反應中常用的一種反應器。⑹膜反應器（中空纖維型）優(yōu)點：集反應與分離于一體，利于連續(xù)化生產。缺點：經過長時間使用，酶或其他雜質；會被吸附在膜上，造成膜透過性降低，而且清洗困難。⑺噴射式反應器優(yōu)點：結構簡單；體積??；混合均勻；可在短時間內完成催化反應。21、雙水相萃取、超臨界流體萃取、反膠團萃取的原理。①雙水相萃取的原理，某些親水性高分子聚合物的水溶液超過一定濃度后可以形成兩相，并且在兩相中水分均占很大比例，即形成雙水相系統(tǒng)②超臨界流體萃取的原理，在超臨界狀態(tài)