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1、酶工程酶工程试题一参考答案试题一参考答案: 一、是非题(每题 1 分,共 10 分) 1、 酶是具有生物催化特性的特殊蛋白质。 ( ) 2、 酶的分类与命名的基础是酶的专一性。 ( ) 3、 酶活力指在一定条件下酶所催化的反应速度,反应速度越大,意味着酶活力越高。 () 4、 液体深层发酵是目前酶发酵生产的主要方式。 () 5、 培养基中的碳源,其唯一作用是能够向细胞提供碳素化合物的营养物质。 () 6、 膜分离过程中,膜的作用是选择性地让小于其孔径的物质颗粒成分或分子通过,而把大于其孔径的颗粒截留。 () 7、 在酶与底物、酶与竞争性抑制剂、酶与辅酶之间都是互配的分子对,在酶的亲和层析分离中
2、,可把分子对中的 任何一方作为固定相。 () 8、 角叉菜胶也是一种凝胶,在酶工程中常用于凝胶层析分离纯化酶。 () 9、 淀粉酶在一定条件下可使淀粉液化,但不称为糊精化酶。 () 10、酶法产生饴糖使用 淀粉酶和葡萄糖异构酶协同作用。 () 二、填空题(每空 1 分,共 28 分) 1、 日本称为“酵素”的东西,中文称为酶,英文则为 Enzyme,是库尼(Kuhne)于 1878 年首先使用的。其实它存在 于生物体的细胞内与细胞外。 2、 1926 年,萨姆纳(Sumner)首先制得脲酶结晶,并指出酶的本质是蛋白质。他因这一杰出贡献,获 1947 年度 诺贝尔化学奖。 3、 目前我国广泛使用
3、的高产糖比酶优良菌株菌号为 As3.4309,高产液化酶优良菌株菌号为 BF7.658。在微生物分类 上,前者属于霉菌,后者属于细菌。 4、 1960 年,查柯柏(Jacob)和莫洛德(Monod)提出了操纵子学说,认为 DNA 分子中,与酶生物合成有关的基 因有四种,即操纵基因、调节基因、启动基因和结构基因。 5、 1961 年,国际酶委会规定的酶活力单位为:在特定的条件下(25oC,PH 及底物浓度为最适宜)每 1 分钟内,催 化 1mol 的底物转化为产物的酶量为一个国际单位,即 1IU。 6、 酶分子修饰的主要目的是改进酶的性能,即提高酶的活力、减少抗原性,增加稳定性。 7、 酶的生产
4、方法有提取法,发酵法和化学合成法。 8、 借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作用,制成网状结构的固定化酶的方法称为交联法。 9、 酶的分离纯化方法中,根据目的酶与杂质分子大小差别有凝胶过滤法,超滤法和超离心法三种。 10、由于各种分子形成结晶条件的不同,也由于变性的蛋白质和酶不能形成结晶,因此酶结晶既是纯化手段, 也是纯化标志。 三、名词术语的解释与区别(每组 6 分,共 30 分) 1、 酶生物合成中的转录与翻译 酶合成中的转录是指以核苷三磷酸为底物,以 DNA 链为模板,在 RNA 聚合酶的作用下合成 RNA 分子。酶合成中 的翻译是指以氨基酸为底物,以 mRNA 为模板,在酶和辅助因子的
5、共同作用下合成蛋白质的多肽链。 2、 诱导与阻遏 酶合成的诱导是指加入某种物质使酶的合成开始或加速进行的过程;酶合成的阻遏作用则是指加入某种物质使酶 的合成中止或减缓进行的过程。这些物质分别称为诱导物及阻遏物。 3、 酶回收率与酶纯化比(纯度提高比) 酶的回收率是指某纯化步骤后酶的总活力与该步骤前的总活力之比。酶的纯化比是之某纯化步骤后的酶的比活力 与该步骤前的比活力之比。 4、 酶的变性与酶的失活 酶的变性是指酶分子结构中的氢键、二硫键及范德华力被破坏,酶的空间结构也受到破坏,原来有序、完整的结 构变成了无序,松散的结构,失去了原有的生理功能。酶的失活则是指酶的自身活性受损(包括辅酶、金属离
