生物反應(yīng)工程復(fù)習(xí)資料

1、生物反應(yīng)工程復(fù)習(xí)第一章：緒論1.生物反應(yīng)工程：生物反應(yīng)工程是一門以研究生物反應(yīng)過程中帶有共性的工程技術(shù)問題的學(xué)科。2.生物反應(yīng)工程研究的內(nèi)容：生物學(xué)和工程學(xué)基礎(chǔ)；酶動力學(xué)；生化反應(yīng)；發(fā)酵作用的設(shè)計工程；大規(guī)模轉(zhuǎn)移；生物過程的比例增加；生物反應(yīng)工程的進展。第二章：酶催化反應(yīng)動力學(xué)1. 根據(jù)酶所催化的反應(yīng)類型，可以將酶分為六大類：氧化還原酶；轉(zhuǎn)移酶；水解酶；裂合酶；異構(gòu)酶；連接酶。2. 酶的不同形式：單體酶(monomeric enzyme) 寡聚酶(oligomeric enzyme) 多酶體系(multienzyme system) 多功能酶(multifunctional enzyme)或串

2、聯(lián)酶(tandem enzyme) 3. 輔酶 (coenzyme):與酶蛋白結(jié)合疏松，可用透析或超濾的方法除去。 輔基 (prosthetic group):與酶蛋白結(jié)合緊密，不能用透析或超濾的方法除去。4. 酶的活性中心(active center)：或稱活性部位(active site)，指必需基團在空間結(jié)構(gòu)上彼此靠近，組成具有特定空間結(jié)構(gòu)的區(qū)域，能與底物特異結(jié)合并將底物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物。5. 酶促反應(yīng)的特異性，相對和絕對：酶的特異性(specificity)：一種酶僅作用于一種或一類化合物，或一定的化學(xué)鍵，催化一定的化學(xué)反應(yīng)并生成一定的產(chǎn)物。酶的這種選擇性稱為酶的特異性或?qū)Ｒ恍浴?絕對特異性

3、(absolute specificity)：酶只作用于特定結(jié)構(gòu)的底物，進行一種專一的反應(yīng)，生成一種特定結(jié)構(gòu)的產(chǎn)物 。 相對特異性(relative specificity)：酶作用于一類化合物或一種化學(xué)鍵。6. 酶促反應(yīng)的機理： （一）兩個學(xué)說 鎖-鑰學(xué)說：酶-底物復(fù)合物的形成 誘導(dǎo)契合假說：酶與底物相互接近時，其結(jié)構(gòu)相互誘導(dǎo)、相互變形和相互適應(yīng)，進而相互結(jié)合。 （二）酶促反應(yīng)的機制 1. 鄰近效應(yīng)與定向排列 2. 多元催化 3. 表面效應(yīng)(surface effect)7.米氏方程及意義： 米氏方程： 米曼氏方程式推導(dǎo)基于兩個假設(shè)：反應(yīng)剛剛開始，產(chǎn)物的生成量極少，逆反應(yīng)可不予考慮。S超過E

4、，S的變化可忽略不計。意義：1. Km值等于酶促反應(yīng)速度為最大反應(yīng)速度一半時的底物濃度，單位是mol/L。2. Km可近似表示酶對底物的親和力； 3.Km是酶的特征性常數(shù)之一 4. Vmax定義：Vmax是酶完全被底物飽和時的反應(yīng)速度，與酶濃度成正比。意義：Vmax=K3 E如果酶的總濃度已知，可從Vmax計算酶的轉(zhuǎn)換數(shù)(turnover number)，即動力學(xué)常數(shù)K3。8. 抑制作用的類型: 不可逆性抑制 (irreversible inhibition) 可逆性抑制 (reversible inhibition)：競爭性抑制 (competitive inhibition)非競爭性抑制

5、(non-competitive inhibition)反競爭性抑制 (uncompetitive inhibition9. 動力學(xué)特點： 競爭性抑制：動力學(xué)特點：Vmax不變，表觀Km。 非競爭性抑制：動力學(xué)特點：Vmax，表觀Km不變。 第三章：應(yīng)用酶催化和酶催化反應(yīng)器1酶在食品方面的應(yīng)用及舉例： 應(yīng)用于食品工業(yè)的酶制劑 淀粉酶 淀粉液化,制造葡萄糖,醇生產(chǎn),紡織品退漿 淀粉酶 麥芽糖生產(chǎn)制造啤酒 調(diào)節(jié)烘烤物的體積 糖化酶 糊精降解為葡萄糖 蛋白酶 肉軟化乳酪生產(chǎn)香腸熟化制蛋白胨酶法生產(chǎn)葡萄糖 果葡糖漿的生產(chǎn) 飴糖的生產(chǎn) 酶在蛋白制品加工中的應(yīng)用： 蛋白制品 在乳制品的加工方面的應(yīng)用 在蛋

6、制品加工方面的應(yīng)用酶在果蔬加工中的應(yīng)用：果膠酶：用于果汁和果酒的澄清方面效果極佳 柚苷酶：用于分解柑桔類果肉和果汁中的柚皮苷，以脫除苦味； 橙皮苷酶：可使橙皮苷分解，能有效地防止柑桔類罐頭制品出現(xiàn)白色渾濁；葡萄糖氧化酶：可去除果汁、飲料、罐頭食品和干燥果蔬制品中的氧氣，防止產(chǎn)品氧化變質(zhì)，防上微生物生長，以延長食品保存期；溶菌酶：可防止細菌污染，起食品保鮮作用等。酶在改善食品品質(zhì)與風(fēng)味中的應(yīng)用：用洋蔥風(fēng)味酶處理甘藍等蔬菜可使被處理的蔬菜呈現(xiàn)出洋蔥的風(fēng)味用奶油風(fēng)味酶作用于含乳脂的巧克力、冰淇淋，人造奶油等食品，可使這些食品增強奶油的風(fēng)味。2酶在生物工程方面的應(yīng)用及舉例： 酶在除去細胞壁方面的應(yīng)用除

7、 去細菌細胞壁 除去酵母細胞壁 除去霉菌細胞壁 植物細胞壁的破除酶在大分子切割方面的應(yīng)用 限制性核酸內(nèi)切酶 DNA外切核酸酶 堿性磷酸酶 核酸酶S1酶在大分子拚接方面的應(yīng)用 DNA連接酶 DNA連接酶3酶反應(yīng)器的特點與類型：特點 與化學(xué)反應(yīng)器相比：在低溫、低壓下發(fā)揮作用，反應(yīng)時的耗能和產(chǎn)能較少。 與發(fā)酵反應(yīng)器相比：不表現(xiàn)自催化方式（即細胞的連續(xù)再生）。類型攪拌罐型反應(yīng)器：有攪拌裝置的、傳統(tǒng)形式的反應(yīng)器 適用的酶：固定化酶固定床型反應(yīng)器：又稱活塞流反應(yīng)器(Plug Flow Reactor, PFR) 適用于：固定化酶流化床型反應(yīng)器：裝有較小顆粒的垂直塔式反應(yīng)器(形狀可為柱形、錐形等) 適用于：

8、固定化酶膜式反應(yīng)器：將酶催化反應(yīng)與半透膜的分離作用組合在一起的反應(yīng)器 適用于：游離酶、固定化酶鼓泡塔型反應(yīng)器：是有氣體參與的酶催化反應(yīng)中常用的一種反應(yīng)器。 適用于：游離酶、固定化酶第四章：細胞信號傳導(dǎo)1細胞是生命活動的基本單位。細胞是構(gòu)成有機體的基本單位；細胞是 有機體代謝與功能的基本單位；細胞是有機體生長發(fā)育的基礎(chǔ)；細胞是遺傳的基本單位。2細胞中重要細胞器的作用： 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是細胞蛋白質(zhì)與脂質(zhì)全成的基地，幾乎全部的脂質(zhì)和多種重要的蛋白質(zhì)都是在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)上合成的。 高爾基體：高爾基體蛋白質(zhì)的加工、分選、包裝與運輸以及在細胞“膜流”中起重要作用。此外，蛋白質(zhì)的糖基化及其復(fù)雜的加工與修飾。多肽的酶

9、解加工以及多糖合成等也發(fā)生在高爾基體中。 線粒體：線粒體的主要功能是進行氧化磷酸化，合成ATP，為細胞生命活動提供直接能量。 葉綠體：葉綠體的主要功能是進行光合作用。 溶酶體：單層膜，是“消化車間”，內(nèi)部含有多種水解酶，能分解衰老，損傷的細胞器，核糖體：是合成蛋白質(zhì)的場所3信息物質(zhì)有哪些： 第一信使：（1）神經(jīng)遞質(zhì)（2）內(nèi)分泌激素（3）局部化學(xué)介質(zhì)（4）氣體信號 第二信使：在細胞內(nèi)傳遞信息的小分子物質(zhì)，如：Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代謝產(chǎn)物等。第三信使：種類 信息物質(zhì)受體 引起細胞內(nèi)的變化神經(jīng)遞質(zhì)乙酰膽堿、谷氨酸、g 氨基丁酸質(zhì)膜受體影響離子通道關(guān)閉生

10、長因子類胰島素樣生長因 -1、表皮生長因子、 血小板衍生生長因子質(zhì)膜受體引起酶蛋白和功能蛋白的磷酸化和去磷酸化，改變細胞的代謝和基因表達激素蛋白質(zhì)、多肽及氨基酸衍生物類激素類固醇激素、甲狀腺素質(zhì)膜受體胞內(nèi)受體同上調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄維生素 維生素A、維生素D 胞內(nèi)受體 同上 4.第二信使（定義，舉例） 定義：第一信使物質(zhì)經(jīng)轉(zhuǎn)導(dǎo)刺激細胞內(nèi)產(chǎn)生的傳遞細胞調(diào)控信號的化學(xué)物質(zhì)。 舉例：Ca2+、DAG、IP3、Cer、cAMP、cGMP、花生四烯酸及其代謝產(chǎn)物等。5.膜受體介導(dǎo)的信息傳遞分類：（1）cAMP- 蛋白激酶途徑（2）Ca2+- 依賴性蛋白激酶途徑（3）cGMP- 蛋白激酶途徑（4）酪氨酸蛋白激酶途徑（

11、5）核因子k B途徑（6）TGF-途徑第五章 細胞代謝的計量關(guān)系和能學(xué)1、系統(tǒng)的概念 答：能量轉(zhuǎn)移和傳遞的機制都是熱力學(xué)基本內(nèi)容，可以借用熱力學(xué)的術(shù)語與結(jié)論來解釋和理解微生物生長過程中產(chǎn)能吸熱問題。2、黑箱理論 答：所謂“黑箱”，就是指那些既不能打開，又不能從外部直接觀察其內(nèi)部狀態(tài)的系統(tǒng)，比如人們的大腦只能通過信息的輸入輸出來確定其結(jié)構(gòu)和參數(shù)?！昂谙浞椒ā睆木C合的角度為人們提供了一條認識事物的重要途徑，尤其對某些內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，對迄今為止人們的力量尚不能分解的系統(tǒng)，黑箱理論提供的研究方法是非常有效的。3、標(biāo)準(zhǔn)自由能的計算 答：4、生物體為什么偏偏選擇ATP作為換能的媒介呢？ 答：（1）

12、轉(zhuǎn)移能力高的化合物和轉(zhuǎn)移能力低的化合物間起橋梁作用（2）磷酸基團的轉(zhuǎn)移酶類都是對ADP和ATP高度專一的。第六章 細胞生長動力學(xué)1、微生物生長溫度類型v 低溫型微生物（嗜冷微生物）v 中溫型微生物（嗜溫微生物）v 高溫型微生物（嗜熱微生物）2、細胞比生長速率和溫度之間的關(guān)系 3、比生長速率的定義及計算 答：定義：比生長速率 ：每小時單位質(zhì)量的菌體所增加的菌體量稱為菌體比生長速率。計算：第七章 生物反應(yīng)器1、生物反應(yīng)器特點設(shè)計的基本原理 答：生物反應(yīng)器的特點：Ø 生物（酶除外）反應(yīng)都以自催化（autocatalysis）方式進行，即在目的產(chǎn)物生成的過程中生物自力要生長繁殖。Ø

