生物反应工程习题

1-6 试根据下列实验数据确定rmax、Km和KI值，并说明该酶反应是属于竞争性抑制还是属于非竞争性抑制。

cS×10 /(mol/L) 1.0 1.5 2.0 5.0 7.5

1-7 某一酶反应Km=4.7×10-5 mol/L，rmax=22 μmol/(L·min)，cS=2×10-4 mol/L，cI=5×10-4 mol/L，KI=5×10-5 mol/L。试分别计算在竞争性抑制、非竞争性抑制和反竞争性抑制三种情况下的反应速率和抑制程度。

4rS0 / (μmol/(L·min)) 无抑制剂 28 36 43 65 74 有抑制剂， cI=2.2×10-4 μmol/L 17 23 29 50 61 - 1 -

1-8 Eadie测量了存在和不存在某种抑制剂情况下乙酰胆碱在某酶作用下进行水解反应的初始速率，数据如下：

底物浓度 / (mol/L) 0.0032 0.0049 0.0062 0.0080 0.0095 初始反应速率 / (mol/(L·min)) 无抑制剂 0.111 0.148 0.153 0.166 0.200 有抑制剂 0.059 0.071 0.091 0.111 0.125 （1）判断该抑制作用是竞争性还是非竞争性？（2）用L-B法求在有抑制剂存在时的动力学参数。

1-10 在某种水解酶的作用下葡萄糖-6-硫酸可以分解为葡萄糖和硫酸。在一定的酶浓度下，测得M-M方程中的的参数Km=6.7×10-4 mol/L，rmax=3×10-7 mol/(L·min)。对该反应，半乳糖-6-硫酸是一竞争性抑制剂。当cS0=2×10-5 mol/L，cI0=1×10-5 mol/L时，测得反应速率rSI =1.5×10-9 mol/(L·min)。试求K*m和KI的值。

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第二章 习题

2-1 以葡萄糖为底物进行面包酵母的培养，其反应方程式可用下式表达。

C6H12O6+ 3O2 + aNH3 ? bC6H10NO3 (酵母) + cH2O + dCO2

试求其计量关系式中的系数a、b、c和d。

2-2 在需氧条件下，以乙醇为底物进行酵母生长的反应式可表示为：

C2H5OH + aO2 + bNH3 ? cCH1.704N0.149O0.408 + dCO2+ eH2O

试求：

（1）当RQ=0.66时，a、b、c、d和e的值；（2）确定YX/S和YX/O值。

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2-3 通过微生物混合需氧培养以进行苯甲酸的降解反应表示为：

C6H5COOH + aO2 + bNH3 ? cC5H7NO2 + dH2O + eCO2

试求：

（1）当RQ=0.9时，a、b、c、d和e的值；（2）确定YX/S和YX/O值；（3）求底物和细胞的还原度。

2-4 下面是Monod在其发表论文时候提供的另一组有关在乳糖溶液中进行菌种分批培养时得到的实验数据：

序号

Δt

cS

cX /(g/L)

/h /(g/L)

1 0.52 158 15.8~22.8 2 0.38 124 22.8~29.2 3 0.32 114 29.2~37.8 4 0.37 5 0.36 6 0.37 7 0.38

94 25 19 2

37.8~48.5 48.5~59.6 59.6~66.5 66.5~67.8

试根据上述数据，按Monod方程确定其动力学参数。

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2-5 在有氧条件下，杆菌以甲醇为底物进行生长，在进行分批培养时得到数据如下所示：

试求：td。

时间 cX cS /h /(g/L) /(g/L) 0 0.2

9.23

2 0.211 9.21 4 0.305 9.07 8 0.98 8.03 10 1.77 6.8 12 3.2 4.6 14 5.6 0.92 16 6.15 0.077

18

6.2

0

1）μmax和KS值；（2）YX/S值；（3）细胞质量倍增时间

- 5 -

（

2-6 在一连续操作的机械搅拌实验反应器中用乳糖培养大肠杆菌，该反应器体积为1 L，加入乳糖的初始浓度为cS0 =160 mg/L。当采用不同加料速率时，得到下述结果。

F / 0.2 0.4 0.8 1.0

2-7 在一连续操作的机械搅拌反应器，体积为1 m3，加入底物的初始浓度为500 mol/m3，不同进料量时均维持反应器出口中生成的酵母的量相同，为100 g/h。当进料量为0.5 m3/h时，得到cS =100 mol/m3，当进料量为1 m3/h时，得到cS =300 mol/m3。酵母的生长可表示为Monod方程，试确定其动力学参数值，并求YX/S值。

cS 4 10 40 100

cX 15.6 15 12 6

(L/h) /(mg/L) /(mg/L)

试求大肠杆菌生长的动力学参数。

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2-8 Andrew提出用下列模型描述某底物抑制剂的细胞生长动力学：

???max1KScS 1??cSKSI假设在一连续操作的机械搅拌槽式反应器中进行研究。已知VR =1 L，不同加料速率和进口底物浓度以及测得稳态下出口底物浓度数据如表中所示：

加料速率 F / (L/h) 0.20 0.25 0.35 0.50 0.70 0.80 0.50 0.60 0.70

试确定：

该反应动力学参数μmax、KS和KSI值。

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进口底物出口底物浓度 cS0 /(mg/L) 30 30 30 30 30 30 60 60 60

浓度 cS /(mg/L) 0.5 0.7 1.1 1.6 3.3 10 30 22 15

2-9 在需氧条件下进行E.coli的连续培养，以葡萄糖为限制性底物。在一连续操作的机械搅拌槽式反应器中进行，若已知cS0 = 5 g/L，YX/S = 0.4，加料速率为F = 0.2 L/h，反应器有效体积VR = 1 L。

试用下述方程确定流出物中细胞和葡萄糖的浓度分别为多少？并对其结果进行评论。

（1）Monod方程：μmax = 0.25 h-1，KS = 100 mg/L； （2）Tessier方程：μmax = 0.25 h-1，KS = 100 mg/L； （3）Moser方程：μmax = 0.25 h-1，KS = 100 mg/L，n = 1.5； （4）Contois方程：μmax = 0.25 h-1，KS = 100 mg/L。

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