6、子 受损) ,失去了与底物结合的能力。 5、 淀粉酶与 淀粉酶二者的区别在于 淀粉酶是一种内酶,可以跨越淀粉分子的 1,6 键到分子内部进行随机切割,所得的产物 为 型的麦芽糖和环糊精,它使碘色消失的速度较快,但还原糖较慢;淀粉酶则是一种外酶,不能跨越 1,6 键,只能从淀粉的非还原末端 2 个 2 个地进行切割,所得的产物为 型的麦芽糖和界限糊精,它使碘色 消失较慢,但还原糖较快,二者的共同点在于都能水解 1,4 键和都不能水解 1,6 键。 四、问答题 1、 举出四例,说明酶在医学上有广阔的用途。 (1)医药用酶:a.消化用酶:、淀粉酶、胰酶、胰蛋白酶b.消炎用酶:木瓜蛋白酶、菠萝酶c.溶
7、纤维酶:尿酸酶、链激酶、溶栓酶d.肿瘤用酶:L天冬酰胺酶、谷氨酰胺酶 (2)诊断用酶:a.尿酸酶:用于检测血液和尿液中的尿酸含量b.甘油激酶:由于检测血液中甘油三酯的含量 (3)检测用酶:a.脱羧酶:由于检测 L赖氨酸和 L谷氨酸b.虫荧光素酶:用于检测 ATP 2、 试述采用双酶法生产固体麦芽糊精的工艺过程及主要工艺条件。 应用双酶法生产固体麦芽糊精的工艺流程及主要工艺条件如下: 淀粉调浆(淀粉与水) 配料罐 除渣剂 喷射液化器 90oC 液化维持罐 3040min 气液混合灭酶(加入蒸汽) 灭酶维持罐气液分离罐 板式冷却器 糖化罐 气液混合灭酶器 中和脱色罐 板框过滤机 滤清糖液贮罐 采用
8、凝胶层析除杂 进一步精制,干燥的固体麦芽糊精 3、 如何检查一种酶的制剂是否达到了纯的制剂?试用所学过的知识加以论述。 要检测酶的制剂是否达到纯的制剂(即不含杂质及杂质酶) ,可以有以下几种方法: (1)层析法:包括纸层析、凝胶层析、柱层析及亲和层析 (2)电泳法:包括 SDS 凝胶电泳法和聚丙烯酰胺凝胶电泳法 (3)超离心法:不同的酶分子大小不同,在重力场中具有不同的沉降系数,从而可以通过超离心方法分离目的 酶与杂质酶。 (4)免疫反应法:由于酶分子可作为一种抗原物质,而抗原与抗体之间具有专一的亲和力,故可选用目的酶的 抗体与酶制剂进行免疫扩散或免疫电泳,从而判断酶的制剂是否纯净。 (5)氨
9、基酸序列分析法:采用特定的化学物质从酶的 N 末端将氨基酸残基逐个水解下来,最终可获知该酶的氨 基酸序列,从而也可以判断出酶制剂是否纯净。 4、 今欲生产糖化酶结晶产品,试拟出合理的工艺步骤,并说明下游工程的主要工艺条件。 生产糖化酶的结晶产品,可采用盐析结晶法。得到糖化酶粗酶液后,须进行分离纯化,使其达到一定的浓度和纯 度(50) ,向浓酶液中缓慢加入饱和中性盐溶液(NH4)2SO4) ,至出现稍浑浊,于低温下(04oC)静置, 待溶液中有晶体析出,可向溶液中补充少量饱和盐溶液。 (操作过程中保证 PH4.5) ,也可采用有机溶剂法结晶。 向浓酶液中缓慢加入有机溶剂,混合均匀,于低温下静置一
10、段时间,离心去除沉淀物,取上清液静置于低温下, 可析出晶体。 发酵生产糖化酶工艺流程: 斜面菌种 小米三角瓶 孢子悬浮液 种子罐 发酵罐 糖化酶粗酶液 一、填空题(每空 1 分,共 28 分) a)日本称为“酵素”的东西,中文称为酶,英文则为 Enzyme,是库尼(Kuhne)于 1878 年首先使用的。其实它 存在于生物体的细胞内与细胞外。 b)1926 年,萨姆纳(Sumner)首先制得脲酶结晶,并指出酶的本质是蛋白质。他因这一杰出贡献,获 1947 年度诺贝尔化学奖。 c)目前我国广泛使用的高产糖比酶优良菌株菌号为 As3.4309,高产液化酶优良菌株菌号为 BF7.658。在微生物 分
