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1、名词解释及问答总体名词解释及问答总体1. 生物催化生物催化 利用生物催化剂（微生物、酶等）改变或通常是加快化学反应速度，获得生物产品的过程。典型的生物催化反应系统：系统构成三要素：反应物、催化剂和反应介质2. 双水相萃取系统双水相萃取系统 某些亲水性高分子聚合物的水溶液超过一定浓度后可以形成两相，并且在两相中水分均占很大比例，即形成双水相系统。利用亲水性高分子聚合物的水溶液可形成双水相的性质，待分离组分在两相中分配系数有所差异可达到分离的目的。3. 浊点系统浊点系统 当一种非离子表面活性剂的水相胶束溶液温度达到其浊点以上，或者在存在某些添加剂的情况下，会导致相分离，形成一个表面活性剂稀少相（水
2、包油乳液）和一个表面活性剂富集相(油包水乳液)，后者又称凝聚相，其中包含许多大的水泡，可容纳细胞或溶解的酶分子。这样的系统被称为浊点系统，它曾被用于分离技术中，即浊点萃取。4. 离子液体离子液体 离子液体实质上是一些凝固点较低的盐。离子液体作为一类极性溶剂，能溶解许多有机化合物。与普通有机溶剂最大的区别在于： 离子液体不会挥发(没有蒸气压)，对环境比较友好，用于工业生产也相对比较安全； 它们与许多有机溶剂互不相溶，可以形成有机溶剂-离子液体两相系统或者有机溶剂-水-离子液体三相系统，从而为溶剂工程在生物催化反应中的应用提供了新的可能。一般而言，离子液体通常有三种方式被应用于生物催化过程：作为单
3、一的溶剂；作为共溶剂添加于水相系统中；与水形成两相系统。5. 逆胶束系统逆胶束系统逆胶束系统是含有表面活性剂与少量水的有机溶剂系统。表面活性剂分子由疏水性尾部和亲水性头部两部分组成，在含水有机溶剂中，它们的疏水性基团与有机溶剂接触，而亲水性头部形成极性内核，从而组成许多个逆胶束，水分子聚集在逆胶束内核中形成“微水池”，里面容纳了酶分子，这样酶被限制在含水的微环境中，而底物和产物可以自由进出胶束。 6. log P 规则规则 log P 是衡量物质疏水性强弱的一个特征参数，log P 值越大，溶剂的疏水性越强，其夺取酶分子必需水的能力越弱。P=C正辛醇/C水.7. 未培养微生物未培养微生物 表示
4、的是活的但不可培养微生物的概念，将菌种转到不含营养物质的盐水中，经常长时间的低温保存，细菌会进入一种数量不减、有代谢活力、但在正常试验室培养条件下不能生长产生菌落的状态，把这种状态的微生物成为未培养微生物。8. 酶必需水酶必需水 指维持酶空间构象和分子结构所需的最低水量。9. 微乳液微乳液 微乳液一般是由表面活性剂、助表面活性剂、油与水等组分在适当比例下组成的无色、透明(或半透明) 、低粘度的热力学体系。10. 膜反应器膜反应器膜反应器是膜过程和反应过程相结合的新技术。同时具备了 反应和分离的步骤。具有一系列优点：反应和分离组合成单一的单元过程，降低分离等过程的费用；对于可逆反应，突破热力学平
5、衡限制，通过膜扩散过程移走产物，使转化率达到 100%；调节反应过程参数，缓和反应条件，提高目的产物的选择性和产率，减少副反应。11.易错易错 PCR 技术技术是指通过改变 PCR 反应条件来调整 PCR 反应中的突变频率，降低聚合酶固有的突变序列的倾向性，提高突变谱的多样性，使得错误碱基随机地以一定的频率掺入到扩增的基因中，从而得到随机突变的 DNA 群体，最后用合适的载体克隆突变基因。12 基因重排技术基因重排技术 DNA shuffling从两条以上的正突变基因出发，经过酶切和不加引物的 PCR 扩增，使碱基序列重新排布而引起基因突变13 基因家族重排技术基因家族重排技术 DNA fam
6、ily shuffling 从基因家族的若干基因出发，经过酶切和不加引物的 PCR 扩增，使碱基序列重新排布而引起基因突变问答题问答题1.简述影印平板培养法原理及其应用。简述影印平板培养法原理及其应用。影印平板培养法，是一种能达到在一系列培养皿的相同位置上出现相同遗传型菌落的接种培养方法。把长有许多菌落的母种培养皿倒置于包有灭菌丝绒布的木质圆柱印章上，使其沾上来自平板上的菌落。然后可把这一“印章”上的菌落一一接种到不同的选择性培养基平板上。待这些平板培养后，对各平板相同位置上的菌落作对比后，就可选出适当的突变型菌株。影印法目前已广泛应用于营养缺陷型的筛选以及抗药性菌株筛选等研究工作中。通过影印
7、培养法，就可以从在非选择性条件下生长的细菌群体中，分离出各种类型的突变菌种。2.简述酶分子的理性设计。简述酶分子的理性设计。指在了解酶分子结构，空间特点等的结构基础上，通过改变外界条件或者定向突变某一位点，从而增强酶的稳定性或提高酶活力大小。具体包括以下内容：（1）分子模建：根据已知的目标酶一级结构序列，构建蛋白质的分子图像；（2）理性设计突变位点：通过对酶结构与性能之间的关系的理性分析，确定需突变的氨基酸残基；（3）酶的突变与表达：通过基因工程手段，对酶基因 DNA 进行定点突变。选择合适的表达载体与宿主，对突变酶进行高效表达对突变酶的性质进行分析，指导新一轮理性设计理性设计改造的优势及其局
8、限性目标明确，工作量较小。目前，研究确定了影响酶稳定性(热稳定性、pH 稳定性、有机溶剂耐受性等性质)的许多结构特征，理性设计在改善酶稳定性方面具有较高的成功可能性。对其它基本性质(如活性、底物特异性、对映选择性)和结构之间的关系的理解还非常不充分，其结构影响参数难以清楚地界定，成功范例较少。有理设计改造将来的进步主要依赖酶结构-功能方面的重大认识突破，其次在于结构生物学方面结构鉴定的进展，和生物信息学方面模建程序的完善。3.简述非水相生物催化的优点。简述非水相生物催化的优点。(1) 能提高非极性（水难溶）底物的溶解度；(2) 使热力学平衡向有利于合成的方向偏移；(3) 改变酶对底物的专一性,
9、 包括位置和立体专一性； (4)能抑制依赖于水的某些不利反应(如酸酐和卤化物的水解，酚/醌的聚合等)；(5) 由于酶不溶于有机溶剂而无须固定化，或简单吸附于无孔表面(如玻璃珠)即可；(6) 可通过过滤或离心等简单方法回收酶，反复利用；(7) 从低沸点溶剂中可以较容易地分离产物；(8) 酶的稳定性提高；(9) 消除了微生物的污染；(10) 酶可能被直接应用于化工过程。4.简述微水有机溶剂单相系统和水有机溶剂单相系统简述微水有机溶剂单相系统和水有机溶剂单相系统的区别。的区别。微水有机溶剂单相系统，是指用与水不互溶的有机溶剂取代所有的溶剂水(98%)，形成固相酶分散在有机溶剂中的非均相反应体系。处于
10、这种体系中的酶，其表面必须有残余的结构水，才能保证其催化活性。一般有机溶剂中含有小于 2%的微量水。一般而言，酶在微水有机溶剂体系中稳定性较好，但催化活力要比水相中低得多，部分原因是因为酶在有机相不溶，许多酶分子聚结成团，影响了颗粒内部酶分子的催化效率。水有机溶剂单相系统，是一种水和有机溶剂互溶的单相均相反应体系，酶在此系统中是游离状态的存在于均相的反应体系中，所以在此系统中酶的空间构象受水分影响比微水有机溶剂单相系统小，一般来讲，该系统中与水互溶有机溶剂的量可达总体积的 10%20% (体积分数)，在一些特殊的情况下，甚至可高达 90%以上。有些酶(如酯酶和蛋白酶)在水-有机溶剂均相系统中的
11、反应选择性会增加；往往需要添加有机助溶剂等进行此系统的制备。5.请回答下图中（请回答下图中（a）-（f）分别代表酶在有机溶剂中的哪一种使用方式。）分别代表酶在有机溶剂中的哪一种使用方式。(a) 水与水溶性溶剂的均相混合物 (b) 水-有机溶剂两相系统 (c) 悬浮于溶剂中的酶粉 (d) 悬浮于溶剂中的载体固定化酶 (e) 酶溶于由水、有机溶剂和表面活性剂组成的微乳状液 (f) 可溶于有机溶剂的共价 修饰酶（或者用过不同化学键合形成的酶）6.简述酶及细胞固定化方法。简述酶及细胞固定化方法。A 载体结合法 (a) 共价结合法(b) 离子结合法(c) 物理吸附法(d) 生化特异结合法 B. 自身交联
12、法 C.包埋法 (a) 格子型(b) 微胶囊 D. 复合法，将上述两种方法组合使用的固定化方法。例如:吸附+交联,吸附+包埋, 包埋+交联固定化酶便于操作、易于分离、反复利用。固定化酶的优点体现在以下几点：便于分离，固定化酶易与反应液分离，产物溶液中没有酶的残留，简化了产品提纯工艺；重复利用，固定化酶可较长时间地反复、分批操作或装柱连续反应，有利于工艺的连续化、自动化和管道化；稳定性高，固定化酶的稳定性一般会有较大提高。7.简述酶分子修饰的原理。简述酶分子修饰的原理。酶分子修饰通过对蛋白酶主链的剪接切割和侧链的化学修饰对酶分子进行改造，改造的目的在于改变酶的一些性质，创造出天然酶不具备的某些优
13、良性状，扩大酶的应用已达到较高的经济效益。酶的化学修饰，通过对酶蛋白分子的主链进行“切割”、 “剪切”以及在侧链上进行化学修饰来达到改造酶分子的目的。这种应用化学方法对酶分子施行种种“手术”的技术称为酶化学修饰。酶分子的化学修饰简单，容易见效。修饰剂的要求：一般情况下，要求修饰剂具有较大分子量、有良好的水溶性和生物相容性，修饰后酶的半衰期长。反应条件的选择：反应要在酶稳定的环境下进行，避免破坏酶的活性集团。控制酶分子与修饰剂的分子比例，反应温度，时长。确保酶的高结合率和高回收率。金属离子置换修饰；大分子结合修饰(共价/非共价;多结合水不溶分子)；侧链基团修饰(多结合水溶解性小分子)；肽链有限水
14、解修饰；氨基酸置换修饰；酶分子的物理修饰。酶分子物理修饰，可以了解不同物理条件下，特别是在极端条件下（高温、高压、高盐、极端 pH 值等）由于酶分子空间构象的改变而引起酶的特性和功能的变化情况。酶的基因工程修饰，酶的基因工程主要利用基因工程解决酶的大量生产和天然酶分子的改造。在酶的蛋白质基础上利用基因工程将两种或两种以上的酶的不同结构片段构成新的酶，使酶具有多种生产需要的功能特点。8.简述酶分子定向进化原理及策略简述酶分子定向进化原理及策略人为创造特殊的条件，模拟自然进化机制，在体外对基因进行随机突变；从一个或多个已经存在的亲本酶(天然的或者人为改造的)出发，经过基因的突变和重组，构建人工突变
15、酶库，采用高效的筛选或选择方法，最终获得具有某些优良特性的进化酶。定向进化=随机突变/正向重组+定向选择/筛选 现有酶的分子改造包括理性设计：在深入了解酶的结构、功能和催化机制等信息的基础上，对酶的突变位点进行精确设计，采用基因工程手段对天然酶的序列进行改造，获得具有所需性能的新酶。定向进化通过随机突变、DNA 重组等手段对酶的基因序列进行改造，并对获得的突变酶库进行定向筛选获得性能优异的突变酶。定向进化策略具体包括：高突变菌株；易错 PCR；DNA 改组；外显子改组； 杂合酶；PCR 体外随机引发重组； 交错延伸法； 随机定向突变等。9.简述非水介质中影响酶活性的因素有哪些？并解释溶剂极性对
16、酶活性的影响？简述非水介质中影响酶活性的因素有哪些？并解释溶剂极性对酶活性的影响？非水溶剂中酶的选择性取决于底物的去溶剂化能力。 非水溶剂对酶稳定性有影响，有机溶剂能够增加酶构象的刚性，尤其是在低水含量的疏水性有机溶剂中提高酶的稳定性。在所有含溶剂的生物催化系统中，溶剂的性质会在很大程度上影响酶的活性、选择性和稳定性。其中起关键作用的是溶剂的极性。降低介质的介电常数将导致酶分子中带电残基之间静电作用力的增加。这可能会降低酶分子的柔性，进而降低酶催化的活力。遵循 log P 规则。10. 简述有机溶剂中微量水对酶催化活性的影响？简述有机溶剂中微量水对酶催化活性的影响？酶都溶于水，只有在一定量的水存在的条件下，酶分子才能进行催化反应。所以酶在有机介质中进行催化反应时，水是不可缺少的成分之一。有机介质中的水含量多少对酶的空间构象、酶的催化活性、酶的稳定性、酶的催化反应速度等都有密切关系，水还与酶催化作用的底物和反应产物的溶解度有关。 酶分子只有在空间构象完整的状态下，才具有催化功能。在无水的条件下，酶的空间构象被破坏，酶将变性失活。故此，酶分子需要一层水