13、 生物反應(yīng)速率較快，生物反應(yīng)器的體積反應(yīng)速率不高Ø 與其他相關(guān)生產(chǎn)規(guī)模的加工過程相比，所需反應(yīng)器體積大Ø 對好氧反應(yīng)，因通風(fēng)與混合等，動力消耗高Ø 產(chǎn)物濃度低生物反應(yīng)器設(shè)計的基本原理： 選擇適宜的生物催化劑。這包括要了解產(chǎn)物在生物反應(yīng)的哪一階段大量生成、適宜的pH和溫度，是否好氧和易受雜菌污染等。確定適宜的反應(yīng)器形式。確定反應(yīng)器規(guī)模、幾何尺寸、操作變量等。傳熱面積的計算。通風(fēng)與攪拌裝置的設(shè)計計算。材料的選擇與確保無菌操作的設(shè)計。檢驗與控制裝置。安全性。經(jīng)濟性。第八章 基因重組細胞培養(yǎng)工程1、各種酶的作用及定義工具酶： 基因工程中的工具酶主要包括用于DNA和RNA分

14、子的切割、連接、聚合、逆轉(zhuǎn)錄等相關(guān)的各種酶類。 限制性核酸內(nèi)切酶： 是一類由細菌產(chǎn)生的能專一識別和切割雙鏈DNA中的特定堿基序列的核酸內(nèi)切酶，簡稱限制酶或切割酶同裂酶： 在切割DNA時，其切割點可以是相同的，產(chǎn)生平頭末端，稱為同識同切； 切割點也可以是不同的，產(chǎn)生3或5粘性末端，稱為同識異切。 同尾酶: 指來源不同，但識別與切割順序有一定的相關(guān)性的一類酶。它們作用后產(chǎn)生相同的粘性末端。可變酶： 識別順序中的一個或幾個堿基是可變的，并且識別順序往往超過6個堿基對。工具酶 活性 限制性核酸內(nèi)切酶 識別特異堿基序列，切割DNA T4 DNA連接酶 催化DNA5-磷酸與3-羥基 形成磷酸二酯鍵 DNA

15、聚合酶 以DNA為模板合成DNA 逆轉(zhuǎn)錄酶 以RNA為模板合成cDNA 堿性磷酸酶 切除5¢末端磷酸T4多聚核苷酸激酶 催化核酸5'-羥基磷酸化末端脫氧核苷酸轉(zhuǎn)移酶 催化3'-端合成同聚尾 2、細胞重組的定義，幾個基本概念 答：定義：從活細胞中分離出細胞器及其組分，然后在體外一定條件下將不同來源的細胞器及其組分進行重組，使其重新裝配成為具有生物活性的細胞或細胞器的一種實驗技術(shù)?；靖拍睿喊|(zhì)體：除去細胞核后由膜包裹的無核細胞。微質(zhì)體：植物去核原生質(zhì)。核體：在細胞去核過程中，分離出的核帶有少量胞質(zhì)并圍有質(zhì)膜稱為核體。微細胞（微核體）：指含有一條或幾條染色體（即只含一部分基因組），外有一薄層細胞質(zhì)和一個完整質(zhì)膜的核質(zhì)體。3、重組的幾種形式、方法及試劑。 答：細胞重組的方式：胞質(zhì)體與完整細胞重組胞質(zhì)雜種（cybrid）微細胞與完整細胞重組微細胞異核體（heterokaryon）胞質(zhì)體與核體（karyoplast）重新組合重組細胞 （1）、胞質(zhì)體制備方法：借助細胞松弛素的排核作用，結(jié)合高速離心得到了胞質(zhì)體。（2）、核體制備 防止夾雜完整細胞和胞質(zhì)體。 1）. 預(yù)離心，可去除貼壁不牢的完整細胞。 2）.可在去核處理后，收集樣品，接種于培養(yǎng)皿內(nèi)，溫育l-2h，重復(fù)l-2次，可從上清液中收集得到較純凈的核