11、类上,前者属于霉菌,后者属于细菌。d)1960 年,查柯柏(Jacob)和莫洛德(Monod)提出了操纵子学说,认为 DNA 分子中,与酶生物合成有关 的基因有四种,即操纵基因、调节基因、启动基因和结构基因。 e)1961 年,国际酶委会规定的酶活力单位为:在特定的条件下(25oC,PH 及底物浓度为最适宜)每 1 分钟 内,催化 1mol 的底物转化为产物的酶量为一个国际单位,即 1IU。 f)酶分子修饰的主要目的是改进酶的性能,即提高酶的活力、减少抗原性,增加稳定性。 g)酶的生产方法有提取法,发酵法和化学合成法。 h)借助双功能试剂使酶分子之间发生交联作用,制成网状结构的固定化酶的方法称
12、为交联法。 i)酶的分离纯化方法中,根据目的酶与杂质分子大小差别有凝胶过滤法,超滤法和超离心法三种。 j)由于各种分子形成结晶条件的不同,也由于变性的蛋白质和酶不能形成结晶,因此酶结晶既是纯化手段, 也是纯化标志。 a)术语的解释与区别(每组 6 分,共 30 分) 1、 生物合成中的转录与翻译 酶合成中的转录是指以核苷三磷酸为底物,以 DNA 链为模板,在 RNA 聚合酶的作用下合成 RNA 分子。酶合成中 的翻译是指以氨基酸为底物,以 mRNA 为模板,在酶和辅助因子的共同作用下合成蛋白质的多肽链。 2、 诱导与阻遏 酶合成的诱导是指加入某种物质使酶的合成开始或加速进行的过程;酶合成的阻遏
13、作用则是指加入某种物质使酶 的合成中止或减缓进行的过程。这些物质分别称为诱导物及阻遏物。 3、 酶回收率与酶纯化比(纯度提高比) 酶的回收率是指某纯化步骤后酶的总活力与该步骤前的总活力之比。酶的纯化比是之某纯化步骤后的酶的比活力 与该步骤前的比活力之比。 4、 酶的变性与酶的失活 酶的变性是指酶分子结构中的氢键、二硫键及范德华力被破坏,酶的空间结构也受到破坏,原来有序、完整的结 构变成了无序,松散的结构,失去了原有的生理功能。酶的失活则是指酶的自身活性受损(包括辅酶、金属离子 受损) ,失去了与底物结合的能力。 5、 淀粉酶与 淀粉酶 二者的区别在于 淀粉酶是一种内酶,可以跨越淀粉分子的 1,
14、6 键到分子内部进行随机切割,所得的产物 为 型的麦芽糖和环糊精,它使碘色消失的速度较快,但还原糖较慢;淀粉酶则是一种外酶,不能跨越 1,6 键,只能从淀粉的非还原末端 2 个 2 个地进行切割,所得的产物为 型的麦芽糖和界限糊精,它使碘色 消失较慢,但还原糖较快,二者的共同点在于都能水解 1,4 键和都不能水解 1,6 键。 b)问答题 1、 固定化细胞发酵有哪些优点? (1)细胞流失少,使用寿命长,提高设备利用率 (2)细胞密度大,产量大 (3)由于载体的保护,细胞的耐受性增强 (4)便于条件控制,简化操作,易于自动化生产 (5)催化产物少了细胞的干扰,易于分离提纯 (6)由于使用周期延长
15、,使成本降低。 2、 举出四例,说明酶在医学上有广阔的用途。 (4)医药用酶:a.消化用酶:、淀粉酶、胰酶、胰蛋白酶b.消炎用酶:木瓜蛋白酶、菠萝酶c.溶纤维酶:尿酸酶、链激酶、溶栓酶d.肿瘤用酶:L天冬酰胺酶、谷氨酰胺酶 (5)诊断用酶:a.尿酸酶:用于检测血液和尿液中的尿酸含量b.甘油激酶:由于检测血液中甘油三酯的含量 (6)检测用酶:a.脱羧酶:由于检测 L赖氨酸和 L谷氨酸b.虫荧光素酶:用于检测 ATP3、 用双酶法生产固体麦芽糊精的工艺过程及主要工艺条件。 应用双酶法生产固体麦芽糊精的工艺流程及主要工艺条件如下: 淀粉调浆(淀粉与水) 配料罐 除渣剂 喷射液化器 90oC 液化维持罐 3040min 气液混合灭酶(加入蒸汽) 灭酶维持罐气液分离罐 板式冷却器 糖化罐 气液混合灭酶器 中和脱色罐 板框过滤机 滤清糖液贮罐 采用凝胶层析除杂 进一步精制,干燥的固体麦芽糊精 4、 如何检查一种酶的制剂是否达到了纯的制剂?试用所学过的知识加以论述。 要检测酶的制剂是否达到纯的制剂(即不含杂质及杂质酶) ,可以有以下几种方法: (6)层析法:包括纸层析、凝胶层析、柱层析及亲和层析 (7)电泳法: