酶工程复习资料
更新时间:2023-11-14 12:09:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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酶工程
第一章 绪论
1. 何谓酶工程,试述其主要内容和任务。
答: 酶的生产、改性与应用的技术过程称为酶工程。
主要内容:微生物细胞发酵产酶,动植物细胞培养产酶,酶的提取与分离纯化,酶分子
修饰,酶、细胞、原生质体固定化,酶非水相催化,酶定向进化,酶反应器和酶的应用等。
主要任务:经过预先设计,通过人工操作获得人们所需的酶,并通过各种方法使酶的催
化特性得以改进,充分发挥其催化功能。
2. 酶有哪些显著地催化特性。
答:专一性强 催化效率高 条件温和
3. 试述酶工程的发展概况与前景。
答:发展概况:
1894年,日本的高峰让吉用米曲霉制备得到淀粉酶,开创了酶技术走向商业化的先例。 1908年,德国的Rohm用动物胰脏制得胰蛋白酶,用于皮革的软化及洗涤。 1908年,法国的Boidin制备得到细菌淀粉酶,用于纺织品的褪浆。 1911年,Warlerstein从木瓜中获得木瓜蛋白酶,用于啤酒的澄清。
1949年,用微生物液体深层培养法进行?-淀粉酶的发酵生产,揭开了近代酶工业的序幕。 1960年,法国科学家Jacob和Monod提出的操纵子学说,阐明了酶生物合成的调节机制,通过酶的
诱导和解除阻遏,可显著提高酶的产量。
20世纪80年代迅速发展起来的动、植物细胞培养技术,继微生物发酵生产酶之后,已成为酶生产的
又一种途径。
前景: 经过100多年的发展,酶工程已经成为生物工程的主要内容,在世界科技和经济的发展中起
着重要作用。今后将以更快的速度向纵深发展,显出广阔而诱人的前景。
4. 终止酶反应的方法:
(1)反应时间一到,立即取出适量反应液,置于沸水浴中,加热使酶失活; (2)加入适宜的酶变性剂,如三氯醋酸等,使酶变性失活;
(3)加入酸或碱溶液,使反应液的pH值迅速远离催化反应的最适pH,而使反应终止; (4)将取出的反应液立即置于低温冰箱、冰粒堆或冰盐溶液中,使反应液的温度迅速降低
至 10℃以下,而终止反应。
5. .P酶和R酶的分类和命名有何异同? 答:主要由蛋白质组成——蛋白类酶(P酶);主要由核糖核酸组成——核酸类酶(R酶)。P酶的分类原则:a按照酶催化作用的类型,将蛋白质酶类分为六大类。
b每个大类中,按照酶的作用底物、化学键或基团的不同,分为若干亚类。
c每一亚类中再分为若干小类d每一小类中包含若干具体的酶。
命名:根据系统命名法,每一种具体的酶,除了有一个系统名称以外,还有一个系统编
号。系统编号采用四码编码方法。第一个号码表示该酶属于6大类酶中的某一类,第二个号码表示该酶属于该大类某一亚类,第三个号码表示亚类中的某一个小类,第四个号码表示这一具体的酶在该小类中的序号。
R酶的分类原则:a根据酶作用的底物是其本身RNA分子还是其他分子,可以将R酶分
为内催化和分子间催化两大类。
b在每个大类中,根据酶的催化类型不同,将R酶分为若干亚类。 c在每个亚类中,根据酶的结构特点和催化特性的不同,分为若干小类。d在每一小类中包含若干具体的酶。
6. 名词解释:
酶活力: 指在一定条件下,酶所催化的反应初速度。
酶活力单位:在特定条件下,每1min催化1μmol的底物转化为产物的酶量定义为1个
酶活力单位,这个单位称为国际单位(IU) 酶比活力: 指在特定条件下,每1mg酶蛋白所具有的酶活力单位数,是酶制剂纯度
的指标。
7. 汇集
⑴ 1926年,萨姆纳首次从刀豆提取液中分离纯化得到脲酶结晶,并证明它具有蛋白质性质。
⑵ 影响酶催化的各种因素:酶的催化作用受到底物浓度、酶浓度、温度、pH值、激活剂
浓度、抑制剂浓度等诸多因素的影响。⑶ 【酶活力的测定方法:化学测定法,光学测定法,气体测定法】
⑷ 酶的转换数Kp,又称摩尔催化活性,是指每个酶分子每分钟催化底物转化的分子数。
即是每摩尔酶每分钟催化底物转化为产物的摩尔数。是酶催化效率的一个指标。通常用每微摩尔酶的酶活力单位数表示。单位为 min-1 。一般酶的转换数在103 min-1左右。
⑸ 酶的生产方法:提取分离法,生物合成法和化学合成法。 ⑹ 两种酶活力单位之间可以互相换算。即:
1 Kat = 1 mol/s = 60 mol/min = 60×106 μmol/min = 6×10 7 IU⑺ 酶主要的提取
方法:盐溶液提取、酸溶液提取、碱溶液提取和有机溶剂提取等。
⑻ 生物合成法可以分为微生物发酵产酶,植物细胞培养产酶和动物细胞培养产酶。 ⑼
第二章 微生物发酵产酶
1.试述酶生物合成的基本过程。
答:(1) 用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制。。
(2) 培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌。
(3) 将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中。
(4) 接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物。 (5) 将产物抽提并进行精制。
(6) 回收或处理发酵过程中产生的废物和废水。
2. 何谓酶生物合成的诱导作用?简述其原理。
答: 加入某些物质使酶的生物合成开始或加速进行的现象,称为酶生物合成的诱导作
用,简称诱导作用。
原理:当培养基中以乳糖为惟一碳源时,细胞吸收乳糖为别乳糖。别乳糖作为诱导物与阻
遏蛋白结合,使阻遏蛋白的结构发生改变,从而使它与操纵基因的结合力减弱,阻遏蛋白不能与操纵基因结合,就使RNA聚合酶可以与启动基因结合,进行转录而合成结构基因所对应的酶。
3. 什么是酶生物合成的反馈阻遏作用?简述其原理。
答: 酶生物合成的反馈阻遏作用又称为产物阻遏作用,是指酶催化反应的产物或代谢途
径的末端产物使该酶的生物合成受到阻遏的现象。
原理:当环境中色氨酸浓度增加,阻遏物达到一定程度时,阻遏蛋白与阻遏物结合,使其
结构发生改变,从而使阻遏蛋白与操纵基因的结合力增强。阻遏蛋白与操纵基因结合,就排挤RNA聚合物与启动基因的结合,使转录无法进行,酶的生物合成因此受到阻遏。
4. 简述分解代谢物阻遏作用的原理和解除方法。
答:1. 分解代谢物阻遏作用的原理:分解代谢物阻遏涉及一种激活蛋白对转录作用的调
控。分解代谢物阻遏中,只有当一种称为分解物激活蛋白(CAP)首先结合到启动子上游后,RNA聚合酶才能与启动基因结合。这种激活蛋白是一种变构蛋白,当它与cAMP结合后构象发生变化,这时才能与DNA结合并促进RNA聚合酶的结合。无论在原核生物或高等生物中cAMP都是多种调控系统的重要因素。cAMP由腺苷酸环化酶催化ATP而产生,葡萄糖能抑制cAMP形成并促进cAMP分泌到胞外。葡萄糖进入细胞后,胞内的cAMP水平下降,RNA聚合酶不能与启动子结合。
因此,分解代谢物阻遏实际上是cAMP缺少的结果。
2、解除方法如果在培养基中补充cAMP,上述阻遏现象可以被抵消。
5. 酶的生物合成有哪几种模式及主要影响因素?? 答:(1)同步合成型:该类型酶的生物合成速度与细胞生长紧密联系。
(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
酶可以继续合成一段较长时间。
(3)中期合成型:在细胞生长一段时间以后才开始合成,而在细胞生长进入平和期
后酶的合成也随之停止。
(4)滞后合成型:细胞生长一段时间或者进入平和期以后才开始起生物合成并大量
积累。
主要影响因素 是酶对应的mRNA的稳定性及培养基中阻遏物的存在情况是影响
酶生物合成的主要因素。
6. 如何控制微生物发酵产酶的工艺条件?
答:发酵过程中,为了能对生产过程进行必要的控制,需要对有关工艺参数进行定期取
样测定或进行连续测量。参数中,对发酵过程影响较大的有温度、PH、溶解氧浓度等。
(1) 温度:温度对发酵的影响是多方面的,主要表现在对细胞生长、产物形成、发酵液
的物理性质和生物合成方面。例如:枯草杆菌的最适温度为34--37℃,黑曲霉的最适温度为28--32℃。
(2) pH:发酵过程中pH的变化取决于所用的菌种、培养基的成分和培养条件。微生物
生长和生物合成都有其最适和能够耐受的pH范围,大多数微生物生长的最适pH6.3-7.5,霉菌和酵母生长的最适pH4-6,放线菌生长的最适pH7-8。
(3) 溶解氧浓度:对于好氧发酵,溶解氧浓度是最重要的参数之一。好氧性微生物深层
培养时,需要适量的溶解氧以维持其呼吸代谢和某些产物的合成,氧的不足会造成代谢异常,产量降低。
【(1)细胞活化与扩大培养;(2)培养基的配制;(3)pH的调节控制;(4)温度的调
节控制;(5)溶解氧的调节控制:1)调节通气量2)调节氧分压3)调节气液接触时间4)调节气液接触面积5)改变培养液性质】
7 . 提高酶产量的措施主要有哪些?
答:选育优良的产酶细胞、添加诱导物、控制阻遏物浓度、添加表面活性剂和添加产酶促进剂等。
8. 简述固定化微生物细胞发酵产酶的特点。 答:① 提高产酶率
② 可以反复使用或连续使用较长时间 ③ 基因工程菌的质粒稳定,不易丢失 ④ 发酵稳定性好
⑤ 缩短发酵周期,提高设备利用率 ⑥ 产品容易分离纯化
⑦ 适用于胞外酶等胞外产物的生产
9, 固定化微生物原生质体发酵产酶有何特点?
答:① 变胞内产物为胞外产物
② 提高产酶率 ③ 稳定性较好 ④ 易于分离纯化
10. 名词解释;
组成型酶:有的酶在细胞中的量比较恒定,环境因素对这些酶的合成速率影响不大,
这类酶称为组成型酶。
适应型酶:有些酶在细胞中的含量却变化很大,其合成速率明显受到环境因素的影响,
这类酶称为适应型酶。
诱导作用:加入某些物质使酶的生物合成开始或加速进行的现象,称为酶生物合成的
诱导作用,简称诱导作用。
操 纵 子:是一组功能上相关,受同一调控区控制的基因组成的一个遗传单位。
11. 产酶微生物的特点? 答:⑴ 酶的产量高
⑵ 容易培养和管理 ⑶ 产酶稳定性好 ⑷ 利于酶的分离纯化 ⑸ 安全可靠,无毒性
第四章 酶的提取与分离纯化
1. 细胞破碎的方法主要有哪些?各有何特点?
答:细胞破碎的方法可以分为:机械破碎法(包括捣碎法,研磨法,匀浆法);物理破碎法(包括温度差破碎法,压力差破碎法,超声波破碎法);化学破碎法(包括添加有机溶剂,添加表面活性剂);酶促破碎法(包括自溶法,外加酶制剂) 特点: 机械破碎法:处理量大,破碎效率高,速度快。 物理破碎法:处理条件比较温和,有利于目标产物的高活力释放回收,但破碎效率低, 产物释放速度快,处理时间长,不适合大规模细胞破碎的需要。多局限于实验室规模的小批量使用。 化学破碎法:优点:比机械破碎法的选择性高,胞内产物总释放率低,料液黏度小,有利于后处理。缺点:通透性差,时间长,效率低,一般胞内物质释放率不超过5%,有些化学试剂有毒。 酶促破碎法:优点:选择性释放产物,条件温和,核酸泄出量少,细胞外形完整。
2. 试述酶提取的主要方法。
答:酶提取:又称酶的抽取,是指在一定条件下,用适当的溶剂处理含酶原料,使酶充分溶解到溶剂
中的过程。
方法:盐溶液提取,酸溶液提取,碱溶液提取,有机溶剂提取。
3. 简述酶沉淀分离方法的原理与特点。
(1)盐析沉淀法
分离原理:利用不同蛋白质在不同的盐浓度条件下溶解度不同的特性,通过在酶液中添
加一定浓度的中性盐,使酶或杂质从溶液中析出沉淀,从而使酶与杂质分离。
特点: 不同浓度的蛋白质浓度产生沉淀所要求的临界浓度不同;
蛋白质浓度大时,中性盐极限沉淀低,共沉作用强,分辨率低,但用盐量减少,蛋白质溶解损失小;蛋白质浓度低时相反,中性盐极限沉淀高,共沉作用弱,分辨率高,但用盐量增大,蛋白质回收率低。
(2)等电点沉淀法
分离原理:利用两性电解质在等电点是溶解度最低,以及不同的两性电解质有不同的等
电点这一特点,通过调节溶液的pH,使酶或杂质沉淀析出,从而使酶与杂质分离。
特点: 在溶液的pH等于溶液中某两性电解质的等电点时,该两性电解质分子的净电
荷为零,分子间的静电斥力消除,使分子能聚集在一起而沉淀下来;由于在等电点时两性电解质分子表面的水化膜仍然存在,使酶等大分子物质仍有一定的溶解性,而使沉淀不完全;
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